奧氏體不銹鋼是使用最為廣泛的不銹鋼(gang),這和它具有良好的機械性能、耐腐蝕性能,其焊接性在高合金鋼中被認為是最好有關。鉻-鎳(nie)奧氏體不銹(xiu)鋼具有(you)良好的(de)焊接(jie)性(xing),無淬(cui)硬(ying)性(xing),因而在(zai)熱(re)影響區內無淬(cui)硬(ying)現象,同(tong)時也無晶粒粗大化現象。但在(zai)焊接(jie)中存在(zai)以下(xia)問題:


  奧氏體(ti)不銹鋼焊接(jie)接頭可有三種晶間腐蝕的情況:焊縫晶間腐蝕、母材上敏化區腐蝕及刀狀腐蝕。關于奧氏體鋼晶間腐蝕的機理,一般用“貧鉻”理論來解釋。在固溶狀態下,奧氏體鋼中的碳過飽和固溶于奧氏體中。加熱過程中,過飽和的碳將以Cr23C6的形式沿晶界析出。由于Cr23C6中含鉻量大大超過奧氏體基體中的含鉻量,因而使得晶界附近的含鉻量顯著下降,晶內的鉻原子又來不及擴散及時補充,故形成貧鉻層(Cr<11.7%).貧鉻層的電極電位比晶體內低得多,在腐蝕介質的作用下,電極電位低的晶界將成為陽極,而被腐蝕溶解。


①. 焊縫晶間腐(fu)(fu)蝕和母材上(shang)敏化(hua)溫度(du)區腐(fu)(fu)蝕


  18-8型(xing)不銹鋼在450~850℃溫(wen)度加熱時,具有晶間腐蝕傾(qing)向,這一溫(wen)度范圍稱為敏化溫(wen)度區間。


  焊(han)(han)縫晶(jing)(jing)間(jian)(jian)腐蝕(shi)可有兩種情況:一種情況為焊(han)(han)接(jie)線能量(liang)過大或多(duo)層(ceng)焊(han)(han)時焊(han)(han)縫金屬在敏化溫度區(qu)間(jian)(jian)停留(liu)時間(jian)(jian)過長所引起(qi),即焊(han)(han)接(jie)狀(zhuang)態下已有碳化鉻析(xi)出而形成貧(pin)鉻層(ceng);另(ling)一種情況是(shi)焊(han)(han)接(jie)狀(zhuang)態下耐蝕(shi)性良好,焊(han)(han)后經(jing)受了敏化加熱的作用,因而具(ju)有晶(jing)(jing)間(jian)(jian)腐蝕(shi)傾向。


  熱影響區(qu)(qu)、敏(min)化(hua)區(qu)(qu)的晶(jing)間腐蝕傾向也(ye)是由(you)于形成貧鉻層所致。但因(yin)為焊接熱循(xun)環具有快(kuai)(kuai)速連續加(jia)熱的特點(dian),碳化(hua)鉻的析出需要在更高的溫(wen)度下才能較(jiao)快(kuai)(kuai)進行,因(yin)此,焊接接頭的敏(min)化(hua)區(qu)(qu)溫(wen)度范(fan)圍為600~1000℃,要比平衡加(jia)熱條件下的敏(min)化(hua)區(qu)(qu)溫(wen)度(450~850℃)高。


焊縫和熱影響區晶間腐蝕傾向與含碳量、加熱溫度和保溫時間等因素有關。因此,為提高焊接接頭抗(kang)晶腐蝕能力(li),一般宜采(cai)取以(yi)下措施:


  a. 減小母材及焊縫中的含碳量,使加熱時減少或避免Cr23C6析出,可以消除產生貧鉻層的機會。例如,超低碳(C≤0.03%)不銹鋼由于含碳量較低,具有優良的抗蝕性能,但是超低碳不銹鋼的冶煉成本高。


  b. 在(zai)鋼(gang)中添加穩(wen)定化元素(su) Ti、Nb等(deng),使之優先(xian)形成MC,而避免形成貧(pin)鉻層。


  c. 使(shi)焊(han)縫(feng)形成奧氏體加(jia)(jia)少量(liang)(liang)鐵素(su)體的雙相組(zu)織。當焊(han)縫(feng)中存在一定數量(liang)(liang)的鐵素(su)體時,可(ke)以(yi)細化(hua)晶(jing)粒,增加(jia)(jia)晶(jing)界(jie)(jie)面積,使(shi)晶(jing)界(jie)(jie)單位面積上的碳化(hua)鉻析(xi)出(chu)量(liang)(liang)減少,減輕貧鉻程度。鉻在鐵素(su)體中溶(rong)解度較大,Cr23C6優先(xian)在鐵素(su)體中形成,而不致(zhi)使(shi)奧氏體晶(jing)界(jie)(jie)貧鉻;此(ci)外(wai),散在奧氏體之間的鐵素(su)體,還可(ke)能(neng)防止腐蝕(shi)沿(yan)晶(jing)界(jie)(jie)向內部擴展(zhan)。


  d. 控制(zhi)在敏化(hua)溫度區間的(de)(de)(de)停留時間。調整焊(han)(han)(han)接熱循環,盡(jin)可(ke)能(neng)縮(suo)短(duan)600℃以上的(de)(de)(de)高溫停留時間,以防(fang)止焊(han)(han)(han)縫及熱影響區大量析(xi)出碳(tan)化(hua)鉻(ge)。如(ru)選擇能(neng)量密(mi)度高的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接方法(fa)(如(ru)等離子弧焊(han)(han)(han)),選用較小的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接線能(neng)量,焊(han)(han)(han)縫背面通氬氣(qi)或采用銅(tong)墊(dian)增加(jia)焊(han)(han)(han)接接頭(tou)的(de)(de)(de)冷卻速度,減少起弧、收弧次(ci)數以避免重復加(jia)熱,多層焊(han)(han)(han)時與(yu)腐(fu)蝕(shi)介質(zhi)的(de)(de)(de)接觸面盡(jin)可(ke)能(neng)最后施焊(han)(han)(han)等,均可(ke)以減少接頭(tou)的(de)(de)(de)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)傾向。



 e. 焊后進行固溶處理或穩定化退火。固溶處理可使已析出的Cr23C6重新溶入奧氏體中,但一般只適用于較小的工件。穩定化退火是將工件加熱到850~900℃保溫后空冷。其作用為使碳化物充分析出,并促使鉻加速擴散而消除貧鉻區。



②. 焊接接頭的刀狀腐蝕


  刀狀(zhuang)腐蝕簡稱刀蝕,它是焊接接頭中特有的一種晶間腐蝕,只發生在含有穩定劑的奧氏體鋼(如06Cr18Ni11Ti06Cr17Ni12Mo3Ti等)的焊接接頭中。刀狀腐蝕的腐蝕部位在熱影響區的過熱區,沿熔合線發展,開始寬度僅3~5個晶粒,逐步擴大至1.0~1.5mm.因形狀如刀刃,故稱刀狀腐蝕。


  高溫過熱和中溫敏化是導致焊接接頭產生刀蝕的重要條件。含有穩定劑的奧氏體鋼,一般以固溶狀態供貨,此時鋼中少部分的碳固溶于奧氏體,其余大部分碳則形成TiC或NbC.焊接時,在溫度超過1200℃的過熱區中,這些碳化物將溶人固溶體。由于碳的擴散能力較強,在冷卻過程中將偏聚在晶界形成過飽和狀態,而鈦則因擴散能力低而留于晶內。當焊接接頭在敏化溫度區間再次加熱時,過飽和的碳將在晶間以Cr23C6形式析出,在晶界形成貧鉻層,使焊接接頭抗蝕性能降低。從以上分析可知,刀狀腐蝕的形成根源也在于晶間形成貧鉻層。


  防止(zhi)刀口(kou)腐(fu)蝕(shi)的措(cuo)施如下:


 a. 降低含碳量


  這是(shi)防止刀狀腐蝕的很有效的措施。對于含有穩定(ding)化元素的不銹鋼,含碳量最好不超過0.06%。


b. 采用合理的焊(han)接工藝


  盡量選擇較(jiao)小(xiao)的線能量,以減少過(guo)(guo)熱區在(zai)高溫(wen)停留時間(jian),注意避(bi)免在(zai)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)過(guo)(guo)程產生“中(zhong)溫(wen)敏化”的效果。因(yin)此雙面焊(han)(han)(han)(han)時,與(yu)腐蝕(shi)介(jie)質接(jie)觸(chu)(chu)的焊(han)(han)(han)(han)縫應(ying)最(zui)后(hou)施焊(han)(han)(han)(han)(這是大直徑厚(hou)壁焊(han)(han)(han)(han)內焊(han)(han)(han)(han)在(zai)外焊(han)(han)(han)(han)之后(hou)再(zai)進行(xing)的原(yuan)因(yin)所在(zai)),如不能實施,則應(ying)調整焊(han)(han)(han)(han)接(jie)規范及焊(han)(han)(han)(han)縫形狀,焊(han)(han)(han)(han)管(guan)內焊(han)(han)(han)(han),應(ying)盡量避(bi)免與(yu)腐蝕(shi)介(jie)質接(jie)觸(chu)(chu)的過(guo)(guo)熱區再(zai)次受(shou)到敏化加(jia)熱。


 焊后熱處理。焊后進行固溶或穩定化處理,均能提(ti)高接頭的抗(kang)刀狀(zhuang)腐蝕(shi)能力。