奧氏體不銹鋼是使用最為廣泛的不銹(xiu)鋼,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-鎳奧氏體不銹(xiu)鋼具有良好的(de)焊接性(xing),無(wu)淬硬性(xing),因而在熱影響(xiang)區內無(wu)淬硬現象,同時也(ye)無(wu)晶粒粗大化現象。但在焊接中存在以下問題:
奧氏(shi)體不銹鋼焊接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. 焊縫晶間腐蝕(shi)(shi)和母材(cai)上(shang)敏(min)化溫度區腐蝕(shi)(shi)
18-8型不(bu)銹鋼在450~850℃溫度加(jia)熱時,具有晶間腐蝕(shi)傾(qing)向(xiang),這(zhe)一(yi)溫度范圍(wei)稱(cheng)為敏化(hua)溫度區間。
焊(han)縫晶間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)可(ke)有兩種情(qing)況:一種情(qing)況為焊(han)接(jie)(jie)線能量過大或多層(ceng)焊(han)時焊(han)縫金(jin)屬(shu)在敏化溫度區間(jian)(jian)(jian)停留時間(jian)(jian)(jian)過長所引(yin)起,即焊(han)接(jie)(jie)狀態下已有碳化鉻(ge)析出而(er)形成貧鉻(ge)層(ceng);另一種情(qing)況是(shi)焊(han)接(jie)(jie)狀態下耐蝕(shi)(shi)性良(liang)好,焊(han)后經受了敏化加熱的(de)作用,因而(er)具有晶間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)傾向(xiang)。
熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)、敏化(hua)(hua)區(qu)的晶間腐蝕傾向(xiang)也是由于形成貧鉻(ge)(ge)層所(suo)致。但因(yin)(yin)為(wei)焊接(jie)熱(re)循環(huan)具有快速連續加熱(re)的特點,碳化(hua)(hua)鉻(ge)(ge)的析(xi)出需要在更高的溫(wen)度(du)下才能(neng)較快進行,因(yin)(yin)此,焊接(jie)接(jie)頭(tou)的敏化(hua)(hua)區(qu)溫(wen)度(du)范圍為(wei)600~1000℃,要比平衡加熱(re)條件(jian)下的敏化(hua)(hua)區(qu)溫(wen)度(du)(450~850℃)高。
焊(han)縫和(he)熱影(ying)響(xiang)區(qu)晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)傾向與含碳量、加熱溫度和(he)保(bao)溫時間等因素有關(guan)。因此,為提高焊(han)接接頭抗晶腐(fu)(fu)蝕(shi)能力(li),一般(ban)宜采(cai)取以下措施(shi):
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. 在鋼中添加穩定化元素(su) Ti、Nb等,使之(zhi)優先形(xing)成(cheng)MC,而避免形(xing)成(cheng)貧鉻層。
c. 使(shi)焊縫(feng)形成(cheng)(cheng)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)加少量鐵(tie)素體(ti)(ti)的(de)(de)(de)雙相組織。當焊縫(feng)中(zhong)存在(zai)一定(ding)數量的(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)時(shi),可以細化晶粒(li),增加晶界面積(ji),使(shi)晶界單位面積(ji)上的(de)(de)(de)碳化鉻析出量減少,減輕貧鉻程度。鉻在(zai)鐵(tie)素體(ti)(ti)中(zhong)溶解度較(jiao)大,Cr23C6優(you)先在(zai)鐵(tie)素體(ti)(ti)中(zhong)形成(cheng)(cheng),而不致(zhi)使(shi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)晶界貧鉻;此外,散(san)在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)之間的(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti),還可能防止腐蝕沿晶界向內(nei)部擴(kuo)展。
d. 控制在敏(min)化溫(wen)度區間(jian)的停留時間(jian)。調整焊(han)(han)接(jie)熱(re)循環,盡可能(neng)(neng)縮短(duan)600℃以上的高溫(wen)停留時間(jian),以防(fang)止焊(han)(han)縫及(ji)熱(re)影響(xiang)區大(da)量析(xi)出碳化鉻。如(ru)選(xuan)擇能(neng)(neng)量密度高的焊(han)(han)接(jie)方法(如(ru)等離子弧焊(han)(han)),選(xuan)用(yong)較小的焊(han)(han)接(jie)線能(neng)(neng)量,焊(han)(han)縫背面通氬氣或采用(yong)銅墊增加(jia)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的冷卻速度,減少起弧、收弧次數以避免重復加(jia)熱(re),多層焊(han)(han)時與腐蝕介質的接(jie)觸面盡可能(neng)(neng)最后施焊(han)(han)等,均可以減少接(jie)頭的晶間(jian)腐蝕傾向。
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(de)刀狀(zhuang)腐蝕
刀狀腐蝕簡稱刀蝕,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06Cr18Ni11Ti、06Cr17Ni12Mo3Ti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。
防止刀口腐蝕的措施如下:
a. 降低含碳量
這(zhe)是防止刀狀腐蝕的(de)很(hen)有(you)效的(de)措施(shi)。對(dui)于含(han)有(you)穩(wen)定化元素的(de)不(bu)銹鋼,含(han)碳量(liang)最(zui)好不(bu)超(chao)過0.06%。
b. 采用合理(li)的(de)焊接(jie)工(gong)藝
盡(jin)量選擇較小的線能量,以(yi)減少過熱(re)(re)區在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)停(ting)留時間,注(zhu)意避免在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)接過程產生(sheng)“中溫(wen)(wen)敏化”的效(xiao)果。因此雙面(mian)焊(han)(han)(han)時,與(yu)腐蝕(shi)介(jie)(jie)質接觸(chu)(chu)的焊(han)(han)(han)縫(feng)應最(zui)后(hou)施焊(han)(han)(han)(這是大直徑厚壁焊(han)(han)(han)內焊(han)(han)(han)在(zai)(zai)外(wai)焊(han)(han)(han)之后(hou)再進(jin)行的原因所在(zai)(zai)),如不能實施,則應調整焊(han)(han)(han)接規(gui)范及(ji)焊(han)(han)(han)縫(feng)形狀,焊(han)(han)(han)管內焊(han)(han)(han),應盡(jin)量避免與(yu)腐蝕(shi)介(jie)(jie)質接觸(chu)(chu)的過熱(re)(re)區再次受到敏化加熱(re)(re)。
焊后熱處理(li)。焊后進行(xing)固溶或穩定化處理(li),均能提高接頭的抗刀(dao)狀腐蝕(shi)能力(li)。

