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(shi)體不銹鋼具有良好的焊接(jie)性,無(wu)淬硬(ying)性,因而在(zai)(zai)熱影響區內無(wu)淬硬(ying)現(xian)象(xiang),同(tong)時也無(wu)晶粒粗(cu)大化現(xian)象(xiang)。但在(zai)(zai)焊接(jie)中存在(zai)(zai)以下問(wen)題:
奧(ao)氏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. 焊縫晶間腐蝕和母(mu)材上(shang)敏化溫度區腐蝕
18-8型不(bu)銹(xiu)鋼在450~850℃溫(wen)(wen)度加熱時,具有晶(jing)間(jian)腐蝕傾向,這一溫(wen)(wen)度范圍稱為敏化溫(wen)(wen)度區間(jian)。
焊縫(feng)晶間(jian)腐(fu)蝕可(ke)有兩種情(qing)況:一種情(qing)況為焊接線能量(liang)過大或多層焊時焊縫(feng)金屬在敏(min)化溫度(du)區(qu)間(jian)停留時間(jian)過長所引(yin)起(qi),即焊接狀(zhuang)態(tai)下已有碳(tan)化鉻析(xi)出而形成貧鉻層;另(ling)一種情(qing)況是焊接狀(zhuang)態(tai)下耐蝕性良(liang)好,焊后經(jing)受了敏(min)化加熱的作用,因而具有晶間(jian)腐(fu)蝕傾向。
熱(re)影響區(qu)、敏化區(qu)的晶間腐蝕傾向也是由(you)于(yu)形成貧鉻層所致。但因(yin)為焊接熱(re)循環具有快(kuai)速連續加(jia)熱(re)的特點,碳化鉻的析出需要(yao)在更高的溫(wen)度(du)下才能較快(kuai)進行(xing),因(yin)此,焊接接頭(tou)的敏化區(qu)溫(wen)度(du)范(fan)圍為600~1000℃,要(yao)比平(ping)衡加(jia)熱(re)條件下的敏化區(qu)溫(wen)度(du)(450~850℃)高。
焊縫和(he)熱影(ying)響(xiang)區晶(jing)間腐(fu)蝕傾向(xiang)與(yu)含碳量、加熱溫度和(he)保溫時間等因(yin)素有關。因(yin)此,為提高焊接接頭抗(kang)晶(jing)腐(fu)蝕能力,一般宜采取以下措施:
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. 在鋼中添加穩定(ding)化(hua)元素 Ti、Nb等,使(shi)之優先形(xing)成(cheng)(cheng)MC,而避免(mian)形(xing)成(cheng)(cheng)貧鉻層。
c. 使(shi)焊(han)縫形(xing)成(cheng)奧氏體(ti)(ti)(ti)加少量(liang)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的雙相(xiang)組織。當(dang)焊(han)縫中(zhong)存在一定數量(liang)的鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)時(shi),可以(yi)細(xi)化晶粒,增加晶界面(mian)積,使(shi)晶界單位面(mian)積上的碳化鉻(ge)析出量(liang)減少,減輕(qing)貧(pin)鉻(ge)程(cheng)度。鉻(ge)在鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)中(zhong)溶解(jie)度較大,Cr23C6優先在鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)中(zhong)形(xing)成(cheng),而不致使(shi)奧氏體(ti)(ti)(ti)晶界貧(pin)鉻(ge);此外,散在奧氏體(ti)(ti)(ti)之(zhi)間的鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti),還可能(neng)防止腐蝕沿晶界向內部擴展。
d. 控制在(zai)敏(min)化(hua)溫(wen)度區間(jian)的(de)停留時(shi)間(jian)。調(diao)整焊(han)接(jie)(jie)熱循環,盡可能(neng)縮短600℃以(yi)上的(de)高(gao)溫(wen)停留時(shi)間(jian),以(yi)防止焊(han)縫及熱影響(xiang)區大量(liang)析出碳化(hua)鉻。如選擇能(neng)量(liang)密度高(gao)的(de)焊(han)接(jie)(jie)方法(fa)(如等(deng)離子弧(hu)焊(han)),選用(yong)較小的(de)焊(han)接(jie)(jie)線(xian)能(neng)量(liang),焊(han)縫背面通(tong)氬氣或采用(yong)銅墊(dian)增(zeng)加焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)冷卻速(su)度,減(jian)少起弧(hu)、收弧(hu)次數以(yi)避免重復加熱,多層焊(han)時(shi)與(yu)腐(fu)蝕(shi)介質的(de)接(jie)(jie)觸面盡可能(neng)最后施焊(han)等(deng),均(jun)可以(yi)減(jian)少接(jie)(jie)頭(tou)的(de)晶間(jian)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(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的刀(dao)狀腐(fu)蝕(shi)
刀狀腐(fu)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(zhi)刀口腐蝕的(de)措施如下:
a. 降低含碳量
這(zhe)是防止(zhi)刀(dao)狀腐蝕的(de)很有效的(de)措施。對于含(han)有穩定(ding)化元(yuan)素的(de)不銹鋼,含(han)碳(tan)量最好不超(chao)過0.06%。
b. 采(cai)用合(he)理的焊接工藝
盡(jin)量選擇(ze)較小的(de)線(xian)能(neng)量,以減少過熱區在(zai)高溫停留時間,注意避免(mian)在(zai)焊接過程產生“中溫敏(min)化”的(de)效果。因(yin)此雙面焊時,與腐蝕介(jie)質接觸的(de)焊縫應(ying)最后施焊(這是大(da)直(zhi)徑(jing)厚(hou)壁焊內焊在(zai)外焊之后再進行的(de)原因(yin)所在(zai)),如不能(neng)實(shi)施,則應(ying)調整焊接規范及焊縫形(xing)狀,焊管內焊,應(ying)盡(jin)量避免(mian)與腐蝕介(jie)質接觸的(de)過熱區再次受到敏(min)化加熱。
焊后熱處(chu)理(li)。焊后進(jin)行(xing)固溶或穩定(ding)化處(chu)理(li),均能提(ti)高(gao)接(jie)頭(tou)的抗刀狀腐蝕能力(li)。

