奧氏體不銹鋼是使用最為廣泛的不銹鋼,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(ti)不銹鋼具(ju)有良好的焊接(jie)性,無淬硬(ying)性,因而在(zai)熱影響(xiang)區內無淬硬(ying)現象,同(tong)時也(ye)無晶粒(li)粗大化現象。但在(zai)焊接(jie)中(zhong)存在(zai)以下(xia)問題:


  奧氏體不銹鋼(gang)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(fu)蝕和母材上敏化溫度區(qu)腐(fu)蝕


  18-8型不銹鋼(gang)在450~850℃溫度(du)加熱時,具有晶間(jian)腐蝕傾向,這一溫度(du)范圍(wei)稱為敏(min)化溫度(du)區間(jian)。


  焊(han)(han)縫(feng)晶間(jian)(jian)腐(fu)蝕可有(you)兩種情(qing)況:一種情(qing)況為焊(han)(han)接線能量過(guo)大或多(duo)層(ceng)焊(han)(han)時焊(han)(han)縫(feng)金屬在敏化溫度(du)區(qu)間(jian)(jian)停留時間(jian)(jian)過(guo)長所引(yin)起,即焊(han)(han)接狀(zhuang)態下已有(you)碳化鉻析出而(er)形成貧鉻層(ceng);另(ling)一種情(qing)況是焊(han)(han)接狀(zhuang)態下耐蝕性良好,焊(han)(han)后經受(shou)了(le)敏化加(jia)熱(re)的作用,因而(er)具有(you)晶間(jian)(jian)腐(fu)蝕傾向。


  熱影響區(qu)、敏化(hua)(hua)區(qu)的(de)(de)晶間腐(fu)蝕傾(qing)向(xiang)也是由于形成貧鉻層(ceng)所致。但因為(wei)焊接(jie)熱循環(huan)具有快速連續加熱的(de)(de)特(te)點(dian),碳化(hua)(hua)鉻的(de)(de)析出需要在(zai)更(geng)高(gao)的(de)(de)溫度下才(cai)能較(jiao)快進行,因此,焊接(jie)接(jie)頭的(de)(de)敏化(hua)(hua)區(qu)溫度范(fan)圍(wei)為(wei)600~1000℃,要比平衡加熱條件下的(de)(de)敏化(hua)(hua)區(qu)溫度(450~850℃)高(gao)。


焊縫和熱影響(xiang)區晶間腐(fu)蝕傾(qing)向與含碳量、加熱溫(wen)度和保溫(wen)時間等因素有關。因此,為提高焊接接頭抗(kang)晶腐(fu)蝕能力,一般宜采取以下(xia)措(cuo)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(zhong)添加穩定(ding)化元素 Ti、Nb等,使之(zhi)優(you)先(xian)形成MC,而避免形成貧鉻層(ceng)。


  c. 使(shi)焊(han)縫(feng)形(xing)成(cheng)(cheng)奧氏體(ti)(ti)加少量鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)的雙相(xiang)組織(zhi)。當焊(han)縫(feng)中(zhong)存在一(yi)定數量的鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)時,可以細(xi)化晶粒(li),增(zeng)加晶界(jie)(jie)面積,使(shi)晶界(jie)(jie)單位面積上的碳(tan)化鉻(ge)(ge)(ge)析出(chu)量減(jian)少,減(jian)輕貧鉻(ge)(ge)(ge)程(cheng)度。鉻(ge)(ge)(ge)在鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)中(zhong)溶解(jie)度較大,Cr23C6優先在鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)中(zhong)形(xing)成(cheng)(cheng),而不致使(shi)奧氏體(ti)(ti)晶界(jie)(jie)貧鉻(ge)(ge)(ge);此外,散在奧氏體(ti)(ti)之間(jian)的鐵(tie)素(su)體(ti)(ti),還可能防止(zhi)腐蝕沿晶界(jie)(jie)向內部擴(kuo)展(zhan)。


  d. 控制在敏化溫度區(qu)間的(de)(de)停留時間。調整(zheng)焊(han)接熱循(xun)環,盡可能(neng)(neng)縮短(duan)600℃以(yi)上的(de)(de)高(gao)溫停留時間,以(yi)防止(zhi)焊(han)縫(feng)及(ji)熱影響區(qu)大量(liang)析出碳化鉻。如(ru)選(xuan)擇能(neng)(neng)量(liang)密度高(gao)的(de)(de)焊(han)接方法(如(ru)等離子(zi)弧焊(han)),選(xuan)用(yong)(yong)較小(xiao)的(de)(de)焊(han)接線能(neng)(neng)量(liang),焊(han)縫(feng)背面(mian)通氬氣或采用(yong)(yong)銅墊增(zeng)加(jia)焊(han)接接頭的(de)(de)冷(leng)卻速度,減(jian)少起弧、收弧次數以(yi)避(bi)免重(zhong)復加(jia)熱,多層焊(han)時與腐(fu)蝕(shi)介質的(de)(de)接觸面(mian)盡可能(neng)(neng)最后施焊(han)等,均(jun)可以(yi)減(jian)少接頭的(de)(de)晶間腐(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。


  防止刀口腐(fu)蝕的措施如下:


 a. 降低含碳量(liang)


  這是防止刀狀腐蝕的很有效(xiao)的措施。對于含(han)有穩定化元素的不銹鋼,含(han)碳量最好不超過0.06%。


b. 采(cai)用(yong)合(he)理(li)的焊(han)接工藝


  盡(jin)量選擇(ze)較(jiao)小的線能量,以減少過熱(re)區在(zai)高溫停留(liu)時間,注(zhu)意避免在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)過程產生“中溫敏(min)化”的效果。因(yin)此雙面焊(han)(han)(han)時,與腐蝕(shi)介質接(jie)觸的焊(han)(han)(han)縫(feng)應最(zui)后施焊(han)(han)(han)(這是大直徑厚壁焊(han)(han)(han)內(nei)焊(han)(han)(han)在(zai)外焊(han)(han)(han)之后再進行的原因(yin)所在(zai)),如不能實施,則應調整(zheng)焊(han)(han)(han)接(jie)規范及焊(han)(han)(han)縫(feng)形狀(zhuang),焊(han)(han)(han)管內(nei)焊(han)(han)(han),應盡(jin)量避免與腐蝕(shi)介質接(jie)觸的過熱(re)區再次受(shou)到敏(min)化加熱(re)。


 焊(han)后熱處理(li)。焊(han)后進(jin)行固溶或穩定化處理(li),均(jun)能提(ti)高(gao)接頭的抗刀狀腐蝕(shi)能力。