奧氏體不銹鋼是使用最為廣泛的不(bu)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-鎳奧氏體不銹鋼具有良好(hao)的焊(han)接性,無淬(cui)硬(ying)性,因而在熱影響區內無淬(cui)硬(ying)現象,同時也無晶粒粗(cu)大化現象。但在焊(han)接中存(cun)在以下(xia)問題:
奧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(fu)(fu)蝕(shi)和母材上敏化溫度區腐(fu)(fu)蝕(shi)
18-8型不銹鋼在450~850℃溫度(du)加熱時,具有晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)傾向(xiang),這一(yi)溫度(du)范圍稱為敏化(hua)溫度(du)區間(jian)。
焊(han)(han)(han)縫晶間腐蝕可有兩種情況(kuang):一種情況(kuang)為焊(han)(han)(han)接線能量過(guo)大或多(duo)層焊(han)(han)(han)時焊(han)(han)(han)縫金屬在敏化(hua)溫度(du)區間停留時間過(guo)長所引起,即焊(han)(han)(han)接狀態(tai)下已有碳化(hua)鉻(ge)析出而形成貧鉻(ge)層;另一種情況(kuang)是焊(han)(han)(han)接狀態(tai)下耐蝕性良好,焊(han)(han)(han)后經(jing)受(shou)了敏化(hua)加熱的作用,因而具有晶間腐蝕傾向。
熱影響(xiang)區(qu)、敏化(hua)區(qu)的(de)晶間腐蝕傾向也是(shi)由于形成(cheng)貧鉻層所致(zhi)。但因(yin)為(wei)焊接(jie)熱循環具有快速(su)連(lian)續加熱的(de)特點,碳化(hua)鉻的(de)析出需要在更高(gao)的(de)溫度下才(cai)能較快進(jin)行,因(yin)此,焊接(jie)接(jie)頭的(de)敏化(hua)區(qu)溫度范圍為(wei)600~1000℃,要比(bi)平衡加熱條件下的(de)敏化(hua)區(qu)溫度(450~850℃)高(gao)。
焊(han)縫和熱影響區(qu)晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)傾向與(yu)含碳(tan)量、加熱溫度和保溫時間等(deng)因素有關。因此(ci),為提高(gao)焊(han)接接頭抗晶腐(fu)(fu)蝕(shi)能力,一般宜采取(qu)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. 在鋼中添加穩定化元(yuan)素 Ti、Nb等,使之優先形成MC,而避免形成貧鉻層。
c. 使(shi)(shi)焊縫形成奧(ao)氏體(ti)加(jia)少量(liang)鐵素(su)體(ti)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)組(zu)織。當(dang)焊縫中存在(zai)(zai)一定(ding)數量(liang)的(de)(de)鐵素(su)體(ti)時,可(ke)以細化(hua)晶粒(li),增加(jia)晶界(jie)面(mian)積,使(shi)(shi)晶界(jie)單位(wei)面(mian)積上的(de)(de)碳化(hua)鉻(ge)(ge)析出量(liang)減(jian)少,減(jian)輕貧(pin)鉻(ge)(ge)程度。鉻(ge)(ge)在(zai)(zai)鐵素(su)體(ti)中溶解(jie)度較大(da),Cr23C6優先在(zai)(zai)鐵素(su)體(ti)中形成,而不致使(shi)(shi)奧(ao)氏體(ti)晶界(jie)貧(pin)鉻(ge)(ge);此(ci)外,散在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)(de)鐵素(su)體(ti),還可(ke)能防止腐(fu)蝕沿(yan)晶界(jie)向內(nei)部(bu)擴展。
d. 控制(zhi)在敏化溫度(du)區(qu)(qu)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)停(ting)留時(shi)間(jian)。調整(zheng)焊接熱(re)循環,盡(jin)可能縮短600℃以(yi)上的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫停(ting)留時(shi)間(jian),以(yi)防止焊縫及熱(re)影響區(qu)(qu)大量(liang)析出碳化鉻。如選(xuan)擇能量(liang)密(mi)度(du)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)焊接方(fang)法(fa)(如等(deng)離(li)子弧(hu)焊),選(xuan)用較小的(de)(de)(de)(de)(de)焊接線能量(liang),焊縫背面通氬氣或采用銅墊(dian)增加焊接接頭的(de)(de)(de)(de)(de)冷卻速度(du),減少起弧(hu)、收弧(hu)次(ci)數以(yi)避免重(zhong)復加熱(re),多層焊時(shi)與腐(fu)蝕介質的(de)(de)(de)(de)(de)接觸面盡(jin)可能最后(hou)施焊等(deng),均可以(yi)減少接頭的(de)(de)(de)(de)(de)晶間(jian)腐(fu)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(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的刀(dao)狀腐蝕(shi)
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(ru)下:
a. 降低含碳量
這是防止刀(dao)狀腐蝕的(de)很(hen)有效的(de)措施(shi)。對于含(han)有穩定(ding)化(hua)元素的(de)不銹(xiu)鋼,含(han)碳量最好不超(chao)過0.06%。
b. 采用合理的焊接(jie)工藝(yi)
盡(jin)量選(xuan)擇(ze)較小的(de)線能量,以減少(shao)過熱(re)(re)區(qu)(qu)在高溫停留時(shi)間(jian),注意避免在焊(han)(han)接(jie)(jie)過程產生(sheng)“中溫敏(min)化(hua)”的(de)效果。因此雙面焊(han)(han)時(shi),與腐蝕介(jie)質(zhi)接(jie)(jie)觸(chu)的(de)焊(han)(han)縫應最后施焊(han)(han)(這(zhe)是大(da)直徑厚壁焊(han)(han)內焊(han)(han)在外焊(han)(han)之后再(zai)進行的(de)原因所在),如不(bu)能實施,則應調整焊(han)(han)接(jie)(jie)規范(fan)及焊(han)(han)縫形狀,焊(han)(han)管內焊(han)(han),應盡(jin)量避免與腐蝕介(jie)質(zhi)接(jie)(jie)觸(chu)的(de)過熱(re)(re)區(qu)(qu)再(zai)次受到(dao)敏(min)化(hua)加熱(re)(re)。
焊后熱處(chu)理。焊后進行固溶或穩定(ding)化(hua)處(chu)理,均能(neng)提高接頭(tou)的(de)抗刀狀腐蝕能(neng)力。

