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(nie)奧氏體不(bu)銹鋼具(ju)有良好(hao)的焊接(jie)(jie)性,無淬硬(ying)(ying)性,因而在熱影響區內無淬硬(ying)(ying)現象,同時也(ye)無晶粒粗大化現象。但在焊接(jie)(jie)中(zhong)存在以(yi)下問(wen)題:
奧氏(shi)體不銹(xiu)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. 焊縫晶間腐蝕和母材上(shang)敏化(hua)溫度區(qu)腐蝕
18-8型不銹鋼在(zai)450~850℃溫度加熱(re)時,具(ju)有晶間(jian)腐蝕(shi)傾向,這一溫度范圍稱(cheng)為敏(min)化(hua)溫度區間(jian)。
焊(han)(han)(han)(han)縫晶(jing)間腐(fu)(fu)蝕可有兩(liang)種(zhong)情況:一種(zhong)情況為(wei)焊(han)(han)(han)(han)接線能量過大或多(duo)層焊(han)(han)(han)(han)時焊(han)(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)在敏化溫(wen)度區(qu)間停留時間過長所引起,即(ji)焊(han)(han)(han)(han)接狀(zhuang)態下(xia)已有碳化鉻析出而形成貧鉻層;另一種(zhong)情況是焊(han)(han)(han)(han)接狀(zhuang)態下(xia)耐蝕性良好,焊(han)(han)(han)(han)后經(jing)受了敏化加熱的作(zuo)用,因而具(ju)有晶(jing)間腐(fu)(fu)蝕傾向。
熱影響(xiang)區(qu)、敏(min)化(hua)區(qu)的(de)(de)(de)晶間(jian)腐(fu)蝕傾向也是由于形成貧鉻層(ceng)所致。但(dan)因為焊接熱循環具有快速連續加(jia)熱的(de)(de)(de)特(te)點(dian),碳化(hua)鉻的(de)(de)(de)析出需要在更高的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)下才(cai)能較快進行,因此(ci),焊接接頭(tou)的(de)(de)(de)敏(min)化(hua)區(qu)溫(wen)度(du)范(fan)圍為600~1000℃,要比(bi)平(ping)衡加(jia)熱條件下的(de)(de)(de)敏(min)化(hua)區(qu)溫(wen)度(du)(450~850℃)高。
焊(han)縫和熱影(ying)響區晶(jing)間腐(fu)(fu)蝕傾(qing)向與含碳量、加熱溫度和保溫時間等(deng)因(yin)素有關。因(yin)此,為提高(gao)焊(han)接(jie)接(jie)頭抗晶(jing)腐(fu)(fu)蝕能力,一般(ban)宜采取(qu)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. 在鋼(gang)中(zhong)添加穩定化元素 Ti、Nb等,使之優先形(xing)(xing)成MC,而避免形(xing)(xing)成貧(pin)鉻層。
c. 使焊縫形成奧氏(shi)體(ti)加少(shao)量(liang)鐵素體(ti)的(de)雙相組織。當(dang)焊縫中存在一定數量(liang)的(de)鐵素體(ti)時,可以細化晶(jing)(jing)粒(li),增(zeng)加晶(jing)(jing)界(jie)面積,使晶(jing)(jing)界(jie)單位面積上的(de)碳化鉻(ge)析出量(liang)減(jian)少(shao),減(jian)輕貧(pin)鉻(ge)程度。鉻(ge)在鐵素體(ti)中溶解(jie)度較大,Cr23C6優先在鐵素體(ti)中形成,而(er)不(bu)致使奧氏(shi)體(ti)晶(jing)(jing)界(jie)貧(pin)鉻(ge);此外,散在奧氏(shi)體(ti)之間的(de)鐵素體(ti),還可能防止腐蝕沿晶(jing)(jing)界(jie)向內(nei)部擴展。
d. 控(kong)制在敏化溫(wen)度(du)區間(jian)(jian)(jian)的停(ting)留時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)。調整(zheng)焊(han)(han)接(jie)(jie)熱循環,盡可能縮短600℃以(yi)上的高(gao)溫(wen)停(ting)留時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian),以(yi)防止(zhi)焊(han)(han)縫(feng)及熱影響區大量(liang)析出碳(tan)化鉻。如選(xuan)擇能量(liang)密度(du)高(gao)的焊(han)(han)接(jie)(jie)方法(如等(deng)離子弧(hu)焊(han)(han)),選(xuan)用較(jiao)小的焊(han)(han)接(jie)(jie)線能量(liang),焊(han)(han)縫(feng)背面通(tong)氬氣或采用銅墊增(zeng)加焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的冷卻速度(du),減少(shao)起弧(hu)、收弧(hu)次數以(yi)避(bi)免(mian)重復加熱,多層焊(han)(han)時(shi)(shi)與腐蝕介(jie)質的接(jie)(jie)觸面盡可能最后施焊(han)(han)等(deng),均可以(yi)減少(shao)接(jie)(jie)頭的晶間(jian)(jian)(jian)腐蝕傾向(xiang)。
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(fu)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(fang)止刀(dao)口腐蝕的措施(shi)如下:
a. 降(jiang)低含(han)碳量
這是防(fang)止刀狀(zhuang)腐蝕的很有(you)效的措施。對于(yu)含有(you)穩定化元(yuan)素的不銹鋼,含碳量最好(hao)不超過0.06%。
b. 采(cai)用合理的焊接(jie)工藝
盡量選擇較小(xiao)的(de)(de)線能量,以減少過(guo)熱(re)區(qu)在(zai)高溫(wen)停(ting)留時間(jian),注意避免在(zai)焊(han)接(jie)過(guo)程產生(sheng)“中溫(wen)敏化”的(de)(de)效果。因(yin)此雙面焊(han)時,與腐蝕(shi)介質接(jie)觸的(de)(de)焊(han)縫應最后(hou)施焊(han)(這是大(da)直(zhi)徑厚壁焊(han)內焊(han)在(zai)外焊(han)之后(hou)再進行的(de)(de)原因(yin)所在(zai)),如不能實(shi)施,則應調整焊(han)接(jie)規范及焊(han)縫形狀,焊(han)管內焊(han),應盡量避免與腐蝕(shi)介質接(jie)觸的(de)(de)過(guo)熱(re)區(qu)再次(ci)受到敏化加熱(re)。
焊后熱處理(li)。焊后進行固溶或穩定化處理(li),均能(neng)提高(gao)接頭的抗刀狀腐蝕能(neng)力(li)。

