奧氏體不銹鋼是使用最為廣泛的不銹(xiu)鋼(gang),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的焊接(jie)性,無(wu)淬硬性,因而在熱(re)影響區內無(wu)淬硬現象,同(tong)時(shi)也(ye)無(wu)晶粒粗(cu)大(da)化(hua)現象。但在焊接(jie)中存在以下問題:


  奧氏體不銹(xiu)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. 焊縫晶間腐蝕(shi)和母材(cai)上敏化溫度(du)區腐蝕(shi)


  18-8型不銹鋼在450~850℃溫(wen)度加(jia)熱時,具有晶間(jian)腐蝕傾(qing)向,這一溫(wen)度范圍(wei)稱為(wei)敏化溫(wen)度區間(jian)。


  焊縫晶間腐蝕可有(you)兩種(zhong)(zhong)情況(kuang)(kuang):一(yi)種(zhong)(zhong)情況(kuang)(kuang)為焊接線能(neng)量過(guo)大或多層(ceng)焊時(shi)焊縫金(jin)屬在敏化(hua)(hua)溫度(du)區間停留時(shi)間過(guo)長所引起,即焊接狀(zhuang)態下(xia)已(yi)有(you)碳(tan)化(hua)(hua)鉻(ge)析出而形(xing)成貧鉻(ge)層(ceng);另一(yi)種(zhong)(zhong)情況(kuang)(kuang)是焊接狀(zhuang)態下(xia)耐(nai)蝕性良好(hao),焊后(hou)經(jing)受了敏化(hua)(hua)加熱(re)的作用(yong),因而具有(you)晶間腐蝕傾向。


  熱影響區、敏化(hua)區的(de)(de)晶間腐蝕傾向也是(shi)由于形成貧鉻層所致(zhi)。但因為(wei)焊(han)接(jie)熱循(xun)環具(ju)有快速連續(xu)加熱的(de)(de)特(te)點,碳化(hua)鉻的(de)(de)析出需要在(zai)更高(gao)的(de)(de)溫(wen)度下(xia)才能較快進行,因此,焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)敏化(hua)區溫(wen)度范圍為(wei)600~1000℃,要比(bi)平衡(heng)加熱條件(jian)下(xia)的(de)(de)敏化(hua)區溫(wen)度(450~850℃)高(gao)。


焊(han)縫和熱(re)(re)影響區晶間腐蝕傾向與含(han)碳量、加(jia)熱(re)(re)溫度和保(bao)溫時間等因素有關(guan)。因此,為提高(gao)焊(han)接接頭抗晶腐蝕能(neng)力,一(yi)般(ban)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素(su) Ti、Nb等,使(shi)之(zhi)優先(xian)形成MC,而避免形成貧鉻層。


  c. 使(shi)焊縫(feng)形(xing)成(cheng)(cheng)奧氏(shi)(shi)體(ti)加少(shao)量鐵素(su)(su)體(ti)的雙相組織(zhi)。當焊縫(feng)中存在一定數量的鐵素(su)(su)體(ti)時,可(ke)以細化晶(jing)粒,增加晶(jing)界面(mian)積(ji),使(shi)晶(jing)界單(dan)位(wei)面(mian)積(ji)上的碳(tan)化鉻析出量減少(shao),減輕貧鉻程度(du)。鉻在鐵素(su)(su)體(ti)中溶(rong)解度(du)較大,Cr23C6優(you)先在鐵素(su)(su)體(ti)中形(xing)成(cheng)(cheng),而(er)不致(zhi)使(shi)奧氏(shi)(shi)體(ti)晶(jing)界貧鉻;此(ci)外(wai),散在奧氏(shi)(shi)體(ti)之間的鐵素(su)(su)體(ti),還(huan)可(ke)能防止腐蝕沿(yan)晶(jing)界向內(nei)部擴(kuo)展。


  d. 控(kong)制在敏化(hua)溫度(du)區間的(de)停留(liu)時間。調整焊接(jie)熱循(xun)環,盡(jin)可(ke)能縮短600℃以(yi)上的(de)高(gao)溫停留(liu)時間,以(yi)防(fang)止焊縫及熱影響區大量(liang)析出碳化(hua)鉻。如選(xuan)擇(ze)能量(liang)密度(du)高(gao)的(de)焊接(jie)方法(如等離子弧(hu)(hu)焊),選(xuan)用較小(xiao)的(de)焊接(jie)線能量(liang),焊縫背面(mian)通氬氣或采用銅墊增加焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)冷卻速度(du),減少起弧(hu)(hu)、收弧(hu)(hu)次數以(yi)避(bi)免重復加熱,多層焊時與腐蝕介質的(de)接(jie)觸面(mian)盡(jin)可(ke)能最后施(shi)焊等,均可(ke)以(yi)減少接(jie)頭(tou)的(de)晶間腐蝕傾向。



 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. 焊接接頭的刀(dao)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。


  防止刀口腐蝕(shi)的(de)措(cuo)施如下:


 a. 降低含(han)碳量


  這是防(fang)止刀狀腐(fu)蝕的(de)很有(you)(you)效的(de)措施。對于含有(you)(you)穩(wen)定化元素的(de)不銹(xiu)鋼,含碳量最好不超(chao)過0.06%。


b. 采(cai)用合理的焊接工藝(yi)


  盡量選(xuan)擇較小(xiao)的(de)(de)線能量,以減(jian)少過(guo)熱(re)區在(zai)(zai)高溫停留時間,注意避(bi)免(mian)在(zai)(zai)焊(han)接(jie)過(guo)程產生“中溫敏化”的(de)(de)效果。因此(ci)雙(shuang)面焊(han)時,與腐蝕介質(zhi)接(jie)觸的(de)(de)焊(han)縫應最(zui)后(hou)施(shi)焊(han)(這(zhe)是大直徑厚(hou)壁焊(han)內(nei)焊(han)在(zai)(zai)外(wai)焊(han)之后(hou)再進行(xing)的(de)(de)原(yuan)因所在(zai)(zai)),如不能實施(shi),則(ze)應調整焊(han)接(jie)規范及焊(han)縫形(xing)狀,焊(han)管內(nei)焊(han),應盡量避(bi)免(mian)與腐蝕介質(zhi)接(jie)觸的(de)(de)過(guo)熱(re)區再次受到敏化加熱(re)。


 焊后熱(re)處(chu)(chu)理(li)。焊后進行固溶或穩定化處(chu)(chu)理(li),均能(neng)提高接(jie)頭(tou)的抗刀狀(zhuang)腐(fu)蝕(shi)能(neng)力。