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-鎳奧氏體不銹(xiu)鋼具有良好的焊接(jie)性(xing),無(wu)淬硬性(xing),因而在熱(re)影響區內無(wu)淬硬現(xian)象(xiang),同時也(ye)無(wu)晶粒粗大化現(xian)象(xiang)。但在焊接(jie)中(zhong)存在以(yi)下問題:


  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)蝕和(he)母(mu)材上敏化(hua)溫度區腐(fu)蝕


  18-8型不銹鋼在450~850℃溫度加熱(re)時,具有晶間腐蝕(shi)傾(qing)向,這一溫度范圍稱為敏化溫度區間。


  焊(han)縫(feng)晶間(jian)腐蝕(shi)(shi)可有(you)兩(liang)種(zhong)情(qing)況(kuang):一種(zhong)情(qing)況(kuang)為焊(han)接線能量過(guo)大或(huo)多層(ceng)焊(han)時焊(han)縫(feng)金(jin)屬在敏化溫度區間(jian)停留時間(jian)過(guo)長所引起,即焊(han)接狀態(tai)下已有(you)碳化鉻析(xi)出而(er)(er)形成貧(pin)鉻層(ceng);另一種(zhong)情(qing)況(kuang)是焊(han)接狀態(tai)下耐(nai)蝕(shi)(shi)性良好,焊(han)后經(jing)受了敏化加熱的作用,因而(er)(er)具有(you)晶間(jian)腐蝕(shi)(shi)傾向(xiang)。


  熱(re)(re)影響區(qu)、敏(min)化(hua)區(qu)的(de)(de)晶間腐蝕傾向(xiang)也是由(you)于形(xing)成(cheng)貧鉻層(ceng)所致。但因為焊接熱(re)(re)循環具有快速(su)連續(xu)加熱(re)(re)的(de)(de)特點,碳(tan)化(hua)鉻的(de)(de)析出需要在更高(gao)的(de)(de)溫度(du)下才能較快進行,因此(ci),焊接接頭的(de)(de)敏(min)化(hua)區(qu)溫度(du)范圍為600~1000℃,要比平衡(heng)加熱(re)(re)條件下的(de)(de)敏(min)化(hua)區(qu)溫度(du)(450~850℃)高(gao)。


焊(han)縫和熱影響區(qu)晶間腐蝕傾向與含碳量、加熱溫度(du)和保溫時間等因素有關。因此,為提高(gao)焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)抗晶腐蝕能力,一般宜采(cai)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(zhong)添加(jia)穩定化元素 Ti、Nb等(deng),使之優先(xian)形成(cheng)MC,而避免形成(cheng)貧鉻層。


  c. 使焊縫形成奧(ao)氏體(ti)(ti)加(jia)少量鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)雙相組織。當焊縫中存在一定數(shu)量的(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)時,可以細化(hua)晶(jing)(jing)(jing)粒(li),增加(jia)晶(jing)(jing)(jing)界面積,使晶(jing)(jing)(jing)界單位面積上的(de)(de)碳化(hua)鉻析出(chu)量減(jian)少,減(jian)輕貧(pin)鉻程度(du)。鉻在鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)中溶解(jie)度(du)較大,Cr23C6優先在鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)中形成,而不(bu)致使奧(ao)氏體(ti)(ti)晶(jing)(jing)(jing)界貧(pin)鉻;此外,散在奧(ao)氏體(ti)(ti)之間的(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti),還(huan)可能防止腐(fu)蝕(shi)沿晶(jing)(jing)(jing)界向內部擴展(zhan)。


  d. 控制在(zai)敏(min)化溫度區間(jian)(jian)的(de)停留(liu)時間(jian)(jian)。調整焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)熱循環,盡(jin)可(ke)能(neng)縮短600℃以上的(de)高(gao)溫停留(liu)時間(jian)(jian),以防止焊(han)(han)(han)縫(feng)及(ji)熱影響(xiang)區大量析出碳化鉻(ge)。如選(xuan)擇能(neng)量密度高(gao)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)方(fang)法(如等離子(zi)弧焊(han)(han)(han)),選(xuan)用(yong)較小的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)線能(neng)量,焊(han)(han)(han)縫(feng)背面通氬(ya)氣或采用(yong)銅墊增加焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)冷(leng)卻速度,減少(shao)起(qi)弧、收弧次數以避(bi)免(mian)重復(fu)加熱,多層焊(han)(han)(han)時與(yu)腐(fu)蝕介質的(de)接(jie)(jie)(jie)觸面盡(jin)可(ke)能(neng)最后施(shi)焊(han)(han)(han)等,均(jun)可(ke)以減少(shao)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)晶間(jian)(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)接(jie)頭的刀狀腐蝕


  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。


  防止刀口腐蝕的(de)措施如下:


 a. 降低含碳量(liang)


  這是防止刀狀腐(fu)蝕(shi)的很有效的措施(shi)。對于含有穩定化(hua)元素(su)的不銹鋼,含碳量最好不超過0.06%。


b. 采(cai)用合理的(de)焊接工藝


  盡量(liang)選(xuan)擇較小的線(xian)能量(liang),以減少(shao)過熱(re)區在(zai)高溫停留(liu)時間,注意避(bi)(bi)免在(zai)焊(han)(han)接(jie)過程(cheng)產生“中溫敏化”的效(xiao)果(guo)。因此雙面焊(han)(han)時,與(yu)腐蝕介質(zhi)接(jie)觸(chu)的焊(han)(han)縫應(ying)最后施(shi)焊(han)(han)(這是大(da)直徑厚壁焊(han)(han)內焊(han)(han)在(zai)外焊(han)(han)之后再進行的原因所在(zai)),如不能實施(shi),則(ze)應(ying)調整焊(han)(han)接(jie)規范及焊(han)(han)縫形狀,焊(han)(han)管內焊(han)(han),應(ying)盡量(liang)避(bi)(bi)免與(yu)腐蝕介質(zhi)接(jie)觸(chu)的過熱(re)區再次受到敏化加(jia)熱(re)。


 焊后熱處(chu)理(li)(li)。焊后進行固溶或穩定化處(chu)理(li)(li),均能提高接頭(tou)的抗刀(dao)狀(zhuang)腐蝕能力。