奧氏體不鏽鋼焊接常見問題-晶間腐蝕
 

焊接接頭的晶間腐蝕
 

 
晶間腐蝕的三種情況

有些奧氏體不鏽鋼的焊接接頭,在腐蝕介質中工作一段時間後可能發生局部沿著晶界的腐蝕,一般稱此種腐蝕為晶間腐蝕,0Cr18Ni9不鏽鋼晶間腐蝕如圖3所示。根據母材類型和所采用焊接材料與焊接工藝不同,奧氏體不鏽鋼焊接接頭可能發生在焊縫區、HAZ敏化去(600~1000℃)和熔合區。
 
奧氏體不鏽鋼焊接接頭
 
1. 晶間腐蝕
 
不鏽鋼晶間腐蝕

(1)產生晶間腐蝕的原因


 
奧氏體不鏽鋼焊縫和HAZ敏化區的晶間腐蝕,都與敏化過程使晶界形成貧鉻層有關。焊縫產生晶間腐蝕可有兩種情況:一種是焊態下已有Cr23C6
 
析出,如多層焊縫的重複加熱區域;另一種為接頭在焊態下無貧鉻層,但焊後經過敏化溫度區間,因而具有晶間腐蝕傾向。
 
奧氏體不鏽鋼在加熱到450~850℃時,對晶間腐蝕最敏感,此溫度區間稱敏化溫度區。這是因為當溫度低於450℃時,碳原子活動能力很弱,Cr23C6析出困難不會形成貧鉻層;而當溫度高於850℃時,晶粒內部的鉻獲得了的動能,擴展到晶界,從而使已形成的貧鉻層消失;而在450~850℃溫度區間內,既有利於Cr23C6的析出,晶粒內部的鉻原子又不能擴散到晶界,最容易形成貧鉻層,對晶間腐蝕最敏感。當然,如果在450~850℃溫度區間加熱足夠長的時間,晶內的鉻原子也可以擴散到晶界使貧鉻層消失。
 

(2)防止焊接接頭產生晶間腐蝕的措施

 

①冶金措施

 

白色的奧氏體和灰黑色的鐵素體

使焊縫金屬具有奧氏體-鐵素體雙相組織,其鐵素體的體積分數應在4%~12%範圍內,不僅能提高焊縫金屬抗晶間腐蝕的能力和抗應力腐蝕的能力,同時還能提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力。
在焊縫金屬中滲入比鉻更容易與碳結合的穩定化元素,如鈦、铌、鉭和鋯等。一般認為認為鈦碳比大於5時,能提高抗晶間腐蝕的能力。試驗結果證明,鈦碳比大於或等於6.7時才有明顯的效果;大於7.8時,才能徹底地改善晶間腐蝕的傾向。這是由於鈦優先地與全部的碳結合,消除了晶間的貧鉻地帶,從而改善了抗蝕性。
超低碳有利於防止晶間腐蝕。最大限度地降低碳在焊縫金屬中的含量,達到低於碳在不鏽鋼中室溫溶解極限值以下,使碳不可能與鉻生成Cr23C6,從根本上消除晶界的貧鉻區。碳的質量分數在焊縫金屬中小於0.03%時,就能提高焊縫金屬的抗晶間腐蝕能力。
如上所述,為了使焊縫金屬中含有恰當的合金元素種類和數量,隻有從焊接材料著手,選擇滿足上述冶金因素條件的焊條、焊劑及焊絲,才能使焊縫金屬達到不產生晶間腐蝕的目的。
 

②工藝措施
 

選擇合適的焊接方法,即選擇熱輸入最小的焊接方法,讓焊接接頭盡可能地縮短在敏化溫度區間停留的時間。對於薄件、小型規則的焊接接頭,應選用能量集中的真空電子束焊、等離子弧焊、鎢極氬弧焊;對於中等厚度的板材的焊縫,可采用熔化極氣體保護焊;而大厚度的板材的焊接,選用埋弧焊、焊條電弧焊為常用的焊接方法,氣焊不宜采用。
 
焊接參數應在保證焊縫質量的前提下,采用小的焊接電流,最快的焊接速度。
 
在操作上盡量采用窄焊縫,多道多層焊,並注意每焊完一道焊縫後要等焊接處冷卻至室溫再進行下一道焊縫的焊接。在施焊過程中,不允許焊條或焊絲擺動;焊接管子采用氬弧焊打底時,可以不加填充材料進行熔焊,在可能的條件下,管內通氬氣保護。其作用是保護熔池不易氧化,加快焊縫的冷卻速度,有利於背麵焊縫的成形。對於接觸腐蝕介質的焊縫,在有條件的情況下一定要最後施焊,以減少接觸介質焊縫的受熱次數。
         強製焊接區的快速冷卻。


貧鉻導致的晶間腐蝕

對於有的規則的焊縫,在可能的條件下焊縫背麵可用純銅墊,在銅墊上通水或通保護氣體等方式進行強迫冷卻,有利於防止焊接接頭的晶間腐蝕,因為快速冷卻可以防止貧鉻層的形成。
進行固溶處理或穩定化處理。奧氏體不鏽鋼的熱處理方法有固溶處理和穩定化處理。
         固溶處理
固溶處理是把鋼加熱到1050~1150℃,得到成分均勻的單相奧氏體組織,然後快冷,使高溫過飽和固溶體組織狀態保持到室溫。固溶處理後,奧氏體不鏽鋼具有最低的強度和硬度,最好的耐蝕性,是防止晶間腐蝕的重要手段。出現敏化現象的奧氏體不鏽鋼可再次用固溶處理來消除。
 
         穩定化處理是針對含穩定劑的奧氏體不鏽鋼而設計的一種熱處理工藝。
奧氏體不鏽鋼中加穩定劑(Ti或Nb)的目的是讓鋼中的碳與Ti或Nb形成穩定的TiC或NbC,而不形成Cr23C6,從而防止晶間腐蝕。穩定化處理加熱溫度高於Cr23C6的溶解溫度,低於TiC或NbC的溶解溫度,一般在850~900℃,並保溫2~4h。穩定化處理也可用於消除因敏化加熱而產生的晶間腐蝕傾向。




參考文獻:https://wenku.baidu.com/view/c5f16d1aa300a6c30c229fa5.html 

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