奧氏體不銹鋼是使用最為廣泛的不(bu)銹鋼(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(shi)體不銹鋼(gang)具有良好(hao)的焊接性,無淬(cui)硬性,因而(er)在熱影響區內無淬(cui)硬現(xian)象,同時也(ye)無晶粒(li)粗大化(hua)現(xian)象。但(dan)在焊接中存在以(yi)下問題(ti):
奧(ao)氏體不銹鋼焊(han)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(min)化(hua)溫度區腐蝕(shi)
18-8型不銹鋼在450~850℃溫(wen)度加(jia)熱時,具有晶(jing)間腐蝕傾向,這一溫(wen)度范圍稱為敏(min)化(hua)溫(wen)度區間。
焊(han)縫晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)可有(you)兩種情(qing)況:一種情(qing)況為焊(han)接(jie)線能量過大或多(duo)層焊(han)時(shi)焊(han)縫金屬(shu)在敏(min)化溫(wen)度區(qu)間(jian)停留(liu)時(shi)間(jian)過長所(suo)引起,即焊(han)接(jie)狀態(tai)下(xia)已有(you)碳化鉻(ge)析出而(er)形(xing)成貧鉻(ge)層;另一種情(qing)況是焊(han)接(jie)狀態(tai)下(xia)耐蝕(shi)性良好,焊(han)后(hou)經受了敏(min)化加(jia)熱的(de)作用(yong),因而(er)具有(you)晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)傾向。
熱影響區、敏(min)化(hua)區的晶間腐蝕傾向也是由于形(xing)成(cheng)貧鉻層所(suo)致。但因為(wei)焊(han)(han)接(jie)熱循環具有快(kuai)速(su)連續(xu)加熱的特(te)點,碳化(hua)鉻的析出需要在(zai)更(geng)高(gao)的溫(wen)度下才(cai)能較快(kuai)進行,因此,焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的敏(min)化(hua)區溫(wen)度范圍為(wei)600~1000℃,要比平衡加熱條件下的敏(min)化(hua)區溫(wen)度(450~850℃)高(gao)。
焊縫和熱影響區晶間(jian)腐(fu)蝕傾向與含碳量、加熱溫度和保溫時(shi)間(jian)等因(yin)素(su)有(you)關。因(yin)此(ci),為提高焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭抗晶腐(fu)蝕能力,一般宜采取以下(xia)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 Ti、Nb等(deng),使之優(you)先(xian)形成MC,而避免(mian)形成貧鉻層(ceng)。
c. 使(shi)焊(han)縫形成奧(ao)氏體加(jia)少量(liang)(liang)鐵(tie)素(su)體的雙(shuang)相組織。當焊(han)縫中(zhong)存(cun)在(zai)(zai)一定(ding)數量(liang)(liang)的鐵(tie)素(su)體時,可(ke)以細(xi)化晶(jing)粒,增加(jia)晶(jing)界(jie)面(mian)積(ji),使(shi)晶(jing)界(jie)單(dan)位面(mian)積(ji)上的碳化鉻析(xi)出量(liang)(liang)減少,減輕貧(pin)鉻程度。鉻在(zai)(zai)鐵(tie)素(su)體中(zhong)溶解度較(jiao)大,Cr23C6優先(xian)在(zai)(zai)鐵(tie)素(su)體中(zhong)形成,而不(bu)致使(shi)奧(ao)氏體晶(jing)界(jie)貧(pin)鉻;此外,散在(zai)(zai)奧(ao)氏體之間的鐵(tie)素(su)體,還可(ke)能防止(zhi)腐(fu)蝕(shi)沿(yan)晶(jing)界(jie)向內部擴展。
d. 控制在敏化(hua)溫(wen)度(du)區間的(de)(de)停留(liu)時間。調整焊(han)(han)接(jie)熱(re)(re)循環,盡(jin)可能(neng)縮短600℃以上的(de)(de)高溫(wen)停留(liu)時間,以防止焊(han)(han)縫及熱(re)(re)影響區大量析出碳化(hua)鉻。如(ru)選(xuan)擇(ze)能(neng)量密(mi)度(du)高的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)方法(如(ru)等離子弧焊(han)(han)),選(xuan)用較小的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)線能(neng)量,焊(han)(han)縫背面(mian)通氬(ya)氣(qi)或采(cai)用銅墊增加焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)冷卻(que)速度(du),減(jian)少起弧、收弧次數以避免(mian)重復(fu)加熱(re)(re),多(duo)層焊(han)(han)時與腐(fu)蝕介(jie)質的(de)(de)接(jie)觸(chu)面(mian)盡(jin)可能(neng)最后(hou)施焊(han)(han)等,均可以減(jian)少接(jie)頭的(de)(de)晶間腐(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. 焊接接頭的刀(dao)狀腐蝕
刀(dao)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(zhi)刀口腐(fu)蝕的(de)措(cuo)施如下:
a. 降低含碳量(liang)
這是防止刀狀腐蝕的很有效的措施(shi)。對(dui)于含有穩定化(hua)元素的不(bu)銹鋼,含碳(tan)量最好不(bu)超過0.06%。
b. 采用(yong)合理的焊接工藝
盡量選擇較小的線能量,以減少過(guo)熱(re)區在(zai)高溫停留時(shi)間,注意避(bi)免在(zai)焊(han)接(jie)過(guo)程產生“中溫敏化”的效果(guo)。因(yin)此雙面(mian)焊(han)時(shi),與(yu)腐蝕介(jie)質接(jie)觸的焊(han)縫應(ying)最后(hou)施焊(han)(這(zhe)是大(da)直(zhi)徑厚壁(bi)焊(han)內焊(han)在(zai)外焊(han)之(zhi)后(hou)再進行(xing)的原因(yin)所在(zai)),如不能實施,則(ze)應(ying)調整焊(han)接(jie)規范及焊(han)縫形狀(zhuang),焊(han)管(guan)內焊(han),應(ying)盡量避(bi)免與(yu)腐蝕介(jie)質接(jie)觸的過(guo)熱(re)區再次受到敏化加熱(re)。
焊后(hou)熱處理。焊后(hou)進行固溶或穩定化(hua)處理,均能提高接頭的抗刀(dao)狀腐(fu)蝕能力。

