奧氏體不銹鋼是使用最為廣泛的不(bu)銹(xiu)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-鎳奧氏體不銹鋼(gang)具(ju)有(you)良好的焊(han)接性,無淬硬性,因而在熱影響區內無淬硬現(xian)象,同時也無晶粒(li)粗(cu)大化現(xian)象。但在焊(han)接中存(cun)在以下問題:
奧氏(shi)體(ti)不(bu)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(fu)蝕和(he)母(mu)材上敏化溫度(du)區腐(fu)蝕
18-8型不銹(xiu)鋼在450~850℃溫(wen)度加熱時,具有晶間(jian)(jian)腐蝕傾向,這一(yi)溫(wen)度范圍稱為敏化溫(wen)度區間(jian)(jian)。
焊(han)(han)縫晶間腐蝕(shi)可有兩種情況:一種情況為焊(han)(han)接線能(neng)量過(guo)大或多層焊(han)(han)時焊(han)(han)縫金屬(shu)在敏化溫度區間停留時間過(guo)長所引起,即焊(han)(han)接狀態(tai)(tai)下已(yi)有碳化鉻(ge)析出而(er)形成貧鉻(ge)層;另(ling)一種情況是(shi)焊(han)(han)接狀態(tai)(tai)下耐蝕(shi)性良好,焊(han)(han)后經(jing)受了敏化加(jia)熱的作用,因而(er)具有晶間腐蝕(shi)傾向。
熱影響區(qu)、敏化區(qu)的晶間腐蝕傾向也是(shi)由于形成貧(pin)鉻層所致(zhi)。但因為焊接(jie)(jie)熱循(xun)環具有(you)快速連續加熱的特(te)點,碳化鉻的析出需要在更(geng)高的溫(wen)度下(xia)才能較(jiao)快進(jin)行,因此,焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的敏化區(qu)溫(wen)度范圍為600~1000℃,要比(bi)平(ping)衡(heng)加熱條(tiao)件下(xia)的敏化區(qu)溫(wen)度(450~850℃)高。
焊縫和熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)晶間腐(fu)蝕傾向與含(han)碳(tan)量、加(jia)熱(re)溫度(du)和保溫時間等因素有關。因此(ci),為(wei)提(ti)高焊接接頭抗(kang)晶腐(fu)蝕能力,一般宜采取以(yi)下措施(shi):
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(zai)鋼中(zhong)添加穩定化元(yuan)素 Ti、Nb等,使之優先形成(cheng)MC,而避免形成(cheng)貧鉻層。
c. 使(shi)焊縫(feng)形成(cheng)奧(ao)氏體(ti)加(jia)少(shao)量(liang)鐵(tie)素(su)體(ti)的(de)(de)(de)雙相(xiang)組(zu)織。當(dang)焊縫(feng)中(zhong)存在一(yi)定數(shu)量(liang)的(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)時(shi),可以細化晶粒,增加(jia)晶界(jie)面(mian)積,使(shi)晶界(jie)單位面(mian)積上的(de)(de)(de)碳化鉻(ge)析出(chu)量(liang)減少(shao),減輕貧(pin)鉻(ge)程度(du)。鉻(ge)在鐵(tie)素(su)體(ti)中(zhong)溶解度(du)較大,Cr23C6優先在鐵(tie)素(su)體(ti)中(zhong)形成(cheng),而不(bu)致使(shi)奧(ao)氏體(ti)晶界(jie)貧(pin)鉻(ge);此外(wai),散(san)在奧(ao)氏體(ti)之間的(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti),還可能防止(zhi)腐蝕沿晶界(jie)向內部擴(kuo)展。
d. 控(kong)制在(zai)敏化(hua)(hua)溫(wen)度區(qu)間的(de)(de)(de)停留時間。調整焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱(re)循環(huan),盡(jin)可能(neng)縮短600℃以上的(de)(de)(de)高溫(wen)停留時間,以防(fang)止焊(han)(han)(han)縫(feng)及熱(re)影(ying)響區(qu)大量析出碳化(hua)(hua)鉻。如選擇能(neng)量密(mi)度高的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)方法(如等離子弧(hu)焊(han)(han)(han)),選用較小的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)線能(neng)量,焊(han)(han)(han)縫(feng)背面(mian)通氬氣(qi)或采用銅(tong)墊增加焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)冷卻速度,減少起弧(hu)、收弧(hu)次數以避免重復加熱(re),多層焊(han)(han)(han)時與腐蝕介質的(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸面(mian)盡(jin)可能(neng)最后施焊(han)(han)(han)等,均可以減少接(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)晶(jing)間腐蝕傾向(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(tou)的刀(dao)狀腐蝕
刀狀(zhuang)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。
防止刀(dao)口腐蝕的措(cuo)施如下:
a. 降低含(han)碳(tan)量
這是防止(zhi)刀狀腐蝕的(de)很有效的(de)措施。對于含(han)有穩定化(hua)元素的(de)不銹鋼,含(han)碳量(liang)最(zui)好不超(chao)過0.06%。
b. 采用合理(li)的(de)焊接(jie)工藝
盡(jin)量選擇較(jiao)小的(de)線(xian)能量,以減少過(guo)熱區在(zai)高溫停(ting)留時(shi)間,注意避免在(zai)焊(han)(han)接過(guo)程產生(sheng)“中溫敏化”的(de)效果。因(yin)此(ci)雙面焊(han)(han)時(shi),與腐蝕介(jie)質接觸(chu)(chu)的(de)焊(han)(han)縫應最(zui)后(hou)施(shi)焊(han)(han)(這是大直徑厚壁焊(han)(han)內焊(han)(han)在(zai)外焊(han)(han)之(zhi)后(hou)再(zai)進行的(de)原因(yin)所在(zai)),如不能實施(shi),則應調整焊(han)(han)接規范及焊(han)(han)縫形狀,焊(han)(han)管內焊(han)(han),應盡(jin)量避免與腐蝕介(jie)質接觸(chu)(chu)的(de)過(guo)熱區再(zai)次受到敏化加熱。
焊后(hou)熱(re)處(chu)理(li)。焊后(hou)進行(xing)固(gu)溶或穩定(ding)化(hua)處(chu)理(li),均能提(ti)高接頭的抗(kang)刀狀腐蝕能力。