奥氏体不锈钢焊接常见问题-晶间腐蚀
 

焊接接头的晶间腐蚀
 

 
晶间腐蚀的三种情况

有些奥氏体不锈钢的焊接接头,在腐蚀介质中工作一段时间后可能发生局部沿着晶界的腐蚀,一般称此种腐蚀为晶间腐蚀,0Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀如图3所示。根据母材类型和所采用焊接材料与焊接工艺不同,奥氏体不锈钢焊接接头可能发生在焊缝区、HAZ敏化去(600~1000℃)和熔合区。
 
奥氏体不锈钢焊接接头
 
1. 晶间腐蚀
 
不锈钢晶间腐蚀

(1)产生晶间腐蚀的原因


 
奥氏体不锈钢焊缝和HAZ敏化区的晶间腐蚀,都与敏化过程使晶界形成贫铬层有关。焊缝产生晶间腐蚀可有两种情况:一种是焊态下已有Cr23C6
 
析出,如多层焊缝的重复加热区域;另一种为接头在焊态下无贫铬层,但焊后经过敏化温度区间,因而具有晶间腐蚀倾向。
 
奥氏体不锈钢在加热到450~850℃时,对晶间腐蚀最敏感,此温度区间称敏化温度区。这是因为当温度低于450℃时,碳原子活动能力很弱,Cr23C6析出困难不会形成贫铬层;而当温度高于850℃时,晶粒内部的铬获得了的动能,扩展到晶界,从而使已形成的贫铬层消失;而在450~850℃温度区间内,既有利于Cr23C6的析出,晶粒内部的铬原子又不能扩散到晶界,最容易形成贫铬层,对晶间腐蚀最敏感。当然,如果在450~850℃温度区间加热足够长的时间,晶内的铬原子也可以扩散到晶界使贫铬层消失。
 

(2)防止焊接接头产生晶间腐蚀的措施

 

①冶金措施

 

白色的奥氏体和灰黑色的铁素体

使焊缝金属具有奥氏体-铁素体双相组织,其铁素体的体积分数应在4%~12%范围内,不仅能提高焊缝金属抗晶间腐蚀的能力和抗应力腐蚀的能力,同时还能提高焊缝金属抗热裂纹的能力。
在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳定化元素,如钛、铌、钽和锆等。一般认为认为钛碳比大于5时,能提高抗晶间腐蚀的能力。试验结果证明,钛碳比大于或等于6.7时才有明显的效果;大于7.8时,才能彻底地改善晶间腐蚀的倾向。这是由于钛优先地与全部的碳结合,消除了晶间的贫铬地带,从而改善了抗蚀性。
超低碳有利于防止晶间腐蚀。最大限度地降低碳在焊缝金属中的含量,达到低于碳在不锈钢中室温溶解极限值以下,使碳不可能与铬生成Cr23C6,从根本上消除晶界的贫铬区。碳的质量分数在焊缝金属中小于0.03%时,就能提高焊缝金属的抗晶间腐蚀能力。
如上所述,为了使焊缝金属中含有恰当的合金元素种类和数量,只有从焊接材料着手,选择满足上述冶金因素条件的焊条、焊剂及焊丝,才能使焊缝金属达到不产生晶间腐蚀的目的。
 

②工艺措施
 

选择合适的焊接方法,即选择热输入最小的焊接方法,让焊接接头尽可能地缩短在敏化温度区间停留的时间。对于薄件、小型规则的焊接接头,应选用能量集中的真空电子束焊、等离子弧焊、钨极氩弧焊;对于中等厚度的板材的焊缝,可采用熔化极气体保护焊;而大厚度的板材的焊接,选用埋弧焊、焊条电弧焊为常用的焊接方法,气焊不宜采用。
 
焊接参数应在保证焊缝质量的前提下,采用小的焊接电流,最快的焊接速度。
 
在操作上尽量采用窄焊缝,多道多层焊,并注意每焊完一道焊缝后要等焊接处冷却至室温再进行下一道焊缝的焊接。在施焊过程中,不允许焊条或焊丝摆动;焊接管子采用氩弧焊打底时,可以不加填充材料进行熔焊,在可能的条件下,管内通氩气保护。其作用是保护熔池不易氧化,加快焊缝的冷却速度,有利于背面焊缝的成形。对于接触腐蚀介质的焊缝,在有条件的情况下一定要最后施焊,以减少接触介质焊缝的受热次数。
         强制焊接区的快速冷却。


贫铬导致的晶间腐蚀

对于有的规则的焊缝,在可能的条件下焊缝背面可用纯铜垫,在铜垫上通水或通保护气体等方式进行强迫冷却,有利于防止焊接接头的晶间腐蚀,因为快速冷却可以防止贫铬层的形成。
进行固溶处理或稳定化处理。奥氏体不锈钢的热处理方法有固溶处理和稳定化处理。
         固溶处理
固溶处理是把钢加热到1050~1150℃,得到成分均匀的单相奥氏体组织,然后快冷,使高温过饱和固溶体组织状态保持到室温。固溶处理后,奥氏体不锈钢具有最低的强度和硬度,最好的耐蚀性,是防止晶间腐蚀的重要手段。出现敏化现象的奥氏体不锈钢可再次用固溶处理来消除。
 
         稳定化处理是针对含稳定剂的奥氏体不锈钢而设计的一种热处理工艺。
奥氏体不锈钢中加稳定剂(Ti或Nb)的目的是让钢中的碳与Ti或Nb形成稳定的TiC或NbC,而不形成Cr23C6,从而防止晶间腐蚀。稳定化处理加热温度高于Cr23C6的溶解温度,低于TiC或NbC的溶解温度,一般在850~900℃,并保温2~4h。稳定化处理也可用于消除因敏化加热而产生的晶间腐蚀倾向。




参考文献:https://wenku.baidu.com/view/c5f16d1aa300a6c30c229fa5.html 

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