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(ti)不銹(xiu)鋼具有良好的焊接性(xing),無淬硬性(xing),因而在(zai)熱影響區內(nei)無淬硬現(xian)象,同時也無晶粒粗大化(hua)現(xian)象。但在(zai)焊接中存在(zai)以下問題:
奧氏體不銹鋼焊(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. 焊縫晶間腐蝕和母材(cai)上敏(min)化溫度(du)區腐蝕
18-8型不銹鋼在(zai)450~850℃溫度(du)(du)(du)加熱時,具有晶間(jian)腐蝕傾向,這一溫度(du)(du)(du)范圍稱為敏化溫度(du)(du)(du)區(qu)間(jian)。
焊(han)縫晶(jing)(jing)間腐蝕(shi)可有兩種(zhong)(zhong)情況(kuang):一種(zhong)(zhong)情況(kuang)為焊(han)接線能(neng)量過大或多(duo)層焊(han)時(shi)焊(han)縫金屬在敏化溫度區間停留時(shi)間過長所引(yin)起(qi),即焊(han)接狀(zhuang)態下已有碳化鉻析出(chu)而形成(cheng)貧(pin)鉻層;另一種(zhong)(zhong)情況(kuang)是焊(han)接狀(zhuang)態下耐蝕(shi)性(xing)良好,焊(han)后經受了(le)敏化加(jia)熱的(de)作用,因(yin)而具有晶(jing)(jing)間腐蝕(shi)傾向。
熱(re)(re)影(ying)響區、敏化區的(de)晶間腐蝕(shi)傾向也是由于形成貧鉻(ge)層所致。但因為焊接(jie)熱(re)(re)循環(huan)具有快速(su)連續(xu)加熱(re)(re)的(de)特點,碳(tan)化鉻(ge)的(de)析出需要(yao)在更高(gao)的(de)溫(wen)度下才(cai)能(neng)較快進行(xing),因此,焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)敏化區溫(wen)度范圍為600~1000℃,要(yao)比(bi)平衡(heng)加熱(re)(re)條(tiao)件下的(de)敏化區溫(wen)度(450~850℃)高(gao)。
焊縫和熱影響區晶(jing)間腐蝕傾向與含碳量、加熱溫度和保溫時(shi)間等因(yin)素(su)有關。因(yin)此,為(wei)提高(gao)焊接接頭抗(kang)晶(jing)腐蝕能力,一般宜(yi)采取以下措施:
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. 在鋼中添加穩定化元素 Ti、Nb等,使(shi)之優先形成(cheng)MC,而避(bi)免形成(cheng)貧鉻層。
c. 使(shi)焊(han)縫形成(cheng)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)加少(shao)量鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)雙相組織。當焊(han)縫中存在(zai)一定數(shu)量的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)時,可以細化(hua)晶粒,增(zeng)加晶界(jie)面積(ji),使(shi)晶界(jie)單位面積(ji)上(shang)的(de)碳化(hua)鉻析出量減少(shao),減輕貧(pin)鉻程度。鉻在(zai)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)中溶(rong)解(jie)度較大,Cr23C6優先(xian)在(zai)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)中形成(cheng),而不(bu)致使(shi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)晶界(jie)貧(pin)鉻;此(ci)外(wai),散在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)之間的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti),還可能防止腐(fu)蝕沿晶界(jie)向內部擴展。
d. 控制(zhi)在敏(min)化(hua)溫度(du)區間(jian)的(de)停(ting)留時(shi)間(jian)。調整焊(han)(han)接(jie)熱循環,盡(jin)可(ke)能縮短600℃以(yi)上的(de)高(gao)溫停(ting)留時(shi)間(jian),以(yi)防(fang)止焊(han)(han)縫及熱影響區大量(liang)析出(chu)碳(tan)化(hua)鉻。如(ru)選擇能量(liang)密度(du)高(gao)的(de)焊(han)(han)接(jie)方法(如(ru)等離子弧(hu)(hu)焊(han)(han)),選用(yong)較小的(de)焊(han)(han)接(jie)線能量(liang),焊(han)(han)縫背(bei)面(mian)通氬氣或采用(yong)銅墊增加焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的(de)冷卻速度(du),減少起弧(hu)(hu)、收弧(hu)(hu)次數以(yi)避(bi)免重復加熱,多(duo)層焊(han)(han)時(shi)與腐蝕介質的(de)接(jie)觸面(mian)盡(jin)可(ke)能最后施焊(han)(han)等,均(jun)可(ke)以(yi)減少接(jie)頭的(de)晶間(jian)腐蝕傾(qing)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. 焊接接頭的刀狀腐蝕
刀狀腐(fu)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(fu)蝕的措(cuo)施如下:
a. 降(jiang)低含碳量
這是(shi)防止刀狀腐蝕的很有效的措(cuo)施。對于(yu)含有穩定化元素(su)的不(bu)銹鋼,含碳量(liang)最好不(bu)超過0.06%。
b. 采(cai)用合理的焊接工藝(yi)
盡(jin)量(liang)選(xuan)擇較小(xiao)的(de)線能量(liang),以減少過熱(re)(re)區在(zai)(zai)高溫(wen)停留時(shi)間,注意避免(mian)在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)過程產(chan)生“中溫(wen)敏化”的(de)效果。因(yin)此雙面焊(han)(han)(han)時(shi),與(yu)腐蝕介(jie)質(zhi)接(jie)觸(chu)的(de)焊(han)(han)(han)縫應最后施焊(han)(han)(han)(這是大直(zhi)徑(jing)厚壁(bi)焊(han)(han)(han)內焊(han)(han)(han)在(zai)(zai)外焊(han)(han)(han)之后再進行(xing)的(de)原因(yin)所在(zai)(zai)),如不能實(shi)施,則應調整焊(han)(han)(han)接(jie)規范及焊(han)(han)(han)縫形(xing)狀(zhuang),焊(han)(han)(han)管(guan)內焊(han)(han)(han),應盡(jin)量(liang)避免(mian)與(yu)腐蝕介(jie)質(zhi)接(jie)觸(chu)的(de)過熱(re)(re)區再次受(shou)到(dao)敏化加熱(re)(re)。
焊后熱處理。焊后進行(xing)固溶(rong)或(huo)穩定化處理,均能提高接(jie)頭的抗刀狀腐(fu)蝕(shi)能力。