奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀评定和控制
奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀问题的防止
1引言随着“工业4.0”时代的到来，工业的发展步伐进一步加大，而不锈钢因其自身具有的耐腐蚀性、力学性能良好等特点被广泛应用于工业的生产加工中。
然而其在焊接的过程中，可能会出现焊缝晶间腐蚀的现象，影响了不锈钢的内部结构，从而对其性能也产生了影响。
因此，本文对奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀问题的防止探讨，具有一定的研究价值和意义。
2晶间腐蚀的概念晶间腐蚀是一种发生在金属材料晶粒之间的腐蚀形式。
奥氏体不锈钢一旦产生了晶间腐蚀，在应力的作用情况下，这种腐蚀会逐渐向内部扩展，从而破坏奥氏体不锈钢的内部结构，影响其使用性能。
晶间腐蚀一般情况下在热影响区以及焊缝或者是熔合线上产生，而在熔合线上产生的晶间腐蚀又叫刃状腐蚀[1]。
3晶间腐蚀产生的原因分析对奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的过程分析如下：在奥氏体不锈钢焊缝处于室温下的状态时，其C元素在奥氏体内的溶解度很小，大约有0.02%~0.03%，并一般情况下的奥氏体不锈钢内含有的C含量不会超出0.02%~0.03%的范围，因此，对奥氏体不锈钢进行淬火处理能够保证材料的力学性能稳定。
但是在淬火过程中，奥氏体不锈钢材料长时间处于450~850℃的温度下，其C元素的扩散速度会加快，和Cr元素进行化学反应，生成碳化铬Gr23C6。
这种情况下使得奥氏体内晶界Cr元素含量越来越少，而当其含量小于12%时，就丧失了部分抗腐蚀能力，从而产生了晶间腐蚀现象。
总之，晶间腐蚀的产生就是由于Cr元素的缺失引起的。
4奥氏体不锈钢焊缝产生晶间腐蚀的影响因素4.1加热温度和加热时间的影响在影响奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀的众多因素中，加热的温度和解热的时间是其中的一个重要影响因素。
一般情况下，对于奥氏体来说，其产生晶间腐蚀的温度范围大概在450~ 850℃之间。
这主要是在温度低于450℃的时候，不会产生Gr23C6；而当温度高于850℃时，会使得Cr元素的扩散速度加快，不会出现“贫铬区”。
而在对奥氏体不锈钢进行焊接的过程中，焊缝的两侧区域是处于450~850℃温度之间的，容易引发晶间腐蚀现象。
不锈钢晶间腐蚀控制措施
不锈钢晶间腐蚀控制措施1 问题的提出技术统一规定中通常包括“奥氏体不锈钢制容器用于可能引起晶间腐蚀的环境, 焊后应做固溶或稳定化处理”, 提出这样的要求, 自有其存在的合理性。
但即使设计人员在图样的技术要求中提出这一条, 要求制造厂进行不锈钢制容器(比如换热器) 的焊后热处理, 由于实际热处理工艺参数难以控制和其他一些意想不到的困难, 通常难以达到设计人员提出的理想要求, 实际上在役的不锈钢设备绝大部分是在焊后态使用。
这就促使我们去思考:晶间腐蚀是奥氏体不锈钢最常见的腐蚀形式, 那么产生晶间腐蚀的机理是什么? 在什么介质环境下会引起晶间腐蚀?防止和控制晶间腐蚀的主要方法有哪些?奥氏体不锈钢制容器用于可能引起晶间腐蚀的环境焊后是否都要热处理?本文查阅有关的标准、规范,专著,结合生产实际谈谈个人看法。
2 晶间腐蚀的产生机理晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀, 腐蚀沿着金属或合金晶粒边界或它的临近区域发展, 而晶粒腐蚀很轻微,这种腐蚀便称为晶间腐蚀,这种腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱。
严重的晶间腐蚀,可使金属失去强度和延展性,在正常载荷下碎裂。
现代晶间腐蚀理论, 主要有贫铬理论和晶界杂质选择溶解理论。
2. 1 贫铬理论常用的奥氏体不锈钢, 在氧化性或弱氧化性介质中之所以产生晶间腐蚀, 多半是由于加工或使用时受热不当引起的。
所谓受热不当是指钢受热或缓慢冷却通过450～850 ℃温度区, 钢就会对晶间腐蚀产生敏感性。
所以这个温度是奥氏体不锈钢使用的危险温度。
不锈钢材料在出厂时已经固溶处理,所谓固溶处理就是把钢加热至1050～1150 ℃后进行淬火, 目的是获得均相固溶体。
奥氏体钢中含有少量碳, 碳在奥氏体中的固溶度是随温度下降而减小的。
如0Cr18Ni9Ti , 在1100 ℃时, 碳的固溶度约为0. 2 % , 在500～700 ℃时, 约为0.02 %。
所以经固溶处理的钢,碳是过饱和的。
当钢无论是加热或冷却通过450～850 ℃时,碳便可形成( Fe 、Cr) 23C6 从奥氏体中析出而分布在晶界上。
不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验
防治措施
①采用超低碳不锈钢，含碳量希望小于 0.06% 。 ②在工艺上，尽量减小近缝区过热， 特别要避免在焊接过程中就产生“中温敏化” 的加热效果。 由此可见：“高温过热”和“中温敏化”是产 生刀蚀的必要条件。 对于焊接接头“高温过热”是焊接热循环中必 然形成的，因此只需要进行一次“中温敏化” 处理，就可根据 GB1223-75 标准进行晶间腐蚀 试验。
实验目的
一、观察与分析不锈钢焊接接头的显微 组织。 二、了解不锈钢焊接接头产生晶间腐蚀 的机理及晶间腐蚀区显微组织特征。
二、
实验装置及实验材料
（一）C法电解浸蚀装置 （二）金相显微镜 （三）吹风机 （四） 腐蚀液稀释为10%的草酸（C2H4O4· 2H2O 分析纯）水溶液1000ml （五） 实验材料1Cr18Ni9Ti(或1Cr18Ni9)钢手 弧焊或TIG焊试片40×20×1.5～3mm 6对 （六） 秒表 （七） 乙醇、丙酮、棉花、各号金相砂纸等。
三、
实验原理
1 焊接18-8型奥氏体不锈钢的接头产 生晶间腐蚀的类型及控制 18-8 型不锈钢焊接接头出现三个部位的 晶间腐蚀现象，即，焊缝腐蚀区，刀状 腐蚀区，敏化腐蚀区。但在同一个接头 中不会出现这三种晶间腐蚀区，其取决 于钢的成分。
1)
焊缝腐蚀区
焊缝腐蚀区主要与焊接材料有关，同时也受焊接工艺的影响。 （a） 防治措施：①控制焊缝金属化学成分，主要 是尽量降低含碳量和添加足够量的 Ti 和 Nb。焊缝中 Ti 和 Nb 的量 应大于钢板的量 （b）控制焊缝的组织状态，使之含有适当数量的 一次铁素体δ（δ=5%为最宜，适宜量为4～12ً%）。
2)
敏化区腐蚀
在焊接热影响区中峰值温度处于敏化温度区间的部 位所发生的腐蚀（敏化温度为450℃～ 850℃；实际区 为600℃～1000℃）。敏化区腐蚀只发生在不含Ti或Nb 的18-8不锈钢中。 防 治 措 施 ： ① 采 用 含 Ti 或 Nb 的 1 8 - 8 或 超 低 碳 00Cr18Ni11不锈钢。 ②在工艺方面，应尽可能减少热影 响取处于敏化温度区间的时间。 产生敏化腐蚀区后的处理措施：采用稳定化处理， 将处理件进行850～900℃短时加热后空冷。
奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验
奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法一、试验方法：奥氏体不锈钢10%草酸浸蚀试验方法试样在10%的草酸溶液中电解浸蚀后，在显微镜下观察浸蚀表面的金相组织。
二、试样1、取样及制备：1）焊接试样从与产品钢材相同而且焊接工艺也相同的试块上取样，试样应包括母材、热影响区以及焊接金属的表面；2）取样方法：原则上用锯切，如用剪切方法时应通过切削或研磨的方法除去剪切影响部分；3）试样被检查的表面应抛光，以便进行腐蚀和显微组织检验；2、试样的敏化处理1）敏化前和试验前试样用适当的溶剂或洗涤剂（非氯化物）除油并干燥；2）焊接试样直接以焊后状态进行试验。
对焊后还要经过350℃以上热加工的焊接件，试样在焊后还应进行敏化处理。
试样的敏化处理在研磨前进行，敏化处理制度为650℃，保温1小时，空冷。
三、试验方法1、试验溶液：将100克符合GB/T9854的优先级纯草酸溶解于900ml蒸馏水或去离子水中，配置成10%草酸溶液；2、实验仪器和设备：阴极为奥氏体不锈钢制成的钢杯或表面积足够大的钢片，阳极为试样，如用钢片作阴极时要采用适当形状的夹具，使试样保持于试验溶液中，浸蚀电路如图1所示。
1——不锈钢容器2——试样3——直流电源4——变阻器5——电流表6——开关图1 电解浸蚀装置图3、试验条件和步骤：1）把浸蚀试样作阴极，以不锈钢杯或不锈钢片作为阴极，倒入10%草酸溶液，接通电流。
阳极电流密度为1A/cm2，浸蚀时间为90s，浸蚀溶液温度为20℃~50℃。
2）试样浸蚀后，用流水洗净，干燥。
在金相显微镜下观察试样的全部浸蚀表面，放大倍数为200倍~500倍，根据表1、表2和图2~图8判定组织的类别。
3）每次试验使用新的溶液。
4、浸蚀组织的分类1）显示晶界形态浸蚀组织的分类见表1；2）显示凹坑形态浸蚀组织的分类见表2；3）一类阶梯组织和二类混合组织是可接受的组织，其余为不可接受组织。
5、试验报告：试验报告应包括以下内容：1）试验的名称及试验面积尺寸；2）电流密度；3）浸蚀时间和温度；4）浸蚀后的金相照片；5）判定结果。
奥氏体不锈钢焊接中的晶间腐蚀敏感性试验简述
Gongyi yu Jishu♦工艺与技术奥氏体不锈钢焊接中的晶间腐蚀敏感性试验简述贾飞_(懸美德沖国3有観公：爾，上海201.809)摘要:奥氏体不锈钢捧接中的晶间腐魏是:一个无滚两滅的间《，国内外也对乎IB何确定晶_腐蚀的敏感性出台了相关的标准=现 从虜内晶间腐蚀敏感性试验标准入篆.播要刻举f國内外的晶向腐蚀驗感性试藥雜对此做出T简要分析。
关键词奧氏体不锈钢;晶间腐蚀r焊掾r敏薄性n.试轂0引言奥氏体不锈钢具体良好的耐_温和耐腐蚀性以及较好的焊翻生，便于机加工，圃此广泛用乎化工设备及其他行业。
晶 间腐蚀暴奥氏体不锈钢常见的一种电化学腐蚀，较之其他腐蚀藤式，诸如点蚀縫:隙腐蚀和应力腐蚀晶间腐蚀:尤其蓉'S 扭现在焊接过蠢中,:虜焊縫又是设备中最知静弱的环节，因 此，在_产生爾中:要对晶间腐蚀给予足够的重视4产&焊缝晶间腐蚀的不镑钢构件在外形上役有祍何变化，餘焊缝区域外，其余母材均未被腐蚀，仍保持着明亮的金属，光泽^因此，晶间腐蚀不易通过常规手段进行检查，往往发生破坏时，已经为时 晚矣，難#f t极大。
晶间腐蚀能被坏晶粒间的结合力,造成备项机械性能大范围下降,形成晶羿失效的结构，即#晶粒:的机械性能完好爾互相聪系的晶界却=脆截不堪奧氏体不锈钢之所以不镑是因为有大于12%的铬元素形成的钝化层。
但是在加热状态下，晶内碳元素的扩散速度大于 铬元素的扩散速度，晶界载会富檗太暈M嵌元素，由于撰:元素 与铬元素的亲和力较强，会与处于義弄处的铬元素:形成m2a(m表示铬和铁元素)，从而第耗掉晶猙:；|暈:的铬元素，使 晶界贫铬(:小子12%)而形成腐蚀。
另外,西格玛灌在勗界的析出同祥会造成类似的贫锡区，也会导致晶间腐蚀的发生，这是超低碳奥氏你不锈钢发隹晶间腐蚀:的原厲捧接过靈中，加热过麓会加速勗界附近元素的迁移，使屬本没有勗眞腐蚀性能的母材也在焊缝附近产生贫铬区，因此，在焊接工艺评定中，晶间腐蚀敏感性试验長十分必要的。
奥氏体不锈钢的焊接特点及焊材选用原则
奥氏体不锈钢的焊接特点及焊条选用摘要：奥氏体不锈钢是石油化工生产中应用最为广泛的金属材料之一，本文简要地阐述了不锈钢焊接过程中容易出现的一些问题，针对这些问题提出了相应的预防措施，并根据这些措施提出了焊条的选用原则。
关键词：奥氏体不锈钢焊接特点防止措施焊条选用不锈钢是指主加元素Cr高于12%、能使钢处于钝化状态、又具有不锈特性的钢。
不锈钢根据其显微组织分为铁素体型、马氏体型、奥氏体型、奥氏体+铁素体型和沉淀硬化型不锈钢。
奥氏体不锈钢通常在常温下的组织为纯奥氏体,也有一些为奥氏体+少量铁素体。
一、奥氏体不锈钢的焊接特点奥氏体不锈钢是石油化工生产中应用最为广泛的金属材料之一，其焊接性能良好，但在焊接过程中也容易产生不少问题，主要表现为以下几种：1、晶间腐蚀奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀，根据贫铬理论, 其原因是焊接时焊缝和热影响区在加热到450～850℃温度范围停留一定时间的接头部位，在晶界处析出高铬碳化物（Cr23C6），引起晶粒表层含铬量降低，形成贫铬区，在腐蚀介质的作用下，晶粒表层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。
这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化，受力时则会沿晶界断裂，几乎完全失去强度。
为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀，一般采取的防止措施有：（1）采用低碳或超低碳的焊材,如A002等，或采用含钛、铌等稳定化元素的焊条,如A137、A132等；（2）由焊丝或焊条向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素,使焊缝金属成为奥氏体+铁素体的双相组织 (铁素体一般控制4-12%)；（3）减少焊接熔池过热,选用较小的焊接电流和较快的焊接速度,加快冷却速度；（4）对耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件进行焊后稳定化退火处理。
2、焊接热裂纹热裂纹产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强，有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。
另外，此类钢的导热系数小（约为低碳钢的1/3），线胀系数大（比低碳钢大50%），所以焊接应力也大，加剧了热裂纹的产生。
不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验
不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验项目编号 08505917项目名称不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验面向专业材料成型与控制工程，材料科学与工程课程名称金属焊接性教材、实习指导名称材料成型与控制工程专业（焊接部分）实验指导书所属院系材料科学与工程学院所属实验室材料成型实验室(焊接)实验类别专业课实验类型综合实验要求选做难易程度一般计划学时 4学分 .1实验套数 2每组人数8最多容纳人数10实验项目简介：晶间腐蚀是沿晶粒边界发生的腐蚀现象，因碳化铬在晶界沉淀而使晶界层“贫铬”，铬的有效含量<12%，在腐蚀介质中沿晶间发生腐蚀。
该试验以18-8型奥氏体不锈钢中最常用的含稳定元素的1Cr18Ni9Ti和含稳定元素的0Cr19Ni9为例，来讨论晶间腐蚀问题。
奥氏体不锈钢的焊接接头,通常在焊缝区、过热区、敏化区，产生晶间腐蚀倾向。
观察与分析不锈钢焊接接头的显微组织，观察晶间腐蚀区显微组织特征，分析不锈钢焊接接头产生晶间腐蚀的机理和防治。
实验目的：一、观察与分析不锈钢焊接接头的显微组织。
二、了解不锈钢焊接接头产生晶间腐蚀的机理及晶间腐蚀区显微组织特征。
对实验原理与方法的要求：晶间腐蚀是沿晶粒边界发生的腐蚀现象，因碳化铬在晶界沉淀而使晶界层“贫铬”，铬的有效含量<12%，在腐蚀介质中沿晶间发生腐蚀。
该试验以18-8型奥氏体不锈钢中最常用的含稳定元素的1Cr18Ni9Ti和含稳定元素的0Cr19Ni9为例，来讨论晶间腐蚀问题。
奥氏体不锈钢的焊接接头,通常在焊缝区、过热区、敏化区，产生晶间腐蚀倾向。
焊缝中尽量减少C，或添加足够的Nb，或使焊缝中获得适量的δ相，可避免焊缝区晶间腐蚀。
敏化腐蚀区是HAZ加热峰值温度为600～1000℃的区域，敏化区腐蚀只发生在不含Ti或Nb 的普通18-8钢中，超低碳不锈钢也不会发生。
刀状腐蚀区：只出现在含Ti或Nb的18-8接头中，且一定发生在紧邻焊缝的过热区中，呈窄而深的沿晶破坏，类似刀削切口，简称“刀蚀“。
奥氏体不锈钢晶间腐蚀及防止
奥氏体不锈钢晶间腐蚀及防止1前言不锈钢按组织可分为铁素体不锈钢：如Crl7、 Cr17Ti、Cr28等，马氏体不锈钢：如2Cr13、3Crl3、 4Cr13等，奥氏体不锈钢：如0Crl8Ni9Ti、1Crl8Ni9Ti、 Crl8Nil2Mo2Ti三种。
由于奥氏体不锈钢含有较高的铬和镍．可形成致密的氧化膜且热强性高，故奥氏体不锈钢比其它不锈钢具有更优良的耐蚀性、塑性、高温性能和焊接性，因此奥氏体不锈钢在航空、化工和原子能等工业中得到日益广泛的应用。
但在生产过程是如果焊条选用或焊接工艺不正确时，会产生晶间腐蚀及焊接热裂纹。
2 晶间腐蚀的概念晶间腐蚀是产生在晶粒之间的一种腐蚀形式。
产生晶间腐蚀的不锈钢，受到应力作用时，晶间腐蚀由表面开始而逐渐向内部发展。
这种腐蚀对于承受重载零件危害很大，因为它不引起零件外形的任何变化而使品粒之间结合遭到破坏，严重降低其机械性能，强度几乎完令损失，往往使机械设备发生突然破坏，是不锈钢最危险的一种破坏形式。
晶间腐蚀可以分别产生在热影响区、焊缝或熔合线上。
在熔合线上产生的晶间腐蚀又叫刃状腐蚀。
3晶间腐蚀产生的原因现以18—8型奥氏体钢(例如1CrI8NI9)来说明晶问腐蚀产生的过程。
室温下碳元素在奥氏体的溶解度很小，约0．02-0．03％ (质量分数)，而一般奥氏体钢中含碳量均超过0．02-0．03％，因此只能在淬火状态下使碳固溶在奥氏体中，以保证钢材具有较高的化学稳定性。
但是这种淬火状态的奥氏体钢当加热到450～850~(2或在该温度下长期使用时，碳在奥氏体中的扩散速度大于铬在奥氏体中的扩散速图1晶间腐蚀度。
当奥氏体中含碳量超过它在窀温的溶解度(0．02-0．03％)后。
碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，析出碳化铬Gr23C6。
但收稿日期：2o03一o6一o4 是铬的原子半径较大，扩散速度较小，来不及向边界扩散，品界附近大量的铬和碳化合形成碳化铬，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自品界附近。
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18-8 奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀的评定及控制18-8 奥氏体不锈钢已得到极广泛的应用,但钢在氧化和弱氧化介质中会产生晶间腐蚀,晶间腐蚀是由表面沿晶界深入到内部,它使材料的强度急剧下降,稍受外力即沿晶界断裂,而表面却仍然光亮完好,所以晶间腐蚀是一种具有极大的危险性的腐蚀破坏。
因此,要求采用不锈钢制作的设备,母材和焊接接头都应有足够的抗晶间腐蚀性能。
为保证产品质量,经施焊的构件设备必须进行焊接接头晶间腐蚀倾向性检查。
1 奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验1. 1 焊接接头晶间腐蚀试验方法通常采用加速方法来测定不锈钢对晶间腐蚀的敏感性,其原理是选择适当的侵蚀剂和条件对晶间进行加速的选择性腐蚀。
采用GB/ T 4334. 5- 2000“不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法”进行焊接接头晶间腐蚀试验。
1. 1. 1 试样制备试验用材料为1Cr18Ni9 Ti 不锈钢,其化学成分( 质量分数) 为≤0. 12 %C , ≤1. 0 % Si ,≤2. 0 % Mn , ≤0. 030 % S , ≤0. 035 % P ,17. 0 %～19.0 % Cr ,8. 0 %～11. 0 % Ni ,0. 8 % Ti 。
在与产品筒体延长部位同时施焊的焊接工艺检查试板上取2 个试样,试样尺寸80 mm ×20 mm ×(3～4) mm ,焊接接头位于试样中部,试样切取原则上用锯切,若用剪切则应通过切削去除剪切变形部分,试样上焊缝加强高应加工至与母材齐平。
1. 1. 2 试样的敏化处理对焊后要经350 ℃以上热压力加工的焊接件在焊后进行敏化处理。
敏化处理工艺为650 ℃保温2 h空冷。
敏化后试样表面所产生的氧化皮用砂纸打磨干净,试样表面粗糙度Ra ≤0. 8μm。
1. 1. 3 腐蚀试验侵蚀介质为硫酸2硫酸铜溶液。
将100 g 分析纯硫酸(CuSO4 ·5H2O) 溶解于700 mL 蒸馏水或去离子水中, 再加入100 mL 优级纯硫酸,用蒸馏水或去离子水稀释至1 000 mL ,配制成硫酸2硫酸铜溶液。
1. 1. 4 试验程序先将试样用丙酮除油并洗净干燥。
试验时先在带磨口的锥形瓶瓶底铺上一层5～10 mm 铜屑,再放入试样(若有两个试样,试样间用铜屑间隔使其相互不接触) ,在试样上覆盖一层铜屑。
倒入配制好的试验液,液面高出铜屑20 mm 左右。
装上回流冷凝器,接通冷却水,将溶液加热至沸腾并连续煮沸16 h后取出试样,洗净并干燥。
1. 2 试验结果评定试样在万能材料试验机上进行弯曲后评定,与介质接触面为检验面。
沿熔合线进行弯曲,弯曲用的压头直径为5 mm ,试样的弯曲角度为180°,在10 倍放大镜下观察试样弯曲处的表面,评定有无因晶间腐蚀而产生的裂纹。
2 晶间腐蚀裂纹的判别在试样弯曲部位棱角产生的裂纹、且不伴有裂纹的滑移线、以及皱纹和表面粗糙等都不能认为是因晶间腐蚀而产生的裂纹,存在晶间腐蚀的试样在冷弯后表面会出现鳞状裂纹,且敲击时会失去金属声响。
当评定有困难时,可采用金相法。
做断面金相检查时,若发现晶界或其毗邻区域发生局部腐蚀,甚至晶粒脱落,腐蚀沿晶界推进较为均匀,沿晶界产生的腐蚀即为晶间腐蚀。
3 不锈钢焊接接头晶间腐蚀的金相特征3. 1 焊接后组织状态在显微镜下观察,正常的焊缝组织为奥氏体加少量呈树状结晶的铁素体,焊缝和母材熔合良好。
热影响区母材组织变化较大,紧靠熔合线热影响区组织为单相奥氏体,其晶界呈细线状,奥氏体边界平直,晶内能见到孪晶线(图1) 。
距熔合线3. 7 ～4 mm处组织仍为奥氏体,但晶界发生较大的变化,沿晶界析出点状碳化物,点状碳化物形成半封闭网络,平直的奥氏体晶界趋向圆滑(图2) ,该组织宽约3. 5 mm。
母材为正常单相奥氏体织。
图1 紧靠熔合线母材组织320 ×Fig. 1 Mat rix microst ructure near the melting line图2 热影响区母材组织320 ×Fig. 2 Mat rix microst ructure in heat2effective zone3. 2 焊后敏化处理并经晶间腐蚀试验试样在显微镜下观察,焊缝组织与3. 1 节所述相同,焊缝与母材熔合也良好,热影响区与该区母材组织均相同,为单相奥氏体,晶粒边界圆滑,晶界有点状碳化物形成半封闭网络(图3) ,所不同的是在试样近表面处能明显看见晶间裂纹,表面有时能明显见到晶粒脱落,晶间腐蚀是由表面向中心推进的,总深度约为0. 9～1 mm(图4) 。
该组织具有典型的晶间腐蚀微观特征。
图3 焊缝母材组织320 ×Fig. 3 Mat rix microst ructure in weld seam_图4 母材表面晶间腐蚀80 ×Fig. 4 Surface intergranual corrosion of mat rix_3. 3 晶间腐蚀机理用公认的贫铬理论能完满解释奥氏体不锈钢晶间腐蚀。
在一定的温度范围奥氏体内过饱和碳析出并与固溶体的铬结合形成Cr23 C6碳化物,由于晶粒内碳的扩散速度大于铬的扩散速度,故碳很易扩散到晶界与铬形成Cr23 C6碳化物,并在晶界沉淀析出,这个温度范围与不锈钢的含碳量有关,约在450～850 ℃,称为危险温度范围。
在危险温度范围内,由于碳化物的析出使固溶体内的铬大大降低,当铬含量低于13 %时基体就会丧失抗腐蚀能力而产生腐蚀。
金相分析结果表明,直接焊态试样,离焊缝熔合线4～7. 5 mm 的热影响区母材处于危险温度范围内,焊后敏化处理试样,因敏化温度在危险温度范围内,均在晶界析出大量Cr23 C6碳化物,使不锈钢产生晶界腐蚀。
而焊接接头晶间腐蚀也可能发生在焊缝区和熔合线上。
在焊缝区多层多道焊的前一层焊道的熔敷金属,在后一道焊缝施焊时,同样经历了一个热循环,存在一个热影响区,在敏化温度的区域停留过长也会在晶界析出Cr23 C6碳化物,形成贫铬的晶粒边界,若该区正好暴露在焊缝表面并与腐蚀介质接触则会产生晶间腐蚀。
在熔合线上产生的晶间腐蚀则是一种特殊的晶间腐蚀,俗称刀状腐蚀。
4 提高焊接接头抗晶间腐蚀能力的措施由于晶界碳化铬沉淀析出而引起晶界贫铬是奥氏体不锈钢晶间腐蚀的主要原因,因此提高抗晶间腐蚀能力,防止晶间腐蚀的途径都是从控制碳化铬的沉淀来考虑,即从碳化铬沉淀的分量、部位和沉淀物形成动力等方面考虑。
4. 1 焊接方法选择选择适当的焊接方法尽可能缩短焊件在敏化温度区段下停留的时间,减低危险温度对它的影响。
对于薄件、小件,采用高能量的真空电子束焊或等离子焊;对于中等厚度板材,采用熔化极自动或半自动气体保护焊;对于大厚度板材,采用埋弧焊;焊条电弧焊为最常用的方法。
4. 2 焊接材料控制焊接材料通常根据奥氏体不锈钢的材质、工作条件(介质、温度) 来选择,原则上选择与母材相近的焊接材料,为保证焊缝区抗晶间腐蚀性能,采用以下措施：(1) 选用低碳或超低碳的不锈钢焊材。
最大限度降低碳在焊缝金属中的含量,达到碳在不锈钢中室温溶解极限以下,使碳形成碳化铬的可能性减到最小,从而根除贫铬区的形成,提高焊缝金属抗晶间腐蚀能力。
(2) 选择添加了钛、铌、钽等稳定化元素的焊材。
钛、铌、钽等稳定化元素与碳的亲和力要比铬大得多,碳与它们优先结合成钛、铌、钽的碳化物,并以颗粒弥散分布在晶内,使奥氏体内的固溶碳含量(质量分数) 降低,若碳降至0. 01 %以下,就不能形成碳化铬,从而可提高抗腐蚀能力。
(3) 采用具有γ2δ双相组织的焊材。
熔敷金属中若有5 %～10 %的δ铁素体则可降低发生晶间腐蚀的趋势,这是由于δ/γ相界面能低于奥氏体晶界γ/γ的界面能,因而碳化物择优在δ相一侧析出,减少了碳化物在奥氏体相界面的析出量。
而铬在δ铁素体中扩散速度较在奥氏体中快10 倍,在危险的敏化温度停留所造成的贫铬区很快从铁素体边得到补充而消失,同时,铁素体在奥氏体晶界上以一个个孤立小岛分布,破坏了奥氏体晶界的连续性,显著增加了晶粒晶界的总面积,故具有双相组织的不锈钢有降低晶间腐蚀的趋势。
(4) 焊材直径的控制。
材料的直径直接关系到焊接热输入量的大小,在保证焊接质量(全焊透)的情况下,为降低焊接时的热量输入应尽量选用直径较小的焊材。
4. 3 焊接参数控制在保证完全焊透、全熔合的情况下尽量选用小电流、低电压(短弧焊) 焊接,以减少热输入量,改善焊接接头性能。
4. 4 焊接过程控制( 1) 焊前准备清洁焊件,焊件坡口应去除油漆、油污;自动焊丝表面应除油、除锈并保存于干净、干燥处;电弧焊焊丝必须烘干并保存在保温筒中。
(2) 焊接过程焊接时采用直线运条,不允许作横向摆动,多层焊时层间温度不能过高,应冷至60 ℃以下清渣后再继续焊接。
层间接头应错开,收弧一定要填满。
必要时采用强制焊区快速冷却,最适用的方法是一边施焊一边用水冷却焊缝,以水不浸入焊接熔池为准。
有条件的也可在焊缝背面通水、通惰性气体,既可加速冷却,又保护焊缝。
总之,采取有效措施减少焊接时的热量输入,并快速冷却,使焊件在危险温度区间停留时间最短,以降低不锈钢焊接件晶间腐蚀倾向。
4. 5 焊接环境控制焊接奥氏体不锈钢的场地应清洁,以免由于环境中的油、锈或风等不利因素影响了焊接接头的强度和耐蚀性能。
5 结语不锈钢的晶间腐蚀是由于在敏化温度这一危险温度范围内,碳化物在晶界沉淀,因而在晶界及邻近区域形成贫铬区,从而大大降低了晶界的耐蚀性能。
在生产不锈钢焊接结构件时,正确的实施焊接质量控制,使工件尽量避免或减少碳化物的沉淀析出,是防止不锈钢晶界腐蚀的重要途径。