奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕工藝研究

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1、奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕工藝研究楊順利（上海第一機(jī)床廠有限公司201308）摘要：不銹鋼按其組織可分為3種:奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼相比馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼而言，奧氏體不銹鋼耐磨損，成型性好，可焊性良好，而且異有無磁性,塑性、韌性好和耐腐蝕性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。木文介紹了奧氏體不銹鋼焊接接頭的腐蝕類型，分析了奧氏體不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理，闡述了防止和消除奧氏體不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕的方法及手工電弧焊焊接奧氏體不銹鋼時應(yīng)采取的工藝措施。關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼；晶間

2、腐蝕；焊接工藝奧氏體不銹鋼因焊接性良好，在化工、石油容器等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛。盡管奧氏體不銹鋼有很多優(yōu)點(diǎn)，但是奧氏體不銹鋼在焊接時，如果焊接接頭不采取有效的措施進(jìn)行處理，在腐蝕介質(zhì)工作一段時間后，其焊接接頭會產(chǎn)生3種腐蝕現(xiàn)象：整體腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕。其中晶間腐蝕是不銹鋼最危險的一種破壞形式。晶間腐蝕是產(chǎn)生在晶粒之間的一種腐蝕形式。它可以分別產(chǎn)生在熱影響區(qū)、焊縫或熔合線上。在熔合線上產(chǎn)生的晶間腐蝕乂叫刀狀腐蝕。產(chǎn)生晶間腐蝕的不銹鋼,受到應(yīng)力作用時，會沿晶界斷裂,強(qiáng)度幾乎完全喪失。因此，提高奧氏

3、體不誘鋼焊接接頭抗晶間腐蝕的能力,對重介質(zhì)選煤生產(chǎn)中斜輪分選機(jī)排矸輪的使用壽命非常重要。1不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的機(jī)理不銹鋼只有抗腐蝕能力的必要條件是鋼內(nèi)鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須大于12%。但在某些條件作用下,其晶界（晶粒之間）會形成含鉻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）少于12%的貧鉻區(qū)，在腐蝕性介質(zhì)的作用下，晶界貧鉻區(qū)的金屬就失去抗腐蝕能力而形成晶間腐蝕。貧鉻區(qū)的形成原因一般認(rèn)為是當(dāng)溫度升高吋，碳在不銹鋼晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散速度大于鉻的擴(kuò)散速度。但是由于鉻的擴(kuò)散速度較小，來不及向晶界擴(kuò)散，所以在晶間形成的碳化鉻所需的鉻主要來自晶

4、界附近而不是來自奧氏體晶粒內(nèi)部,結(jié)果就使晶界附近的含鉻量大為減少，當(dāng)晶界含鉻量小于12%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，就形成貧鉻區(qū)。2防止和消除晶間腐蝕的措施2.1控制加熱溫度和加熱時間加熱溫度和加熱吋間對奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的影響，如圖1所示。當(dāng)加熱溫度小于450°C或大于850°C吋,不會產(chǎn)生晶間腐蝕。因?yàn)闇囟刃∮?50°C吋，由于溫度較低，不會形成碳化鉻。當(dāng)溫度超過850'C吋，晶粒內(nèi)的鉻擴(kuò)散能力增強(qiáng)，冇足夠的鉻擴(kuò)散至晶界和碳化合，不會在晶界形成貧鉻區(qū)。所以產(chǎn)生晶間腐蝕的加熱溫度是在450?85CTC,

5、這個溫度區(qū)間就稱為產(chǎn)生晶間腐蝕的危險溫度區(qū)（又稱敏化溫度區(qū)），其中尤以650'C最危險。焊接吋焊縫兩側(cè)處于危險溫度區(qū)的地帶最易發(fā)生晶間腐蝕。即使是焊縫由于在冷卻過程中其溫度也要穿過危險溫度區(qū),所以也會產(chǎn)生晶間腐蝕。圖1加熱溫度和加熱吋間對晶間腐蝕的影響2.2控制含碳量隨著不銹鋼中含碳量的增加，在晶界生成的碳化鉻隨之增多，結(jié)果就使得在晶界形成貧鉻區(qū)的機(jī)會增多，導(dǎo)致產(chǎn)生晶間腐蝕的傾向增加，所以碳是晶間腐蝕最有害的元素。應(yīng)將基本金屬和焊條的含碳量控制在0.08%以下。2.3在母材和焊接材料中添加穩(wěn)定劑

6、焊接材料中加入Ti、Nb等與碳的結(jié)合能力比鉻更強(qiáng)的元素，能夠與碳結(jié)合成穩(wěn)定的碳化物，可以避免在奧氏體晶界形成貧鉻區(qū)。所以，常用奧氏體不銹鋼及焊接材料中都含有Ti或Nb元素，如lCrl8Ni9Ti、lCrl8NillNb和焊條A132（含鈮）。2.4進(jìn)行固溶處理焊后，將奧氏體不銹鋼的焊接接頭重新加熱至1050?1100°C,此吋碳又重新溶入奧氏體中,然后急速冷卻，便可得到穩(wěn)定的奧氏體組織,消除貧鉻區(qū)。這種方法叫固溶處理。固溶處理的缺點(diǎn)是，如果焊接接頭需要在危險的溫度區(qū)工作，則仍不可避免地會形成貧鉻

7、區(qū)。2.5進(jìn)行均勻化處理焊后，將奧氏體不銹鋼的焊接接頭重新加熱至850?900°C,保溫2h,使奧氏體晶粒內(nèi)部的鉻有充分吋間擴(kuò)散到晶界，使晶界處的含鉻量又恢復(fù)到大于12%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），貧鉻區(qū)得以消失，這叫均勻化處理。2.6采用雙相組織在焊縫中加入鐵素體形成元素，如鉻、硅、鋁、鉬等，以使焊縫形成奧氏體加鐵素體的雙相組織，會人人提高抗晶間腐蝕的能力。其次鋼中的合金元素是形成雙相組織的主要因素。合金元素對組織的影響可以分為兩大類:奧氏體生成劑:Ni、N、Cu、Co、C、Mn鐵素體生成劑:Cr、Nb、T

8、i、Si、V、Mo當(dāng)不銹鋼中的含碳量與含鎳量之比大于1.8時，就會出現(xiàn)鐵素體組織。因此，為了保證焊接不銹鋼時焊縫金屬能得到雙相組織，關(guān)鍵在于選擇含鐵素體生成劑比較多的焊接材料。3焊接工藝在奧氏體不銹鋼焊接中應(yīng)用最廣的焊接方法是手工電弧焊。因?yàn)樗褂玫脑O(shè)備簡單，方法簡便靈活，適應(yīng)性強(qiáng)、對大部分金屬材料的焊接均適用。而且奧氏體不銹鋼的手弧焊具有熱影響區(qū)小、易于保證質(zhì)量，適應(yīng)各種焊接位置及不同板厚工藝要求的優(yōu)點(diǎn)。但是，為了提高奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕的能力，手弧焊吋,對焊接工藝的要求還是比較嚴(yán)格的。為避