3招搞定奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕
晶間腐蝕,是局部腐蝕的一種。主要由于晶粒表面和內(nèi)部間化學(xué)成分的差異以及晶界雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力的存在。晶間腐蝕可以分別產(chǎn)生在焊接接頭的熱影響區(qū)(HAZ)、焊縫或熔合線上,在熔合線上產(chǎn)生的晶間腐蝕又稱刀線腐蝕(KLA)。
不銹鋼在腐蝕介質(zhì)作用下,在晶粒之間產(chǎn)生的一種腐蝕現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。
產(chǎn)生晶間腐蝕的不銹鋼,當(dāng)受到應(yīng)力作用時(shí),即會(huì)沿晶界斷裂、強(qiáng)度幾乎完全消失,這是不銹鋼的一種最危險(xiǎn)的破壞形式。晶間腐蝕可以分別產(chǎn)生在焊接接頭的熱影響區(qū)(HAZ)、焊縫或熔合線上,在熔合線上產(chǎn)生的晶間腐蝕又稱刀線腐蝕(KLA)。
不銹鋼具有耐腐蝕能力的必要條件是鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須大于10~12%。當(dāng)溫度升高時(shí),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。因?yàn)槭覝貢r(shí)碳在奧氏體中的溶解度很小,約為0.02%~0.03%,而一般奧氏體不銹鋼中的含碳量均超過(guò)此值,故多余的碳就不斷地向奧氏體晶粒邊界擴(kuò)散,并和鉻化合,在晶間形成碳化鉻的化合物,如(CrFe)23C6等。數(shù)據(jù)表明,鉻沿晶界擴(kuò)散的活化能力162~252KJ/mol,而鉻由晶粒內(nèi)擴(kuò)散活化能約540KJ/mol,即:鉻由晶粒內(nèi)擴(kuò)散速度比鉻沿晶界擴(kuò)散速度小,內(nèi)部的鉻來(lái)不及向晶界擴(kuò)散,所以在晶間所形成的碳化鉻所需的鉻主要不是來(lái)自?shī)W氏體晶粒內(nèi)部,而是來(lái)自晶界附近,結(jié)果就使晶界附近的含鉻量大為減少,當(dāng)晶界的鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低到小于12%時(shí),就形成所謂的“貧鉻區(qū)”,在腐蝕介質(zhì)作用下,貧鉻區(qū)就會(huì)失去耐腐蝕能力,而產(chǎn)生晶間腐蝕。
1 焊縫的晶間腐蝕
普通奧氏體不銹鋼在多層焊時(shí),后一道焊縫熱影響區(qū)正是前一道焊縫的焊縫金屬。當(dāng)此“熱影響區(qū)”達(dá)到敏化溫度的區(qū)域,在晶界上容易析出鉻的碳化物,形成貧鉻的晶粒邊界,這個(gè)區(qū)域與腐蝕介質(zhì)接觸時(shí),則會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。防止焊縫晶間腐蝕最直接有效的辦法是選擇耐晶間腐蝕的焊接材料。目前最常用的是超低碳、含nb(或ti)穩(wěn)定化元素和含有少量鐵素體(一般要求鐵素體含量為4%~12%)的焊接材料。根據(jù)母材和腐蝕環(huán)境的不同,也可選擇同時(shí)滿足以上述三種要求的材料(如e347l焊條)。在焊接工藝上,要求控制層間溫度,一般低于150℃,采用小線能量焊接方法和工藝措施可以減小敏化溫度區(qū)域,防止晶粒長(zhǎng)大和碳化物的析出,以減小焊縫晶間腐蝕傾向。
2 熱影響區(qū)中溫敏化區(qū)的晶間腐蝕
無(wú)論是單道焊縫還是多道焊縫,熱影響區(qū)內(nèi)的敏化區(qū)總是存在的,這就存在著晶間腐蝕的可能。在焊接工藝上。選擇線能量較低的焊接方法,或盡可能降低焊接規(guī)范,控制層間溫度。加快冷卻速度。使敏化溫度區(qū)間停留時(shí)間盡可能縮短,減小熱影響敏化區(qū)的寬度,從而減輕晶間腐蝕。防止熱影響區(qū)晶間腐蝕的最好辦法是選用合適的母材,如采用含ti nb的穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼,含一定數(shù)量鐵素體的奧氏體不銹鋼及超低碳的奧氏體不銹鋼。
3 刀蝕
前面已經(jīng)介紹了“刀蝕”現(xiàn)象。要削除和降低用nb和ti穩(wěn)定的奧氏體鋼焊接接頭的“刀蝕”危險(xiǎn),有時(shí)是很困難的。但在焊接接頭的設(shè)計(jì)上,可以盡可能不采用交叉焊縫;在焊接順序上,應(yīng)盡可能使會(huì)產(chǎn)生“刀蝕”的一面不要接觸腐蝕介質(zhì);如果工件較小、在工件材料是及結(jié)構(gòu)允許的情況下,可以進(jìn)行焊后固熔處理(即在1065~1120℃+水冷或急冷),也是有效防止晶間腐蝕的方法。但在實(shí)際生產(chǎn)中,由于工件大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和其他材料的原因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)固熔處理。
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