熱處理對(duì)奧氏體不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕的影響

許 毅 XU Yi

（1.萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院，萊蕪 271100；2.山東省粉末冶金重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，萊蕪 271100）

0 引言

奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性，因而廣泛的應(yīng)用于核電站設(shè)備、蒸汽發(fā)電廠及石油化工行業(yè)中。但因奧氏體不銹鋼焊接接頭組織發(fā)生變化而使奧氏體不銹鋼容器的失效事故不斷重復(fù)的發(fā)生，因此探討不銹鋼的焊接接頭組織與耐腐蝕性關(guān)系顯得相當(dāng)重要[1～3]。

奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性下降主要是因?yàn)楹附咏宇^的三個(gè)部位出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象：一是焊縫區(qū)的晶間腐蝕，二是HAZ敏化區(qū)的晶間腐蝕，三是熔合區(qū)的晶間腐蝕（刀蝕）。在同一個(gè)奧氏體不銹鋼焊接接頭上三種晶間腐蝕并不能同時(shí)出現(xiàn)，這取決于焊接接頭的組織與成分[4～6]。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

焊接母材選用奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9，其化學(xué)成分如表1所示；焊條采用A102，其化學(xué)成分如表2所示。

表1 1Cr18Ni9的化學(xué)成分(%)

表2 A102的化學(xué)成分(%)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 焊接實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用的焊接工藝參數(shù)如表3所示。

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1.2.2 熱處理實(shí)驗(yàn)

熱處理實(shí)驗(yàn)按表4和表5的熱處理工藝參數(shù)。

表4 奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9的熱處理工藝參數(shù)

表5 焊接接頭的熱處理工藝參數(shù)

1.2.3 電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)

利用HDV-7C晶體管恒電位儀，在恒電流條件下，形成三電極電解池，在腐蝕介質(zhì)為5%NaCl溶液（5gNaCl+95mlH2O）中測(cè)定金屬的陽(yáng)、陰極極化曲線。由陽(yáng)、陰極極化曲線反向切線與初始穩(wěn)定電位水平線的交點(diǎn)來(lái)確定腐蝕電流密度lgik，并求得金屬腐蝕電流icorr。通常材料的腐蝕電流越大其腐蝕速度越快，因而材料的耐腐蝕性能就越差[7,8]。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

2.1 晶粒度評(píng)定

2.1.1 母材晶粒度評(píng)定

表6 為母材晶粒度評(píng)定級(jí)別

2.1.2 焊接接頭晶粒度評(píng)定

表7為奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9焊接接頭晶粒度評(píng)定級(jí)別。

表7 焊接接頭的晶粒度級(jí)別

2.2 極化曲線

根據(jù)電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)，測(cè)得恒電流極化曲線如圖1、圖2所示。

圖1 母材的極化曲線

圖2 焊接接頭的極化曲線

由極化曲線可以確定出金屬試樣的腐蝕電流密度lgik，并計(jì)算出腐蝕電流icorr，如表8和表9所示。

表8 1Cr18Ni9的腐蝕電流

表9 1Cr18Ni9焊接接頭的腐蝕電流

從表8可見(jiàn)，對(duì)于母材奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9，在不同熱處理后A1晶粒度最小，其腐蝕電流為255.764mA，而A0的晶粒度最大其腐蝕電流也大為8941.21mA。說(shuō)明晶粒度越大材料的腐蝕速度越快。從表9可見(jiàn)，焊接接頭的腐蝕電流變化規(guī)律較復(fù)雜，焊接接頭包括熱影響區(qū)、熔合區(qū)及焊縫區(qū)，而熱影響區(qū)的晶粒度較小，熔合區(qū)與焊縫的晶粒度較大，因此焊接接頭的腐蝕速度取決于焊接接頭的熔合區(qū)和焊縫區(qū)的晶粒度。從表9數(shù)據(jù)比較B3、B0和B2，其晶粒度分別為9級(jí)、11級(jí)和12級(jí)。腐蝕電流為13.854mA、31.377mA和76.329mA。如果不計(jì)母材和熱影響區(qū)的影響，由于熔合區(qū)晶粒度的狀態(tài)相當(dāng)，因此可以認(rèn)為焊接接頭的腐蝕速度只與焊縫區(qū)的晶粒度有關(guān)，晶粒度越大，腐蝕電流越大，腐蝕速度就越快，因而材料的耐腐蝕性就越差。表9數(shù)據(jù)也出現(xiàn)異常現(xiàn)象，如B1的晶粒度為11級(jí)，而B(niǎo)5的晶粒度為5級(jí)，其腐蝕電流分別為5.795mA和455.61mA。表明焊接接頭耐腐蝕性除了與晶粒度有關(guān)外還與熱處理工藝有關(guān)。

3 結(jié)束語(yǔ)

1）影響奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9及其焊接接頭耐腐蝕性因素與奧氏體晶粒度大小有關(guān)，晶粒度越大晶粒越細(xì)小，奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕性就越差。

2）奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9采用A102焊接完以后，其焊接接頭經(jīng)350℃熱處理后的耐腐蝕性最好。

[2] 許天已.鋼鐵熱處理實(shí)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:50-150.

[3] 朱龍英.不銹鋼材料在酸溶液中耐蝕性的研究[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào),2003,2(131):45-48.

[4] 張受祿,宋詩(shī)哲.典型不銹鋼晶間腐蝕敏化溫度的研究[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào),2006,26(1):1-4.

[5] 李俊梅.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕與防護(hù)[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)1999,3:73-75.

[6] 姚河清,陳亞政,孟慶芹.現(xiàn)代焊接技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及展望[J].河海大學(xué)常州分校學(xué)報(bào),2004,18(3),7-10.

[7] Clark W L,Romero V M,Danto J C.Detection of sensitization in stainless steels using elect rochemical technique[A].Corrosion/77[C].Houston,TX:NACE,1977:180.

[8] 常江.鉻鎳奧氏體不銹鋼的焊接[M].四川化工與腐蝕控制.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:18-50.