奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕問(wèn)題的防止

鄭明強(qiáng)

【摘 要】奧氏體不銹鋼一旦產(chǎn)生了焊縫晶間腐蝕現(xiàn)象，就會(huì)造成其結(jié)構(gòu)失效，影響材料的性能，不能夠達(dá)到使用效果，給企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，有關(guān)人員需要加強(qiáng)對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕問(wèn)題的研究，并采取有效的防止方法，進(jìn)而減少晶間腐蝕問(wèn)題的出現(xiàn)。

【Abstract】Austenitic stainless steel once produced intergranular corrosion of welding seam， will cause its structural failure， affecting the performance of materials， can not achieve the use effect， bring serious economic losses to the enterprise. Therefore， the researchers need to strengthen the study of intergranular corrosion of austenitic stainless steel welds， and take effective prevention methods to reduce the occurrence of intergranular corrosion.

【關(guān)鍵詞】奧氏體不銹鋼；焊縫；晶間腐蝕；防止

【Keywords】austenitic stainless steel； welding seam； intergranular corrosion； prevention

【中圖分類(lèi)號(hào)】TG174 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）10-0166-02

1 引言

隨著“工業(yè)4.0”時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)的發(fā)展步伐進(jìn)一步加大，而不銹鋼因其自身具有的耐腐蝕性、力學(xué)性能良好等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)的生產(chǎn)加工中。然而其在焊接的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)焊縫晶間腐蝕的現(xiàn)象，影響了不銹鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而對(duì)其性能也產(chǎn)生了影響。因此，本文對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕問(wèn)題的防止探討，具有一定的研究?jī)r(jià)值和意義。

2 晶間腐蝕的概念

晶間腐蝕是一種發(fā)生在金屬材料晶粒之間的腐蝕形式。奧氏體不銹鋼一旦產(chǎn)生了晶間腐蝕，在應(yīng)力的作用情況下，這種腐蝕會(huì)逐漸向內(nèi)部擴(kuò)展，從而破壞奧氏體不銹鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響其使用性能。晶間腐蝕一般情況下在熱影響區(qū)以及焊縫或者是熔合線(xiàn)上產(chǎn)生，而在熔合線(xiàn)上產(chǎn)生的晶間腐蝕又叫刃狀腐蝕[1]。

3 晶間腐蝕產(chǎn)生的原因分析

對(duì)奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的過(guò)程分析如下：在奧氏體不銹鋼焊縫處于室溫下的狀態(tài)時(shí)，其C元素在奧氏體內(nèi)的溶解度很小，大約有0.02%～0.03%，并一般情況下的奧氏體不銹鋼內(nèi)含有的C含量不會(huì)超出0.02%～0.03%的范圍，因此，對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行淬火處理能夠保證材料的力學(xué)性能穩(wěn)定。但是在淬火過(guò)程中，奧氏體不銹鋼材料長(zhǎng)時(shí)間處于450～850℃的溫度下，其C元素的擴(kuò)散速度會(huì)加快，和Cr元素進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成碳化鉻Gr23C6。這種情況下使得奧氏體內(nèi)晶界Cr元素含量越來(lái)越少，而當(dāng)其含量小于12%時(shí)，就喪失了部分抗腐蝕能力，從而產(chǎn)生了晶間腐蝕現(xiàn)象?？傊чg腐蝕的產(chǎn)生就是由于Cr元素的缺失引起的。

4 奧氏體不銹鋼焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕的影響因素

4.1 加熱溫度和加熱時(shí)間的影響

在影響奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕的眾多因素中，加熱的溫度和解熱的時(shí)間是其中的一個(gè)重要影響因素。一般情況下，對(duì)于奧氏體來(lái)說(shuō)，其產(chǎn)生晶間腐蝕的溫度范圍大概在450～850℃之間。這主要是在溫度低于450℃的時(shí)候，不會(huì)產(chǎn)生Gr23C6；而當(dāng)溫度高于850℃時(shí)，會(huì)使得Cr元素的擴(kuò)散速度加快，不會(huì)出現(xiàn)“貧鉻區(qū)”。而在對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接的過(guò)程中，焊縫的兩側(cè)區(qū)域是處于450～850℃溫度之間的，容易引發(fā)晶間腐蝕現(xiàn)象。即使在焊接的過(guò)程中需要冷卻處理工藝，但是其仍然會(huì)穿過(guò)450～850℃溫度區(qū)域，所以會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。如圖1是奧氏體不銹鋼加熱時(shí)間和加熱溫度對(duì)晶間腐蝕的影響。

4.2 冷卻速度的影響

由于奧氏體不銹鋼在焊接過(guò)程中，其處于“危險(xiǎn)溫度區(qū)域”的時(shí)間越長(zhǎng)，焊縫處越容易產(chǎn)生晶間腐蝕。因此，焊接過(guò)程中的冷卻速度會(huì)對(duì)晶間腐蝕產(chǎn)生一定的影響，即冷卻速度越快，其晶間腐蝕產(chǎn)生的可能性也就越??；冷卻速度越慢，其晶間腐蝕產(chǎn)生的可能性也就越大。

4.3 含碳量的影響

C元素是造成奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕的主要原因，當(dāng)含C量在0.08%以上時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致晶界“貧鉻區(qū)”出現(xiàn)的可能性增加，從而加大晶間腐蝕的機(jī)率。奧氏體不銹鋼中根據(jù)含C量的不同，將其分為三個(gè)階段：含C量小于0.14%則為一般含碳量；含C量小于0.06%為低碳級(jí)；含C量小于0.03%為超低碳級(jí)。

4.4 雙相組織的影響

在奧氏體不銹鋼的金相組織中，要是單向組織，則其抗腐蝕的性能較差；倘若是在奧氏體組織匯總加入一定量的鐵素體，形成雙向組織，就會(huì)提高其抗腐蝕性能。雙相組織對(duì)抗晶間腐蝕的有利作用如圖2所示。

4.5 熱處理工藝的影響

通過(guò)熱處理可以消除貧鉻區(qū)，穩(wěn)定金屬組織，可有效地減少晶間腐蝕的產(chǎn)生。

5 奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕的防止方法

5.1 焊接前的防止方法

根據(jù)對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，要想防止晶間腐蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)，就需要采取一定的措施降低奧氏體內(nèi)的含碳量。為此，我們可以根據(jù)雙向組織能夠提高奧氏體不銹鋼的抗腐蝕能力來(lái)進(jìn)行防止方法的確定，一方面，我們可以加入一定量的鐵素體形成元素。例如Ni，在金屬焊縫中提高Ni元素的含量，可以使得不銹鋼內(nèi)的奧氏體組織更加穩(wěn)定，弱化馬氏體的“脆化層[2]”，從而提高焊縫金屬的力學(xué)性能，提高不銹鋼的韌性和延展性，防止晶間腐蝕的產(chǎn)生；此外還可以加入一些鉻、硅、鋁、鉬等元素。另一個(gè)方面，我們?cè)诤附又靶枰x擇含鐵素體生成劑比較多的焊接材料。

5.2 焊接過(guò)程中的防止方法

第一，合理安排焊接的順序。因?yàn)樵趯?duì)不銹鋼進(jìn)行焊接的過(guò)程中，其大部分采用的是多層焊和雙層焊的方式，這兩種方式的焊接中，后一條的焊縫產(chǎn)生的熱作用會(huì)對(duì)前一條焊縫產(chǎn)生影響，造成焊縫加熱時(shí)間較長(zhǎng)、加熱溫度居高不下。因此，應(yīng)盡可能地針對(duì)腐蝕介質(zhì)與雙面焊縫接觸的一面進(jìn)行最后的焊接。在進(jìn)行焊縫的布局上，應(yīng)盡最大限度地降低交叉焊縫的可能性。

第二，在焊接的過(guò)程中，焊接線(xiàn)能量越大，其產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性也就越大。為了有效防止這種情況的產(chǎn)生，在進(jìn)行焊接工藝的選擇時(shí)，可以采用小電流、高焊速、短弧、多道焊等方法，從而減少焊接線(xiàn)的能量，快速通過(guò)敏化溫度區(qū)的方式來(lái)避免產(chǎn)生熱影響區(qū)晶間腐蝕。

第三，加快冷卻速度。由于奧氏體不銹鋼含有的C含量較低，因此其不容易產(chǎn)生淬硬的問(wèn)題，這種情況下，在對(duì)焊件進(jìn)行冷卻的過(guò)程中，就可以采取快速冷卻的方法來(lái)減少晶間腐蝕的發(fā)生率。比較常見(jiàn)的焊接冷卻方法有用銅墊板，或直接澆水冷卻等。

5.3 焊接后的防止方法

在對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接之后，為了防止晶間腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，需要將奧氏體不銹鋼的焊接接頭重新加熱至1050～1100℃，重新固溶處理，或者重新加熱至850～900℃，保溫2h，進(jìn)行均勻化處理，以消除貧鉻區(qū)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文從晶間腐蝕的概念入手，對(duì)晶間腐蝕產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并詳細(xì)研究了奧氏體不銹鋼焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕的影響因素，最后提出了奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕的防止方法，對(duì)于提高奧氏體不銹鋼抗腐蝕性能具有一定的積極作用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】鄭海生.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕問(wèn)題的研究及防止[J].機(jī)電工程技術(shù)，2004（01）：46-47.endprint