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3招搞定奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕

2019-10-09 10:32:10 作者：本網(wǎng)整理來源：熱處理生態(tài)圈分享至：

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自奧氏體晶粒內(nèi)部，而是來自晶界附近，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法實(shí)現(xiàn)固熔處理。

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