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三招搞定奥氏体不锈钢的晶间腐蚀

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三招搞定奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 

 晶间腐蚀,是局部腐蚀的一种。主要由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区(HAZ)、焊缝或熔合线上,在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀线腐蚀(KLA)。


    不锈钢在腐蚀介质作用下,在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。


    产生晶间腐蚀的不锈钢,当受到应力作用时,即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失,这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区(HAZ)、焊缝或熔合线上,在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀线腐蚀(KLA)。

    不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于10~12%。当温度升高时,碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的溶解度很小,约为0.02%~0.03%,而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值,故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散,并和铬化合,在晶间形成碳化铬的化合物,如(CrFe)23C6等。数据表明,铬沿晶界扩散的活化能力162~252KJ/mol,而铬由晶粒内扩散活化能约540KJ/mol,即:铬由晶粒内扩散速度比铬沿晶界扩散速度小,内部的铬来不及向晶界扩散,所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部,而是来自晶界附近,结果就使晶界附近的含铬量大为减少,当晶界的铬的质量分数低到小于12%时,就形成所谓的“贫铬区”,在腐蚀介质作用下,贫铬区就会失去耐腐蚀能力,而产生晶间腐蚀。

1 焊缝的晶间腐蚀


    普通奥氏体不锈钢在多层焊时,后一道焊缝热影响区正是前一道焊缝的焊缝金属。当此“热影响区”达到敏化温度的区域,在晶界上容易析出铬的碳化物,形成贫铬的晶粒边界,这个区域与腐蚀介质接触时,则会产生晶间腐蚀。防止焊缝晶间腐蚀最直接有效的办法是选择耐晶间腐蚀的焊接材料。目前最常用的是超低碳、含nb(或ti)稳定化元素和含有少量铁素体(一般要求铁素体含量为4%~12%)的焊接材料。根据母材和腐蚀环境的不同,也可选择同时满足以上述三种要求的材料(如e347l焊条)。在焊接工艺上,要求控制层间温度,一般低于150℃,采用小线能量焊接方法和工艺措施可以减小敏化温度区域,防止晶粒长大和碳化物的析出,以减小焊缝晶间腐蚀倾向。   


2 热影响区中温敏化区的晶间腐蚀


    无论是单道焊缝还是多道焊缝,热影响区内的敏化区总是存在的,这就存在着晶间腐蚀的可能。在焊接工艺上。选择线能量较低的焊接方法,或尽可能降低焊接规范,控制层间温度。加快冷却速度。使敏化温度区间停留时间尽可能缩短,减小热影响敏化区的宽度,从而减轻晶间腐蚀。防止热影响区晶间腐蚀的最好办法是选用合适的母材,如采用含ti nb的稳定化奥氏体不锈钢,含一定数量铁素体的奥氏体不锈钢及超低碳的奥氏体不锈钢。  


3 刀蚀


    前面已经介绍了“刀蚀”现象。要削除和降低用nb和ti稳定的奥氏体钢焊接接头的“刀蚀”危险,有时是很困难的。但在焊接接头的设计上,可以尽可能不采用交叉焊缝;在焊接顺序上,应尽可能使会产生“刀蚀”的一面不要接触腐蚀介质;如果工件较小、在工件材料是及结构允许的情况下,可以进行焊后固熔处理(即在1065~1120℃+水冷或急冷),也是有效防止晶间腐蚀的方法。但在实际生产中,由于工件大、结构复杂和其他材料的原因而无法实现固熔处理。

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