一、 前言 当前， 18-8 奥氏体不锈钢应用范围十分广泛， 但是其晶间腐蚀性作为 一种极具危险性的腐蚀破坏给不锈钢造成极具严重的危害。 因此， 要采取 相关手段进行抗腐蚀措施。 二、 奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验 18-8 奥氏体不锈钢在氧化和弱氧化介质中会产生晶间腐蚀, 晶间腐蚀 是由表面沿晶界深入到内部, 它使材料机械强度急剧下降, 稍受外力即沿 晶界断裂, 而表面却仍然光亮完好, 所以晶间腐蚀是一种具有极大的危险 性的腐蚀破坏。 因此, 要求采用不锈钢制作的设备, 母材和焊接接头都应有 足够的抗晶间腐蚀性能。 为保证产品质量, 经施焊的构件设备必须进行焊 接接头晶间腐蚀倾性检查。
1、 焊接接头晶间腐蚀试验方法 通常采用加速方法来测定不锈钢对晶间腐蚀的敏感性, 其原理是选择 适当的浸蚀剂和条件对晶间进行加速的选择性腐蚀。 我们采用/GB4334. 5 —2000 不锈钢硫酸——硫酸铜腐蚀试验方法(T 法) 进行。 (1) 试样的选取和制备。 试样在与产品筒体延长部位同时施焊的焊接 工艺检查试板上切取, 试样尺寸为 80mm×20mm×(3~4) mm, 数量为 2 个, 焊接 接头位于试样中部, 试样切取原则上用锯切, 用剪切时应通过切削去除剪 切变形的影响部分, 试样上焊缝加强高应加工至与母材齐平。 (2) 试样的敏化处理。 试样以焊后状态进行试验, 对焊后要经过 350℃ 以上热压力加工的焊接件, 试样应在焊后进行敏化处理。 敏化处理规范为 加热至 650℃, 保温 2h 空冷。 敏化后试样表面所产生的氧化皮用砂纸打磨 干净, 试样表面粗糙度 Ra 值不大于 0. 8m。 (3) 腐 蚀 试 验 介 质 为 硫 酸 ) 硫 酸 铜 溶 液 。 试 剂 : 100g 硫 酸 铜 (CuSO4. 5H2O) , 见 GB665-65 分析纯; 100ml 硫酸(H2SO4) 相对密度 1. 84, 见 GB625-77 分析纯; 1000ml 蒸馏水或去离子, 铜屑纯度不低于 99. 8%, 见 GB466-64 四号铜。 (4) 试验程序。 先将试样用丙酮除油并洗净干燥。 试验时先在带磨口 的锥形瓶瓶底铺上一层 5~10mm 铜屑, 再放入试样, 若有两个试样, 试样间用 铜屑间隔使其相互不接触, 在试样上再覆盖一层铜屑。 倒入配制好的试验 液, 液面高出铜屑 20mm 左右。 装上回流冷凝器, 接通冷却水, 将溶液加热至 沸腾并连续煮沸 16h 后取出试样, 洗净、 干燥。 2、 试验结果评定 试样在万能材料试验机上进行弯曲后评定, 与介质的接触面为检验面 (即弯曲试样处表面) , 沿熔合线进行弯曲, 弯曲用的压头直径为 5mm, 试样 的弯曲角度为 180 度, 弯曲后试样在 10 倍放大镜下观察弯曲试样处表面, 评定有无因晶间腐蚀而产生的裂纹。 三、 不锈钢焊接接头晶间腐蚀的金相特征 1、 焊接后组织状态 在显微镜下观察, 正常的焊缝组织为奥氏体加少量呈树状结晶的铁素 体, 焊缝和母材熔合良好。 热影响区母材组织变化较大, 紧靠熔合线热影响 区组织为单相奥氏体, 其晶界呈细线状, 奥氏体边界平直, 晶内能见到孪晶 线(图 1) 。 距熔合线 3. 7~4mm 处组织仍为奥氏体, 但晶界发生较大的变化, 沿晶界析出点状碳化物, 点状碳化物形成半封闭网络, 平直的奥氏体晶界 趋向圆滑(图 2) , 该组织宽约 3. 5mm。 母材为正常单相奥氏体组织。 图 1 紧靠熔合线母材组织
图 2 热影响区母材组织
2、 焊后敏化处理并经晶间腐蚀试验 试样在显微镜下观察, 焊缝与母材熔合良好, 热影响区与该区母材组 织均相同, 为单相奥氏体, 晶粒边界圆滑, 晶界有点状碳化物形成半封闭网 络(图 3) , 所不同的是在试样近表面处能明显看见晶间裂纹, 表面有时能明 显 见 到 晶 粒 脱 落 , 晶 间 腐 蚀 是 由 表 面 向 中 心 推 进 的 , 总 深 度 约 为 0. 9~1mm(图 4) 。 该组织具有典型的晶间腐蚀微观特征。
图 3 焊缝母材组织
图 4 母材表面晶间腐蚀
四、 晶间腐蚀机理 用公认的贫铬理论能完满解释奥氏体不锈钢晶间腐蚀。 在一定的温度 范围奥氏体内过饱和碳析出并与固溶体的铬结合形成 Cr23C6 碳化物, 由于 晶粒内碳的扩散速度大于铬的扩散速度, 故碳很易扩散到晶界与铬形成 Cr23C6 碳化物, 并在晶界沉淀析出, 这个温度范围与不锈钢的含碳量有关, 约在 450~850℃, 称为危险温度范围。 在危险温度范围内, 由于碳化物的析 出使固溶体内的铬大大降低, 当铬含量低于 13%时基体就会丧失抗腐蚀能 力而产生腐蚀。 金相分析结果表明, 直接焊态试样, 离焊缝熔合线 4~7. 5mm 的热影响区 母材处于危险温度范围内, 焊后敏化处理试样, 因敏化温度在危险温度范 围内, 均在晶界析出大量 Cr23C6 碳化物, 使不锈钢产生晶界腐蚀。 而焊接 接头晶间腐蚀也可能发生在焊缝区和熔合线上。 在焊缝区多层多道焊的前 一层焊道的熔敷金属, 在后一道焊缝施焊时, 同样经历了 一个热循环, 存在 一个热影响区, 在敏化温度的区域停留过长也会在晶界析出 Cr23C6 碳化物, 形成贫铬的晶粒边界, 若该区正好暴露在焊缝表面并与腐蚀介质接触则会 产生晶间腐蚀。 在熔合线上产生的晶间腐蚀则是一种特殊的晶间腐蚀, 俗 称刀状腐蚀。
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