不锈钢焊接接头晶间腐蚀断裂分析

不锈钢焊接接头晶间腐蚀断裂分析

我公司经常发生不锈钢产品试板焊接接头按国标GB/T4334-2008E法晶间腐蚀试验不合格情况（部分产品试样发生微小裂纹，部分试样直接弯曲断裂），为证明此裂纹是否为晶间腐蚀裂纹及为了减少公司内部人员不同观点，现准备专项试验，并用光学显微镜观察判定裂纹属性及形成原因。结果表明：断裂出现的裂纹非晶间腐蚀裂纹，而是试样弯曲时产生的塑性断裂，所以试验判定时不应简单的以断裂或出现裂纹为判定试验结果的唯一标准，应通过光学显微镜确认裂纹是否是由于晶间腐蚀产生。

标签：晶间腐蚀；金相焊接接头；断裂

1概述

我公司不锈钢产品试件及焊接工艺评定试件在按照

B/T4334-2008E做硫酸-硫酸铜晶间腐蚀试验时，经常在焊缝区发生试样断裂或有局部细微裂纹的情况（图1），因GB/T4334-2008标准内对于试样断裂该如何判定试样合格与否的阐述并不明确，所以造成我公司理化检测人员多次以不合格判定产品试件的质量，因此给生产及进度造成了极大的耽误，同时因为不合格后返修及重新制备产品试件大大增加了生产成本。因此现针对此项问题做专门针对试验，以明确此现象的实质问题也为了消除公司内部技术人员的不同观点。

2影响晶间腐蚀速率的焊接因素分析

2.1焊接接头是由母材和焊材（填充金属），按照一定的熔合比组成的特殊形式接头，其机械性能和耐蚀性能直接受其二者化学成份的影响。以300系列不锈钢为例，通常其主要合金成份Cr、Ni、Mo是提高其抗腐蚀性的主要因素，在主要合金成份不变的情况下，通过控制不锈钢材料的C、S、P等杂质的含量也可以提高其抗腐蚀性能，因此，在选择标准范围内的材料时，尽可能要求选择杂质含量偏低的材料。不锈钢晶间腐蚀主要是由于晶界处形成（FeCr）23C6，而导致晶间贫铬造成的，而Diebold和Weingner认为，增加镍（镍超过20%）和加入Mo含量，可以降低C的活性，加入18%的铬和增加镍含量降低了纯铁中碳的溶解度。

2.2焊接线能量是影响焊接接头腐蚀性能的一个重要指标，其包括了电流、电压和焊接速度三个焊接参数，计数公式如下：

焊接线能量计算公式：q=IU/υ

式中：I—焊接电流A

U—电弧电压V

υ—焊接速度cm/s

q—线能量J/cm

通过上面的公式可以看出，因为电压是基本不变的，选取小电流I，加快焊接速度υ就能达到线能量小的目的，ASME规范要求焊缝宽度小于焊条直径的3倍也是基于这个道理。

另外，从焊缝表面成型后的颜色也可以发现焊接线能量的影响，通常成型后焊缝是银白色、金黄色比较理想。根据以往试验数据结果表明，这种状态的焊接接头晶间腐蚀试验容易通过，反之如果成型后焊缝是蓝色、紫色就已经被氧化，就是不理想的，晶间腐蚀不容易通过。

2.3层间温度也是影响焊接接头的重要因素之一，通常国内外规范对于300系列不锈钢，要求焊接时层间温度不超过150℃，而镍基合金要求会更低，其目的和控制线能量是一致的，在考察焊接接头承受热量影响时，还要考察其本身的吸热、散热能力，当基体温度（层间温度）较高时，后续焊接热量叠加，在散热不变的情况下，其高温持续时间会更长，对不锈钢的影响更大。

2.4冷却速度的影响：不锈钢一般不需要热处理，如果需要通常为固熔处理，目的就是为了快速冷却，迅速通过σ相析出区（400-800℃），然而，由于焊接接头的特殊性，不一定具备固熔处理的条件，或者没有必要，此时，通常做法是尽可能加速冷却，减少晶相析出和晶粒粗大的可能。

3焊缝断裂原因分析

根据GB/T4334-2008 E硫酸-硫酸铜晶间腐蚀试验规定压头直径为试样厚度的 1.25-1.67倍（标准规定压头为5mm试样厚度为3-4mm），而按照NB/T47014-2011中焊接工艺评定弯曲试验的规定，一般取壓头直径为试样厚度的4倍。因焊缝熔敷金属的延伸率一般仅仅为30%左右，所以根据GB/T4334-2008E要求进行弯曲容易超出焊缝金属的延展极限，容易产生裂纹甚至断裂。而这种裂纹根据我们的试验结果分析及金相图谱比对并非由于晶间腐蚀裂纹产生。所以就焊缝金属来看GB/T4334-2008E的弯曲要求过于苛刻（原材料的延伸率普遍在50%左右，所以不易断裂），笔者认为弯曲试验首先应保证在材料的延展性范围之内，否则会出现由于超出材料的延性极限而出现的裂纹，导致错误判断；其次，弯曲试验压头直径的选择应根据试样厚度和材料的纤维伸长率来选取压头直径。奥氏体不锈钢焊接接头的延伸率一般在30%左右，因此，为了保证弯曲试验在材料的延性范围内，压头直径至少应为试样厚度的2倍。而GB/T4334-2008E中对于弯曲试样的要求过于苛刻，标准旨在在极限的弯曲环境下充分暴露晶间腐蚀缺陷，而不是将裂纹简单定型为晶间腐蚀产生，断裂后应采取金相法判定是否有因晶粒脱落晶界变宽等典型的晶间腐蚀现象。

4最后结论

通过大量的模似试验，结论如下：尽可能选择高合金，低杂质的焊接材料，以弥补焊接接头自身性能不足；焊接参数对于不锈钢焊接接头腐蚀性能有很多影响，其主要影响参数是焊接速度，层间温度次之；晶间腐蚀试验与取样位置也有关系，要取工艺介质接触面；GB/T4334-2008E晶间腐蚀试验的弯曲要求超出了一般焊接试样的延展极限，所以晶腐试件弯曲后断裂，不能够简单地判定为晶腐不合格，还需要采用金相法来进一步判定，以确定晶界是否存在晶间腐蚀倾向的基本特征。

参考文献：

[1]GB/T4334-2008金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法.