奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀评定和控制
奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀问题的防止
1引言随着“工业4.0”时代的到来，工业的发展步伐进一步加大，而不锈钢因其自身具有的耐腐蚀性、力学性能良好等特点被广泛应用于工业的生产加工中。
然而其在焊接的过程中，可能会出现焊缝晶间腐蚀的现象，影响了不锈钢的内部结构，从而对其性能也产生了影响。
因此，本文对奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀问题的防止探讨，具有一定的研究价值和意义。
2晶间腐蚀的概念晶间腐蚀是一种发生在金属材料晶粒之间的腐蚀形式。
奥氏体不锈钢一旦产生了晶间腐蚀，在应力的作用情况下，这种腐蚀会逐渐向内部扩展，从而破坏奥氏体不锈钢的内部结构，影响其使用性能。
晶间腐蚀一般情况下在热影响区以及焊缝或者是熔合线上产生，而在熔合线上产生的晶间腐蚀又叫刃状腐蚀[1]。
3晶间腐蚀产生的原因分析对奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的过程分析如下：在奥氏体不锈钢焊缝处于室温下的状态时，其C元素在奥氏体内的溶解度很小，大约有0.02%~0.03%，并一般情况下的奥氏体不锈钢内含有的C含量不会超出0.02%~0.03%的范围，因此，对奥氏体不锈钢进行淬火处理能够保证材料的力学性能稳定。
但是在淬火过程中，奥氏体不锈钢材料长时间处于450~850℃的温度下，其C元素的扩散速度会加快，和Cr元素进行化学反应，生成碳化铬Gr23C6。
这种情况下使得奥氏体内晶界Cr元素含量越来越少，而当其含量小于12%时，就丧失了部分抗腐蚀能力，从而产生了晶间腐蚀现象。
总之，晶间腐蚀的产生就是由于Cr元素的缺失引起的。
4奥氏体不锈钢焊缝产生晶间腐蚀的影响因素4.1加热温度和加热时间的影响在影响奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀的众多因素中，加热的温度和解热的时间是其中的一个重要影响因素。
一般情况下，对于奥氏体来说，其产生晶间腐蚀的温度范围大概在450~ 850℃之间。
这主要是在温度低于450℃的时候，不会产生Gr23C6；而当温度高于850℃时，会使得Cr元素的扩散速度加快，不会出现“贫铬区”。
而在对奥氏体不锈钢进行焊接的过程中，焊缝的两侧区域是处于450~850℃温度之间的，容易引发晶间腐蚀现象。
不锈钢晶间腐蚀控制措施
不锈钢晶间腐蚀控制措施1 问题的提出技术统一规定中通常包括“奥氏体不锈钢制容器用于可能引起晶间腐蚀的环境, 焊后应做固溶或稳定化处理”, 提出这样的要求, 自有其存在的合理性。
但即使设计人员在图样的技术要求中提出这一条, 要求制造厂进行不锈钢制容器(比如换热器) 的焊后热处理, 由于实际热处理工艺参数难以控制和其他一些意想不到的困难, 通常难以达到设计人员提出的理想要求, 实际上在役的不锈钢设备绝大部分是在焊后态使用。
这就促使我们去思考:晶间腐蚀是奥氏体不锈钢最常见的腐蚀形式, 那么产生晶间腐蚀的机理是什么? 在什么介质环境下会引起晶间腐蚀?防止和控制晶间腐蚀的主要方法有哪些?奥氏体不锈钢制容器用于可能引起晶间腐蚀的环境焊后是否都要热处理?本文查阅有关的标准、规范,专著,结合生产实际谈谈个人看法。
2 晶间腐蚀的产生机理晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀, 腐蚀沿着金属或合金晶粒边界或它的临近区域发展, 而晶粒腐蚀很轻微,这种腐蚀便称为晶间腐蚀,这种腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱。
严重的晶间腐蚀,可使金属失去强度和延展性,在正常载荷下碎裂。
现代晶间腐蚀理论, 主要有贫铬理论和晶界杂质选择溶解理论。
2. 1 贫铬理论常用的奥氏体不锈钢, 在氧化性或弱氧化性介质中之所以产生晶间腐蚀, 多半是由于加工或使用时受热不当引起的。
所谓受热不当是指钢受热或缓慢冷却通过450～850 ℃温度区, 钢就会对晶间腐蚀产生敏感性。
所以这个温度是奥氏体不锈钢使用的危险温度。
不锈钢材料在出厂时已经固溶处理,所谓固溶处理就是把钢加热至1050～1150 ℃后进行淬火, 目的是获得均相固溶体。
奥氏体钢中含有少量碳, 碳在奥氏体中的固溶度是随温度下降而减小的。
如0Cr18Ni9Ti , 在1100 ℃时, 碳的固溶度约为0. 2 % , 在500～700 ℃时, 约为0.02 %。
所以经固溶处理的钢,碳是过饱和的。
当钢无论是加热或冷却通过450～850 ℃时,碳便可形成( Fe 、Cr) 23C6 从奥氏体中析出而分布在晶界上。
不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验
防治措施
①采用超低碳不锈钢，含碳量希望小于 0.06% 。 ②在工艺上，尽量减小近缝区过热， 特别要避免在焊接过程中就产生“中温敏化” 的加热效果。 由此可见：“高温过热”和“中温敏化”是产 生刀蚀的必要条件。 对于焊接接头“高温过热”是焊接热循环中必 然形成的，因此只需要进行一次“中温敏化” 处理，就可根据 GB1223-75 标准进行晶间腐蚀 试验。
实验目的
一、观察与分析不锈钢焊接接头的显微 组织。 二、了解不锈钢焊接接头产生晶间腐蚀 的机理及晶间腐蚀区显微组织特征。
二、
实验装置及实验材料
（一）C法电解浸蚀装置 （二）金相显微镜 （三）吹风机 （四） 腐蚀液稀释为10%的草酸（C2H4O4· 2H2O 分析纯）水溶液1000ml （五） 实验材料1Cr18Ni9Ti(或1Cr18Ni9)钢手 弧焊或TIG焊试片40×20×1.5～3mm 6对 （六） 秒表 （七） 乙醇、丙酮、棉花、各号金相砂纸等。
三、
实验原理
1 焊接18-8型奥氏体不锈钢的接头产 生晶间腐蚀的类型及控制 18-8 型不锈钢焊接接头出现三个部位的 晶间腐蚀现象，即，焊缝腐蚀区，刀状 腐蚀区，敏化腐蚀区。但在同一个接头 中不会出现这三种晶间腐蚀区，其取决 于钢的成分。
1)
焊缝腐蚀区
焊缝腐蚀区主要与焊接材料有关，同时也受焊接工艺的影响。 （a） 防治措施：①控制焊缝金属化学成分，主要 是尽量降低含碳量和添加足够量的 Ti 和 Nb。焊缝中 Ti 和 Nb 的量 应大于钢板的量 （b）控制焊缝的组织状态，使之含有适当数量的 一次铁素体δ（δ=5%为最宜，适宜量为4～12ً%）。
2)
敏化区腐蚀
在焊接热影响区中峰值温度处于敏化温度区间的部 位所发生的腐蚀（敏化温度为450℃～ 850℃；实际区 为600℃～1000℃）。敏化区腐蚀只发生在不含Ti或Nb 的18-8不锈钢中。 防 治 措 施 ： ① 采 用 含 Ti 或 Nb 的 1 8 - 8 或 超 低 碳 00Cr18Ni11不锈钢。 ②在工艺方面，应尽可能减少热影 响取处于敏化温度区间的时间。 产生敏化腐蚀区后的处理措施：采用稳定化处理， 将处理件进行850～900℃短时加热后空冷。
奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验
奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法一、试验方法：奥氏体不锈钢10%草酸浸蚀试验方法试样在10%的草酸溶液中电解浸蚀后，在显微镜下观察浸蚀表面的金相组织。
二、试样1、取样及制备：1）焊接试样从与产品钢材相同而且焊接工艺也相同的试块上取样，试样应包括母材、热影响区以及焊接金属的表面；2）取样方法：原则上用锯切，如用剪切方法时应通过切削或研磨的方法除去剪切影响部分；3）试样被检查的表面应抛光，以便进行腐蚀和显微组织检验；2、试样的敏化处理1）敏化前和试验前试样用适当的溶剂或洗涤剂（非氯化物）除油并干燥；2）焊接试样直接以焊后状态进行试验。
对焊后还要经过350℃以上热加工的焊接件，试样在焊后还应进行敏化处理。
试样的敏化处理在研磨前进行，敏化处理制度为650℃，保温1小时，空冷。
三、试验方法1、试验溶液：将100克符合GB/T9854的优先级纯草酸溶解于900ml蒸馏水或去离子水中，配置成10%草酸溶液；2、实验仪器和设备：阴极为奥氏体不锈钢制成的钢杯或表面积足够大的钢片，阳极为试样，如用钢片作阴极时要采用适当形状的夹具，使试样保持于试验溶液中，浸蚀电路如图1所示。
1——不锈钢容器2——试样3——直流电源4——变阻器5——电流表6——开关图1 电解浸蚀装置图3、试验条件和步骤：1）把浸蚀试样作阴极，以不锈钢杯或不锈钢片作为阴极，倒入10%草酸溶液，接通电流。
阳极电流密度为1A/cm2，浸蚀时间为90s，浸蚀溶液温度为20℃~50℃。
2）试样浸蚀后，用流水洗净，干燥。
在金相显微镜下观察试样的全部浸蚀表面，放大倍数为200倍~500倍，根据表1、表2和图2~图8判定组织的类别。
3）每次试验使用新的溶液。
4、浸蚀组织的分类1）显示晶界形态浸蚀组织的分类见表1；2）显示凹坑形态浸蚀组织的分类见表2；3）一类阶梯组织和二类混合组织是可接受的组织，其余为不可接受组织。
5、试验报告：试验报告应包括以下内容：1）试验的名称及试验面积尺寸；2）电流密度；3）浸蚀时间和温度；4）浸蚀后的金相照片；5）判定结果。
奥氏体不锈钢焊接中的晶间腐蚀敏感性试验简述
Gongyi yu Jishu♦工艺与技术奥氏体不锈钢焊接中的晶间腐蚀敏感性试验简述贾飞_(懸美德沖国3有観公：爾，上海201.809)摘要:奥氏体不锈钢捧接中的晶间腐魏是:一个无滚两滅的间《，国内外也对乎IB何确定晶_腐蚀的敏感性出台了相关的标准=现 从虜内晶间腐蚀敏感性试验标准入篆.播要刻举f國内外的晶向腐蚀驗感性试藥雜对此做出T简要分析。
关键词奧氏体不锈钢;晶间腐蚀r焊掾r敏薄性n.试轂0引言奥氏体不锈钢具体良好的耐_温和耐腐蚀性以及较好的焊翻生，便于机加工，圃此广泛用乎化工设备及其他行业。
晶 间腐蚀暴奥氏体不锈钢常见的一种电化学腐蚀，较之其他腐蚀藤式，诸如点蚀縫:隙腐蚀和应力腐蚀晶间腐蚀:尤其蓉'S 扭现在焊接过蠢中,:虜焊縫又是设备中最知静弱的环节，因 此，在_产生爾中:要对晶间腐蚀给予足够的重视4产&焊缝晶间腐蚀的不镑钢构件在外形上役有祍何变化，餘焊缝区域外，其余母材均未被腐蚀，仍保持着明亮的金属，光泽^因此，晶间腐蚀不易通过常规手段进行检查，往往发生破坏时，已经为时 晚矣，難#f t极大。
晶间腐蚀能被坏晶粒间的结合力,造成备项机械性能大范围下降,形成晶羿失效的结构，即#晶粒:的机械性能完好爾互相聪系的晶界却=脆截不堪奧氏体不锈钢之所以不镑是因为有大于12%的铬元素形成的钝化层。
但是在加热状态下，晶内碳元素的扩散速度大于 铬元素的扩散速度，晶界载会富檗太暈M嵌元素，由于撰:元素 与铬元素的亲和力较强，会与处于義弄处的铬元素:形成m2a(m表示铬和铁元素)，从而第耗掉晶猙:；|暈:的铬元素，使 晶界贫铬(:小子12%)而形成腐蚀。
另外,西格玛灌在勗界的析出同祥会造成类似的贫锡区，也会导致晶间腐蚀的发生，这是超低碳奥氏你不锈钢发隹晶间腐蚀:的原厲捧接过靈中，加热过麓会加速勗界附近元素的迁移，使屬本没有勗眞腐蚀性能的母材也在焊缝附近产生贫铬区，因此，在焊接工艺评定中，晶间腐蚀敏感性试验長十分必要的。
奥氏体不锈钢的焊接特点及焊材选用原则
奥氏体不锈钢的焊接特点及焊条选用摘要：奥氏体不锈钢是石油化工生产中应用最为广泛的金属材料之一，本文简要地阐述了不锈钢焊接过程中容易出现的一些问题，针对这些问题提出了相应的预防措施，并根据这些措施提出了焊条的选用原则。
关键词：奥氏体不锈钢焊接特点防止措施焊条选用不锈钢是指主加元素Cr高于12%、能使钢处于钝化状态、又具有不锈特性的钢。
不锈钢根据其显微组织分为铁素体型、马氏体型、奥氏体型、奥氏体+铁素体型和沉淀硬化型不锈钢。
奥氏体不锈钢通常在常温下的组织为纯奥氏体,也有一些为奥氏体+少量铁素体。
一、奥氏体不锈钢的焊接特点奥氏体不锈钢是石油化工生产中应用最为广泛的金属材料之一，其焊接性能良好，但在焊接过程中也容易产生不少问题，主要表现为以下几种：1、晶间腐蚀奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀，根据贫铬理论, 其原因是焊接时焊缝和热影响区在加热到450～850℃温度范围停留一定时间的接头部位，在晶界处析出高铬碳化物（Cr23C6），引起晶粒表层含铬量降低，形成贫铬区，在腐蚀介质的作用下，晶粒表层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。
这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化，受力时则会沿晶界断裂，几乎完全失去强度。
为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀，一般采取的防止措施有：（1）采用低碳或超低碳的焊材,如A002等，或采用含钛、铌等稳定化元素的焊条,如A137、A132等；（2）由焊丝或焊条向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素,使焊缝金属成为奥氏体+铁素体的双相组织 (铁素体一般控制4-12%)；（3）减少焊接熔池过热,选用较小的焊接电流和较快的焊接速度,加快冷却速度；（4）对耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件进行焊后稳定化退火处理。
2、焊接热裂纹热裂纹产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强，有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。
另外，此类钢的导热系数小（约为低碳钢的1/3），线胀系数大（比低碳钢大50%），所以焊接应力也大，加剧了热裂纹的产生。
不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验
不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验项目编号 08505917项目名称不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验面向专业材料成型与控制工程，材料科学与工程课程名称金属焊接性教材、实习指导名称材料成型与控制工程专业（焊接部分）实验指导书所属院系材料科学与工程学院所属实验室材料成型实验室(焊接)实验类别专业课实验类型综合实验要求选做难易程度一般计划学时 4学分 .1实验套数 2每组人数8最多容纳人数10实验项目简介：晶间腐蚀是沿晶粒边界发生的腐蚀现象，因碳化铬在晶界沉淀而使晶界层“贫铬”，铬的有效含量<12%，在腐蚀介质中沿晶间发生腐蚀。
该试验以18-8型奥氏体不锈钢中最常用的含稳定元素的1Cr18Ni9Ti和含稳定元素的0Cr19Ni9为例，来讨论晶间腐蚀问题。
奥氏体不锈钢的焊接接头,通常在焊缝区、过热区、敏化区，产生晶间腐蚀倾向。
观察与分析不锈钢焊接接头的显微组织，观察晶间腐蚀区显微组织特征，分析不锈钢焊接接头产生晶间腐蚀的机理和防治。
实验目的：一、观察与分析不锈钢焊接接头的显微组织。
二、了解不锈钢焊接接头产生晶间腐蚀的机理及晶间腐蚀区显微组织特征。
对实验原理与方法的要求：晶间腐蚀是沿晶粒边界发生的腐蚀现象，因碳化铬在晶界沉淀而使晶界层“贫铬”，铬的有效含量<12%，在腐蚀介质中沿晶间发生腐蚀。
该试验以18-8型奥氏体不锈钢中最常用的含稳定元素的1Cr18Ni9Ti和含稳定元素的0Cr19Ni9为例，来讨论晶间腐蚀问题。
奥氏体不锈钢的焊接接头,通常在焊缝区、过热区、敏化区，产生晶间腐蚀倾向。
焊缝中尽量减少C，或添加足够的Nb，或使焊缝中获得适量的δ相，可避免焊缝区晶间腐蚀。
敏化腐蚀区是HAZ加热峰值温度为600～1000℃的区域，敏化区腐蚀只发生在不含Ti或Nb 的普通18-8钢中，超低碳不锈钢也不会发生。
刀状腐蚀区：只出现在含Ti或Nb的18-8接头中，且一定发生在紧邻焊缝的过热区中，呈窄而深的沿晶破坏，类似刀削切口，简称“刀蚀“。
奥氏体不锈钢晶间腐蚀及防止
奥氏体不锈钢晶间腐蚀及防止1前言不锈钢按组织可分为铁素体不锈钢：如Crl7、 Cr17Ti、Cr28等，马氏体不锈钢：如2Cr13、3Crl3、 4Cr13等，奥氏体不锈钢：如0Crl8Ni9Ti、1Crl8Ni9Ti、 Crl8Nil2Mo2Ti三种。
由于奥氏体不锈钢含有较高的铬和镍．可形成致密的氧化膜且热强性高，故奥氏体不锈钢比其它不锈钢具有更优良的耐蚀性、塑性、高温性能和焊接性，因此奥氏体不锈钢在航空、化工和原子能等工业中得到日益广泛的应用。
但在生产过程是如果焊条选用或焊接工艺不正确时，会产生晶间腐蚀及焊接热裂纹。
2 晶间腐蚀的概念晶间腐蚀是产生在晶粒之间的一种腐蚀形式。
产生晶间腐蚀的不锈钢，受到应力作用时，晶间腐蚀由表面开始而逐渐向内部发展。
这种腐蚀对于承受重载零件危害很大，因为它不引起零件外形的任何变化而使品粒之间结合遭到破坏，严重降低其机械性能，强度几乎完令损失，往往使机械设备发生突然破坏，是不锈钢最危险的一种破坏形式。
晶间腐蚀可以分别产生在热影响区、焊缝或熔合线上。
在熔合线上产生的晶间腐蚀又叫刃状腐蚀。
3晶间腐蚀产生的原因现以18—8型奥氏体钢(例如1CrI8NI9)来说明晶问腐蚀产生的过程。
室温下碳元素在奥氏体的溶解度很小，约0．02-0．03％ (质量分数)，而一般奥氏体钢中含碳量均超过0．02-0．03％，因此只能在淬火状态下使碳固溶在奥氏体中，以保证钢材具有较高的化学稳定性。
但是这种淬火状态的奥氏体钢当加热到450～850~(2或在该温度下长期使用时，碳在奥氏体中的扩散速度大于铬在奥氏体中的扩散速图1晶间腐蚀度。
当奥氏体中含碳量超过它在窀温的溶解度(0．02-0．03％)后。
碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，析出碳化铬Gr23C6。
但收稿日期：2o03一o6一o4 是铬的原子半径较大，扩散速度较小，来不及向边界扩散，品界附近大量的铬和碳化合形成碳化铬，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，而是来自品界附近。
晶间腐蚀检验方法
不锈钢硫酸－硫酸铁腐蚀试验方法（GB4334.2-84）适用于将奥氏体不锈钢在硫酸－硫酸铁溶液中煮沸试验后，以腐蚀率评定晶间腐蚀倾向的一种试验方法。
试验步骤：1）将硫酸用蒸馏水或去离子水配制成50±0.3％（质量百分比）的硫酸溶液，然后取该溶液600ml加入25g硫酸铁加热溶解配制成试验溶液。
2）测量试样尺寸，计算试样面积（取三位有效数字）。
3）试验前后称质量（准确到1mg）。
4）溶液量按试样表面积计算，其量不小于20ml/cm2。
每次试验用新的溶液。
5）试样放在试验溶液中用玻璃支架保持于溶液中部，连续沸煮沸120h。
每一容器内只放一个试样。
6）试验后取出试样，在流水中用软刷子刷掉表面的腐蚀产物，洗净、干燥、称重。
试验结果以腐蚀率评定为W前－W后腐蚀率＝──────（g/m2.h）St式中W前──试验前试样的质量（g）；W后──试验后试样的质量（g）；S──试样的表面积；t──试验时间（h）。
（3）不锈钢65％硝酸腐蚀试验方法（GB4334.3-84）适用于将奥氏体不锈钢在65％硝酸溶液中煮沸试验后，以腐蚀率评定晶间腐蚀倾向的试验方法。
试验步骤：1）试验溶液的配制将硝酸用蒸馏水或去离子水配制成65±0.2％（质量百分比）的硫酸溶液。
2）、3）、4）同硫酸－硫酸铁试验方法。
5）每周期连续煮沸48h，试验五个周期。
试验结果以腐蚀率评定，同硫酸－硫酸铁试验方法。
焊接试样发现刀状腐蚀即为具有晶间腐蚀倾向，性质可疑时，可用金相法判定。
（4）不锈钢硝酸－氢氟酸腐蚀试验方法（GB4334.4-84）适用于检验含钼奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向。
用在70℃、10％硝酸－3％氢氟酸溶液中的腐蚀率的比值来判定晶间腐蚀倾向。
试验步骤：1）试验溶液：将硝酸和氢氟酸试剂，用蒸馏水或去离子水配制成质量分数为10％的硝酸－3％的氢氟酸试验溶液。
2）、3）同硫酸－硫酸铁试验方法。
4）将支架放入容器中，溶液量按试样表面积计算，其量不少于10ml/cm2。
奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验
三、晶间腐蚀试验方法 核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法
标准号 试样尺寸 ASTM A262E GB/T4334 E RCC-M MC1300 5-13 厚 ,9-25 宽 , 最 小 80-100 长 ， 20mm 厚 ,3-4mm 长 × 宽 × 厚 75mm长 厚 70×10×4mm 试样数量： 3 个， 1 个参 考试样，1个焊后热处理 态试样(若产品需要焊后 热处理态 ) ， 1 个经敏化 处理后的试样； 675 650 700 1h 2h 加热至700±，加热时间 不 超 过 5min ， 保 温 30min 后 ， 缓 慢 随 炉 冷 却(60±/h)至后，空冷 将 硫 酸 铜 将 硫 酸 铜 质量百分比： 10% 结晶 (CuSO4· 5H2O) 溶 解 于 (CuSO4· 5H2O)(GB/T 665 分 硫酸铜， 10% 硫酸 ( 密度 700ml 蒸馏水中，再加 析纯 ) 溶解于 700ml 蒸馏水或 1.83)，80%蒸馏水 入100ml硫酸(比重1.84)， 去离子水中，再加入 100ml 用 蒸 馏 水 稀 释 至 纯硫酸(GB/T 625 优级)，用 1000ml( 质量百分比： 蒸 馏 水 或 去 离 子 水 稀 释 至 约 6% 无 水 硫 酸 铜 ， 1000ml 16%硫酸)
一、晶间腐蚀的机理 晶间腐蚀机理
1)晶间区偏析杂质或第二相选择性溶解理论 非敏化态晶间腐蚀机理主要是晶间区偏析杂质或第二相选 择性溶解理论。 该理论认为，偏析于晶界上的杂质元素(如P和Si)或沉淀析 出相(如σ相或亚显微的σ相)的选择性溶解是引起晶间腐蚀 的原因。 2)贫Cr理论 奥氏体不锈钢敏化态晶间腐蚀的机理主要是贫Cr理论。
二、晶间腐蚀的防止和消除 控制加热温度和时间
奥氏体不锈钢的晶间腐蚀及其试验方法
奥氏体不锈钢的晶间腐蚀及其试验方法Erosion Between Crystal Lattice of AusteniticStainless Steel and test methods摘要：奥氏体不锈钢焊缝由于晶间腐蚀的发生，导致结构发生早期失效，结果既影响了正常使用和安全性。
因此探究奥氏体不锈钢晶间腐蚀地产生机理，并按标准进行晶间腐蚀试验，从而进一步提高耐蚀性的工艺措施，以期延长材料的使用寿命扩大材料的应用范围。
关键词：晶间腐蚀;合金元素的作用;解决措施;草酸侵蚀试验方法。
Abstract: Intergranular attack of austenitic stainless steel weld due to occurrence, causes the structure failure, the results not only affects the normal use and safety. Therefore research of intergranular attack of austenitic stainless steel to produce mechanism, and in accordance with the standard for intergranular attack test, so as to further improve the corrosion resistance of the process measures, and prolong the service life of materials to expand the application of materials.Key words: Intergranular arrosion; effect of alloying elements; preventive measures; Oxalic Acid Etch Test一、晶间腐蚀晶间腐蚀：局部腐蚀的一种，沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。
奥氏体不锈钢的焊接特点及其焊接构件的质量控制
奥氏体不锈钢的焊接特点及其焊接构件的质量控制摘要：文章阐述了奥氏体不锈钢的焊接问题及产品焊接控制措施。
关键词：奥氏体不锈钢焊接裂纹变形产品质量控制【中图分类号】p755.1前言不锈钢由于在钢中加入了较高含量的cr、ni等元素，具有高度的稳定性，在氧化性，中性及弱还原性介质中均有良好的耐腐蚀性，因而得到了广泛应用。
不锈钢一般可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢及双相不锈钢，在地铁车辆制造过程中以奥氏体不锈钢应用最为广泛，因此对奥氏体不锈钢的焊接特点及其焊接产品质量控制措施的研究就显得尤具意义。
一、奥氏体不锈钢焊接问题及解决措施（一）、焊接接头的热裂纹1. 焊接接头产生热裂纹的原因单相奥氏体组织的奥氏体型不锈钢焊接接头易产生焊接热裂纹，这种裂纹是在高温状态下形成的。
奥氏体型不锈钢易产生焊接接头热裂纹的主要原因有以下几点：（1）焊缝金属凝固期间存在较大的拉应力，这是产生凝固裂纹的必要条件。
（2）有害杂质的偏析及晶间液态夹层的形成。
2. 焊接时避免奥氏体型不锈钢焊接热裂纹的途径。
①采用适当的焊接坡口或焊接方法，使母材金属在焊缝金属中所占的分量减少②尽量选用低氢型焊条和无氧焊剂，以防止热裂纹的产生。
③焊接参数应选用小的热输入。
④选择合理的焊接结构、焊接接头形式和焊接顺序，尽量减少焊接应力。
⑤焊接过程结束和中途断弧前，收弧要慢且要设法添满弧坑，以防止弧坑裂纹的形成。
（二）、焊接变形与收缩奥氏体型不锈钢与碳钢相比，在物理性能上有很大差异，前者在焊接过程中会产生较大的变形和焊后收缩。
其原因有：1.与碳钢相比，其电阻是碳钢的5倍，在同样的焊接电流、电弧、电压条件下的热输入要多。
2. 其热导率低，约为碳钢的三分之一，导致热量传递速度缓慢，热变形增大；3. 18-8型不锈钢的线膨胀系数又比碳钢大40%左右，更引起加热时热膨胀量和冷却时收缩量的增加，当然焊后的变形量就显得更加突出。
事实证明，焊接变形量的大小与焊接参数选择、焊接次序的正确性、操作的合理性都有一定的关系。
奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀
奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀引言：奥氏体不锈钢是一种常用的材料，具有良好的耐腐蚀性能。
然而，在焊接过程中，奥氏体不锈钢的焊接接头容易出现晶间腐蚀问题，给使用带来了一定的风险。
本文将从晶间腐蚀的机制、影响因素以及预防措施等方面进行探讨。
一、晶间腐蚀的机制晶间腐蚀是指在奥氏体不锈钢焊接接头的晶界处发生的腐蚀现象。
其机制主要与以下两个因素有关：晶界偏析和敏化现象。
1. 晶界偏析奥氏体不锈钢的焊接接头处于高温状态下，元素在晶界处的偏析现象比较明显。
其中，铬元素的偏析是晶界腐蚀的主要原因之一。
晶界处富集了铬元素，使得晶界失去了原有的抗腐蚀能力，从而容易发生腐蚀。
2. 敏化现象奥氏体不锈钢在焊接过程中，由于高温作用，会导致晶界处的铬元素结合碳形成了铬碳化物。
这种反应被称为敏化现象。
铬碳化物的形成使得晶界失去了抗腐蚀的能力，容易受到腐蚀介质的侵蚀。
二、影响因素奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀受到多种因素的影响，主要包括以下几点：1. 焊接工艺参数焊接工艺参数的选择直接影响着晶间腐蚀的程度。
过高的焊接温度、过长的焊接时间以及过大的焊接电流都会加剧晶界偏析和敏化现象，增加晶间腐蚀的风险。
2. 焊接材料焊接材料的选择对晶间腐蚀也有很大的影响。
不同牌号的奥氏体不锈钢含有不同的化学成分，其晶间腐蚀的倾向也不同。
因此，在选择焊接材料时应根据具体的使用环境和要求进行合理的选择。
3. 焊接环境焊接环境中的腐蚀介质对晶间腐蚀的影响非常重要。
例如，酸性介质和氯化物等腐蚀性较强的介质会加速晶间腐蚀的发生。
因此，在特殊环境中进行焊接时，应特别注意晶间腐蚀的问题。
三、预防措施为了有效预防奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀问题，可以采取以下几种措施：1. 合理选择焊接材料在选择焊接材料时，应根据具体使用环境和要求选择耐腐蚀性能较好的奥氏体不锈钢。
避免使用容易发生晶间腐蚀的材料。
2. 控制焊接工艺参数合理选择焊接工艺参数，控制焊接温度、焊接时间和焊接电流等参数。
奥氏体不锈钢晶间腐蚀机理及预防措施
奥 俸
一
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镍 量 ８ 时 ，能 得 到 均 匀 的 奥 氏体 组 织 ， ％
且 含 铬 和 镍 量 越 高 ，奥 氏体 组 织越 稳
定 ，耐 蚀性 能就 越 好 ，故通 常没 有 晶间 腐蚀现象 。但如 经再 次加热到 ４ ０～８ ０ ５ ５ ℃或 在此 温度 区 间工作 ，并 且钢 中含 碳 量超过 ０ ０ ～０ ０ ％ ，又缺少 Ｔ 、Ｎｂ等 ．２ ．３ ｉ 能控 制碳 的元素 时 ，处于腐 蚀介 质 中往 往就 可 以 见 到 晶 间腐 蚀 现 象 。这 说 明 ，
的 正 常使用 和安全 性 ，还 给企 业造 成经
ｔｓ ‘）
图 １ １－８ ８ 钢的晶间腐蚀敏感温度 一时 间曲线
维普资讯
散 ，与铬结合而 形成 Ｃ ２ Ｃ 或（ ｒ ｅ ｒ ３ ６ Ｃ 、Ｆ ） ２ ３ Ｃ６沉淀于 晶界。这时 ，由于铬的原子
成分类型有 Ｃ ｌ％一 Ｎｉ％ （８ ８ ｒ８ ９ １ — 型不 锈 钢 ） ＣＴ ％一 Ｎｉ ％ 、 ＣＴ ％ 一 、 １ ８ １ ２ ２ ３
—
—
ｋ
Ｎｉ３ １ ％、Ｃｒ５ ２ ％一 Ｎｉ０ ２ ％等 。常用的有 １ １ ＮｉＴｉ ＣＴ ９ 。奥氏体不锈钢的焊接性从 ８
按 正火 状态 下钢的 组织 状态 ，分为 马氏
下 使用 ，于 常温 下腐 蚀介 质 中工作 ，它 的耐 蚀性 能是 基 于钝化 作 用 ：奥 氏体 不
锈钢 含 有较 高的铬 ，铬 易氧化 形 成致 密 的 氧化 膜 ，能提 高钢 的 电极 电位 ， 因此 具 有 良好 的耐 蚀性 能 。当含铬 量 １ ８％ 、
状态 。若 经再 次 中温加热 （ ４ ０～８ ０ 在 ５ ５ ℃ 之 间 ） 则 过 饱 和 的 碳 将 向 晶 界 扩 ，
晶间腐蚀
随着现代工业的快速发展，不锈钢在现代机械生产加工中得到广泛应用。通常不锈钢指空气中能够抵抗腐蚀的钢。它有两种分类法：一种是按化学成分，分为铬不锈钢和铬镍不锈钢；另一种则按正火状态下钢的组织状态，分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体一铁素体不锈钢等。
奥氏体不锈钢是目前应用最广的不锈钢：它以铬、镍为主要合金元素，因具有优良的耐蚀性、力学性能等综合性能，导致它在生产中需求快速地增长，并占据重要的地位。奥氏体不锈钢化学成分类型有Crl8％一Ni9％ (18— 8型不锈钢)、C T1 8％一Ni1 2％、C T2 3％一Ni13％、Cr25％一Ni20％等。常用的有1CT18Ni9Ti。奥氏体不锈钢的焊接性从理论上讲，与铁素体、马氏体不锈钢相比，被认为是较好的，它不因温度变化发生相变，对氢脆不敏感，在焊态下接头也有较好的塑性和韧性。但这并不意味着在所有的情况下该钢的焊接质量都能达到较高的使用要求。在役的奥氏体不锈钢焊接结构中，焊后接头出现晶间腐蚀破坏的时有发生，这不仅影响了结构的正常使用和安全性，还给企业造成经济损失。奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题归根结底是与其焊接性相关，然而人们往往对它的认识不足，对它焊接性能不甚了解，选用不当的焊接工艺，而产生晶问腐蚀缺陷，导致具有寿命优势的奥氏体不锈钢早期失效。为此，通过查阅资料将对铬镍奥氏体不锈钢晶间腐蚀缺陷的产生机理进行探讨，并据此开展预防不锈钢晶间腐蚀，提高耐蚀性的初步探讨。
3 晶间腐蚀的预防
在了解奥氏体不锈钢晶间腐蚀的形成机理后，据此提出以下几条预防措施：
(1)严格控制含碳量
碳是造成晶间腐蚀的主要元素，碳含量在0．08％以下时，能够析出碳的数量少；碳含量在0．08％以上时，则析出碳的数量迅速增加。所以常控制母材金属和焊条的含碳量在0．0 8％以下，如0Cr1 8Ni9Ti、A107等。另外，奥氏体钢中含碳量小于0．02％ ～0．03％时，全部碳都溶解在奥氏体中，不会产生晶间腐蚀。超低碳不锈钢(如00 Cr 1 8Ni 1 0，A002)的大量应用就是此原理。
316L不锈钢焊缝抗晶间腐蚀性能评价
316L不锈钢焊缝抗晶间腐蚀性能评价1 基本概况受太阳宝公司委托，对两种316L不锈钢焊接接头的抗晶间腐蚀性能进行评价。
316L不锈钢作为一种奥氏体不锈钢，是镍基合金和钛的代用材料，广泛应用于石油、化工、化肥、纺织、造纸、医药、原子能、宇宙航行以及海洋开发等领域。
然而，不锈钢如果热处理不当或焊接过程不当，导致材料敏化，就会发生晶间腐蚀。
其在化工及核工业生产中由晶间腐蚀造成的设备损坏占相当大的比重。
统计数据表明，晶间腐蚀约占腐蚀损失的10.2%，加上由晶间腐蚀转变为沿晶应力腐蚀开裂的事例数就更多了。
因此，晶间腐蚀是不锈钢最危险的破坏形式之一。
2 试验评价方法和步骤按照GB/T4334.5-2000《不锈钢硫酸—硫酸铜腐蚀试验方法》，对原材料和焊接材料进行试验。
2.1 试样取样图1 取样位置示意图根据国标GB4334.5-2000要求，试样尺寸取长度80mm，宽20mm，厚度为4mm。
由于本文为单焊缝取样，故取样位置见图1。
图2为按国标要求所取下的试样。
焊缝区所取试样图2 所取的试样2.2 试验溶液将100g符合GB/T665的分析纯硫酸铜（CuSO4·5H2O）溶解于700mL蒸馏水中，再加入100mL符合GB/T625的优级纯硫酸，用蒸馏水稀释至1000mL，配成硫酸—硫酸铜溶液。
2.3 试验仪器和设备油浴锅，带回流冷凝器的磨口烧瓶，微量天平，量筒等。
2.4 试验条件和步骤试验前将试样去油并干燥，在烧瓶底部铺一层符合GB/T466的铜屑，然后放置试样，并保证试样之间互不接触。
往烧瓶中加配置好的试验溶液，溶液应高出试样30mm。
再将烧瓶放在加热装置上，通以冷却水，加热试验溶液，使之保持微沸状态，连续16小时。
试验装置如图3所示。
图3 试验装置整体图2.5 断口扫描电镜及金相分析图4 6#样微观形貌图5 8#样微观形貌在316L不锈钢晶间腐蚀试验中，用弯曲方法来评定晶间腐蚀的倾向性，是用适量的变形，加速晶间腐蚀裂纹的暴露，但前提是试样的变形率不应超过试样允许的塑性变形量。
不锈钢焊接接头晶间腐蚀性能浅究
不锈钢焊接接头晶间腐蚀性能浅究不锈钢材料是当前我们生产、生活中经常见到的一种材料，它具有很多优点，但这种不锈钢材料用于冷加工成形与进行焊接作业时，时常会对其实际抗腐蚀性能造成影响，若其抗腐蚀性能不强，很容易被腐蚀，影响到构建的稳定性，因此在成形与焊接不锈钢产品后，在焊后不进行热处理的情况下，要求母材与焊接头的抗腐蚀性能必须足够强，特别是抗晶间腐蚀性能。
为此必须掌握不锈钢焊接接头晶间腐蚀的检验方法，了解造成焊接接头晶间腐蚀的原因，并采取相关策略努力提高不锈钢焊件抗晶间腐蚀能力。
1 不锈钢焊接接头晶间腐蚀检验在氧化与弱氧化环境中晶间腐蚀经常会出现在奥氏体不锈钢中，一旦不锈钢件出现这种腐蚀，腐蚀会从不锈钢表面沿晶界深入内部，对不锈钢材料的实际机械强度会造成严重影响，出现晶间腐蚀的材料，稍受外力断裂现象就有可能沿晶界线发生，只观看材料表面很难判断出晶间腐蚀，晶间腐蚀有高危性的特点。
这就要求在用不锈钢材料制作设备时，母料与焊接接头的实际抗晶间腐蚀性能必须足够强。
为使焊接构件足够牢固，必须检查焊接接头的晶间腐蚀性。
在测定不锈钢对晶间腐蚀的敏感情况时，一般采用的是加速法。
这种方法主要是采用适当腐蚀剂，在一定条件下，加速选择性腐蚀晶间，找一个万能材料试验机，把试样放置于上面，弯曲材料然后再评定，我们用与介质接触的面作为检验面，借助高倍放大镜对弯曲试样处的表面进行观察，看有无晶间腐蚀引发的裂纹。
2 判别晶间腐蚀裂纹位于试样弯曲部位棱角处的裂纹以及无裂纹的滑移线、皱纹等以上情况不一定都是由于晶间腐蚀引发的裂纹，发生晶间腐蚀的试验，在实施冷弯曲操作时，其表面鳞状裂纹随处可见，对试样进行敲击金属声响不会出现，在很难评定的情况下，可借助金相法进行判断，在实施断面金相检查时，若发现局部腐蚀发生于晶界或其毗邻区域，晶粒脱落，沿晶界腐蚀推进，并且推进有一定均匀性。
这种沿晶界形成的腐蚀通常为晶间腐蚀。
3 焊接接头抗晶间腐蚀能力控制奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀通常是由于晶界碳化铬发生沉淀析出造成的，不锈钢晶界区缺乏铬是晶间腐蚀的主要原因，因此可从控制不锈钢焊接处碳化铬的沉淀来防止发生晶间腐蚀，具体可从沉淀碳化铬的分量情况、部位以及形成沉淀物的动力方面进行考虑。
4.不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验091123
不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验一、实验目的1.掌握C法（晶间腐蚀倾向实验方法）和评定标准。
2.加深对晶间腐蚀机理的理解。
二、实验概述晶间腐蚀（IGA）是不锈钢主要局部腐蚀形式之一，评定晶间腐蚀倾向实验方法按国家标准（GB1223-75）进行。
此标准适用于奥氏体型和奥氏体-铁素体型的不锈钢评定晶间腐蚀倾向实验方法有C法、T法、L法、F 法和X法五种。
在上述方法中，C法（草酸电解浸蚀法）作为其他方法的筛选法，其余的方法为仲裁方法。
应当指出的是，上述各种评定方法，从性质上讲是在特定的介质条件下进行的加速腐蚀实验，用以相对地了解钢的抗晶间腐蚀性能，而不是直接判断各种不锈钢在实际环境中的情况。
本实验用C法评定不锈钢的晶间腐蚀倾向。
三、实验设备、仪器及材料用品直流电源、电流表、电阻器、烧杯、草酸溶液、金相显微镜、经热处理的不锈钢试样四、实验方法1.不锈钢试样热处理状态。
表5.1不锈钢试样热处理状态2.各种热处理工艺规范如下：固溶处理1050-1150℃/30min水冷敏化处理650℃/2-4h空冷稳定化处理850-950℃/2-4h空冷3.热处理后制作成金相试样（不腐蚀）。
四、实验装置1.实验溶液:10%草酸溶液。
2.操作条件：阳极电流密度1安/厘米2，电解1分钟，实验温度20-50℃。
3. 实验装置（见图4.1）五、操作步骤1.配制10%草酸溶液：把100克草酸溶于900毫升蒸馏水中。
用酒精或丙酮洗干净被检验试样表面，干燥后试样底面作为阳极，用另一块不锈钢作为阴极，如图5.1接好线路。
2.调整好电流密度，电解1分钟，取出试样用水冲洗后再用酒精清洗后吹干。
3.在400-500X金相显微镜下观察，评定晶间腐蚀倾向（评定方法及标准见附录）。
附录评定方法及标准将实验后的试样在400-500X金相显微镜下观察评定腐蚀级别。
如果在浸蚀部分观察到一个或两个以上的晶粒被腐蚀沟包围，即不能通过本实验，如果浸蚀部分只产生阶梯状组织或短小的腐蚀沟（不形成腐蚀沟对晶粒的包围），则认为通过本实验。
晶间腐蚀要求
二、晶间腐蚀的防止和消除
在钢材和焊接材料中加入Ti、Nb 等与碳的结合能力比铬更强 的元素, 能够与碳结 合成稳定的碳化物, 可以避免在奥氏体晶 界形成贫铬区。所以, 常用奥氏体不锈钢及焊接材料中都含有 Ti 或Nb 元素,如ER347等。
二、晶间腐蚀的防止和消除 进行固溶处理
焊后, 将奥氏体不锈钢的焊接接头重新加热至1050~1100℃, 此 时碳又重新溶入奥氏体中, 然后急速冷却, 便可得到稳定的奥 氏体组织, 消除贫铬区。这种方法叫固溶处理。固溶处理的缺 点是, 如果焊接接头需要在危险的温度区工作, 则仍不可避免 地会形成贫铬区。
四、晶间腐蚀要求 RG1.44对于工艺评定的要求
四、晶间腐蚀要求 RCCM中对晶间腐蚀的要求
如果碳含量≤0.035%和铬含量≥18%则不要求晶间腐蚀试验。
四、问题探讨 •结果判定的可操作性 •是否敏化的问题 •取样位置 •弯曲直径的问题
四、问题探讨 结果判定的可操作性
标准 评定方法 合格标准 敲击声测试：将试样与金属表面敲击，并与 与钢表面敲击，有清脆的金属敲击声 未经晶间腐蚀试验的试样进行比较 弯曲试验，压头直径不超过试件厚度的2倍； RCC-M 对于对接接头，沿焊缝中心线进行弯曲，使 弯曲90°，无裂纹；若开裂，开裂边缘没有 MC 1310 焊缝的表面为凸面；并与未经晶间腐蚀试验晶间腐蚀迹象。 的试样进行比较 微观金相试验 作为上述两试验的补充，在上述两试验存在 争议时，提供判定依据
一、晶间腐蚀的机理 晶间腐蚀机理
贫Cr理论 对奥氏体不锈钢而言其晶间腐蚀的原因是由于晶界区贫铬 所引起的。含碳量高于0.02%的奥氏体不锈钢中，碳与铬能 生成碳化物(Cr23C6)。这些碳化物经过高温淬火，以固溶态 溶于奥氏体中，铬均匀分布，使合金各部分铬含量均在钝 化所需值即12%以上。这种过饱和固溶体在室温下虽然暂 时保持这种状态，但它是不稳定的。如果加热到敏化温度 范围内，碳化物就会沿晶界析出，铬便从晶界边界的固溶 体中分离出来。由于铬的扩散速度很慢，远低于碳的扩散 速度，不能从晶粒内固溶体中扩充到晶界，因而只能消耗 晶界附近的铬，造成晶粒边界贫铬区。
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18-8 奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀的评定及控制18-8 奥氏体不锈钢已得到极广泛的应用,但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,它使材料的强度急剧下降,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向性检查。
1 奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验1. 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侵蚀剂和条件对晶间进行加速的选择性腐蚀。
采用GB/ T 4334. 5- 2000“不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法”进行焊接接头晶间腐蚀试验。
1. 1. 1 试样制备试验用材料为1Cr18Ni9 Ti 不锈钢,其化学成分( 质量分数) 为≤0. 12 %C , ≤1. 0 % Si ,≤2. 0 % Mn , ≤0. 030 % S , ≤0. 035 % P ,17. 0 %～19.0 % Cr ,8. 0 %～11. 0 % Ni ,0. 8 % Ti 。
在与产品筒体延长部位同时施焊的焊接工艺检查试板上取2 个试样,试样尺寸80 mm ×20 mm ×(3～4) mm ,焊接接头位于试样中部,试样切取原则上用锯切,若用剪切则应通过切削去除剪切变形部分,试样上焊缝加强高应加工至与母材齐平。
1. 1. 2 试样的敏化处理对焊后要经350 ℃以上热压力加工的焊接件在焊后进行敏化处理。
敏化处理工艺为650 ℃保温2 h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 ≤0. 8μm。
1. 1. 3 腐蚀试验侵蚀介质为硫酸2硫酸铜溶液。
将100 g 分析纯硫酸(CuSO4 ·5H2O) 溶解于700 mL 蒸馏水或去离子水中, 再加入100 mL 优级纯硫酸,用蒸馏水或去离子水稀释至1 000 mL ,配制成硫酸2硫酸铜溶液。
1. 1. 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5～10 mm 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) ,在试样上覆盖一层铜屑。
倒入配制好的试验液,液面高出铜屑20 mm 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16 h后取出试样,洗净并干燥。
1. 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,与介质接触面为检验面。
沿熔合线进行弯曲,弯曲用的压头直径为5 mm ,试样的弯曲角度为180°,在10 倍放大镜下观察试样弯曲处的表面,评定有无因晶间腐蚀而产生的裂纹。
2 晶间腐蚀裂纹的判别在试样弯曲部位棱角产生的裂纹、且不伴有裂纹的滑移线、以及皱纹和表面粗糙等都不能认为是因晶间腐蚀而产生的裂纹,存在晶间腐蚀的试样在冷弯后表面会出现鳞状裂纹,且敲击时会失去金属声响。
当评定有困难时,可采用金相法。
做断面金相检查时,若发现晶界或其毗邻区域发生局部腐蚀,甚至晶粒脱落,腐蚀沿晶界推进较为均匀,沿晶界产生的腐蚀即为晶间腐蚀。
3 不锈钢焊接接头晶间腐蚀的金相特征3. 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 ～4 mm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. 5 mm。
母材为正常单相奥氏体织。
图1 紧靠熔合线母材组织320 ×Fig. 1 Mat rix microst ructure near the melting line图2 热影响区母材组织320 ×Fig. 2 Mat rix microst ructure in heat2effective zone3. 2 焊后敏化处理并经晶间腐蚀试验试样在显微镜下观察,焊缝组织与3. 1 节所述相同,焊缝与母材熔合也良好,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. 9～1 mm(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320 ×Fig. 3 Mat rix microst ructure in weld seam_图4 母材表面晶间腐蚀80 ×Fig. 4 Surface intergranual corrosion of mat rix_3. 3 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Cr23 C6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Cr23 C6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. 5 mm 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Cr23 C6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Cr23 C6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。
4 提高焊接接头抗晶间腐蚀能力的措施由于晶界碳化铬沉淀析出而引起晶界贫铬是奥氏体不锈钢晶间腐蚀的主要原因,因此提高抗晶间腐蚀能力,防止晶间腐蚀的途径都是从控制碳化铬的沉淀来考虑,即从碳化铬沉淀的分量、部位和沉淀物形成动力等方面考虑。
4. 1 焊接方法选择选择适当的焊接方法尽可能缩短焊件在敏化温度区段下停留的时间,减低危险温度对它的影响。
对于薄件、小件,采用高能量的真空电子束焊或等离子焊;对于中等厚度板材,采用熔化极自动或半自动气体保护焊;对于大厚度板材,采用埋弧焊;焊条电弧焊为最常用的方法。
4. 2 焊接材料控制焊接材料通常根据奥氏体不锈钢的材质、工作条件(介质、温度) 来选择,原则上选择与母材相近的焊接材料,为保证焊缝区抗晶间腐蚀性能,采用以下措施：(1) 选用低碳或超低碳的不锈钢焊材。
最大限度降低碳在焊缝金属中的含量,达到碳在不锈钢中室温溶解极限以下,使碳形成碳化铬的可能性减到最小,从而根除贫铬区的形成,提高焊缝金属抗晶间腐蚀能力。
(2) 选择添加了钛、铌、钽等稳定化元素的焊材。
钛、铌、钽等稳定化元素与碳的亲和力要比铬大得多,碳与它们优先结合成钛、铌、钽的碳化物,并以颗粒弥散分布在晶内,使奥氏体内的固溶碳含量(质量分数) 降低,若碳降至0. 01 %以下,就不能形成碳化铬,从而可提高抗腐蚀能力。
(3) 采用具有γ2δ双相组织的焊材。
熔敷金属中若有5 %～10 %的δ铁素体则可降低发生晶间腐蚀的趋势,这是由于δ/γ相界面能低于奥氏体晶界γ/γ的界面能,因而碳化物择优在δ相一侧析出,减少了碳化物在奥氏体相界面的析出量。
而铬在δ铁素体中扩散速度较在奥氏体中快10 倍,在危险的敏化温度停留所造成的贫铬区很快从铁素体边得到补充而消失,同时,铁素体在奥氏体晶界上以一个个孤立小岛分布,破坏了奥氏体晶界的连续性,显著增加了晶粒晶界的总面积,故具有双相组织的不锈钢有降低晶间腐蚀的趋势。
(4) 焊材直径的控制。
材料的直径直接关系到焊接热输入量的大小,在保证焊接质量(全焊透)的情况下,为降低焊接时的热量输入应尽量选用直径较小的焊材。
4. 3 焊接参数控制在保证完全焊透、全熔合的情况下尽量选用小电流、低电压(短弧焊) 焊接,以减少热输入量,改善焊接接头性能。
4. 4 焊接过程控制( 1) 焊前准备清洁焊件,焊件坡口应去除油漆、油污;自动焊丝表面应除油、除锈并保存于干净、干燥处;电弧焊焊丝必须烘干并保存在保温筒中。
(2) 焊接过程焊接时采用直线运条,不允许作横向摆动,多层焊时层间温度不能过高,应冷至60 ℃以下清渣后再继续焊接。
层间接头应错开,收弧一定要填满。
必要时采用强制焊区快速冷却,最适用的方法是一边施焊一边用水冷却焊缝,以水不浸入焊接熔池为准。
有条件的也可在焊缝背面通水、通惰性气体,既可加速冷却,又保护焊缝。
总之,采取有效措施减少焊接时的热量输入,并快速冷却,使焊件在危险温度区间停留时间最短,以降低不锈钢焊接件晶间腐蚀倾向。
4. 5 焊接环境控制焊接奥氏体不锈钢的场地应清洁,以免由于环境中的油、锈或风等不利因素影响了焊接接头的强度和耐蚀性能。
5 结语不锈钢的晶间腐蚀是由于在敏化温度这一危险温度范围内,碳化物在晶界沉淀,因而在晶界及邻近区域形成贫铬区,从而大大降低了晶界的耐蚀性能。
在生产不锈钢焊接结构件时,正确的实施焊接质量控制,使工件尽量避免或减少碳化物的沉淀析出,是防止不锈钢晶界腐蚀的重要途径。