321和310奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀性能对比研究
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310 更耐晶间腐蚀。 A132 焊条中含有 Nb 元素,使用它焊接会向焊缝金属中过渡合金元素,在一定程度上也可以起到抑
制晶间腐蚀的作用。 由于焊接过程中受到敏化温度影响,焊缝的耐晶间腐蚀性要比母材差。
关键词: 晶间腐蚀;焊接;不锈钢
中 图 分 类 号 :TG142.71;TG444+.1
文 献 标 识 码 :A
(1. State Key Laboratory of Gansu Advanced Non -ferrous Metal Materials, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China; 2. Key Laboratory of Non-ferrous Metal Alloys and Processing of Ministry of Education, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China)
(a) 321
(b) 310
100 μm
100 μm
图 2 焊缝金相照片 Fig.2 Metallographical photos of weld bead
由 图 2 可 以 看 出 ,321 和 310 焊 缝 均 为 柱 状 晶
组织,相比之下,310 焊缝柱状晶组织更为粗大。 相
关 资 料 表 明[4],在 某 种 程 度 上 ,晶 粒 尺 寸 越 大 ,晶 界
during solder ball test
焊膏 种类
138 808 808B
预热期 /s
15 20 15
焊膏收拢 期/s
15 10 10
焊料球收拢 期/s
15 10 5
焊料球 稳定期 / s
10 15 25
气泡生存 期/s
5 4 2
陷,因此 808B 焊膏回流性能较好。 138 和 808 焊膏 的前三个阶段长,并且第二阶段开始比较晚,表明整 个收球过程较慢,持续时间长,增加了产生回流缺陷 的几率。
就相对越少,越有利于避免晶间腐蚀的发生。
2.2 晶间腐蚀实验
晶间腐蚀实验如图 3 所示,试样接正极并浸入草
酸溶液中,不锈钢杯接负极,调节变阻器,达到阳极电
流密度为 1 A/cm2 时, 进行电解。 草酸溶液温度为
20~50 ℃,电解时间为 90s。 每次试验后更换溶液。
321 母材经 10%草酸电解后,其晶间腐蚀形貌如
摘 要 : 321 和 310 奥 氏 体 不 锈 钢 分 别 采 用 A132 和 A402 焊 条 焊 接 ,焊 后 依 据 GB/T4334-2008《金 属 和 合 金 的 腐
蚀-不锈钢晶间腐蚀试验方法》对其焊接接头的晶间腐蚀情况进行了对比分析。 研究发现,由于 Ti 元素的存在,321 比
金属铸锻焊技术 Casting·Forging·Welding
2011 年 5 月
321 和 310 奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀
性能对比研究
毕越宽 1,2, 王晓军 1,2 (1.兰州理工大学 甘肃省有色金属新材 料 省 部 共 建 国 家 重 点 实 验 室 ,甘 肃 兰 州 730050;2.兰 州 理 工 大 学 有 色 金 属 合 金及加工教育部重点实验室,甘肃 兰州 730050)
所示,0Cr25Ni20 钢晶界腐蚀较严重, 母材基体基本
全部被腐蚀,并有比较明显的腐蚀沟,且晶粒被腐蚀
沟包围,应符合标准中的沟状组织(三类)。
(a) 321
(b) 310
50 μm
50 μm
图 1 母材金相照片 Fig.1 Metallographical photos of base metal
Key words: intergranular corrosion; welding; stainless steel
310、321 奥氏体不锈钢在大气中具有较好的抗 腐蚀性,被广泛应用于石油化工、电力、桥梁和汽车 等行业中[1]。 但不锈钢的“不锈”也并非绝对的,由于 特殊的服役环境,不锈钢也会发生腐蚀。 介质浓度、 pH 值、温度等因素会对不锈钢的抗腐蚀性产生较大 的影响。 例如,在 450~850 ℃敏化温度范围内长期使 用,不锈钢就会发生晶间腐蚀。 其机理是 C 与晶界 处的 Cr 结合,形成 Cr23C6 并析出,使晶界处的 Cr 含 量降低,这就是所谓的“贫铬”。 而 Cr 元素正是抑制 晶间腐蚀的主要元素之一,当晶界处的 Cr 含量低于 12%时 ,发 生 晶 间 腐 蚀 的 几 率 就 会 变 大 [2-3]。
用,对防止晶间腐蚀起到一定的作用。 310 焊缝金属
经 10%草酸电解后,晶间腐蚀形貌见图 5(b),沿着柱
(a) 321
(b) 310
试样 O
不锈钢钢杯
图 3 实验装置示意图 Fig.3 Sketch map of experimental installation
《热加工工艺》 2011 年第 40 卷第 9 期
1 实验材料与方法
收 稿 日 期 :2010-11-08 作者简介:毕越宽(1984- ),男,吉林四平人,硕士;
电 话 :13679417310;Email :biyuekuan@
实验材料为厚度 10 mm 的 321 (1Cr18Ni9Ti)和 310(0Cr25Ni20)奥 氏 体 不 锈 钢 板 材 ,分 别 采 用 直 径 为 3.2 mm 的 A132(E347-16)和 A402(E310-16)不 锈 钢焊条对其进行对接焊。 焊接采用手工电弧多层多 道 焊 , 开 60° V 型 坡 口 , 钝 边 为 2 mm, 组 对 间 隙 为 2 mm;焊接电流 90~120 A,电 压 30~36 V,层 间 温 度 控制在 150 ℃以下,焊前不需 预热,采用直 流反接。 A132 焊条比 A402 焊条含有较少的碳、镍、铬元素, 但 A132 含有一定的铌元素,而 A402 没有。
焊后分别对母材和焊缝进行金相实验以及依据 GB/T 4334-2008《金属和合金的腐蚀-不锈钢晶间腐 蚀实验方法》进行晶间腐蚀实验。
2 实验结果与分析
2.1 金相实验 母 材 金 相 试 样 采 用 10% CrO3 水 溶 液 20 ml+
150
Hot Working Technology 2011, Vol.40, No. 9
文 章 编 号 :1001-3814(2011)09-0150-02
Study on Intergranular Corrosion of Welded Joint of 321 and 310 Austenitic Stainless Steel
BI Yuekuan1,2, WANG Xiaojun1,2
晶界耐腐蚀性比较好。 310 母材腐蚀十分严重,从照
片中可以看出,晶界和晶粒几乎全部被腐蚀。可以得
出,321 的耐晶间腐蚀性比 310 要好,主要原因是因
为 321 含有稳定化元素 Ti, 而 C 元素与 Ti 元素的
亲和力要比 Cr 元素强,所以 C 元素会优先与 Ti 元
素结合形成 TiC,而不会形成 Cr23C6,所以,就会避免 晶 界 贫 铬 现 象 ,避 免 晶 间 腐 蚀 [5]。
Abstract: According to GB/T4334-2008 "Corrosion of metals and alloys-Test methods for intergranular corrosion of stainless steels", the corrosion phenomenon of 321 and 310 austenitic stainless steel welded with A132 and A402 electrode, respectively, was analyzed. The results show that the intergranular corrosion resistance of 321 austenitic stainless steel is better than 310 alloy because of Ti element. During the process of welding, Nb element in the A132 electrode enters weld pool. The deposited metal of A132 electrode includes Nb element, which can restrain the intergranular corrosion. Because the welding is affected by sensitive temperature, the intergranular corrosion resistance of weld metal is worse than that of base metal.
2 结论
由于气泡可以引起锡珠残渣和虚焊等缺陷,所 以气泡生存期单独作为一项指标, 气泡生存期越短 越好, 没有气泡生存期表示焊膏回流过程中未发现 明显的气泡。通过对比发现,较好的焊膏收球过程应 为:预热阶段,气孔、气泡小而均匀;收拢时,焊膏表 面均匀细密,没有明显凹坑,气泡少而生存期短。 这 可作为焊膏收球性能的评价依据。 改进的动态延展 实验评价标准为:溶剂的溢出和挥发;焊膏和焊料球 的收缩;焊料球的稳定;气泡的生存期。
参考文献:
[1] 胡 文 刚 , 孙 凤 莲 , 王 丽 凤. Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi 低 银 无 铅 钎 料 的润湿性[J]. 电子元件与材料, 2008, 27(4):38-41.
上半月出版
Casting·Forging·Welding 金属铸锻焊技术
25ml 盐酸混合液腐蚀, 焊缝金相试样采用 10%草酸
电解 13s,用光学显微镜观察,结果如图 1、2 所示。
由 图 1 可 以 看 出 ,321 母 材 组 织 有 明 显 的 轧 制
方向,白色组织为奥氏体,黑色组织为铁素体,掺杂
电流表
A 滑线变阻器
直流电源
100 μm
100 μm
图 4 母材晶间腐蚀形貌 Fig.4 Morphology of intergranular corrosion of base metal
对比发现 ,321 母 材 经 10%草 酸 电 解 后 腐 蚀 并
不是十分厉害,只是沿着轧制方向有些腐蚀,而母材
少量夹 杂物;310 母材晶 界较明 显 , 晶 粒 尺 寸 较 均
匀,白色为奥氏体组织,掺杂少量碳化物。
(a) 321
(b) 310
图 4(a)所示。 晶界有腐蚀,但是没有腐蚀沟,没有晶粒
被腐蚀沟包围,应符合标准中的阶梯组织(一类)。 310
母材经过 10%草酸电解后,其晶间腐蚀形貌如图 4(b)
321 焊缝金属经 10%草酸电解后, 晶间腐蚀形
貌见图 5(a),晶界有腐蚀,但没 有腐蚀沟 ,没有晶粒
被腐蚀沟包围。组织呈阶梯状分布,有少量的浅凹坑
(如箭头所指)。 按照 GB/T 4334-2008 进行评定,应符
合标准中的凹坑组织(六类)。 A132 焊条中含有稳定
化元 素 Nb,Nb 与 Ti 的 作 用 类 似 ,有 “固 定 ”C 的 作
表 1 是三种焊膏收球过程的对比,反映了各种 焊膏在收球速度和气泡生存期等方面的区别。 808B 焊膏的前三个阶段非常短,尤其是焊球收缩期。收球 速度很快有利于提高润湿性和减少塌落等回流缺
表 1 三种焊膏收球过程的对比 Tab.1 Stage divisions of three types of solder pastes
100 μm
100 μm
图 5 焊缝晶间腐蚀形貌 Fig.5 Morphology of intergranular corrosion of weld bead
(下转第 154 页)
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金属铸锻焊技术 Casting·Forging·Welding
2011 年 5 月
从上面总结可以看出, 焊膏回流动态过程大致 如 下 :①预 热 期 :焊 膏 中 挥 发 性 强 的 物 质 开 始 挥 发 , 产生微气孔 / 气泡;②焊膏收拢期:从焊膏边缘开始 收 缩 到 焊 料 熔 化 ;③焊 料 球 收 拢 期 ;焊 料 球 稳 定 期 。