奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕問題的防止

鄭明強

【摘 要】奧氏體不銹鋼一旦產生了焊縫晶間腐蝕現象，就會造成其結構失效，影響材料的性能，不能夠達到使用效果，給企業帶來嚴重的經濟損失。因此，有關人員需要加強對奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕問題的研究，并采取有效的防止方法，進而減少晶間腐蝕問題的出現。

【Abstract】Austenitic stainless steel once produced intergranular corrosion of welding seam， will cause its structural failure， affecting the performance of materials， can not achieve the use effect， bring serious economic losses to the enterprise. Therefore， the researchers need to strengthen the study of intergranular corrosion of austenitic stainless steel welds， and take effective prevention methods to reduce the occurrence of intergranular corrosion.

【關鍵詞】奧氏體不銹鋼；焊縫；晶間腐蝕；防止

【Keywords】austenitic stainless steel； welding seam； intergranular corrosion； prevention

【中圖分類號】TG174 【文獻標志碼】B 【文章編號】1673-1069（2017）10-0166-02

1 引言

隨著“工業4.0”時代的到來，工業的發展步伐進一步加大，而不銹鋼因其自身具有的耐腐蝕性、力學性能良好等特點被廣泛應用于工業的生產加工中。然而其在焊接的過程中，可能會出現焊縫晶間腐蝕的現象，影響了不銹鋼的內部結構，從而對其性能也產生了影響。因此，本文對奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕問題的防止探討，具有一定的研究價值和意義。

2 晶間腐蝕的概念

晶間腐蝕是一種發生在金屬材料晶粒之間的腐蝕形式。奧氏體不銹鋼一旦產生了晶間腐蝕，在應力的作用情況下，這種腐蝕會逐漸向內部擴展，從而破壞奧氏體不銹鋼的內部結構，影響其使用性能。晶間腐蝕一般情況下在熱影響區以及焊縫或者是熔合線上產生，而在熔合線上產生的晶間腐蝕又叫刃狀腐蝕[1]。

3 晶間腐蝕產生的原因分析

對奧氏體不銹鋼產生晶間腐蝕的過程分析如下：在奧氏體不銹鋼焊縫處于室溫下的狀態時，其C元素在奧氏體內的溶解度很小，大約有0.02%～0.03%，并一般情況下的奧氏體不銹鋼內含有的C含量不會超出0.02%～0.03%的范圍，因此，對奧氏體不銹鋼進行淬火處理能夠保證材料的力學性能穩定。但是在淬火過程中，奧氏體不銹鋼材料長時間處于450～850℃的溫度下，其C元素的擴散速度會加快，和Cr元素進行化學反應，生成碳化鉻Gr23C6。這種情況下使得奧氏體內晶界Cr元素含量越來越少，而當其含量小于12%時，就喪失了部分抗腐蝕能力，從而產生了晶間腐蝕現象。總之，晶間腐蝕的產生就是由于Cr元素的缺失引起的。

4 奧氏體不銹鋼焊縫產生晶間腐蝕的影響因素

4.1 加熱溫度和加熱時間的影響

在影響奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕的眾多因素中，加熱的溫度和解熱的時間是其中的一個重要影響因素。一般情況下，對于奧氏體來說，其產生晶間腐蝕的溫度范圍大概在450～850℃之間。這主要是在溫度低于450℃的時候，不會產生Gr23C6；而當溫度高于850℃時，會使得Cr元素的擴散速度加快，不會出現“貧鉻區”。而在對奧氏體不銹鋼進行焊接的過程中，焊縫的兩側區域是處于450～850℃溫度之間的，容易引發晶間腐蝕現象。即使在焊接的過程中需要冷卻處理工藝，但是其仍然會穿過450～850℃溫度區域，所以會產生晶間腐蝕。如圖1是奧氏體不銹鋼加熱時間和加熱溫度對晶間腐蝕的影響。

4.2 冷卻速度的影響

由于奧氏體不銹鋼在焊接過程中，其處于“危險溫度區域”的時間越長，焊縫處越容易產生晶間腐蝕。因此，焊接過程中的冷卻速度會對晶間腐蝕產生一定的影響，即冷卻速度越快，其晶間腐蝕產生的可能性也就越小；冷卻速度越慢，其晶間腐蝕產生的可能性也就越大。

4.3 含碳量的影響

C元素是造成奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕的主要原因，當含C量在0.08%以上時，就會導致晶界“貧鉻區”出現的可能性增加，從而加大晶間腐蝕的機率。奧氏體不銹鋼中根據含C量的不同，將其分為三個階段：含C量小于0.14%則為一般含碳量；含C量小于0.06%為低碳級；含C量小于0.03%為超低碳級。

4.4 雙相組織的影響

在奧氏體不銹鋼的金相組織中，要是單向組織，則其抗腐蝕的性能較差；倘若是在奧氏體組織匯總加入一定量的鐵素體，形成雙向組織，就會提高其抗腐蝕性能。雙相組織對抗晶間腐蝕的有利作用如圖2所示。

4.5 熱處理工藝的影響

通過熱處理可以消除貧鉻區，穩定金屬組織，可有效地減少晶間腐蝕的產生。

5 奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕的防止方法

5.1 焊接前的防止方法

根據對奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕產生的原因進行分析，要想防止晶間腐蝕現象的出現，就需要采取一定的措施降低奧氏體內的含碳量。為此，我們可以根據雙向組織能夠提高奧氏體不銹鋼的抗腐蝕能力來進行防止方法的確定，一方面，我們可以加入一定量的鐵素體形成元素。例如Ni，在金屬焊縫中提高Ni元素的含量，可以使得不銹鋼內的奧氏體組織更加穩定，弱化馬氏體的“脆化層[2]”，從而提高焊縫金屬的力學性能，提高不銹鋼的韌性和延展性，防止晶間腐蝕的產生；此外還可以加入一些鉻、硅、鋁、鉬等元素。另一個方面，我們在焊接之前需要選擇含鐵素體生成劑比較多的焊接材料。

5.2 焊接過程中的防止方法

第一，合理安排焊接的順序。因為在對不銹鋼進行焊接的過程中，其大部分采用的是多層焊和雙層焊的方式，這兩種方式的焊接中，后一條的焊縫產生的熱作用會對前一條焊縫產生影響，造成焊縫加熱時間較長、加熱溫度居高不下。因此，應盡可能地針對腐蝕介質與雙面焊縫接觸的一面進行最后的焊接。在進行焊縫的布局上，應盡最大限度地降低交叉焊縫的可能性。

第二，在焊接的過程中，焊接線能量越大，其產生晶間腐蝕的可能性也就越大。為了有效防止這種情況的產生，在進行焊接工藝的選擇時，可以采用小電流、高焊速、短弧、多道焊等方法，從而減少焊接線的能量，快速通過敏化溫度區的方式來避免產生熱影響區晶間腐蝕。

第三，加快冷卻速度。由于奧氏體不銹鋼含有的C含量較低，因此其不容易產生淬硬的問題，這種情況下，在對焊件進行冷卻的過程中，就可以采取快速冷卻的方法來減少晶間腐蝕的發生率。比較常見的焊接冷卻方法有用銅墊板，或直接澆水冷卻等。

5.3 焊接后的防止方法

在對奧氏體不銹鋼進行焊接之后，為了防止晶間腐蝕現象的產生，需要將奧氏體不銹鋼的焊接接頭重新加熱至1050～1100℃，重新固溶處理，或者重新加熱至850～900℃，保溫2h，進行均勻化處理，以消除貧鉻區。

6 結語

綜上所述，本文從晶間腐蝕的概念入手，對晶間腐蝕產生的原因進行了分析，并詳細研究了奧氏體不銹鋼焊縫產生晶間腐蝕的影響因素，最后提出了奧氏體不銹鋼焊縫晶間腐蝕的防止方法，對于提高奧氏體不銹鋼抗腐蝕性能具有一定的積極作用。

【參考文獻】

【1】鄭海生.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕問題的研究及防止[J].機電工程技術，2004（01）：46-47.endprint