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    1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼管焊接接頭晶間腐蝕及防止措施

    發布時間:2021-04-19 08:24:27      發布人:  瀏覽量:

    1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼管因具有優良的抗腐蝕能力,多用于強腐蝕性的酸、堿、鹽等介質中。但由晶間貧鉻造成的晶間腐蝕,是此類不銹鋼管焊接接頭最主要的失效形式。

    晶間腐蝕是一種有選擇性腐蝕破壞,其形成根源在于晶粒表面和內部間因存在鉻含量差異以及晶界雜質或內應力。如何降低晶間貧鉻、減輕晶間腐蝕傾向是焊接1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼管,特別對厚壁工件而言,亟待解決的技術難題。

    1.晶間腐蝕的機理

    1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼管焊接接頭,晶間腐蝕發生在焊縫區、熔合區以及熱影響區,而晶間貧鉻是根本原因。常溫下碳在奧氏體不銹鋼管中的溶解度很小,約為0.02%0.03%,而大量合金元素的加入,實際碳含量偏高,碳原子以過飽和的形式固溶于奧氏體晶格間隙中。高的線能量下焊接1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼管,熔池金屬液凝固速度慢、液態停留時間長,而已凝固晶粒的晶界處因存在晶格畸變等晶體缺陷,為碳原子向晶粒邊界處的快速擴散提供了有利條件。當碳原子到達晶粒邊界,會大量消耗鉻原子,形成含鉻的高碳不穩定碳化物,使晶界附近的鉻原子含量急劇減少,而晶粒內部的鉻原子則因擴散動力不足無法快速到達晶界以補充損失的鉻原子,形成晶間腐蝕敏化區。若再經歷450850℃敏化加熱,晶粒邊界即會因貧鉻而導致耐晶間腐蝕能力顯著降低。工件服役期間,當受到外界腐蝕介質和應力的協同作用時,材料內部會形成腐蝕原電池,進而發生晶間腐蝕,縮短工件的使用壽命。

    2.防止措施

    1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼管焊接接頭,根據晶間貧鉻理論,焊縫區的晶間腐蝕主要可通過以下兩種途徑得以改善:

    ①調整焊縫的化學成分,改善顯微組織利用Cr、Nb等元素含量比母材高的不銹鋼管焊絲,一方面向焊縫中過渡足夠的穩定化元素Nb等,以降低高鉻碳化物的形成傾向,減輕晶間貧鉻程度;另一方面提高Creq/Nieq值,以得到含(4%~12%)彌散分布鐵素體的雙相組織,不僅可打亂奧氏體柱狀晶的方向性,而且鐵素體富Cr,可為奧氏體提供Cr,提升焊縫耐晶間腐蝕的能力。

    ②調整焊接工藝

    改進焊接方法和優化焊接參數,在保證焊接質量的前提下,盡可能降低焊接線能量,縮小熱影響過熱區的范圍,提高液態金屬的凝固速度、縮短高溫停留時間,減少晶界貧鉻,從而增強焊縫區的耐蝕能力。然而常規熔焊方法,因接頭坡口間隙相對較大、線能量較高,對晶間腐蝕的防止效果不佳。

    熱影響區(HAZ)是熔池與母材間的過渡區,受焊接熱循環加熱至稍低于固相線的溫度、只發生組織和性能變化的部分母材。焊接過程中,這部分母材的奧氏體晶粒邊界由于無法及時補充足夠的鉻及其他合金元素,發生元素貧化,形成晶間腐蝕敏化區。特別在受到外加應力和腐蝕介質共同作用時,其耐蝕性顯著低于其余母材和焊縫區。

    實際應用中,為減輕1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼管焊接接頭熱影響區晶間腐蝕的程度,通常采用低線能量的窄間隙焊接,以加快熔池的冷卻速率,最大限度抑制晶粒粗化、縮短熱影響區的敏化加熱時間,減少晶界處CCr原子的化合析出量,以提高其耐晶間腐蝕的能力。顯然,常規窄間隙焊接,由于受多方面因素的制約,其降低線能量的能力極為有限,并不能從根本上改善奧氏體不銹鋼管厚壁工件焊接接頭的晶間腐蝕問題。

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