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重庆不锈钢水箱:如何焊接奥氏体材质的不锈钢水箱

一.晶间腐蚀

1.晶间腐蚀产生的原因

不锈钢在腐蚀介质作用下,在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。产生晶间腐蚀的不锈钢,当受到应力作用时,即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失,这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上,在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀状腐蚀。

不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于12%。当温度升高时,碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的熔解度很小,约为0.02%~0.03%,而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值,故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散,并和铬化合,在晶间形成碳化铬的化合物,如(CrFe)8等。但是由于铬的扩散速度较小,来不及向晶界扩散,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,而是来自晶界附近,结果就使晶界附近的含铬量大为减少,当晶界的铬的质量分数低到小于12%时,就形成所谓的“贫铬区”,在腐蚀介质作用下,贫铬区就会失去耐腐蚀能力,而产生晶间腐蚀。

2.影响晶间腐蚀的因素

1)加热温度和加热时间:当加热温度小于或大于时,不会发生晶间腐蚀。因为由于时,温度较低不会形成碳化铬化合物。而在温度超过时,晶粒内的铬扩散能力大大加强,有足够的铬扩散到晶界和碳结合,不会形成贫铬区。所以产生的晶间腐蚀的加热温度一般是在至之间,称为产生晶间腐蚀的“危险温度区”。其中尤其以为最危险。焊接时,热影响区中处于危险温度区的地带最易产生晶间腐蚀。因此,在至的温度区间加热时间越长,产生晶间腐蚀的危险性越大,如至间的冷却速度越大,则产生晶间腐蚀的可能性就越小。

2)钢中的含碳量:随奥氏体不锈钢中含碳量的增加,在晶间形成贫铬区的机会就增加,导致产生晶间腐蚀的倾向也越大。所以碳是晶间腐蚀最有害的元素。

奥氏体不锈钢据含碳量分:一般含碳量(<=0.14%),低碳级(<=0.06%)和超低碳级(<=0.03%)。室温时奥氏体钢中能溶解的最大含碳量是0.02~0.03%,所以超低碳奥氏体不锈钢实际是不会产生晶间腐蚀的,是一种优良品种的不锈钢。

3)金相组织的影响:不锈钢的金相组织如果是单相奥氏体,则其抗晶间腐蚀能力较差,如果组织中有铁素体存在,形成奥氏体加铁素体的双相组织,则会大大提高其抗晶间腐蚀能力。因为铬在铁素体中的扩散速度快,碳化铬在铁素体内部及其附近析出,减轻了奥氏晶间贫铬现象。同时铁素体分隔了奥氏体晶粒之间的连续晶界,使之不产生连续的晶间贫铬区,因而提高了抗晶间腐蚀的能力。但是奥氏体不锈钢中的组织中铁素体含量不能太多,否则易引起焊接接头的脆化现象。

3.防止晶间腐蚀的措施

1)控制含碳量在0.08%以下。因为含碳量在0.08%以下时,能够析出的碳的数量较少,在0.08%以上时,能够析出的碳的数量迅速增加。降低含碳量。当钢中碳的质量分数在0.03%以下时,即使在较长时间回火也不会产生晶间腐蚀。

2)添加稳定剂 即在钢材和焊接材料中加入比铬与碳亲和力更强的元素。对含钛Ti、铌Nb元素的18-8不锈钢,在高温下使用时,要经过稳定化处理。即在常规的固溶处理后,还要在850保温1-4小时,然后空冷至室温,以充分生成TiC及NbC。常用的不锈钢材和焊接材料都含有钛和铌。如1Cr18Ni9Ti, H0Cr19Ni9Ti等。

3)进固深处理 方法是在焊接后把焊接接头加热到1050~,此时碳又重新深入奥氏体中,然后迅速冷却,稳定了奥氏体组织。另外也可以进行850~保温2小时的稳定化热处理,此时奥氏体晶粒内部的铬逐步扩散到晶界,晶界处的含铬量又重新恢复到大于12%,这样就不会产生晶间腐蚀。

固溶处理能使碳化物不析出或少析出。但对含Ti、Nb的不锈钢还要进行稳定化处理。

4)采用双相组织 在焊缝中加入铁素体形成元素如铬,硅,铝,钼以形成奥氏体加铁素体的双相组织。采用铁素体和奥氏体双相钢有利于抗晶间腐蚀。铬在铁素体中的扩散速度比奥氏体快,碳化铬就在铁素体内部及附近析出,减轻了奥氏体晶界的贫铬现象。因此,在敏化温度受热时,不产生晶间腐蚀。一般控制焊缝中铁素体含量为5~10%,如铁素体过多,也会使焊缝变脆。

5)加快冷却速度 因为奥氏体钢不会产生淬硬现象,所以可在焊接过程中提高其冷却速度。可以在焊接后直接把焊接接头放入水中冷却,或直接浇水以提高其冷却速度,以达到减少贫铬区形成的机会,从而起到提高抗晶间腐蚀的作用。焊接工艺上,可采用小电流,大焊速,短弧多道焊等措施,以缩短焊接接头在危险温度区停留时间。

二.焊接热裂纹

焊接热裂纹是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷,特别是含镍较高的奥氏体不锈钢。

1.产生的原因

1)奥氏体不锈钢的导热系数低(约为低碳钢的一半),而线膨胀系数却较大,所以在焊接时容易产生焊接应力。

2)奥氏体不锈钢中的成分如碳、硫、磷、镍等会在熔池中形成低熔点共晶。如硫与镍形成Ni3S2熔点为,而Ni-Ni 3S共晶的熔点内有

3)奥氏体不锈钢的液与固相线的距离较大,结晶时间较长,且奥氏体结晶的枝晶方向性强,所以杂质偏析现象比较严重。

2.      防止措施

1)双相组织的焊缝比单相奥氏体组织具有较高的抗热裂纹能力。因为铁素体可以细化晶粒,打乱柱状晶的方向,防止杂质的聚集,并且铁素体还可以比奥氏体溶解更多的杂质,从而减少了低熔点共晶物在奥氏体晶格边界上的偏析。

2)在焊接工艺上,采用碱性焊条,用小电流,快焊速,收弧时尽量填满弧坑以及采用氩弧焊。

奥氏体不锈钢焊接的原则是小能量,快焊快冷,即尽量快速冷却,但一般做法就是空冷

不锈钢焊接时需要加大焊接接头的冷却速度,不锈钢焊接接头在“危险温度区”停留的时间越短,接头的耐晶间腐蚀能力越强。所以不锈钢焊接时,快速冷却是提高接头耐腐蚀能力的有效措施。采取的措施是在焊件下面用铜垫板,或直接在焊件背面浇水冷却等。在焊接工艺上,可以采用小电流、高焊速、短弧、多道焊等方法,以缩短焊接接头在危险温度区的停留时间等。
由于奥氏体不锈钢冷却过程中没有马氏体转变,所以快速冷却不会使接头淬硬。


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