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1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢管焊接接头晶间腐蚀及防止措施

发布时间:2021-04-19 08:24:27      发布人:  浏览量:

1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢管因具有优良的抗腐蚀能力,多用于强腐蚀性的酸、碱、盐等介质中。但由晶间贫铬造成的晶间腐蚀,是此类不锈钢管焊接接头最主要的失效形式。

晶间腐蚀是一种有选择性腐蚀破坏,其形成根源在于晶粒表面和内部间因存在铬含量差异以及晶界杂质或内应力。如何降低晶间贫铬、减轻晶间腐蚀倾向是焊接1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢管,特别对厚壁工件而言,亟待解决的技术难题。

1.晶间腐蚀的机理

1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢管焊接接头,晶间腐蚀发生在焊缝区、熔合区以及热影响区,而晶间贫铬是根本原因。常温下碳在奥氏体不锈钢管中的溶解度很小,约为0.02%0.03%,而大量合金元素的加入,实际碳含量偏高,碳原子以过饱和的形式固溶于奥氏体晶格间隙中。高的线能量下焊接1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢管,熔池金属液凝固速度慢、液态停留时间长,而已凝固晶粒的晶界处因存在晶格畸变等晶体缺陷,为碳原子向晶粒边界处的快速扩散提供了有利条件。当碳原子到达晶粒边界,会大量消耗铬原子,形成含铬的高碳不稳定碳化物,使晶界附近的铬原子含量急剧减少,而晶粒内部的铬原子则因扩散动力不足无法快速到达晶界以补充损失的铬原子,形成晶间腐蚀敏化区。若再经历450850℃敏化加热,晶粒边界即会因贫铬而导致耐晶间腐蚀能力显著降低。工件服役期间,当受到外界腐蚀介质和应力的协同作用时,材料内部会形成腐蚀原电池,进而发生晶间腐蚀,缩短工件的使用寿命。

2.防止措施

1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢管焊接接头,根据晶间贫铬理论,焊缝区的晶间腐蚀主要可通过以下两种途径得以改善:

①调整焊缝的化学成分,改善显微组织利用CrNb等元素含量比母材高的不锈钢管焊丝,一方面向焊缝中过渡足够的稳定化元素Nb等,以降低高铬碳化物的形成倾向,减轻晶间贫铬程度;另一方面提高Creq/Nieq值,以得到含(4%~12%)弥散分布铁素体的双相组织,不仅可打乱奥氏体柱状晶的方向性,而且铁素体富Cr,可为奥氏体提供Cr,提升焊缝耐晶间腐蚀的能力。

②调整焊接工艺

改进焊接方法和优化焊接参数,在保证焊接质量的前提下,尽可能降低焊接线能量,缩小热影响过热区的范围,提高液态金属的凝固速度、缩短高温停留时间,减少晶界贫铬,从而增强焊缝区的耐蚀能力。然而常规熔焊方法,因接头坡口间隙相对较大、线能量较高,对晶间腐蚀的防止效果不佳。

热影响区(HAZ)是熔池与母材间的过渡区,受焊接热循环加热至稍低于固相线的温度、只发生组织和性能变化的部分母材。焊接过程中,这部分母材的奥氏体晶粒边界由于无法及时补充足够的铬及其他合金元素,发生元素贫化,形成晶间腐蚀敏化区。特别在受到外加应力和腐蚀介质共同作用时,其耐蚀性显著低于其余母材和焊缝区。

实际应用中,为减轻1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢管焊接接头热影响区晶间腐蚀的程度,通常采用低线能量的窄间隙焊接,以加快熔池的冷却速率,最大限度抑制晶粒粗化、缩短热影响区的敏化加热时间,减少晶界处CCr原子的化合析出量,以提高其耐晶间腐蚀的能力。显然,常规窄间隙焊接,由于受多方面因素的制约,其降低线能量的能力极为有限,并不能从根本上改善奥氏体不锈钢管厚壁工件焊接接头的晶间腐蚀问题。

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