0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀研究

唐峰　管登高　陈婷　崔迎辉

（1.成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都　610059；2.成都理工大学地球科学学院，四川成都　610059； 3.矿产资源化学四川省高校重点实验室，四川成都　610059）

0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀研究

唐峰1，3管登高1，3陈婷1，3崔迎辉2

（1.成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都610059；2.成都理工大学地球科学学院，四川成都610059； 3.矿产资源化学四川省高校重点实验室，四川成都610059）

不锈钢构建是由制备具有抗腐蚀性质的设备、机件而发展、成熟形成的金属材料，在工农行业得到了普及应用。由于不锈钢构件在使用过程中时常接触到腐蚀介质，进而出现多种形式的腐蚀问题。据工业实例统计表明，应力腐蚀破坏在所有不锈钢湿态腐蚀破坏事例中比例最高，达到50%左右。文章主要阐述使用恒载核应力腐蚀试验的方式以及对表面进行显微研究的方式来研究了在3.5%的Nacl水溶液中，0Cr18Ni9奥氏体不锈钢与焊接接头的应力腐蚀开裂情况。

奥氏体不锈钢恒载荷应力断裂形貌

奥氏体不锈钢是一种在常温环境下具有奥氏体组织的不锈钢。在钢材中包括Cr18%，Ni8-10%，C0.1%，形成了稳定的奥氏体组织。奥氏体不锈钢不单单耐氧化性酸介质腐蚀，同时，如果该钢材中含有Mo、Cu元素还能够耐硫酸、醋酸、尿素等物质的腐蚀。高硅的奥氏体不锈钢能够耐高浓度的硝酸。由于奥氏体不锈钢具有高强度的耐酸性，综合性能优越，因此在各行各业中得到了广泛的普及应用。

1　不锈钢焊接接头应力腐蚀概述

由于不锈钢的强度与弹性性质导致其在飞机制造行业内得到广泛使用。在众多种类的不锈钢中奥氏体不锈钢是其中应用范围最广的类别［1］。奥氏体不锈钢大约含有Cr18%，Ni8-10%，C0.1%，因此其严密的钝化膜足以抵抗强烈的腐蚀。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢是一种新型的超低碳高强度的奥氏体不锈钢。其耐腐蚀性与优越的力学性能十分适合运用在航天行业中。不锈钢构件使用接触腐蚀介质常常会导致多种形式的腐蚀破坏。在不锈钢的湿态腐蚀中，最为常见的破坏形式为应力腐蚀断裂。这种类型断裂破坏在不锈钢湿态腐蚀破坏中占据了50%以上的比例。应力腐蚀破裂往往会导致不锈钢构件与设计应力相比耕地，在没有任何明显宏观变形的情况下无预兆的迅速破裂，安全危害十分严重。

2　0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀实验

2.1实验材料

本次实验对象为0Cr18Ni9奥氏体不锈钢，焊接工艺为TIG氩弧焊。使用的电极材料是1.5mm-3.2mm的铈钨丝。保护气体为氩气。Y型坡口形式为2.5mm的厚板材，V形缺口为70度。钝边厚度为0.5mm，无间隙。

2.2恒载荷拉伸应力腐蚀实验

该实验的腐蚀简直为中性NaCl溶液，溶液比例为3.5%，温度为35℃。试验对象的截取位置与式样，中间为焊缝区。恒载荷拉伸应力腐蚀实验主要分为四个等级的应力水平，分别为90%σ0.2，85%σ0.2，80%σ0.2，75%σ0.2。四种等级的应力水平均使用三个平行式样，试样断裂后将断裂的时间记录下来。如果持续实验了120号、仍然未出现断裂，则将试样放在拉伸实验设备上进行剩余强度测试［2］。

2.3金相及断口形貌分析

选择0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的焊缝区、热影响区与母材进行试样。分别选择使用500#、800#、1000#、1200#、1500#金相砂纸打磨后进行抛光处理。并且使用丙酮溶液超声波震荡来讲表面油渍清除干净［3］。随后使用去离子水与酒精将试样表面清理干净后吹干。使用侵蚀剂显晶在金相显微镜上进行组织观察。使用JSM5800扫描电镜对试样断裂后去除腐蚀产物进行观察，观察其端口部分的形貌［4］。

3　实验结果

3.1金相组织分析

0Cr18Ni9奥氏体不锈钢母材显微组织主要为奥氏体不锈钢围观组织。其由等轴奥氏体晶粒组成，同时具有一定的孪晶结构。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的热影响区域较小，并且该区域的晶粒与母材相对比来说变化不够明显。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的焊缝区主要是由柱状晶体构成，晶粒体积较小。一次枝晶方向明显，部分柱状晶上可见二次枝晶［5］。

3.2恒载荷拉伸应力腐蚀

在经过焊接后的0Cr18Ni9奥氏体不锈钢气强度、延伸率与断面收缩率均呈现下降趋势。因此可以看出焊接使得0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的力学性能降低。在实验中，0Cr18Ni9奥氏体不锈钢在3.5%的NaCl溶液中开展四个等级的应力水平实验结果接触，伴随着应力水平下降，剩余强度不断增加，强度所损失的比例也不断减少。造成这种现象的主要原因就是腐蚀介质中应力减少使得裂纹产生的时间延后。在后期进行的拉伸试验中对其剩余强度进行测试，则会导致剩余强度上升，但仍低于原始强度。在同等的应力水平拉伸下，0Cr18Ni9奥氏体不锈钢强度损失相对于焊接接头更大，这说明0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的抗应力腐蚀性能与母材相对比更加优越。

3.3断口形貌分析

0Cr18Ni9奥氏体不锈钢母材与焊接接头的没有腐蚀的原始试样打磨后在放置于拉伸试验机上拉断，两种试样原始试样均为韧性断裂。扫描电镜中看出两者为韧窝断裂，韧窝的深浅与材料塑性有着直接的联系。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢母材的韧窝更深，其母材与焊接后相比韧性更佳。

4　讨论

0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的焊缝区主要是由柱状晶体构成，晶粒体积较小。一次枝晶方向明显，部分柱状晶上可见二次枝晶。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的抗应力腐蚀性能与母材相对比更加优越。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢母材的韧窝更深，其母材与焊接后相比韧性更佳。

［1］李平瑾.关于奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验标准中弯曲试验参数的选取［J］.压力容器，2013（10）：24-35.

［2］李明娜，刘峰.拉保持对316L奥氏体不锈钢焊接接头低周疲劳循环应力响应及损伤机制的影响［J］.焊接学报，2014（9）：87-91+5.

［3］毕越宽，王晓军.321和310奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀性能对比研究［J］.热加工工艺，2011（9）：150-151+154.

［4］罗锐，程晓农，李冬升.一种新型核级奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀研究［J］.功能材料，2014（23）：23033-23037.

［5］刘琦，张尧，陈增有.焊接修复对铁素体不锈钢焊接接头组织和性能的影响［J］.大连交通大学学报，2012（2）：68-72.