奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀问题的防止

郑明强

【摘 要】奥氏体不锈钢一旦产生了焊缝晶间腐蚀现象，就会造成其结构失效，影响材料的性能，不能够达到使用效果，给企业带来严重的经济损失。因此，有关人员需要加强对奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀问题的研究，并采取有效的防止方法，进而减少晶间腐蚀问题的出现。

【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.

【关键词】奥氏体不锈钢；焊缝；晶间腐蚀；防止

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

【中图分类号】TG174 【文献标志码】B 【文章编号】1673-1069（2017）10-0166-02

1 引言

随着“工业4.0”时代的到来，工业的发展步伐进一步加大，而不锈钢因其自身具有的耐腐蚀性、力学性能良好等特点被广泛应用于工业的生产加工中。然而其在焊接的过程中，可能会出现焊缝晶间腐蚀的现象，影响了不锈钢的内部结构，从而对其性能也产生了影响。因此，本文对奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀问题的防止探讨，具有一定的研究价值和意义。

2 晶间腐蚀的概念

晶间腐蚀是一种发生在金属材料晶粒之间的腐蚀形式。奥氏体不锈钢一旦产生了晶间腐蚀，在应力的作用情况下，这种腐蚀会逐渐向内部扩展，从而破坏奥氏体不锈钢的内部结构，影响其使用性能。晶间腐蚀一般情况下在热影响区以及焊缝或者是熔合线上产生，而在熔合线上产生的晶间腐蚀又叫刃状腐蚀[1]。

3 晶间腐蚀产生的原因分析

对奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的过程分析如下：在奥氏体不锈钢焊缝处于室温下的状态时，其C元素在奥氏体内的溶解度很小，大约有0.02%～0.03%，并一般情况下的奥氏体不锈钢内含有的C含量不会超出0.02%～0.03%的范围，因此，对奥氏体不锈钢进行淬火处理能够保证材料的力学性能稳定。但是在淬火过程中，奥氏体不锈钢材料长时间处于450～850℃的温度下，其C元素的扩散速度会加快，和Cr元素进行化学反应，生成碳化铬Gr23C6。这种情况下使得奥氏体内晶界Cr元素含量越来越少，而当其含量小于12%时，就丧失了部分抗腐蚀能力，从而产生了晶间腐蚀现象。总之，晶间腐蚀的产生就是由于Cr元素的缺失引起的。

4 奥氏体不锈钢焊缝产生晶间腐蚀的影响因素

4.1 加热温度和加热时间的影响

在影响奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀的众多因素中，加热的温度和解热的时间是其中的一个重要影响因素。一般情况下，对于奥氏体来说，其产生晶间腐蚀的温度范围大概在450～850℃之间。这主要是在温度低于450℃的时候，不会产生Gr23C6；而当温度高于850℃时，会使得Cr元素的扩散速度加快，不会出现“贫铬区”。而在对奥氏体不锈钢进行焊接的过程中，焊缝的两侧区域是处于450～850℃温度之间的，容易引发晶间腐蚀现象。即使在焊接的过程中需要冷却处理工艺，但是其仍然会穿过450～850℃温度区域，所以会产生晶间腐蚀。如图1是奥氏体不锈钢加热时间和加热温度对晶间腐蚀的影响。

4.2 冷却速度的影响

由于奥氏体不锈钢在焊接过程中，其处于“危险温度区域”的时间越长，焊缝处越容易产生晶间腐蚀。因此，焊接过程中的冷却速度会对晶间腐蚀产生一定的影响，即冷却速度越快，其晶间腐蚀产生的可能性也就越小；冷却速度越慢，其晶间腐蚀产生的可能性也就越大。

4.3 含碳量的影响

C元素是造成奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀的主要原因，当含C量在0.08%以上时，就会导致晶界“贫铬区”出现的可能性增加，从而加大晶间腐蚀的机率。奥氏体不锈钢中根据含C量的不同，将其分为三个阶段：含C量小于0.14%则为一般含碳量；含C量小于0.06%为低碳级；含C量小于0.03%为超低碳级。

4.4 双相组织的影响

在奥氏体不锈钢的金相组织中，要是单向组织，则其抗腐蚀的性能较差；倘若是在奥氏体组织汇总加入一定量的铁素体，形成双向组织，就会提高其抗腐蚀性能。双相组织对抗晶间腐蚀的有利作用如图2所示。

4.5 热处理工艺的影响

通过热处理可以消除贫铬区，稳定金属组织，可有效地减少晶间腐蚀的产生。

5 奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀的防止方法

5.1 焊接前的防止方法

根據对奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀产生的原因进行分析，要想防止晶间腐蚀现象的出现，就需要采取一定的措施降低奥氏体内的含碳量。为此，我们可以根据双向组织能够提高奥氏体不锈钢的抗腐蚀能力来进行防止方法的确定，一方面，我们可以加入一定量的铁素体形成元素。例如Ni，在金属焊缝中提高Ni元素的含量，可以使得不锈钢内的奥氏体组织更加稳定，弱化马氏体的“脆化层[2]”，从而提高焊缝金属的力学性能，提高不锈钢的韧性和延展性，防止晶间腐蚀的产生；此外还可以加入一些铬、硅、铝、钼等元素。另一个方面，我们在焊接之前需要选择含铁素体生成剂比较多的焊接材料。

5.2 焊接过程中的防止方法

第一，合理安排焊接的顺序。因为在对不锈钢进行焊接的过程中，其大部分采用的是多层焊和双层焊的方式，这两种方式的焊接中，后一条的焊缝产生的热作用会对前一条焊缝产生影响，造成焊缝加热时间较长、加热温度居高不下。因此，应尽可能地针对腐蚀介质与双面焊缝接触的一面进行最后的焊接。在进行焊缝的布局上，应尽最大限度地降低交叉焊缝的可能性。

第二，在焊接的过程中，焊接线能量越大，其产生晶间腐蚀的可能性也就越大。为了有效防止这种情况的产生，在进行焊接工艺的选择时，可以采用小电流、高焊速、短弧、多道焊等方法，从而减少焊接线的能量，快速通过敏化温度区的方式来避免产生热影响区晶间腐蚀。

第三，加快冷却速度。由于奥氏体不锈钢含有的C含量较低，因此其不容易产生淬硬的问题，这种情况下，在对焊件进行冷却的过程中，就可以采取快速冷却的方法来减少晶间腐蚀的发生率。比较常见的焊接冷却方法有用铜垫板，或直接浇水冷却等。

5.3 焊接后的防止方法

在对奥氏体不锈钢进行焊接之后，为了防止晶间腐蚀现象的产生，需要将奥氏体不锈钢的焊接接头重新加热至1050～1100℃，重新固溶处理，或者重新加热至850～900℃，保温2h，进行均匀化处理，以消除贫铬区。

6 结语

综上所述，本文从晶间腐蚀的概念入手，对晶间腐蚀产生的原因进行了分析，并详细研究了奥氏体不锈钢焊缝产生晶间腐蚀的影响因素，最后提出了奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀的防止方法，对于提高奥氏体不锈钢抗腐蚀性能具有一定的积极作用。

【参考文献】

【1】郑海生.奥氏体不锈钢晶间腐蚀问题的研究及防止[J].机电工程技术，2004（01）：46-47.endprint