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奥氏体不锈钢的焊接缺陷及防止措施不锈钢是指主加元素Cr高于12%,能使钢处于钝化状态、又具有不锈钢特性的钢。
不锈钢根据其显微组织分为铁素体型、马氏体型、奥氏体型、奥氏体+铁素体型和沉淀硬化型不锈钢。
奥氏体不锈钢通常在常温下的组织为纯奥氏体,也有一些为奥氏体+少量铁素体,这种少量铁素体有助于防止热裂纹。
一、奥氏体不锈钢的焊接特点:1、容易出现热裂纹。
防止措施:(1)尽量使焊缝金属呈双相组织,铁素体的含量控制在3-5%以下。
因为铁素体能大量溶解有害的S、P杂质。
（2）尽量选用碱性药皮的优质焊条,以限制焊缝金属中S、P、C等的含量。
2、晶间腐蚀根据贫铬理论,焊缝和热影响区在加热到450-850℃敏化温度区时在晶界上析出碳化铬,造成贫铬的晶界,不足以抵抗腐蚀的程度。
防止措施:（1）采用低碳或超低碳的焊材,如A002等;采用含钛、铌等稳定化元素的焊条,如A137、A132等。
（2）由焊丝或焊条向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素,使焊缝金属成为奥氏体+铁素体的双相组织,(铁素体一般控制在4-12%)。
（3）减少焊接熔池过热,选用较小的焊接电流和较快的焊接速度,加快冷却速度。
（4）对耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件进行焊后稳定化退火处理3、应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。
奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式,表现为无塑性变形的脆性破坏。
应力腐蚀开裂防止措施:(1)合理制定成形加工和组装工艺,尽可能减小冷作变形度,避免强制组装,防止组装过程中造成各种伤痕(各种组装伤痕及电弧灼痕都会成为SCC的裂源,易造成腐蚀坑)。
(2)合理选择焊材:焊缝与母材应有良好的匹配,不产生任何不良组织,如晶粒粗化及硬脆马氏体等;(3)采取合适的焊接工艺:保证焊缝成形良好,不产生任何应力集中或点蚀的缺陷,如咬边等;采取合理的焊接顺序,降低焊接残余应力水平;(4)消除应力处理:焊后热处理,如焊后完全退火或退火;在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。
不锈钢晶间腐蚀控制措施1 问题的提出技术统一规定中通常包括“奥氏体不锈钢制容器用于可能引起晶间腐蚀的环境, 焊后应做固溶或稳定化处理”, 提出这样的要求, 自有其存在的合理性。
但即使设计人员在图样的技术要求中提出这一条, 要求制造厂进行不锈钢制容器(比如换热器) 的焊后热处理, 由于实际热处理工艺参数难以控制和其他一些意想不到的困难, 通常难以达到设计人员提出的理想要求, 实际上在役的不锈钢设备绝大部分是在焊后态使用。
这就促使我们去思考:晶间腐蚀是奥氏体不锈钢最常见的腐蚀形式, 那么产生晶间腐蚀的机理是什么? 在什么介质环境下会引起晶间腐蚀?防止和控制晶间腐蚀的主要方法有哪些?奥氏体不锈钢制容器用于可能引起晶间腐蚀的环境焊后是否都要热处理?本文查阅有关的标准、规范,专著,结合生产实际谈谈个人看法。
2 晶间腐蚀的产生机理晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀, 腐蚀沿着金属或合金晶粒边界或它的临近区域发展, 而晶粒腐蚀很轻微,这种腐蚀便称为晶间腐蚀,这种腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱。
严重的晶间腐蚀,可使金属失去强度和延展性,在正常载荷下碎裂。
现代晶间腐蚀理论, 主要有贫铬理论和晶界杂质选择溶解理论。
2. 1 贫铬理论常用的奥氏体不锈钢, 在氧化性或弱氧化性介质中之所以产生晶间腐蚀, 多半是由于加工或使用时受热不当引起的。
所谓受热不当是指钢受热或缓慢冷却通过450～850 ℃温度区, 钢就会对晶间腐蚀产生敏感性。
所以这个温度是奥氏体不锈钢使用的危险温度。
不锈钢材料在出厂时已经固溶处理,所谓固溶处理就是把钢加热至1050～1150 ℃后进行淬火, 目的是获得均相固溶体。
奥氏体钢中含有少量碳, 碳在奥氏体中的固溶度是随温度下降而减小的。
如0Cr18Ni9Ti , 在1100 ℃时, 碳的固溶度约为0. 2 % , 在500～700 ℃时, 约为0.02 %。
所以经固溶处理的钢,碳是过饱和的。
当钢无论是加热或冷却通过450～850 ℃时,碳便可形成( Fe 、Cr) 23C6 从奥氏体中析出而分布在晶界上。
预防奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的措施预防奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的措施1. 了解晶间腐蚀的原因晶间腐蚀是奥氏体不锈钢材料常见的腐蚀形式之一，其主要原因是晶界处的铬被耗尽，导致晶界区域的电位降低，进而引发腐蚀。
了解晶间腐蚀的原因，对于采取正确有效的预防措施至关重要。
2. 合理设计合金成分调整不锈钢材料的合金成分，是预防晶间腐蚀的重要手段之一。
通过控制含碳量、添加稳定元素如钼、铌等，可以有效提高晶界处的耐腐蚀性能，减少晶间腐蚀的风险。
3. 控制材料的冷处理过程材料的冷处理过程对于晶间腐蚀的抑制起着至关重要的作用。
合理控制冷处理温度、时间以及冷却速率，可以减少或避免晶间腐蚀的发生。
此外，采用稳定化处理，如固溶态稳定化处理和时效稳定化处理，也能有效提高晶间腐蚀的抗性。
4. 选择合适的焊接方法和焊接材料在使用奥氏体不锈钢材料进行焊接时，选择适合的焊接方法和焊接材料对于预防晶间腐蚀至关重要。
采用低碳含量的焊材、合理的焊接工艺以及合适的预热和后热处理措施，能够减少晶间腐蚀的风险。
5. 加强材料的表面保护为了进一步增强奥氏体不锈钢材料的抗晶间腐蚀能力，可以通过加强表面保护措施来实现。
例如，采用适当的氧化膜处理、增加材料的表面硬度、提高表面平整度等方式，可以有效降低晶间腐蚀的风险。
6. 加强使用维护管理除了上述措施外，加强使用维护管理也是预防奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的重要环节。
定期检查材料的表面情况、应用环境的腐蚀性、保持材料的清洁和干燥等，都可以帮助延长材料的使用寿命，并减少晶间腐蚀的发生。
通过上述措施的综合应用，可以大大降低奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的风险，提高材料的使用寿命和综合性能。
预防奥氏体不锈钢材料晶间腐蚀的措施（续）7. 避免接触有害物质和介质接触有害物质和腐蚀性介质是导致晶间腐蚀的主要原因之一。
因此，避免不锈钢材料与有害化学物质、强酸、强碱等具有腐蚀性的介质接触是非常重要的。
选择合适的存放和使用环境，以及采取密封和屏障保护措施，可以有效降低晶间腐蚀的风险。
设备运维奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及预防措施黄慧（柳州市特种设备检验所，广西柳州545006）摘要：奥氏体不锈钢压力容器由于出现晶间腐蚀情况，会使整个结构出现早期失效情况，不仅会对钢材的正常使用造成影响，还会导致出现生产事故，增加企业的经济损失，还会提升人力物力成本。
所以需要深入探索奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀的产生原因，并且按照不同原因提出针对性地预防处理措施，全面发挥出奥氏体不锈钢的性能，促进社会的发展。
关键词：奥氏体不锈钢；压力容器；晶间腐蚀；原因随着工业生产的快速发展，在现代石油行业，制药行业以及化工行业等均已广泛应用不锈钢制品，该类物品在国民经济发展中具有重要作用。
然而由于企业在使用不锈钢时没有正确认识该种材料，因此时常发生生产事故问题[1]。
由于奥氏体不锈钢压力容器所产生的晶间腐蚀会对该压力容器的运行安全性和稳定性造成极大影响，因此本文主要是探讨分析奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因，希望能够找寻到降低晶间腐蚀破坏影响的措施，从前期设计以及认知等方面入手，希望能够预防和处理奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀问题，并且为相关人员起到参考性价值。
1奥氏体不锈钢的基本分析一般情况下，不锈钢是指暴露在空气中能够抵抗腐蚀的钢材料，按照钢材组织结构可以分为奥氏体不锈钢，奥氏体-铁素体不锈钢，铁素体不锈钢以及马氏体不锈钢；按照化学成分可以将不锈钢分为铬镍不锈钢和铬不锈钢。
其中应用最为普遍的是奥氏体不锈钢。
纯铁在常温条件下的存在形式为α-Fe，该存在形式晶格为体心立方结构，单位晶胞原子数为2，致密度为0.68。
纯铁在高温环境下晶体结构为γ-Fe，晶格为面心立方结构，单位晶胞原子数为4，致密度为0.74。
晶格以此为单位进行扩展，邻近晶格共用同一个原子，这样能够扩大为立体结构。
若材料由单晶格扩展形成，就属单晶，比如电子行业所使用的单晶硅[2]。
若材料是由多种晶格所共同发展，则属于多晶体，奥氏体不锈钢的晶间是两个独立晶格所相交的位置。
不锈钢腐蚀原因及预防措施详解一、不锈钢引起点蚀的因素及防止措施不锈钢极好的耐腐蚀性能是由于在钢的表面形成看不见的氧化膜，使其成为是钝态的。
该钝化膜的形成是由于钢暴露在大气中时与氧反应，或者是由于与其他含氧的环境接触的结果。
如果钝化膜被破坏，不锈钢就将继续腐蚀下去。
在很多情况下，钝化膜仅仅在金属表面和局部地方被破坏，腐蚀的作用在于形成细小的孔或凹坑，在材料表面产生无规律分布的小坑状腐蚀。
出现点蚀很可能是存在与去极剂化合的氯化物离子，不锈钢等钝态金属的点蚀常起因于某些侵蚀性阴离子对钝化膜的局部破坏，保护有高耐腐蚀性能的钝态通常需要氧化环境，但正好这也是出现点蚀的条件。
产生点蚀的介质是在C1-、Br-、I-、ClO4-溶液中存在Fe3+、Cu2+、Hg2+等重金属离子或者含有H2O2、O2等的Na+、Ca2+碱和碱土金属离子的氯化物溶液。
点蚀速率随温度升高而增加。
例如在浓度为4%-10%氯化钠的溶液中，在90℃时达到点蚀造成的重量损失最大；对于更稀的溶液，最大值出现在较高的温度。
防止点蚀的方法：（1）避免卤素离子集中。
（2）保证氧或氧化性溶液的均匀性，搅拌溶液和避免有液体不流动的小块区域。
（3）或者提高氧的浓度，或者去除氧。
（4）增加pH值。
与中性或酸性氯化物相比，明显碱性的氯化物溶液造成的点蚀较少，或者完全没有（氢氧离子起防腐蚀剂的作用）。
（5）在尽可能低的温度下工作。
（6）在腐蚀性介质中加入钝化剂。
低浓度的硝酸盐或铬酸盐在很多介质中是有效的（抑制离子优先吸咐在金属表面上，因此防止了氯化物离子吸咐而造成腐蚀）。
（7）采用阴极防腐。
有证据表明，用与低碳钢、铝或锌电隅合阴极保护的不锈钢在海水中不会造成点蚀。
含钼2%-4%的奥氏体型不锈钢具有良好的耐点蚀性能。
使用含钼奥氏体型不锈钢可显著减少点蚀或一般腐蚀，腐蚀介质例如氢化钠溶液、海水、亚硫酸、硫酸、磷酸和甲酸。
二、不锈钢的晶间腐蚀及预防措施含碳量超过0.03%的不稳定的奥氏体型不锈钢（不含钛或铌的牌号），如果热处理不当则在某些环境中易产生晶间腐蚀。
简述奥氏体不锈钢降低晶间腐蚀倾向的措施
奥氏体不锈钢是一种常用的不锈钢材料，具有良好的机械性能和抗腐蚀性能。
然而，由于碳元素在奥氏体晶粒的晶界处形成铬碳化物，导致晶间腐蚀倾向增大。
为了降低奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向，需要采取以下措施：
1. 控制碳含量：降低奥氏体不锈钢中的碳含量可以有效减少晶界处的铬碳化物。
通常，将碳含量限制在0.03%以下可以显著降低晶间腐蚀倾向。
2. 添加稳定元素：添加稳定元素，如钛、钽或铌，可以与碳元素结合形成稳定的碳化物，减少铬碳化物的形成。
这些稳定元素可以将碳的溶解度降低至晶界处的铬碳化物形成的温度以下，从而抑制晶界的腐蚀倾向。
3. 低温退火处理：低温退火处理可以消除奥氏体不锈钢中的残余应力，并在晶界处重新分布碳和稳定元素，从而减少铬碳化物的形成。
低温退火温度通常在750-850℃之间。
4. 加工变形：通过加工变形，可以使奥氏体不锈钢中的晶粒变细，晶粒边界更均匀。
这样可以减少晶界的铬碳化物形成，从而降低晶间腐蚀倾向。
5. 控制铬含量：在适当的范围内控制奥氏体不锈钢中的铬含量，既可以提高其耐腐蚀性能，又可以减少晶界处的铬碳化物形成和晶间腐蚀倾向。
6. 添加其他合金元素：将其他合金元素添加到奥氏体不锈钢中，如钼、锌和镍等可以减少晶界的铬碳化物形成。
这些合金元素能够抑制晶界的腐蚀倾向，提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能。
降低奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向需要控制碳含量、添加稳定元素、进行低温退火处理、加工变形、控制铬含量以及添加其他合金元素等措施。
这些措施可以有效抑制铬碳化物的形成，提高奥氏体不锈钢的抗腐蚀性能。
奥氏体不锈钢压力容器晶间腐蚀原因及预防措施摘要：碳析出相是产生奥氏体不锈钢晶间腐蚀问题的最主要因素。
晶间侵蚀并不在金属材料外表上产生损伤痕迹，但金属材料外表仍有光泽，而事实上，晶粒之间的相互作用力还在不断地减小，在冷弯影响下，金属材料外表极易形成裂纹，甚至会对钢制的压力容器产生损伤。
晶间侵蚀的遮蔽性和摧毁力都较强，所产生的影响也相当严重。
对奥氏体不锈钢压力容器晶间侵蚀问题可采取相应的的防治和解决方法，如使用超低碳不锈钢板，在热技术完成后进行热固溶强化处理后，再进行热稳定性管理、均匀化处理后，在焊缝中减小热线能量注入，并进行焊缝控制。
通过上述方法的使用，可大大降低奥氏体不锈钢压力容器发生晶间腐蚀现象的概率。
关键词：奥氏体不锈钢；压力容器；晶间腐蚀原因；预防措施1概述不锈钢板材，因为其具备优异的抗均匀腐蚀性能、加工工艺性能和力学性能，作为钢制压力容器中（包括固定式和移动式压力容器、热交换器等）使用较广泛的抗蚀金属板材。
奥氏体不锈钢因其优异的综合性能，达到不锈钢材料生产量和使用率的百分之七十左右。
不过，因为奥氏体不锈钢容器材料在强氧化和弱氧化介质中可能形成晶间腐蚀现象，或造成材料局部腐蚀穿漏，并使材料力学特点失效等，因此导致晶间腐蚀或失效的研究和防治仍是奥氏体不锈钢在压力容器研究中至关重要的组成部分。
2 奥氏体不锈钢的基本分析通常情况下，不锈钢是指一种裸露于空气中能够抵抗侵蚀的钢质，而依照钢的结构又能够区分奥氏体不锈钢，奥氏体-铁素体不锈钢，铁素体不锈钢或者马氏体不锈钢；按照化学性质，可把不锈钢区分铬镍不锈钢和铬不锈钢。
而使用较为广泛的是奥氏体不锈钢。
纯铁在常温环境下的主要存在方式是α-Fe，其主要存在方式的晶格形式为一体心立方结构，每单位晶胞原子序数2，0.68的致密度。
纯铁在高温条件下晶体结构为γ-Fe，晶体为面心立方体形式，单晶胞原子序数4，0.74的致密度。
晶体可以为单元结构加以延伸，相邻晶体中共享同一个原子，这样就可以扩展成立体结构。
奥氏体不锈钢晶间腐蚀及防止1前言不锈钢按组织可分为铁素体不锈钢：如Crl7、 Cr17Ti、Cr28等，马氏体不锈钢：如2Cr13、3Crl3、 4Cr13等，奥氏体不锈钢：如0Crl8Ni9Ti、1Crl8Ni9Ti、 Crl8Nil2Mo2Ti三种。
由于奥氏体不锈钢含有较高的铬和镍．可形成致密的氧化膜且热强性高，故奥氏体不锈钢比其它不锈钢具有更优良的耐蚀性、塑性、高温性能和焊接性，因此奥氏体不锈钢在航空、化工和原子能等工业中得到日益广泛的应用。
但在生产过程是如果焊条选用或焊接工艺不正确时，会产生晶间腐蚀及焊接热裂纹。
2 晶间腐蚀的概念晶间腐蚀是产生在晶粒之间的一种腐蚀形式。
产生晶间腐蚀的不锈钢，受到应力作用时，晶间腐蚀由表面开始而逐渐向内部发展。
这种腐蚀对于承受重载零件危害很大，因为它不引起零件外形的任何变化而使品粒之间结合遭到破坏，严重降低其机械性能，强度几乎完令损失，往往使机械设备发生突然破坏，是不锈钢最危险的一种破坏形式。
晶间腐蚀可以分别产生在热影响区、焊缝或熔合线上。
在熔合线上产生的晶间腐蚀又叫刃状腐蚀。
3晶间腐蚀产生的原因现以18—8型奥氏体钢(例如1CrI8NI9)来说明晶问腐蚀产生的过程。
室温下碳元素在奥氏体的溶解度很小，约0．02-0．03％ (质量分数)，而一般奥氏体钢中含碳量均超过0．02-0．03％，因此只能在淬火状态下使碳固溶在奥氏体中，以保证钢材具有较高的化学稳定性。
但是这种淬火状态的奥氏体钢当加热到450～850~(2或在该温度下长期使用时，碳在奥氏体中的扩散速度大于铬在奥氏体中的扩散速图1晶间腐蚀度。
当奥氏体中含碳量超过它在窀温的溶解度(0．02-0．03％)后。
碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，析出碳化铬Gr23C6。
但收稿日期：2o03一o6一o4 是铬的原子半径较大，扩散速度较小，来不及向边界扩散，品界附近大量的铬和碳化合形成碳化铬，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，而是来自品界附近。
氯离子对不锈钢的腐蚀问题描述：对于奥氏体不锈钢在氯离子环境下的腐蚀，各种权威的书籍均有严格的要求，氯离子含量要小于25ppm，否则就会发生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀。
但是事实上在工程应用中我们有很多高浓度的氯离子含量的情况下在使用奥氏体不锈钢，因些分析氯离子对不锈钢的腐蚀，采取预防措施，延长使用寿命，或合理选材。
不锈钢的腐蚀失效分析：1、应力腐蚀失：不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境产生应力腐蚀。
应力腐蚀失效所占的比例高达45 %左右。
常用的防护措施：合理选材,选用耐应力腐蚀材料主要有高纯奥氏体铬镍钢,高硅奥氏体铬镍钢,高铬铁素体钢和铁素体—奥氏体双相钢。
其中,以铁素体—奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。
控制应力：装配时,尽量减少应力集中,并使其与介质接触部分具有最小的残余应力，防止磕碰划伤,严格遵守焊接工艺规范。
严格遵守操作规程：严格控制原料成分、流速、介质温度、压力、pH 值等工艺指标。
在工艺条件允许的范围内添加缓蚀剂。
铬镍不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时,应把氧的质量分数降低到1. 0 ×10 - 6 以下。
实践证明,在含有氯离子质量分数为500. 0 ×10 - 6的水中,只需加入质量分数为150. 0 ×10 - 6的硝酸盐和质量分数为0. 5 ×10 - 6亚硫酸钠混合物,就可以得到良好的效果。
2、孔蚀失效及预防措施小孔腐蚀一般在静止的介质中容易发生。
蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展,孔蚀一旦形成,即向深处自动加速。
,不锈钢表面的氧化膜在含有氯离子的水溶液中便产生了溶解，结果在基底金属上生成孔径为20μm～30μm小蚀坑这些小蚀坑便是孔蚀核。
只要介质中含有一定量的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。
常见预防措施：在不锈钢中加入钼、氮、硅等元素或加入这些元素的同时提高铬含量。
降低氯离子在介质中的含量。
加入缓蚀剂,增加钝化膜的稳定性或有利于受损钝化膜得以再钝化。
不锈钢的腐蚀的原因及措施1、应力腐蚀不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境产生应力腐蚀。
应力腐蚀失效所占的比例高达45%左右。
常用的防护措施：1）合理选材,选用耐应力腐蚀材料主要有高纯奥氏体铬镍钢,高硅奥氏体铬镍钢,高铬铁素体钢和铁素体—奥氏体双相钢。
其中,以铁素体—奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。
2）控制应力，装配时,尽量减少应力集中,并使其与介质接触部分具有最小的残余应力，防止磕碰划伤,严格遵守焊接工艺规范。
严格控制原料成分、流速、介质温度、压力、pH 值等工艺指标。
在工艺条件允许的范围内添加缓蚀剂。
铬镍不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时,应把氧的质量分数降低到1. 0×10 - 6以下。
实践证明,在含有氯离子质量分数为500. 0 ×10 - 6的水中,只需加入质量分数为150. 0 ×10 - 6的硝酸盐和质量分数为0. 5 ×10 - 6亚硫酸钠混合物,就可以得到良好的效果。
2、孔蚀失效小孔腐蚀一般在静止的介质中容易发生。
蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展,孔蚀一旦形成,即向深处自动加速。
不锈钢表面的氧化膜在含有氯离子的水溶液中便产生了溶解，结果在基底金属上生成孔径为20μm～30μm 小蚀坑,这些小蚀坑便是孔蚀核。
只要介质中含有一定量的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。
常见预防措施为在不锈钢中加入钼、氮、硅等元素或加入这些元素的同时提高铬含量。
降低氯离子在介质中的含量。
加入缓蚀剂,增加钝化膜的稳定性或有利于受损钝化膜得以再钝化。
采用外加阴极电流保护,抑制孔蚀。
3、点腐蚀由于任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，这些非金属化合物，在Cl 离子的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀，在闭塞电池的作用，坑外的Cl 离子将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移。
在不锈钢材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在耐点腐蚀性能方面要好，Mo含量添加的越多，耐坑点腐蚀的性能越好。
奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀引言：奥氏体不锈钢是一种常用的材料，具有良好的耐腐蚀性能。
然而，在焊接过程中，奥氏体不锈钢的焊接接头容易出现晶间腐蚀问题，给使用带来了一定的风险。
本文将从晶间腐蚀的机制、影响因素以及预防措施等方面进行探讨。
一、晶间腐蚀的机制晶间腐蚀是指在奥氏体不锈钢焊接接头的晶界处发生的腐蚀现象。
其机制主要与以下两个因素有关：晶界偏析和敏化现象。
1. 晶界偏析奥氏体不锈钢的焊接接头处于高温状态下，元素在晶界处的偏析现象比较明显。
其中，铬元素的偏析是晶界腐蚀的主要原因之一。
晶界处富集了铬元素，使得晶界失去了原有的抗腐蚀能力，从而容易发生腐蚀。
2. 敏化现象奥氏体不锈钢在焊接过程中，由于高温作用，会导致晶界处的铬元素结合碳形成了铬碳化物。
这种反应被称为敏化现象。
铬碳化物的形成使得晶界失去了抗腐蚀的能力，容易受到腐蚀介质的侵蚀。
二、影响因素奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀受到多种因素的影响，主要包括以下几点：1. 焊接工艺参数焊接工艺参数的选择直接影响着晶间腐蚀的程度。
过高的焊接温度、过长的焊接时间以及过大的焊接电流都会加剧晶界偏析和敏化现象，增加晶间腐蚀的风险。
2. 焊接材料焊接材料的选择对晶间腐蚀也有很大的影响。
不同牌号的奥氏体不锈钢含有不同的化学成分，其晶间腐蚀的倾向也不同。
因此，在选择焊接材料时应根据具体的使用环境和要求进行合理的选择。
3. 焊接环境焊接环境中的腐蚀介质对晶间腐蚀的影响非常重要。
例如，酸性介质和氯化物等腐蚀性较强的介质会加速晶间腐蚀的发生。
因此，在特殊环境中进行焊接时，应特别注意晶间腐蚀的问题。
三、预防措施为了有效预防奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀问题，可以采取以下几种措施：1. 合理选择焊接材料在选择焊接材料时，应根据具体使用环境和要求选择耐腐蚀性能较好的奥氏体不锈钢。
避免使用容易发生晶间腐蚀的材料。
2. 控制焊接工艺参数合理选择焊接工艺参数，控制焊接温度、焊接时间和焊接电流等参数。
收稿日期:２０２０Ｇ０３Ｇ３１.作者简介:张国信,男,１９８６年毕业于东北大学金属材料科学工程专业,学士,长期从事石油石化设备㊁压力容器设计和材料选择与研发工作,现任公司技术总监,正高级工程师.E m a i l :z h a n g g x ．l p e c ＠s i n o pe c ．c o m .奥氏体不锈钢材料制造及使用过程中常见问题及预防张国信１,马㊀伟２(１．中石化广州工程有限公司,广东广州５１０６２０;２．中科(广东)炼化有限公司,广东湛江５２４０７６)㊀㊀摘㊀要:奥氏体不锈钢是炼油化工设备和管道使用量较多的材料,多用于耐腐蚀和耐高温的工作场合.炼化加氢装置高温高压场合工艺管道多采用３２１型和３４７型不锈钢,但这两种奥氏体不锈钢在焊接㊁热处理和使用过程中出现了不少损伤案例.基于上述原因,文章从奥氏体不锈钢热裂纹种类,晶间腐蚀产生的原因㊁机理以及预防措施方面进行了阐述,可为该领域的相关工程技术人员提供参考.关键词:奥氏体不锈钢㊀热裂纹㊀机理㊀焊接㊀控制d o i :１０．３９６９/j．i s s n ．１００６－８８０５．２０２０．０４．００７㊀㊀奥氏体不锈钢是具有面心立方(F C C )单相组织㊁以F e ＧC r ＧN i 作为基本元素的一种材料,按照奥氏体的稳定性,可分为稳定型和亚稳定型.０C r １８N i １０T i (３２１型)㊁０C r １８N i １１N b (３４７型)是稳定型奥氏体不锈钢,在石化行业多应用于含氢(H )的高温㊁高压厚壁管道,具有较好的耐晶间腐蚀㊁耐连多硫酸(P T A S C C )腐蚀能力,以及较高热变形抗力和热强性,且焊接性良好.３４７型材料焊后通常采用８５０~９２０ħ稳定化热处理制度,其作用一是消除焊接接头的残余应力,二是稳定化元素铌(N b )在此过程中可形成稳定的碳化物相碳化铌(N b C ),从而降低材料的晶间腐蚀倾向和提高材料的热强性.根据材料特性,原则上３４７型不锈钢焊后应进行稳定化热处理.但在具体制造和使用过程中,根据工程经验和相关技术研究,进行或不进行焊后热处理,均有较多成功制造和使用的经验.而３４７型管道焊接接头不管是否进行焊后热处理,均出现了焊缝的开裂问题,这些问题也发生在小直径㊁薄壁加热炉工艺管道中.本文并不针对某个损伤案例进行分析,而是从奥氏体材料在制造和使用过程中可能会出现的热裂纹和晶间腐蚀问题以及如何控制等方面进行分析和探讨.１㊀奥氏体不锈钢在焊接和使用过程中存在的损伤１．１㊀晶间腐蚀奥氏体不锈钢在焊接和使用过程中与特定介质接触就会产生晶间腐蚀问题.焊接接头的晶间腐蚀包括焊缝的晶间腐蚀和热影响区的晶间腐蚀.焊缝的晶间腐蚀有两种情况:一是焊态下产生晶间腐蚀,二是焊后焊缝经敏化温度区重复加热后产生的晶间腐蚀.焊缝产生晶间腐蚀的冶金因素是焊接过程中焊缝的合金元素发生了变化,其中主要是渗碳(C )和铬(C r )的烧损,以及杂质元素的偏析;其次是过大的焊接线能量引起的粗晶所致;另外,多层多道焊时,后一道焊缝对前一道焊缝的 敏化处理 ,也可能产生晶间腐蚀.热影响区(H A Z )的晶间腐蚀是在焊接热循环作用下,近焊缝区经历了相当于敏化温度热处理区域产生的晶间腐蚀,对１８C r Ｇ８N i 奥氏体不锈钢相当于经历了４５０~８５０ħ的敏化问题.对于３４７型材料,焊接过程可能产生的热影响区的晶间腐蚀敏化区在材料使用过程中会进一步产生沿熔合区母材侧㊁宽度１~３mm 的集中腐蚀问题,这种腐蚀称为 刀状腐蚀 .这种腐蚀的产生是由于在焊接热循环作用下,峰值温度超过１０００ħ的过热区发生了碳化物分解和重溶过程,而在冷却过程中,富C r 的碳化物析出的速度材料与焊接㊀㊀石油化工设备技术,２０２０,４１(４) ３２P e t r o ＧC h e m i c a l E q u i p m e n tT e c h n o l o g y比碳化物N b C快;另外C向晶界扩散聚集,并在随后的敏化温度区间形成很窄的C r碳化物区域,而离熔合区较远处,碳化物N b C并不溶解.因此, 刀状腐蚀 是晶间腐蚀的一种形式.１．２㊀焊接接头热裂纹奥氏体不锈钢焊接接头的热裂纹包括凝固(结晶)裂纹㊁再热裂纹㊁高温失塑裂纹㊁液化裂纹等.对于稳定型３４７型不锈钢材料,在焊接和使用过程中,上述四种裂纹均表现比较敏感.下面就这四种裂纹的开裂机理进行分析.１．２．１㊀凝固(结晶)裂纹凝固裂纹是在焊缝凝固过程结晶后期产生的,它使焊缝在结晶过程中产生较大的收缩变形和拉伸应力.凝固裂纹形成的另一个原因是焊缝金属中某些容易形成低熔点共晶的元素,例如硫(S)㊁磷(P)㊁硼(B)㊁硅(S i)等,在奥氏体基体中的溶解度很低,容易在粗大的方向性很强的柱状晶㊁树枝状晶体之间偏析而形成低熔点共晶液态薄膜.凝固裂纹的形成主要取决于成分,与焊接过程中奥氏体(A)㊁铁素体(F)的结晶形式有关,焊缝金属如果以奥氏体㊁奥氏体Ｇ铁素体(A F)模式凝固以及较高的P和S含量促进了凝固模式为全奥氏体组织的情况,则具有较强的开裂敏感性;如果以铁素体Ｇ奥氏体组织(F A)形式凝固,则具有较低的开裂敏感性.另外,焊接时高的拘束条件㊁较高的焊接线能量㊁凹陷的焊道形状等也会促进凝固裂纹的产生.上世纪８０年代,s u u t a l a联合其他学者开发了基于奥氏体不锈钢成分预测凝固裂纹敏感性的S u u t a l a图ʌ１ɔ(见图１).该图依据奥氏体材料的C r当量(C r e q)㊁镍(N i)当量(N i e q)以及P＋S含量的质量百分数预测奥氏体材料焊缝金属中凝固裂纹产生的敏感性.从图１可以看出:当C r e q/N i e q 增加到某一临界值后,不管P＋S含量有多少,抗裂性能均大幅提高.大幅提高的原因是由于凝固初期析出相由奥氏体转变为铁素体所致.另外,从图１中还可看出:在P＋S含量极低的情况下,材料也具有较好的抗裂性.但这种情况目前在工程上还难以实现,因此,控制凝固裂纹的有效办法是控制凝固模式.㊀㊀根据WR CＧ１９９２组织图(见图２)也可预测奥氏体不锈钢的凝固模式.从图２可以看出:凝固模式从A A F F A变化,铁素体数(F N)也在相应范围内变化.如果采用F N＝１０的焊接材料焊接全奥氏体母材,考虑合金元素稀释率等其他因素,在低焊接线能量下,凝固模式将会是F A,焊缝中的F N大约为６,这种焊缝将具有较好的抗裂性.图１㊀焊缝金属成分预测凝固裂纹敏感性图２㊀W R CＧ１９９２根据相成分预测凝固㊀㊀模式和铁素体数㊀㊀焊缝凝固裂纹的特点是完全的枝状晶断口形貌,沿焊缝金属或热影响区的奥氏体晶界扩展,在使用过程中,由于应力的释放和其他作用可能会扩展开裂.综合研究表明,焊缝和热影响区的凝固裂纹和铁素体含量㊁初始析出相的凝固组织(A F或F A)㊁冷却速度三个因素关系重大.１．２．２㊀再热裂纹(消除应力裂纹)奥氏体不锈钢中的再热裂纹主要发生在H３３㊀第４１卷第４期张国信等．奥氏体不锈钢材料制造及使用过程中常见问题及预防型以及含稳定化元素的材料中,在标准型奥氏体不锈钢中是不常见的.调查显示:常用奥氏体不锈钢再热裂纹的敏感性大小为３４７型＞３２１型＞３０４型ʌ２ɔ,３１６型基本无再热裂纹倾向.奥氏体不锈钢再热裂纹的产生与晶内析出物有关.这种晶内的析出强化了晶粒内部,而把松弛残留的焊接应力和整个系统的应力所需的应变转移到晶界,降低了蠕变延性,导致晶界破坏.再热裂纹可能发生在焊缝的热处理期间,也可能发生在材料的使用阶段,二者的机理基本相同,但开裂温度区间有所不同,如３４７型材料在焊缝热处理期间产生再热裂纹的温度区间为７００~１０５０ħ,而这个温度区间正好是N b C 析出的温度范围(见图３)ʌ３ɔ.图３是根据G l e e b l e 热Ｇ力模拟试验机上得到的数据绘出的,显示再热裂纹形成一个C 曲线形温度与时间的关系.该图为将焊缝金属试样加热到各种焊后热处理温度㊁然后加载到７５％~１００％高温屈服强度(Y S )的应力值并保持试验载荷直至断裂而得到的一个 C 形 的裂纹相应曲线.在这个温度区间进行稳定化热处理正好和强化机理作用的温度相重合,因此就有可能产生再热裂纹.而在使用期间,在长时间应力释放的情况下,再热裂纹发生的温度为５００~７００ħ,同时还伴随碳化物析出.再热裂纹开裂形式大多表现为穿晶开裂,也有沿晶界开裂的情况发生.图３㊀３４７型不锈钢焊缝金属再热裂纹敏感性１．２．３㊀高温失塑裂纹(或称为失延裂纹,简称D D C)奥氏体不锈钢的高温失塑裂纹发生在材料加热时１/２熔点处,为高温塑性突然下降所致(见图４)ʌ３ɔ.其温度范围相当于再结晶温度区,因此,焊缝和热影响区高温低塑性裂纹产生的温度比液化裂纹更低.奥氏体不锈钢在低于固相线温度以下的加热过程和冷却过程,其塑性变化是不同的.在加热过程中,随温度升高,塑性略有增加,在温度达到约１/２熔点时塑性开始降低;在冷却过程中,塑性开始恢复,当温度降至５００~７００ħ时已接近原来加热时的水平.因此,在材料塑性降低时如果存在较大的收缩应变,就会引起高温失塑裂纹.通过研究发现,稳定型３４７型奥氏体不锈钢具有较高的D D C 裂纹倾向.图４㊀奥氏体不锈钢高温凝固时的脆性温度区㊀㊀在３４７型不锈钢的焊缝和热影响区可观察到D D C 的存在.焊缝和H A Z 的晶粒粗大还与高拘束度有关.开裂通常沿微观组织中的迁移晶界延伸,不显示枝状晶裂纹.目前,对D D C 的开裂机理并不完全清楚,但在奥氏体焊缝中存在铁素体可以形成凹凸不平的晶界,使D C C 萌生和裂纹扩展的阻力增大,可有效降低产生D D C 的风险.１．２．４㊀液化裂纹１)焊缝金属的液化裂纹焊缝金属的液化裂纹是多道焊焊缝中沿凝固晶界或迁移晶界发生的,其原因是先焊的焊道中铁素体含量少或无铁素体而存在低熔点共晶薄膜,在随后焊道的热影响下发生开裂,也就是说,全奥氏体焊缝对液化裂纹是敏感的.液化裂纹通常埋藏在焊缝内部且尺寸比较小,因此难以通过无损检测的手段检测,除非发生焊缝表面开裂而通过渗透检测(P T )发现.另外,这种裂纹在焊缝热处理后沿熔合线排列,常常会被误认为是再热裂纹.２)热影响区液化裂纹奥氏体不锈钢H A Z 的液化裂纹是由于在邻近熔合线的部分熔合区内,沿其晶粒边界形成了液态薄膜而产生的.这种液化可以是由于高温时在晶粒边界偏析的杂质(如S ㊁P )形成比基体熔点低的共晶薄膜,或者由于N b C (３４７型不锈钢)㊁碳化钛(T i C ,３２１型不锈钢)成分液化而产生的.对 ４３ 石㊀油㊀化㊀工㊀设㊀备㊀技㊀术２０２０年㊀于液化裂纹,S比P更有害.３)控制焊缝金属和热影响区金属的液化裂纹最有效的办法是调整熔敷金属的化学成分,使其产生合适的铁素体组织.研究表明,３４７型和３２１型奥氏体不锈钢焊后热处理后的铁素体数F Nȡ６.减少焊接热输入量在焊缝周围的热影响区形成很陡的温度梯度㊁每道焊缝尽量形成F A 凝固模式㊁降低杂质元素(如S㊁P)含量,均可降低产生液化裂纹的敏感性.另外,焊缝和热影响区的细晶粒结构以及适当提高锰(M n)含量也有利于增进抗裂性.１．３㊀σ相析出奥氏体不锈钢中的σ相是由铁(F e)和C r组成的金属间化合物,形成温度为５００~９００ħ,其析出主要有三个途径,一是直接产生于δ铁素体相,二是可能为γ奥氏体转变为次生铁素体,三是奥氏体直接产生.存在铁素体的奥氏体不锈钢母材和焊缝金属有利于σ相的形成,因为富C r的铁素体有利于C r的扩散.σ相多半分布在晶界处,这不但降低了材料的塑性和韧性,而且增大了晶间腐蚀的倾向.对于３２１型和３４７型奥氏体不锈钢,加热到７００ħ以上时,σ相可重新分解重溶.２㊀焊接接头热裂纹的预防２．１㊀焊缝化学成分与组织控制奥氏体不锈钢焊接材料选择应遵循等强度,相近的化学成分㊁组织性能和耐蚀性的原则,关键要考虑所采用的焊接方法对合金元素实际过渡系数㊁与母材熔合比对焊缝金属的化学成分的影响.１)焊缝金属化学成分控制及估算对于熔焊来说,焊缝金属是由填充材料和熔化了的母材两部分组成的.母材在焊缝金属中所占的百分比称为熔合比.以焊丝作为填充金属的气体保护焊,其焊缝金属中某一元素的合金含量[主要是指C r㊁N i㊁M o㊁钼(N b)等合金元素]可按式(１)计算.焊缝金属中某一元素的含量可用下式表示:C w＝bˑC b＋(１－b)ˑηˑC f(１)式中:C w 某合金元素在焊缝中的合金含量,(w,％);b 熔合比;C b 某合金元素在母材中的合金含量,(w,％);C f 某合金元素在焊材中的合金含量,(w,％);η 合金元素的过渡系数.如果采用焊条手工电弧焊㊁埋弧焊或药芯焊丝焊接,还要考虑药皮㊁焊剂或药芯渗合金的情况,其合金元素的过渡系数是不一样的.准确预测焊缝金属中的合金元素成分,对于奥氏体不锈钢中焊缝组织和性能与成分关联性更强的材料尤为必要,另外对焊接材料的选择㊁焊缝组织的精准预测也具有较好的作用.２)焊缝金属的组织预测根据焊缝组织的化学成分,可应用WR CＧ１９９８(或WR C５１９ʌ４ɔ)组织图㊁采用计算法或作图法预测焊缝金属的组织结构.对于３４７型不锈钢,其焊态和热处理后应有一定量的铁素体存在.铁素体的作用主要有以下几个方面:a)铁素体组织对P㊁S等杂质元素有较高的溶解性.这些对热裂纹有不利影响的P㊁S杂质可在铁素体晶内被优先沉积,如果配合F A凝固作用,可以很好地改善焊缝金属特别是热影响区的抗裂性.b)含有铁素体的焊缝金属有一个较窄的凝固温度区间,这个温度区间可保证在凝固终了阶段同时出现铁素体和奥氏体,产生凹凸不平的铁素体Ｇ奥氏体晶界,从而改变晶界浸润性质.一旦起裂,裂纹很难在这个凹凸不平的晶界扩展. c)与奥氏体相相比,铁素体相较低的热胀系数降低了焊缝在凝固(结晶)和冷却时的收缩应力.d)具有全奥氏体相的焊缝容易产生合金和杂质元素偏析,形成液态薄膜;而对于同时具有铁素体和奥氏体的双相组织,在焊缝结晶温度区由于二者界面能的差异,可以阻止 液态薄膜 的产生.３)预防热裂纹的产生还可通过细化晶粒㊁打乱奥氏体枝状晶方向的方式,使低熔点物质不至于析集在少数奥氏体晶界处,而是成为不连续的分散状态.焊缝金属的晶粒度应达到５~６级或以上.４)奥氏体不锈钢焊缝金属晶间腐蚀敏感温度范围可参考N A C E S P０１７０ʌ５ɔ,如３２１型㊁３４７型不锈钢的敏感温度区间为４００~８１５ħ,但根据５３㊀第４１卷第４期张国信等．奥氏体不锈钢材料制造及使用过程中常见问题及预防焊缝中的实际C 含量的不同,该温度范围还需要有所调整.相关研究显示,C r ２３C ６型碳化物最高析出温度与C 含量的关系可参见图５ʌ６ɔ,也可参照合金材料的T T C 曲线具体确定该碳化物的析出温度.因此,在制定焊后热处理的温度及冷却方式时要综合考虑.图５㊀不同C 含量的１８Ｇ８钢中C r ２３C ６析出㊀㊀时间Ｇ温度的关系㊀㊀５)P ㊁S 及其他元素的控制尽可能降低焊缝金属中的P ㊁S 含量,当S i /Cɤ５时,控制Pɤ０．０１５％(w ,％)㊁Sɤ０．０１０％(w ,％).另外,适当提高焊缝金属中的C ㊁M n 含量㊁保证N b ʈ１０C 等措施对防止焊缝金属的热裂纹也是有利的.２．２㊀焊后热处理对于存在焊接热裂倾向的奥氏体不锈钢,焊后原则上应进行热处理.热处理的方式有三种,即固溶处理㊁稳定化热处理和消除应力热处理.通常亚稳定型不锈钢需要采用固溶处理(如３０４型㊁３１６型等),稳定型不锈钢采用稳定化热处理.对采用５５０~６５０ħ这一温度范围进行消除应力热处理,业界有不同的看法,因为这个温度范围可能处于某些奥氏体不锈钢的敏化范围.对于厚壁不锈钢管道,消除应力热处理虽然可使峰值应力降低４０％左右,但平均应力只能降低５％~１５％,一旦热处理工艺掌握不好,极易造成焊接接头的敏化.目前,国内在厚壁３４７型管道(或者采用３４７型焊材焊接的３２１管道)焊后热处理问题上有不同的意见,相关标准也未作强制规定,大多壁厚超过４０mm 的３４７型焊接接头要求进行稳定化热处理.笔者个人认为:首先,对于采用和不采用热处理的不同情况,对铁素体含量要作出区别规定,如果不进行焊后热处理,焊缝金属和热影响区的铁素体数可控制在２ɤF Nɤ５;如果进行稳定化热处理,铁素体数应控制在５ɤF Nɤ１０,以保证焊接接头的抗裂性.其次,稳定化热处理的温度不宜超过９００ħ㊁时间不宜超过２h .这主要是考虑到６５０~９００ħ是３４７型不锈钢σ相的析出温度,若超过９００ħ,则存在铁素体向奥氏体转化的可能性;而在９００ħ时的保温时间不宜超过２h ,则是因为应力的消除主要取决于温度而非时间.另外,焊后热处理的冷却方式㊁空冷温度等细节也需注意.３㊀结语对奥氏体不锈钢的常见开裂问题原因以及主要防止措施进行了探讨.由于开裂也许是几种热裂纹共同作用所致,因此,具体的开裂情况需要根据当时的焊接工艺㊁热处理条件等因素综合考虑,才能找出合理的开裂原因.另外,除本文提到的相关控制方法外,还需考虑焊接方法(如手工电弧焊㊁埋弧焊㊁药芯焊丝焊接等)㊁焊接材料选择㊁焊接工艺等因素对开裂的影响,综合制定出有效的㊁有针对性的措施,保证焊接接头的综合性能及抗裂性要求.参考文献:[１]㊀A m e r i c a n W e l d i n g S o c i e t y ．W e l d i n g Ha n db o o k :V o l u m e４:M a t e r i a l sa n d A p pl i c a t i o n s :P a r t １[M ]．９t he 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w a r d s l a r g e s c a l e a n d l i g h t w e i g h t,t h eo p e r a t i n g c o n d i t i o n so f t o w e r s a r eb e c o m i n g m o r ea n d m o r ec o m p l i c a t e d．T h e s t r e s sd i s t r i b u t i o n i sd i f f e r e n ta t t h ec o n n e c t i o n b e t w e e n t h es k i r ta n dt h eb o t t o m o f t h et o w e r u n d e rd i f f e r e n tt y p e so f l o a d s．T h e r e f o r e,h o w t oc h o o s et h ec o n n e c t i o nt y p ec o r r e c t l y i nt h e d e s i g n h a s b e c o m e t h e m a i n c o n c e r n f o r d e s i g n e r s．I n t h i s p a p e r,t h e f i n i t e e l e m e n t m e t h o d i s a d o p t e d t o s t u d y t h e d i f f e r e n t c o n n e c t i o n t y p e s b e t w e e n t h e s k i r t a n d t h e t o w e r,e x p l o r e t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s t r e s s d i s t r i b u t i o n a n d d i s p l a c e m e n t u n d e r d i f f e r e n t t y p e s o fl o a d s a n d i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t a l i g n m e n t t o t h e c o n n e c t i o n．T h i s p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r t h ed e s i g no f v e s s e l sw i t h s k i r t s u p p o r t．K e y w o r d s:t o w e r;s k i r t;c o n n e c t i o n t y p e;f i n i t e e l e m e n tm e t h o d/F E M;f a t i g u e a n a l y s i sC O MM O N P R O B L E M SI N M A N U F A C T U R I N G A N DU S I N GP R O C E S SO FA U S T E N I T I CS T A I NＧL E S SS T E E LA N DP R E V E N T I O N[３２]Z h a n g G u o x i n１,M aW e i２(１．S I N O P E CG u a n gＧz h o u E n g i n e e r i n g C o m p a n y L i m i t e d,G u a n gＧz h o u,G u a n g d o n g,５１０６２０;２．Z h o n g k e (G u a n g d o n g)R e f i n e r y&P e t r o c h e m i c a l C o m p a n y L i m i t e d,Z h a n j i a n g,G u a n g d o n g,５２４０７６)A b s t r a c t:A u s t e n i t i c s t a i n l e s s s t e e l s a r e t h e m o s tw i d e l y u s e d m a t e r i a l si n e q u i p m e n t a n d p i p e l i n e s i no i lr e f i n i n g a n dc h e m i c a l i n d u s t r 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e e r si nt h i s f i e l d．K e y w o r d s:a u s t e n i t i c s t a i n l e s s s t e e l;h e a t i n g c r a c k;m e c h a n i s m;w e l d i n g;c o n t r o lA B S T R A C T S㊀P E T R OＧC H E M I C A LE Q U I P M E N T T E C H N O L O G YS t a r t e dP u b l i c a t i o n i n１９８０．B i m o n t h l y．J u l．２０２０V o l．４１N o．４ Ⅴ。
奥氏体不锈钢焊接常见缺陷及防止措施产品质量的影响因素，主要是受人的素质、加工设备、材料、工艺、环境五个方面的影响。
奥氏体不锈钢的焊接缺陷的形成，有诸多影响因素。
本文主要讨论焊接工艺的控制及缺陷形成机理，并提出预防措施。
一、接头碳化物析出敏化1、产生原因奥氏体不锈钢经过固溶处理后，组织均匀，没有碳化物相，具有最高的耐腐蚀性能，尤其是耐晶间腐蚀性能。
但经过焊接加热后，过饱和的碳从晶内析出向晶界偏聚，并与铬结合形成Cr23C6，即敏化。
由于焊接快速加热和冷却，使碳化物析出敏化局限在较窄的温度范围，随敏化温度下停留时间和钢的化学成分不同而变化，一般在600-850℃。
此外，并非整个焊件都会敏化，而只有焊接循环峰值温度恰好介于敏化温度之间的接头区域才会发生碳化物析出。
当碳化物析出后，将造成析出区晶界贫铬，这使得接头在随后的使用中可能产生晶间腐蚀。
2、防止措施防止敏化的关键是要避免或消除碳化物的析出。
因此主要从焊接材料和焊接工艺的选择两方面来采取措施。
①选用超低碳或添加Ti、Nb等稳定元素的不锈钢焊接材料。
②采用小线能量，减小危险温度范围停留时间。
采用小电流、快速焊、短弧焊、焊条不作横向摆动，焊缝可以强制冷却，减小焊接影响区。
多层焊，控制层间温度，后焊道要在前焊道冷却到60℃以下再焊。
③接触腐蚀介质焊缝最后焊接。
④焊后进行固溶处理。
二、热裂纹1、产生原因①奥氏体不锈钢的导热系数较小和线膨胀系数较大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力。
焊缝金属凝固期间存在较大拉应力是产生热裂纹的必要条件。
②奥氏体不锈钢易形成方向性强的柱状晶焊缝组织，有利于有害杂质的偏析而促使形成晶间液态夹层。
③奥氏体不锈钢及其焊缝的合金组成较复杂，不仅有S、P、Sn、Sb等杂质可形成易熔夹层，一些合金元素因溶解有限，也能形成有害的易熔夹层，促进热裂纹的形成。
2、防止热裂纹的措施①控制焊缝金属的组织：焊缝组织为奥氏体+铁素体的双相组织时，不易产生低熔点杂质偏析，可以减少热裂纹的产生。
奥氏体不锈钢的常见腐蚀及避免措施
古晓辉
(江西东风药业股份有限公司工程维修部)
摘要:奥氏体不锈钢的常见腐蚀、腐蚀机理及采取避免措施
关键词:奥氏体不锈钢腐蚀机理措施
在不锈钢中,铬镍奥氏体不锈钢(以Cr18Ni9为基本型)得到广泛应用,其产量占不锈钢产量的70%左右,常见的品种有316(O Cr17Ni12Mo2)、316L (OO Cr17Ni14Mo2)、304(OCr18Ni9)、304L(00Cr18Ni10)及321(OCr18Ni10Ti),不同型号不锈钢合金元素的组成(见下表):
组成
316
OCr17Ni12Mo2
316L
OO Cr17Ni14Mo2
304
O Cr18Ni9
304L
O Cr18Ni10
321
OCr18Ni10Ti
C碳[0.06%[0.03%[0.06%[0.03%[0.06%
Si硅[1%[1%[1%[1%[1%
Mn锰[2%[2%[2%[2%[2%
P磷[0.035%[0.035%[0.035%[0.035%[0.035%
S硫[0.03%[0.03%[0.03%[0.03%[0.03%
Ni镍16%-18%16%-18%8%-11%8%-12%8%-12%6 Cr铬12%-14%14%-16%17%-19%17%-19%17%-19% Mo钼 1.8%- 2.5% 1.8%- 2.5%
其它Ti:@C%-0.6
它们的共同特点是具有耐腐蚀性和较好的耐热性。
然而,/耐腐蚀0性是相对的,其/耐腐蚀0性是指在一定的外界条件和一定的腐蚀介质中,具有高的化学稳定性的特性。
但此类不锈钢在某些介质情况下使用,会产生晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀等类型的腐蚀,特别是在含氯离子的介质中尤会产生腐蚀,众所周知,在二次大战中,有人曾用普通奥氏体不锈钢建造扫雷艇在海水中使用,其根据是奥氏体不锈钢也是非磁性的,而且比木材(高级),但这艘船并未投入使用,在试航期间就是由于发生应力腐蚀破裂而损坏。
通常采用超低碳或低碳不锈钢的方法来解决,但超低碳或低碳不锈钢不是解决此类腐蚀的根本方法,因此类腐蚀还与其它因素有关。
笔者曾作过这样的试验,在无菌液贮罐(外带夹套,夹套内走氯化钙)的制作中,筒体材料一台选316L,而一台选321,对其在制造中考虑到其它因素(从结构、焊接工艺、制后处理等方面加以保证)。
结果3161L贮罐只使用了3-4月就出现腐蚀,而另一台321贮罐使用近两年还没出现腐蚀。
因此,我们在实际应用中要想合理选用奥氏体不锈钢,就得了解其腐蚀机理,从而采用相应的避免腐蚀措施。
1、奥氏体不锈钢的腐蚀机理:
奥氏体不锈钢的常见腐蚀:有晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀等。
1.1当奥氏体不锈钢在制造和焊接时,加热温度和加热速度处在敏化温度区域时,材料中过饱和碳就会在晶粒边界首先析出,并与铬结合形成碳化铬,此时碳在奥氏体内的扩散速度比铬扩散速度大,铬来不及补充晶界由于形成碳化铬而损失的铬,结果晶界的铬的含量不断降低,形成贫铬区,使电极电位下降,当与含氯离子等腐蚀介质接触时,就会引起微电池腐蚀。
虽然腐蚀仅在晶粒表面,但却迅速深入内部形成晶间腐蚀。
由此,我们知道产生晶间腐蚀的原因有:只有在
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敏化温度区域内,才会造成贫铬区;还与其含碳量有关,含碳量越多,贫铬区渗入晶界的深度越大,从而引起晶间腐蚀。
1.2奥氏体不锈钢点蚀的原因,当材料与含氯离子等腐蚀介质接触时,氯离子在材料钝化膜的缺陷地方,如夹杂物、贫铬区、晶界、焊缝热影响区等处,侵入钝化膜,与金属离子结合形成强酸盐而溶解钝化膜,从而形成微电池,产生点蚀。
1.3应力腐蚀是在拉应力和腐蚀介质联合作用下金属材料所发生的局部腐蚀破坏,破坏形态是裂纹、裂缝直至断裂。
这是一种危害十分严重的局部腐蚀。
2、奥氏体不锈钢常见的避免腐蚀措施:
2.1降低不锈钢中含碳量,可避免或减少碳化铬在晶间析出,从而减少或避免晶间腐蚀。
如选用316L (O OCr17Ni14Mo2)、304L(OO Cr18Ni10)等超低碳不锈钢。
2.2固溶处理,在高温作用下使碳化物全部溶解在奥氏体中,从而消除晶间腐蚀的倾向。
2.3材料在焊接时,采用自动氩弧焊(无自动氩弧焊时采用手工氩弧焊,低电流并快速冷却),并可用水激冷却,减少热影响区,从而减少或避免晶间腐蚀和点蚀。
2.4焊接后需抛光,内壁作酸洗钝化处理,使材料内表面形成钝化膜,能延缓或避免氯离于穿透钝化膜而产生点蚀。
2.5增加钼的含量,能有效地防止点蚀,这与氯离子结成MoO CL2保护膜有关。
2.6在结构设计上,减少焊缝或错开安排焊缝,对高温使用的材料要设热补偿结构,从而减少热影响或应力集中区域,从而减少应力腐蚀倾向。
2.7增加镍含量,加入较低多的硅,降低杂质P、N含量,有利于提高其耐氯化物应力腐蚀破坏性能。
3、总结
由此看来,对奥氏体不锈钢选择需要充分考虑各相关因素,对防止奥氏体不锈钢腐蚀起着重要的作用。
参考文献
GB14976、GB13296
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2006年12月奥氏体不锈钢的常见腐蚀及避免措施。
