304薄壁管焊接連接晶間腐蝕

2022-04-21 14:53:02 正佳不銹鋼

304薄壁管優異的綜合性能能廣泛應用在不同領域，304不銹鋼具有可焊性，針對焊接連接，304不銹鋼在使用過程中焊縫的晶間腐蝕一直是討論的熱點。本文就304薄壁管焊接連接晶間腐蝕產生的原因和避免方法展開討論。

腐蝕機理
奧氏體不銹鋼在焊接狀態下，焊縫熱影響區溫度在450℃~850℃區間時，由于碳原子活動能力加強，超過溶解度的碳原子將向晶界擴散，碳和鉻結合成Cr23C6等碳化物，并沉淀于晶界。而晶粒內部鉻的擴散速度相當慢，來不及向晶界補充，致使靠晶界的晶粒表層產生“貧鉻”現象，使晶界金屬鈍化作用大大降低，從而降低了晶界的抗腐蝕能力。在腐蝕介質的作用下，最易引起晶間腐蝕。

腐蝕條件
由上述焊縫產生晶間腐蝕的機理，歸納奧氏體不銹鋼只有在以下三個客觀條件時才會產生晶間腐蝕。①在450℃~850℃的焊縫熱影響區敏化溫度范圍內；②在敏化溫度范圍內緩慢冷卻，從而有充分的碳原子向晶界擴散；③有腐蝕介質作用。
如能夠改變或回避這三個或其中之一的工況條件，才可以克服所謂的晶間腐蝕傾向。

避免晶間腐蝕方法
承插焊連接在現場施工時，針對304薄壁管，應采用小電流、快速度的施焊原則。下圖所示為304不銹鋼不同碳含量的時間一溫度一敏化曲線，當時間在曲線右邊時則發生合金的敏化，即在晶界形成了網狀碳化鉻。從圖中可以看出，含0.062%碳的304不銹鋼在750℃時3分鐘就開始敏化；含有0.030%碳的304L不銹鋼在595℃保持8小時才開始敏化。由于當今冶煉技術和設備的現代化，不銹鋼中含碳量和其他硫、磷等雜質也大為減少，304進口材的實際碳含量在0.04%～0.06%，遠低于標準規定的0.08%（國標0.07%），同樣按圖中的曲線，含0.04%的不銹鋼，在持續50分鐘后才有可能敏化。

按照晶間腐蝕機理，氬弧焊升溫快，冷卻也快，焊縫熱影響區小，即抗晶間腐蝕的效果好，所以氬弧焊最受304薄壁管青睞的連接方式。
對接連接的應用盡管比較普遍，并且工藝也十分成熟，但在304薄壁管手工電弧焊時，隨著焊接能量的增加，焊縫晶粒粗大化，晶界貧鉻層也增加，晶間腐蝕也嚴重。在奧氏體不銹鋼的手工電弧焊時，焊接電流和焊接速度是至關重要的。在實際生產中，應在兼顧焊縫成形與工作效率的情況下，通過提高焊接速度、減少焊接電流，以維持較低線能量，目的也是為了避免敏化溫度區間可能引起的不利情況。
奧氏體不銹鋼在焊接過程中，焊縫金屬會析出少量的δ鐵素體，這是正常現象。根據有關研究，當鐵素體含量在5%~10%時，可防止熱裂紋，提高抗晶間腐蝕能力。另外，δ鐵素體的熱膨脹系數比奧氏體小，在凝固過程中，δ鐵素體的體積收縮率可在一定程度上緩和奧氏體的膨脹，故焊縫中的δ鐵素體還有降低焊后殘余應力的作用。當然，在控制焊接線能量的同時，也可以控制焊縫金屬中鐵素體的含量。