奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验指导书.doc

奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验报告
课程名称：金属焊接性班级：焊接学号：0907074223姓名：韩月明
组别：第组同组者：尹英宝，马宝宇，于天洋，赵金哲，王志远日期：2012..6.20
一、实验目的：
1、观察与分析奥氏体不锈钢焊接接头的显微组织。
2、了解奥氏体不锈钢焊接接头产生晶间腐蚀的机理及晶间腐蚀区显微组织特征。
二、实验原理：
1—焊缝金属；2—过热区；3—敏化区；4母材金属
图1奥氏体不锈钢焊接接头各区示意图
晶间腐蚀是沿晶粒边界发生的腐蚀现象。现以18—8型奥氐体不锈钢中最常用的含稳定元素的1Cr18Ni9Ti钢为例，来讨论晶间腐蚀的问题。
1Cr18Ni9Ti钢含0.02%C和0.8%Ti。碳在室温奥氏体中的最大溶解度低于0.03%，多余的碳则通过固熔处理与钛结合形成稳定的碳化物TiC。由于钛对碳的固定作用，避免了在晶界形成碳化铬，从而防止了晶间腐蚀的产生。故1Cr18Ni9Ti钢具有抗晶间腐蚀能力，一般不会产生晶间腐蚀现象。
然而在焊接接头中，情况有所不同。奥氏体不锈钢的焊接接头，通常可分为以下几个区域(见图1)
(一)焊缝金属主要为柱状树枝晶。
(二)过热区加热超过1200℃的近缝区，晶粒有明显的长大。
(三)敏化区加热峰值温度在600℃—1000℃的区域，组织无明显变化。对不含稳定化元素的18—8钢，可能出现晶界碳化铬的析出。产生贫铬层，有晶间腐蚀倾向。
(四)母材金属对于含稳定化元素的18—8钢，如1Cr18Ni9Ti钢，峰值温度超过1200℃的过热区发生TiC分解量愈大(图2)，从而使稳定化作用大为减弱，甚至完全消失。在随后的冷却过程中，由于碳原子的体积很小，扩散能力比钛原子强，碳原子趋于向奥氏体晶界扩散迁移，而钛原子则来不及扩散仍保留在奥氏体点阵节点上。因此，碳原子析集于晶界附近成为过饱和状态。当上述过热区再次受到600—800℃中温敏化加热或长期工作在上述温度范围时，碳原子优先以很快的速度向晶界扩散。此时，铬原子的扩散速度虽比碳原子慢，但比钛原子快，且浓度也远比钛高，因而易于在晶界附近形成铬的碳化物(FeCr)23C6。温度愈高，TiC分解后合金元素碳和铬的固溶量愈多，碳化物析出量愈大(图2)。上述碳化物的铬、碳含量很高，但晶粒内部铬的扩散速度比碳的扩散速度慢，所以在形成铬的碳化物时，富集在晶界的碳，与晶粒表层的铬结合以后，晶粒中的铬不能及时均匀化，致使靠近晶界的晶粒表面一个薄层严重缺铬，铬的浓度低于临界值12%Cr(图3)。此时，奥氏体晶粒内和晶界碳化物(图3中的1、2部分)由于含铬量高而带正电位，而贫铬层(图3中的3部分)由于含铬量低于12%而带负电位。如果将这种具备电化学腐蚀条件的焊接接头放入腐蚀介质中，带负电位的贫铬层就会成为被消耗的阳极而遭受腐蚀。
这样，由于“高温过热”和“中温敏化”这两个依次进行的热作用过程，造成了含稳定化元素的18-8钢特殊的晶间腐蚀，这种腐蚀只发生在紧靠焊缝的过热区3—5个晶粒范围，在工件表面上较宽，向接头内部逐渐变窄，呈刀形，故又称“刀蚀”。
由此可见，“高温过热”和“中温敏化”是产生刀蚀的必要条件。对于焊接接头，“高温过热”这一条件是

图218—8钢热影响区碳化物分布
敏化加热前；(b)敏化加热后。1—奥氏体晶粒；2—晶界处碳化物；3—贫铬层
图3析出碳化物对晶界处铬浓度的影响

由焊接热作用过程自然形成的，因此只需要进行一次“中温敏化”处理，就可根据GB1223-75标准进行晶间腐蚀试验。
四、实验方法及步骤
方法：
根据国家标准GB1223-75试验晶间腐蚀倾向的方法共有五种，对于18-8钢主要采用C法、T法和X法三种试验方法。
1、C法草酸电解浸蚀试验，又称草酸阳极腐蚀试验，试验装置如图4所示图4中不锈钢容器接电源的负极，若采用玻璃烧杯作容器，则负极端部接一厚度为1mm左右的不锈钢薄板，并放置于杯底，腐蚀液采用10%的草酸水溶液。
该实验简单，方便迅速，一般不超过两分钟，但不如其他试验方法严格，常作为其他试验方法前的筛选试验方法（不适用于含钼钛的不锈钢耐酸钢），也可作为独立的无损试验。
2、T法铜屑、硫酸铜和硫酸沸腾试验
该实验方法是将规定的试样放在加有铜屑的硫酸铜和硫酸的水溶液中沸腾24小时，然后弯曲成90度，用10倍放大镜观察，以不出现横向裂纹为合格，或在金相显微镜下观察，如发现晶界有明显的腐蚀痕迹，即为晶间腐蚀倾向。
3、X法：硝酸沸腾试验
该实验方法是将试片放在65%沸腾硝酸中，每周期沸腾48小时，试验三个周期。每周期试验后取出试样，刷洗干净干燥，称重。然后按下式计算腐蚀速度，以其中最大者为准。

T法和X法分别为国际通用的B法和E法，试验条件严格，需要一定的专门装置，试验周期较长，因此一般常用C法进行试验。