有些奧氏體不銹鋼焊接接頭,在腐蝕介質(zhì)中,工作一段時(shí)間內(nèi)可能局部發(fā)現(xiàn)沿著晶粒邊界的腐蝕,一般稱此腐蝕為晶間腐蝕。它發(fā)生的部位是在熱循環(huán)峰值溫度為600~1000℃的熱影響區(qū),即離焊縫邊沿1.5~3.0mm之外的母材金屬上,如圖3-1a所示;也有的發(fā)生在焊縫金屬上,如圖3-1b所示。另一種晶間腐蝕發(fā)生焊縫的熔合線輪廓外側(cè)很狹窄的范圍內(nèi),像刃狀深入發(fā)展,故稱之為刀狀腐蝕,如圖3-1c所示,它是晶間腐蝕的一種特殊形式。腐蝕總是從金屬表面起始,逐步深入內(nèi)部。深到一定程度后可發(fā)展成裂紋,順著裂紋的腐蝕擴(kuò)展,使損傷更加高度局部化,最終會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)存腐蝕介質(zhì)的容器或管道泄漏。在特殊情況下,甚至?xí)斐山饘偃萜鞫嗵幐g穿通,這不僅大大降低了設(shè)備使用壽命,更嚴(yán)重的是不能保證設(shè)備在使用過程中安全操作,會(huì)造成極大的設(shè)備和人身事故。
關(guān)于奧氏體型不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕形成的機(jī)理尚不能統(tǒng)一,但適用多數(shù)奧氏體型不銹鋼的,又被人們廣泛接受的機(jī)理稱之為“貧鉻理論”。奧氏體型不銹鋼長期加熱而導(dǎo)致晶間腐蝕的敏化溫度區(qū)為450~850℃。由于奧氏體型不銹鋼焊接接頭處在焊接的快速連續(xù)加熱中,鉻碳化物的形成區(qū)并不與峰值溫度450~850℃相符,而是在一個(gè)更為寬泛的溫度區(qū)中出現(xiàn),所以焊接接頭的敏化區(qū)位于熱循環(huán)峰值溫度800~1000℃的圖3-2 晶間腐蝕貧鉻理論示意圖部位。敏化的實(shí)質(zhì)是,當(dāng)處于該區(qū)段的金屬晶粒內(nèi)部過飽和固溶的碳原子會(huì)逐步向晶粒邊緣擴(kuò)散,與晶粒邊緣層的鉻原子結(jié)合而成碳化物(Cr·Fe)23C6,并沿晶界沉淀析出。由于鉻原子的擴(kuò)散要比碳的擴(kuò)散慢得多,來不及補(bǔ)足形成碳化物所消耗的鉻,于是晶粒邊緣層的鉻含量低于耐蝕所需鉻的極限值[w(Cr)<12%]。結(jié)果導(dǎo)致晶粒邊緣貧鉻而喪失了耐蝕性,在腐蝕介質(zhì)中工作一段時(shí)間后就會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕,如圖3-2所示。焊縫上的晶間腐蝕通常都只是在多道多層焊的情下出現(xiàn)。前一焊道金屬受到后面焊道的熱影響而處于敏化溫度的區(qū)帶,可能出現(xiàn)晶間貧鉻而不耐腐蝕,這就是目前解釋18-8型不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕的主要理論依據(jù)。為了減少或避免晶間腐蝕的傾向,應(yīng)在鋼中盡量減少碳含量,以不形成鉻的碳化物為準(zhǔn)。超低碳的奧氏體型不銹鋼可基本上避免晶間腐蝕,不過某些含鉬的超低碳奧氏體型不銹鋼(如022Cr17Ni12Mo2)在敏化溫度區(qū)間,其晶界會(huì)析出σ相。將該種鋼在沸騰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的硝酸溶液中腐蝕試驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)在σ相析出處發(fā)生了晶間腐蝕。