刀狀腐蝕簡稱刀蝕。在含有穩定(ding)元素的奧氏體不鏽鋼中(如321不鏽鋼,316Ti不鏽鋼等),焊接熱影響(xiang)區的過熱區在腐蝕介質作用下,發生沿熔(rong)合線走(zou)向的深溝狀類似(si)刀痕(hen)的腐蝕,稱為刀狀腐蝕。刀狀腐蝕的性(xing)質是(shi)晶間腐蝕,在腐蝕初始階(jie)段腐蝕區寬(kuan)度為3~5個晶粒,然後逐(zhu)漸擴大至1.0~1.5mm,腐蝕寬(kuan)度與過熱區寬(kuan)度有關,由焊接工藝和方(fang)法等因素決定(ding),如電渣焊時,腐蝕區寬(kuan)度可達3.0~5.0mm。
刀狀腐蝕是(shi)焊接接頭出現(xian)的特殊形式(shi)的晶間腐蝕,它也與鉻的碳(tan)化物(M23C6)析出有密(mi)切的關係,我們可以用“高溫過熱”和“中溫敏化”兩個作用的熱過程所引(yin)起(qi)的變化,來考(kao)察(cha)刀狀腐蝕與M23C6析出的關係。
奧氏體不鏽鋼供貨狀態一(yi)般(ban)為固溶態(或者說一(yi)般(ban)焊接前(qian)母材為固溶態),這時鋼中隻有少量的C和穩定(ding)化元素(如鈦、铌)固溶在基體中,其餘大部分碳(tan)和鈦、铌結合成(cheng)為穩定(ding)的遊(you)離態TiC或NbC.在焊接時,焊接熱影響(xiang)區超(chao)過1200℃的過熱區,就有TiC或NbC不斷地分解並(bing)向奧氏體中溶解。峰值溫度越高,停(ting)留時間越長(chang),TiC或NbC溶解量越多,TiC或NbC分離出來的C原子將擴散到奧氏體點陣間隙中,而鈦或铌則(ze)占據(ju)奧氏體節點的空缺(que)位(wei)置(zhi)。在隨(sui)後的冷卻(que)過程中,碳(tan)原子由於擴散能力(li)強,很快(kuai)向晶界偏聚(ju),在晶界碳(tan)原子濃度明顯增(zeng)加,形成(cheng)過飽和狀態,而鈦或铌原子,則(ze)因來不及擴散,仍保留在奧氏體點陣的節點上。在隨(sui)後的多層(ceng)焊時,再經過中溫(600~1000℃)敏化時,碳(tan)原子可以優先向晶界繼(ji)續(xu)快(kuai)速(su)擴散,使晶界更(geng)富碳(tan),此時,鉻的擴散雖(sui)不如碳(tan)快(kuai),但比鈦或铌的擴散快(kuai),因而就在晶界附近(jin)形成(cheng)鉻的碳(tan)化物M23C6析出,TiC或NbC的溶解量越多的部位(wei)(也就是(shi)越靠近(jin)熔(rong)合線的部位(wei)),M23C6的析出量越大,晶界腐蝕傾向越嚴重,刀狀腐蝕寬(kuan)度與M23C6析出一(yi)定(ding)量的寬(kuan)度是(shi)一(yi)致(zhi)的。
降(jiang)低或消(xiao)除(chu)含有穩定(ding)化元素奧氏體不鏽鋼焊接接頭刀狀腐蝕的危險,有時是(shi)很困難的,但可以在接頭設計和焊接順(shun)序(xu)上加以合理安排(pai)而改善,如設計時采用一(yi)次性(xing)焊接,避免過熱區再經過中溫敏化,在雙麵焊接接頭,可將可能產生過固溶、奧氏體富C晶界與中溫敏化晶界碳(tan)化物析出的一(yi)側布置(zhi)在不與介質接觸(chu)的部位(wei),如圖2-2(a),圖2-2(b)的情況應該避免。在設計上盡可能不采用交叉焊縫(feng)。
采用低碳(tan)的穩定(ding)化奧氏體不鏽鋼母材,將大大減輕刀狀腐蝕現(xian)象。超(chao)低碳(tan)奧氏體不鏽鋼焊接接頭不會(hui)產生刀狀腐蝕現(xian)象。正因為如此,隨(sui)著(zhou)冶(ye)煉技術的提(ti)高,含穩定(ding)化元素的不鏽鋼正逐(zhu)步被(bei)淘汰(tai),取(qu)而代之的是(shi)超(chao)低碳(tan)不鏽鋼。