奧氏體不銹鋼管的焊接結(jié)構(gòu)常常因腐蝕而損壞甚至報廢，而且腐蝕多半發(fā)生在焊縫或熱影響區(qū)，最常見的腐蝕類型有晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和孔蝕。


1. 焊接接頭的晶間腐蝕


  奧氏體不銹鋼管在供貨狀態(tài)（1050~1100℃固熔處理）都具有良好的耐晶間腐蝕性能。而某些奧氏體不銹鋼管的焊接結(jié)構(gòu)，在腐蝕介質(zhì)中使用之后，可發(fā)現(xiàn)在焊縫附近有沿晶界的腐蝕，如圖2-5所示，這種腐蝕可能分別在焊縫上（a區(qū)）、沿熔合線1250℃以上的過熱區(qū)（b區(qū)）和距熔線一定距離的熱影響區(qū)（峰值溫度650℃附近的c區(qū)）發(fā)生。


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  晶間腐蝕主要與鉻的碳化物Cr23C6等析出有關(guān)。焊縫金屬的晶間腐蝕常常是因為焊接材料的碳含量偏高或者焊接時發(fā)生了增碳現(xiàn)象，同時焊后還受到碳化物析出敏感的所謂敏化溫度（450~850℃)的作用以及如十字接頭、丁字接頭及多道焊中后焊焊道對先焊焊道的熱影響，都可能使受到敏化的焊縫具有晶間腐蝕傾向。所以不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)除了選用優(yōu)質(zhì)焊材之外，焊縫設(shè)計要從防止晶間腐蝕的角度出發(fā)避免十字形、丁字形的焊縫，接觸腐蝕介質(zhì)的焊道后焊等。在焊后需要經(jīng)過熱處理的結(jié)構(gòu)，例如壓力容器內(nèi)壁堆焊層，及復(fù)合鋼板焊件因受消除應(yīng)力熱處理的敏化作用，也可能發(fā)生晶間腐蝕，因此應(yīng)選用超低碳或含穩(wěn)定元素的焊材。


  一般奧氏體不銹鋼管配套的焊材，為了防止焊縫的晶間腐蝕，通常盡可能地降低碳含量，增加鈮、鈦等與碳親和力更強的元素以防止鉻的碳化物析出，顯著提高焊縫耐晶間腐蝕的性能。奧氏體不銹鋼管焊縫中的少量鐵素體不僅對防止和消除熱裂紋有利，同時對提高耐晶間腐蝕的作用也是有好處的，鐵素體存在于奧氏體晶粒之間，消弱奧氏體柱狀晶、樹枝狀晶的方向性，隔斷奧氏體晶界連續(xù)網(wǎng)狀碳化物析出，從而防止晶間腐蝕。因此，除Cr以外，焊縫中添加鐵素體形成元素Mo、Nb、Ta、Ti等也有利于提高焊縫的耐蝕性。


  焊接接頭上c區(qū)發(fā)生的晶間腐蝕現(xiàn)象稱作焊接熱影響區(qū)腐蝕（weld decay),是焊接時熱影響區(qū)峰值溫度達到450~850℃的敏化溫度，因析出鉻的碳化物Cr23C6而在腐蝕環(huán)境中使用后產(chǎn)生的晶間腐蝕（見圖2-6)。這種腐蝕大多數(shù)是發(fā)生在C含量≥0.08%的18-8（302不銹鋼）型鋼的焊接接頭上。碳含量≤0.08%時（如304不銹鋼),只經(jīng)過一次循環(huán)的焊接接頭熱影響區(qū)則不常見，但經(jīng)過多層、多道焊則有可能發(fā)生，碳化物的析出特別是焊后在敏化溫度范圍緩慢冷卻，則危險性較大。當然這些鋼種用在腐蝕性不大的環(huán)境如高低溫容器、建筑結(jié)構(gòu)、建筑裝飾、車輛、農(nóng)機、家電、廚具等，仍可廣泛使用。


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  鋼中添加Ti或Nb的穩(wěn)定化不銹鋼1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni11Ti、0Cr18Ni11Nb、0Cr18Ni12Mo2Ti等鋼種，由于出廠前是經(jīng)過920~1150℃的固溶處理的，鋼中碳大部分以TiC、NbC形式存在，焊接接頭c區(qū)即焊接時受到450~850℃敏化溫度影響的部分不再發(fā)生Cr的碳化物析出，因此避免了這種熱影響區(qū)晶間腐蝕。


  穩(wěn)定化的奧氏體不銹鋼管雖然避免了熱影響區(qū)的晶間腐蝕。但是在緊靠熔合線的過熱區(qū)（圖2-5中的b區(qū)），如果在焊接過程或焊后經(jīng)過敏化溫度的作用，當焊接結(jié)構(gòu)用于強氧化性（如硝酸）介質(zhì)時，熔合線附近的母材過熱區(qū)就會產(chǎn)生晶間腐蝕，因腐蝕范圍窄而深，如刀切一樣，故這一種腐蝕類型稱作刀線（或刀狀）腐蝕（見圖2-7)。Ti、Nb穩(wěn)定化的鋼種在固熔狀態(tài)鋼中的自由碳原子與Ti或Nb形成TiC、NbC,防止形成Cr23C6等碳化物，因而在敏化溫度不再會引起Cr23C6。但是當焊接時緊鄰熔合線的母材中的TiC、NbC在1250℃以上的熱循環(huán)中發(fā)生分解，C、Ti、Nb都重新溶解入奧氏體基體，在隨后又遭受敏化溫度的作用（如焊后熱處理或多層多道焊）。此時由于溫度低，基體中的過飽和的碳只能與Cr結(jié)合并在晶粒邊界析出，而不能形成TiC、NbC,形成晶界貧鉻。所以在強腐蝕介質(zhì)中刀線腐蝕便不可避免。含Ti、Nb的不銹鋼管，如焊后經(jīng)870~900℃的穩(wěn)定化處理，使過熱區(qū)鉻擴散，消除晶界貧鉻以及形成NbC、TiC等碳化物，可以有效地止刀線腐蝕。


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  焊接接頭前述三個區(qū)域的晶間腐蝕，主要的因素是碳含量，降低碳便可減輕和消除晶間腐蝕。當碳降至奧氏體中溶解限（≤0.03%)以下，成為超低碳的00Cr19Ni9、00Cr18Ni12Mo2、00Cr19Ni14Mo3 等不銹鋼，及其焊材 00Cr20Ni10、00Cr19Ni12Mo2、00Cr19Ni14Mo3等均有優(yōu)異的抗晶間腐蝕的性能。



2. 焊接接頭應(yīng)力腐蝕開裂


  不銹鋼管的應(yīng)力腐蝕是在靜拉伸應(yīng)力作用下和在氯化物、氫氧化物、硫化物和連多硫酸等特定介質(zhì)中產(chǎn)生的，奧氏體不銹鋼管的焊接接頭在焊后未經(jīng)熱處理的情況下，接頭處存在很大的殘余應(yīng)力，有時可達到屈服限。因此常在某些介質(zhì)中發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂，圖2-8是0Cr18Ni9Ti鋼管焊接接頭應(yīng)力腐蝕開裂。應(yīng)力腐蝕在奧氏體鋼管焊接結(jié)構(gòu)中是最常見的，腐蝕速度極快，常使設(shè)備短期服役后即破壞報廢。常用的18-8、18-12-2型奧氏體不銹鋼管，在應(yīng)力腐蝕環(huán)境下均對應(yīng)力腐蝕敏感。雖然18-8型不銹鋼管對應(yīng)力腐蝕敏感，但在一些條件下，例如在不含氯離子而僅存在連多硫酸的介質(zhì)中，選擇添加鈦、鈮的18-8型不銹鋼焊材并經(jīng)穩(wěn)定化處理亦可防止應(yīng)力腐蝕。


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  奧氏體不銹鋼管的焊接結(jié)構(gòu)，接頭區(qū)域比結(jié)構(gòu)其余部分來說應(yīng)力腐蝕的敏感性更大，其原因已如前面所說是與焊后存在殘余應(yīng)力有關(guān)，所以對有可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕的環(huán)境使用的設(shè)備，應(yīng)進行焊后消除應(yīng)力處理，例如不銹鋼焊管、管線焊后都需進行940℃穩(wěn)定化處理或1050℃的固溶處理。在奧氏體不銹鋼中，隨著鎳含量的增加，可提高其在許多介質(zhì)的耐應(yīng)力腐蝕中的穿晶型應(yīng)力腐蝕。鉬在奧氏體鋼管中雖對防止應(yīng)力腐蝕無直接作用，但它可以提高耐孔蝕性能，而孔蝕常常又是應(yīng)力腐蝕的起源。因此，由于含鉬鋼提高了耐Cl-引起的孔蝕從而也改善了耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能。所以高鎳、高鉬的00Cr18Ni18Mo5Cu、00Cr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr20Ni18Mo6Cu等奧氏體不銹鋼的焊接接頭耐應(yīng)力腐蝕總是比一般奧氏體鋼管的要好。


  順便指出，常用的18-8型18-12-2型奧氏體不銹鋼管的焊縫中通常都含有4%~12%的鐵素體，與鐵素體－奧氏體雙相鋼一樣，含有鐵素體的奧氏體鋼焊縫的耐應(yīng)力腐蝕的性能優(yōu)于同成分但無鐵素體的奧氏體焊縫金屬。



3. 焊接接頭孔蝕


  在CI-(及Br、I-)離子的介質(zhì)中，不銹鋼表面常發(fā)生孔（點）蝕?？孜g是因金屬表面非金屬夾雜物、析出相、晶界露頭等處鈍化膜較脆弱，在特定的介質(zhì)作用下產(chǎn)生。焊縫晶粒粗大、疏松且因焊接時焊劑、藥皮參予冶金反應(yīng)，焊縫中常常存在Al2O3、MnS、SiO2、TiN、TiO2等雜質(zhì)和夾雜物。因此在同樣條件下焊縫比母材的孔蝕敏感性大。同時由于焊接時的飛濺、表面氧化色等使HAZ部分的母材的鈍化膜遭到破壞和鈍化膜的修復(fù)能力較差，在CI-離子溶液中引起孔蝕。因此防止焊接接頭的孔蝕，首先應(yīng)盡可能提高焊縫金屬的純潔度，減少焊縫的雜質(zhì)以及焊后要仔細清理焊縫及其附近母材的表面和進行表面鈍化處理。由于Cr、Mo、N等元素對提高耐孔蝕性非常有效，為了提高不銹鋼管焊接接頭的鈍化和再鈍化能力，要選用高Cr、Mo的奧氏體不銹鋼管及其配套焊材。同時盡可能選用能保持焊縫純潔度的GTAW、GMAW、PAW等氣體保護焊工藝。