不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验.ppt

不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验 lnpu 辽宁石油化工大学 lnpu 辽宁石油化工大学 一、 实验目的 一、观察与分析不锈钢焊接接头的显微 组织。 二、了解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。 lnpu 辽宁石油化工大学 二、 实验装置及实验材料 （一）c法电解浸蚀装置 （二）金相显微镜 （三）吹风机 （四） 腐蚀液稀释为10%的草酸（ c2h4o42h2o分析纯）水溶液1000ml （五） 实验材料1cr18ni9ti(或1cr18ni9)钢手 弧焊或tig焊试片40201.53mm 6对 （六） 秒表 （七） 乙醇、丙酮、棉花、各号金相砂纸等。 lnpu 辽宁石油化工大学 三、 实验原理 1 焊接18-8型奥氏体不锈钢的接头产 生晶间腐蚀的类型及控制 18-8型不锈钢焊接接头出现三个部位的 晶间腐蚀现象，即，焊缝腐蚀区，刀状 腐蚀区，敏化腐蚀区。但在同一个接头 中不会出现这三种晶间腐蚀区，其取决 于钢的成分。 lnpu 辽宁石油化工大学 1) 焊缝腐蚀区 焊缝腐蚀区主要与焊接材料有关，同时也受焊接工艺的影响。 （a） 防治措施：控制焊缝金属化学成分，主要 是尽量降低含碳量和添加足够量的ti和nb。焊缝中ti和nb的量应 大于钢板的量 （b）控制焊缝的组织状态，使之含有适当数量的 一次铁素体（=5%为最宜，适宜量为 12%）。 相的有利作用：打乱单一奥氏体柱状晶的方向性，从而避 免贫cr层贯穿于晶粒之间构成腐蚀介质的集中通道。 相富cr，且cr在相中易扩散，碳化铬可优先在相内部边 缘沉淀，并由于供cr条件好，不会在奥氏体晶粒表层形成贫cr层 。 相的害处：相脆化（一种硬脆而无磁性的金属间化合 物）。相选择性腐蚀。 lnpu 辽宁石油化工大学 2) 敏化区腐蚀 在焊接热影响区中峰值温度处于敏化温度区间的部 位所发生的腐蚀（敏化温度为450850；实际区 为6001000）。敏化区腐蚀只发生在不含ti或nb 的18-8不锈钢中。 防治措施：采用含ti或nb的18-8或超低碳 00cr18ni11不锈钢。 在工艺方面，应尽可能减少热影 响取处于敏化温度区间的时间。 产生敏化腐蚀区后的处理措施：采用稳定化处理 ，将处理件进行850900短时加热后空冷。 lnpu 辽宁石油化工大学 3) 刀状腐蚀区 ： 产生的条件：只出现于含ti和nb的18-8不锈钢接头中。 发生在近缝区的过热区中（加热超过1200） 产生的特征：沿晶破坏，呈现深而窄的形状，类似刀口形 状。 腐蚀区宽度初期为35个晶粒，逐步扩展到1.01.5mm。 lnpu 辽宁石油化工大学 产生机理： 18-8ti不锈钢的供货状态一般为固溶处理状态（即一般经10501150水淬固溶 ）这时钢中少部分碳和很少量ti溶入固溶体，大部分c与ti结合成为tic（游态） 。原因是在1150以下时tic在钢中的溶解度是不大的，而在固溶处理时，cr23c6 将可能全部溶入固溶体。 但是，在焊接时，温度超过1200的过热区中首先出现的变化是tic不断地分解 并且向奥氏体中溶解而形成固溶体。峰值温度越高，tic的固溶量越多，这时， 在过热区中只有少量大块的ti(cn)和tin不能发生固溶。tic高温分解后，分离出 来的碳原子将插入到奥氏体点阵间隙中，而ti则占据奥氏体点阵节点的空穴位置 。随后冷却时，由于高温下碳原子极为活泼，比ti的扩散能力强，碳原子将趋向 奥氏体晶粒周边扩散运动，ti则来不及扩散而仍保留在奥氏体点阵节点上。因此 ，碳将析集于晶界附近成为过饱和状态。 如果随后再经中温敏化加热时，碳原子可以优先已很快的速度向晶粒边界扩散， 是晶界更富集碳；而与此同时，cr也以一定速度（比c扩散稍慢，比ti扩散要快 ），因此易于在晶界附近形成铬的碳化物m23c6的沉淀，致使靠近晶界的晶粒表面 出现一个贫铬层，使铬低于临界值12%。此时，奥氏体晶粒内由于含铬量高而带 正电位，晶界因铬的碳化物存在，而产生贫铬层带负电位，在腐蚀介质中带负电 位的贫铬层就会成为被消耗的阳极而遭受腐蚀。tic固溶量越多的部位，m23c6的 沉淀量越大，相应地这个部位的晶间腐蚀倾向表现得越严重。 lnpu 辽宁石油化工大学 防治措施 采用超低碳不锈钢，含碳量希望小于0.06% 。 在工艺上，尽量减小近缝区过热， 特别要避免在焊接过程中就产生“中温敏化” 的加热效果。 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”是焊接热循环中必 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。 lnpu 辽宁石油化工大学 四、 实验方法及步骤 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1所示 图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。 图1草酸电解浸蚀实验示意图 lnpu 辽宁石油化工大学 1、 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。 lnpu 辽宁石油化工大学 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。 式中：s腐蚀速度 w每周期试样失重。 a试样表面积 d试样密度 lnpu 辽宁石油化工大学 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。 当用c法试验评定认为有问题时，进一步作t 发或x法试验，并以t法和x法试验结果为准。 对于18-8钢焊接接头，由于母材一般已经过 晶间腐蚀试验评定合格，故可采用c法与母材 同时进行对比试验。 lnpu 辽宁石油化工大学 （一）试验步骤 1、 试样制备 （1） 从同一钢板上取材，按表1要求制备试样。 试样 数量 试样尺寸 说明 长宽厚 母材2 40 60 205沿轧制方向选取 单条焊 缝 2 40 60 205焊缝位于试样中部 交叉焊 缝 4 40 60 305焊缝交叉点位于试样中部 表1试样取样 lnpu 辽宁石油化工大学 （2）“中温敏化”处理，加热至650700，保温 12小时。 （3）用砂轮或锉刀将试片进行表面加工，去掉棱角。 （4）按金相试片要求，用各号砂纸将试样检验表面磨 平磨光，并用水冲洗干净。 （5）抛光试样表面，表面粗糙度不低于用水冲净，再 用棉花酒精或丙酮擦净检验表面，吹干。 （6）将试样检验表面浸入10%草酸溶液，将试件接 电源“+”端，同时接通电路。电流密度按试样检验表面 积计算，为1a/cm2,试验溶液温度为2050，试验时 间为1.52min。 （7）取出试样用水冲洗净，用酒精或丙酮擦净检验表 面，吹干。 lnpu 辽宁石油化工大学 2、 观察与评定 （1）用金相显微镜观察浸蚀表面，放大倍数为150 500倍。 （2） 焊接试样的浸蚀组织分为三级： 一级：近缝区及母材晶界清晰，无腐蚀沟，晶粒 间呈台阶状，焊缝金属铁素体被显现，见图b所示 二级：近缝区或母材晶界有不连续腐蚀沟，晶界 局部变宽，或焊缝金属铁素体被腐蚀，见图c所示。 三级：近缝区或母材晶界有连续腐蚀沟，个别晶 粒的晶界被腐蚀沟完全包围，或焊缝金属铁素体严重 腐蚀。 lnpu 辽宁石油化工大学 五、 试验结果的整理与分析 （一）根据金像观察画出焊接接头显微