316L不锈钢焊缝抗晶间腐蚀性能评价

1 基本概况 

对两种316L不锈钢焊接接头的抗晶间腐蚀性能进行评价。 
316L不锈钢作为一种奥氏体不锈钢，是镍基合金和钛的代用材料，广泛应用于石油、化工、化肥、纺织、造纸、医药、原子能、宇宙航行以及海洋开发等领域。然而，不锈钢如果热处理不当或焊接过程不当，导致材料敏化，就会发生晶间腐蚀。其在化工及核工业生产中由晶间腐蚀造成的设备损坏占相当大的比重。统计数据表明，晶间腐蚀约占腐蚀损失的10.2%，加上由晶间腐蚀转变为沿晶应力腐蚀开裂的事例数就更多了。因此，晶间腐蚀是不锈钢危险的破坏形式之一。 

2 试验评价方法和步骤 
按照GB/T4334.5-2000《不锈钢硫酸—硫酸铜腐蚀试验方法》，对原材料和焊接材料进行试验。 

2.1 试样取样 
 
图1 取样位置示意图 

根据国标GB4334.5-2000要求，试样尺寸取长度80mm，宽20mm，厚度为4mm。由于本文为单焊缝取样，故取样位置见图1。图2为按国标要求所取下的试样。 
 
图2 所取的试样

2.2 试验溶液 将100g符合GB/T665的分析纯硫酸铜（CuSO4·5H2O）溶解于700mL蒸馏水中，再加入100mL符合GB/T625的优级纯硫酸，用蒸馏水稀释至1000mL，配成硫酸—硫酸铜溶液。

2.3 试验仪器和设备 油浴锅，带回流冷凝器的磨口烧瓶，微量天平，量筒等。

2.4 试验条件和步骤 试验前将试样去油并干燥，在烧瓶底部铺一层符合GB/T466的铜屑，然后放置试样，并保证试样之间互不接触。往烧瓶中加配置好的试验溶液，溶液应高出试样30mm。再将烧瓶放在加热装置上，通以冷却水，加热试验溶液，使之保持微沸状态，连续16小时。

试验装置如图3所示
 

2.5 断口扫描电镜及金相分析

  图4 6#样微观形貌  图5 8#样微观形貌

在316L不锈钢晶间腐蚀试验中，用弯曲方法来评定晶间腐蚀的倾向性，是用适量的变形，加速晶间腐蚀裂纹的暴露，但前提是试样的变形率不应超过试样允许的塑性变形量。 图4所示为6#样焊缝区和母材的微观组织图，从图中可以看出焊缝区试样的晶粒远大于母材的晶粒。316L不锈钢经过焊接处理，变形和高温促使晶粒明显长大，晶粒直径分布不均匀，整个试样分布着大量孪晶。 对焊接件来说，在焊接过程中焊缝容易经过奥氏体不锈钢的敏化温度区间，因此在焊缝附近和其余表面材料的冷却速率有所差异，冷却速率越大，奥氏体晶粒越小，因此熔合线附近的晶粒相对较小。此外，在敏化温度停留时间的长短决定了晶间腐蚀的难易程度而在敏化温度区间保温或缓慢冷却时，由于在晶界上析出富Cr的Cr23C6碳化物，使其周围基体产生贫铬区，从而形成腐蚀物腐蚀原电池，导致晶间腐蚀。本实验所采用的316L不锈钢，无论是从扩散连接后试样的金相显微观察还是从能谱分析结果都可以看出，试样没有发生碳化物析出，晶界周围没有产生贫铬区。

3 改善晶间腐蚀的措施

(1) 选用低碳和超低碳不锈钢，如00Cr18Ni10N、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2等，使晶间腐蚀敏感性降低到小值，且强度相对较低，目前这一方法已成为解决不锈钢晶间腐蚀问题的主要方法。 

(2) 利用合金化原理,避免形成铬的碳化物。Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe都是碳化物形成元素，形成碳化物的亲和力依次降低。

(3) 进行固溶化处理。奥氏体不锈钢经固溶处理后，强度和塑性非常接近，而所有的奥氏体不锈钢均不能热处理强化，只能通过冷作硬化以提高强度、硬度。 

(4) 焊接控制：

①调整焊缝的化学成份，加入稳定化元素减少形成碳化铬的可能性，如加入钛或铌等；

②减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成铬的碳化物，从而降低形成晶界腐蚀的倾；③控制在危险温度区的停留时间，防止过热，快焊快冷，使碳来不及析出；

④合理安排焊接顺序，多层焊和双面焊时，后一条焊缝的热作用可能对先焊焊缝的过热区起到敏化温度加热的作用。为此，双面焊缝中与腐蚀介质接触的一面应尽可能后焊接。 

4 结论 

6#样焊缝晶间腐蚀深度约为60微米，而8#样焊缝晶间腐蚀深度约为100微米，6#样略好于8#样