LNPU辽宁石油化工大学1课件.ppt

1、不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验不锈钢焊接接头的晶间腐蚀实验 蒋应田蒋应田LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学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。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学二、二、实验装置及实验材料实验装置及实验材料（一）（

2、一）C法电解浸蚀装置法电解浸蚀装置（二）金相显微镜（二）金相显微镜（三）吹风机（三）吹风机（四）（四）腐蚀液稀释为腐蚀液稀释为10%的草酸（的草酸（C2H4O42H2H2 2O O分析纯）水溶液分析纯）水溶液10001000mlml（五）五）实验材料实验材料1 1Cr18Ni9Ti(Cr18Ni9Ti(或或1 1Cr18Ni9)Cr18Ni9)钢手钢手弧焊或弧焊或TIGTIG焊试片焊试片404020201.51.53 3mm 6mm 6对对（六）（六）秒表秒表（七）（七）乙醇、丙酮、棉花、各号金相砂纸等。乙醇、丙酮、棉花、各号金相砂纸等。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学

3、辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学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。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学1)焊缝腐蚀区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。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 a）防治措施：控制焊缝金属化学成分，主要防治措施：控制

4、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是尽量降低含碳量和添加足够量的Ti和和Nb。焊缝中焊缝中Ti和和Nb的量应的量应大于钢板的量大于钢板的量（b b）控制焊缝的组织状态，使之含有适当数量的控制焊缝的组织状态，使之含有适当数量的一次铁素体一次铁素体（=5%为最宜，适宜量为为最宜，适宜量为4?12%）。）。相的有利作用相的有利作用：打乱单一奥氏体柱状晶的方向性，从而：打乱单一奥氏体柱状晶的方向性，从而避免贫避免贫Cr层贯穿于晶粒之间构成腐蚀介质的集中通道。层贯穿于晶粒之间构成腐蚀介质的集中通道。相富相富Cr，且且Cr在在相中易扩散，碳化铬可优先在相中易扩散，碳化铬可优先在相内部边相

5、内部边缘沉淀，并由于供缘沉淀，并由于供Cr条件好，不会在奥氏体晶粒表层形成贫条件好，不会在奥氏体晶粒表层形成贫Cr层。层。相的害处相的害处：相脆化（一种硬脆而无磁性的金属间化相脆化（一种硬脆而无磁性的金属间化合物）。合物）。相选择性腐蚀。相选择性腐蚀。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学2)敏化区腐蚀敏化区腐蚀 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

6、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。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学3)3)刀状腐蚀区：刀状腐蚀区：产生的条件：只出现于含产生的条件：只出现于含TiTi和和NbNb的的18-818-8不锈钢接头中。不锈钢接头中。发生在近缝区的过热区中（加热超过发生在近缝区的过热区中（加热超过12001200）产生的特征：沿晶破坏，呈现深而窄的形状，类似刀口产生的特征：沿晶破坏，呈现深而窄的

7、形状，类似刀口形状。形状。腐蚀区宽度初期为腐蚀区宽度初期为3 35 5个晶粒，逐步扩展到个晶粒，逐步扩展到1.01.01.51.5mmmm。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学产生机理：产生机理：18-818-8TiTi不锈钢的供货状态一般为固溶处理状态（即一般经不锈钢的供货状态一般为固溶处理状态（即一般经1050105011501150水淬固溶）水淬固溶）这时钢中少部分碳和很少量这时钢中少部分碳和很少量TiTi溶入固溶体，大部分溶入固溶体，大部分C C与与TiTi结合成为结合成为TiCTiC（游态）。游态）。

8、原因是在原因是在11501150以下时以下时TiCTiC在钢中的溶解度是不大的，而在固溶处理时，在钢中的溶解度是不大的，而在固溶处理时，CrCr2323C C6 6将将可能全部溶入固溶体。可能全部溶入固溶体。但是，在焊接时，温度超过但是，在焊接时，温度超过12001200的过热区中首先出现的变化是的过热区中首先出现的变化是TiCTiC不断地分解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，并且向奥氏体中溶解而形成固溶体。峰值温度越高，TiCTiC的固溶量越多，这时，的固溶量越多，这时，在过热区中只有少量大块的在过热区中只有少量大块的Ti(CN)Ti(CN)和和TiNTiN不能发生固溶

9、。不能发生固溶。TiCTiC高温分解后，分离出高温分解后，分离出来的碳原子将插入到奥氏体点阵间隙中，而来的碳原子将插入到奥氏体点阵间隙中，而TiTi则占据奥氏体点阵节点的空穴位置。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，比随后冷却时，由于高温下碳原子极为活泼，比TiTi的扩散能力强，碳原子将趋向奥的扩散能力强，碳原子将趋向奥氏体晶粒周边扩散运动，氏体晶粒周边扩散运动，TiTi则来不及扩散而仍保留在奥氏体点阵节点上。因此，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。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

10、子可以优先已很快的速度向晶粒边界扩散，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，是晶界更富集碳；而与此同时，CrCr也以一定速度（比也以一定速度（比C C扩散稍慢，比扩散稍慢，比TiTi扩散要扩散要快），因此易于在晶界附近形成铬的碳化物快），因此易于在晶界附近形成铬的碳化物M M2323C C6 6的沉淀，致使靠近晶界的晶粒表的沉淀，致使靠近晶界的晶粒表面出现一个贫铬层，使铬低于临界值面出现一个贫铬层，使铬低于临界值12%12%。此时，奥氏体晶粒内由于含铬量高而。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

11、带负电位，在腐蚀介质中带负带正电位，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。电位的贫铬层就会成为被消耗的阳极而遭受腐蚀。TiCTiC固溶量越多的部位，固溶量越多的部位，M M2323C C6 6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。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。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学防治措施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

12、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。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学四、四、实验方法及步骤实验方法及步骤根据国家标准根据国家标准GB1223-75GB1223-75试验晶间腐蚀倾向的方法共有五种，对于试验晶间腐蚀倾向的方法共有五种，对于18-818-8钢主要采钢主要采用用C C法、法、T T法和法和X X法三种试验方法。法

13、三种试验方法。1 1、C C法法 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 1所示所示图中不锈钢容器接电源的负极，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。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

14、的不锈钢耐酸钢），也可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。独立的无损试验。A 图1草酸电解浸蚀实验示意图LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学1、T法法铜屑、硫酸铜和硫酸沸腾试验铜屑、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屑的硫酸铜和硫酸的水溶液中沸腾24小小时，然后弯曲成时，然后弯曲成90度，用度，用10倍放大镜观倍放大镜观察，以不出现横向裂纹为合格，或在金察，以不出现横向裂纹为

15、合格，或在金相显微镜下观察，如发现晶界有明显的相显微镜下观察，如发现晶界有明显的腐蚀痕迹，即为晶间腐蚀倾向。腐蚀痕迹，即为晶间腐蚀倾向。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学3、X法：硝酸沸腾试验该实验方法是将试片放在该实验方法是将试片放在65%沸腾硝酸中，每周期沸沸腾硝酸中，每周期沸腾腾48小时，试验三个周期。每周期试验后取出试样，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。其中最大者为准。dAW0182S

16、 式中：式中：S腐蚀速度腐蚀速度W每周期试样失重。每周期试样失重。A试样表面积试样表面积d试样密度试样密度LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学 T法和法和X法分别为国际通用的法分别为国际通用的B法和法和E法，试验法，试验条件严格，需要一定的专门装置，试验周期较条件严格，需要一定的专门装置，试验周期较长，因此一般常用长，因此一般常用C法进行试验。法进行试验。当用当用C法试验评定认为有问题时，进一步作法试验评定认为有问题时，进一步作T发或发或X法试验，并以法试验，并以T法和法和X法试验结果为准。法试验结果为准。对于

17、对于18-8钢焊接接头，由于母材一般已经过钢焊接接头，由于母材一般已经过晶间腐蚀试验评定合格，故可采用晶间腐蚀试验评定合格，故可采用C法与母材法与母材同时进行对比试验。同时进行对比试验。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学（一）试验步骤（一）试验步骤1、试样制备试样制备（1）从同一钢板上取材，按表从同一钢板上取材，按表1要求制备试样。要求制备试样。试样试样数量数量试样尺寸试样尺寸说明说明长长宽宽厚厚母材母材24060205沿轧制方向选取沿轧制方向选取单条焊单条焊缝缝24060205焊缝位于试样中部焊缝位于试样中

18、部交叉焊交叉焊缝缝44060305焊缝交叉点位于试样中部焊缝交叉点位于试样中部表1试样取样LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学（2）“中温敏化中温敏化”处理，加热至处理，加热至650700，保温，保温12小时。小时。（3）用砂轮或锉刀将试片进行表面加工，去掉棱角。）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）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。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）抛光试样表面，表面

19、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。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）将试样检验表面浸入10%草酸溶液，将试件接草酸溶液，将试件接电源电源“+”端，同时接通电路。电流密度按试样检验表端，同时接通电路。电流密度按试样检验表面积计算，为面积计算，为1 1A/cmA/cm2 2,试验溶液温度为试验溶液温度为20205050，试验，试验时间为时间为1.51.52 2minmin。（7 7）取出试样用水冲洗净，用酒精或丙酮擦净检验表取出试样用水冲洗净，用酒精或丙酮擦净检验表面，吹干。面，吹干。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁

20、石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学2 2、观察与评定观察与评定（1 1）用金相显微镜观察浸蚀表面，放大倍数为）用金相显微镜观察浸蚀表面，放大倍数为150150500500倍。倍。（2）焊接试样的浸蚀组织分为三级：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，见图间呈台阶状，焊缝金属铁素体被显现，见图b b所示所示 二级：近缝区或母材晶界有不连续腐蚀沟，晶界二级：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，见图局部变宽，或焊缝金属铁素体被腐蚀，见

21、图c c所示。所示。三级：近缝区或母材晶界有连续腐蚀沟，个别晶三级：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粒的晶界被腐蚀沟完全包围，或焊缝金属铁素体严重腐蚀。腐蚀。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学五、五、试验结果的整理与分析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组织示（一）根据金像观察画出焊接接头显微组织示意图。意图。（二）（二）分析焊接接头各区域显微组织特征。分析焊接接头各区域显微组织特征。（三）（三）焊接接头试样产生晶间腐蚀的部位，宽焊接接头试样产生晶间腐蚀的部位，宽度，组织特征及评定。度，组织特征及评定。（四）（四）分析该焊接接头试样产生晶间腐蚀的原分析该焊接接头试样产生晶间腐蚀的原因因。LNPULNPULNPU辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学六、六、思考题思考题（一）（一）1 1Cr18Ni9Cr18Ni9钢和钢和1 1Cr18Ni9TiCr18Ni9Ti钢在焊钢在焊接接头产生晶间腐蚀的机理上有何区别？接接头产生晶间腐蚀的机理上有何区别？（二）（二）在晶间腐蚀试验中，敏化处理的在晶间腐蚀试验中，敏化处理的作用是什么？作用是什么？