奥氏体不锈钢的均匀化处理和稳定化处理
http://www.weld21.com 2021-02-07 14:19 来源:錘鍜

  题记:
  问:
  《奥氏体不锈钢晶间腐蚀的机理,控制和试验》文章中的均匀化热处理,与我们常说的稳定化热处理是一回事吗?

  答:
  均匀化处理是指奥氏体晶粒内部的铬扩散到晶界,以恢复晶间的贫铬区。
  稳定化处理特指含稳定元素(钛,铌和钽)的铬镍奥氏体不锈钢。

  正文:
  奥氏体不锈钢晶间腐蚀:
  奥氏体不锈钢在焊接等热加工过程中如未采取良好的控制措施,其受热部位在之后可能出现3种腐蚀现象:晶间腐蚀,应力腐蚀,整体腐蚀。其中晶间腐蚀可在焊缝,熔合线及热影响区出现。晶间腐蚀发生在沿晶界向金属内部深入形成脆弱的结合面,使金属几乎丧失强度,在低应力条件下即可快速失效。在晶间腐蚀导致金属失效的过程中,金属的表面仍保持原有外观形貌而不易被察觉。由此,晶间腐蚀被认为是一种危险性大的破坏形式。
  晶间腐蚀产生的原理现有公认的贫铬理论可以进行解释:不锈钢在高温状态下,晶粒边界析出碳化铬、氮化铬、西格玛相和铬的化合物。这些高于不锈钢平均铬含量的高铬相导致晶粒外缘临接区域的铬含量下降,称为贫铬区。在之后当接触到具有导致不锈钢晶间腐蚀能力的介质时,贫铬区溶解速度大于晶粒本身。不锈钢贫铬区是不锈钢产生晶间腐蚀的重要原因之一。

  两种处理方式描述:
  均匀化处理。将焊接完成的奥氏体不锈钢加热至850℃至900℃之间进行数小时的保温,使奥氏体晶粒内部的铬有充分时间向晶间进行扩散,对晶界的原贫铬区进行补充铬恢复此区域的耐腐蚀性能。
  稳定处理。当金属中存在比铬更易于与碳结合的元素时,这些元素优先与碳形成的稳定碳化物,则对不锈钢晶间的贫铬现象进行改善,如:钛,铌和钽。但稳定元素在特定条件下仍可能无法完全避免贫铬区域的形成。以钛为例,当温度升高时,碳化钛也会进行溶解,从而导致钛对碳的稳定作用降低甚至消失。在随后的冷却过程中,碳原子由于相较于钛原子体积更小,所以碳原子的扩散速度高于钛。发生在热影响区的此类现象被称作刀蚀,刀蚀可以通过将焊接接头温度再次加热到约870℃来进行消除。在此温度下,钛、铌和钽优先于铬形成碳化物,此工艺被称作稳定热处理。

  作者夜半酒醒,铁马冰河入梦来,瞎说型举例描述:
  均匀化处理:随着战事规模扩大(温度升高),我方前线的关羽步兵部队(晶体外缘的铬)和敌方吕蒙部队(扩散碳)交锋,双方打在一处战事焦灼(形成碳化铬),造成原阵地(晶体边界处)防御空虚(贫铬)。曹操(腐蚀介质)虎视眈眈。我方派出和关羽部队配置相同的张飞步兵部队(原晶体内的铬)上前线进行战斗力补充。关张的两队步兵汇合一起,东战吕蒙,北据曹操。
  稳定化处理:随着战事规模扩大(温度升高),我方前线的关羽步兵部队(晶体外缘的铬)和敌方吕蒙部队(扩散碳)交锋,双方打在一处战事焦灼(形成碳化铬),造成原阵地(晶体边界处)防御空虚(贫铬)。曹操(腐蚀介质)虎视眈眈。我方派出和关羽部队配置不相同的赵云骑兵部队(稳定元素如钛,铌和钽)上前线对敌方吕蒙部队进行牵制,把关羽部队替回来驻守阵地(钛或铌或钽冲上去搞定碳,优先于铬与碳结合结合成为碳化钛或碳化铌或碳化钽,使晶体边界处的铬含量得以保持),赵云领骑兵东战吕蒙,关羽领步兵北拒曹操。

  结束语:
  晶间腐蚀作为一种相对在外观条件不易发现且会造成突然失效的严重腐蚀,其形成的机理与结构设计,材料选用,冷热加工,使用管理和维护保养等多方面因素有关。合理的应用考虑以及适当的试验验证可有效的减少此失效的发生。

  錘鍜注:
  避免或改善晶间腐蚀的方法如成分控制,工艺控制,相体控制等,本文未进行相关描述。
  常用处理方式如固溶处理等,本文未进行相关描述。
  由于钽和钴可以被激发具备放射性,在核工业中此类元素被限制使用。
  碳化铬析出导致的区域贫铬不一定进一步导致加速腐蚀,取决于腐蚀介质类型。
  “Nb”是Niobium的缩写,“Cb”是columbium的缩写。“铌”又称“钶”,指同一个元素。


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