晶间腐蚀的防止和消除.ppt
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1、核电设备奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验2014.06上海核工程研究设计院1什么叫晶间腐蚀2晶间腐蚀的防止和消除3常见晶间腐蚀试验方法4问题交流与探讨目录目录一、晶间腐蚀的机理一、晶间腐蚀的机理 晶间腐蚀是一种由微电池作用而引起的局部腐蚀现象,是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界产生的腐蚀。这种腐蚀主要是从表面开始,沿着晶界向内部发展,直至成为溃疡式腐蚀,整个金属强度几乎完全丧失。其腐蚀特征是,在表面还看不出腐蚀特征时,晶粒之间已丧失了结合力,失去金属声音,严重时,只要轻轻敲打就可破碎,甚至形成粉状。因此,它是一种危害性很大的局部腐蚀。晶间腐蚀定义晶间腐蚀定义晶间腐蚀定义晶间腐蚀定义一、
2、晶间腐蚀的机理一、晶间腐蚀的机理1)晶间区偏析杂质或第二相选择性溶解理论 非敏化态晶间腐蚀机理主要是晶间区偏析杂质或第二相选择性溶解理论。该理论认为,偏析于晶界上的杂质元素(如P和Si)或沉淀析出相(如相或亚显微的相)的选择性溶解是引起晶间腐蚀的原因。2)贫贫Cr理论理论 奥氏体不锈钢敏化态晶间腐蚀的机理主要是贫Cr理论。晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理一、晶间腐蚀的机理一、晶间腐蚀的机理贫Cr理论 对奥氏体不锈钢而言其晶间腐蚀的原因是由于晶界区贫铬晶界区贫铬所引起的。含碳量高于0.02%的奥氏体不锈钢中,碳与铬能生成碳化物(Cr23C6)。这些碳化物经过高温淬火,以固溶态溶于
3、奥氏体中,铬均匀分布,使合金各部分铬含量均在钝化所需值即12%以上。这种过饱和固溶体在室温下虽然暂时保持这种状态,但它是不稳定的。如果加热到敏化温度范围内,碳化物就会沿晶界析出,铬便从晶界边界的固溶体中分离出来。由于铬的扩散速度很慢,远低于碳的扩散速度,不能从晶粒内固溶体中扩充到晶界,因而只能消耗晶界附近的铬,造成晶粒边界贫铬区晶粒边界贫铬区。晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理一、晶间腐蚀的机理一、晶间腐蚀的机理贫Cr理论 贫铬区的含铬量远低于钝化所需要的极限值,其电位比晶粒内部的电位低。更低于碳化物的电位。贫铬区和碳化物紧密相连,当遇到一定腐蚀介质时就会发生短路电池效应。该情况
4、下碳化铬和晶粒呈阴极,贫铬区呈阳极,迅速被侵蚀。晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理晶间腐蚀机理二、晶间腐蚀的防止和消除二、晶间腐蚀的防止和消除加热温度和加热时间对奥氏体不锈钢晶间腐蚀的影响,如图1 所示。当加热温度小于450或大于850时,不会产生晶间腐蚀。因为温度小于450时,由于温度较低,不会形成碳化铬。当温度超过850时,晶粒内的铬扩散能力增强,有足够的铬扩散至晶界和碳化合,不会在晶界形成“贫铬区”。所以产生晶间腐蚀的加热温度是在450 850,这个温度区间就称为产生晶间腐蚀的”危险温度区”(又称”敏化温度区”),其中尤以650最危险。焊接时焊缝两侧处于”危险温度区”的地带最易发生晶间
5、腐蚀。即使是焊缝由于在冷却过程中其温度也要穿过”危险温度区”,所以也会产生晶间腐蚀。控制加热温度和时间控制加热温度和时间控制加热温度和时间控制加热温度和时间二、晶间腐蚀的防止和消除二、晶间腐蚀的防止和消除 控制加热温度和时间控制加热温度和时间控制加热温度和时间控制加热温度和时间二、晶间腐蚀的防止和消除二、晶间腐蚀的防止和消除随着不锈钢中含碳量的增加,在晶界生成的碳化铬随之增多,结果就使得在晶界形成“贫铬区“的机会增多,导致产生晶间腐蚀的倾向增加,所以碳是晶间腐蚀最有害的元素。一般认为奥氏体不锈钢中含碳量降低到0.020.03%以下,便可避免晶间腐蚀。控制含碳量控制含碳量控制含碳量控制含碳量二、
6、晶间腐蚀的防止和消除二、晶间腐蚀的防止和消除在钢材和焊接材料中加入Ti、Nb 等与碳的结合能力比铬更强的元素,能够与碳结 合成稳定的碳化物,可以避免在奥氏体晶界形成贫铬区。所以,常用奥氏体不锈钢及焊接材料中都含有Ti 或Nb 元素,如ER347等。二、晶间腐蚀的防止和消除二、晶间腐蚀的防止和消除焊后,将奥氏体不锈钢的焊接接头重新加热至10501100,此时碳又重新溶入奥氏体中,然后急速冷却,便可得到稳定的奥氏体组织,消除贫铬区。这种方法叫固溶处理。固溶处理的缺点是,如果焊接接头需要在危险的温度区工作,则仍不可避免地会形成贫铬区。进行固溶处理进行固溶处理进行固溶处理进行固溶处理二、晶间腐蚀的防止
7、和消除二、晶间腐蚀的防止和消除焊后,将奥氏体不锈钢的焊接接头重新加热至850900,保温2 h,使奥氏体晶粒内部的铬有充分时间扩散到晶界,使晶界处的含铬量又恢复到大于12%(质量分数),贫铬区得以消失,这叫均匀化处理。进行均匀化处理进行均匀化处理进行均匀化处理进行均匀化处理二、晶间腐蚀的防止和消除二、晶间腐蚀的防止和消除在相同碳含量时,含有5%的铁素体组织的奥氏体不锈钢将明显改善其乃晶间腐蚀性能。铁素体含量的影响铁素体含量的影响铁素体含量的影响铁素体含量的影响三、晶间腐蚀试验方法三、晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计
8、中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法(a)GB/T 4334 E法不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法(b)ASTM A262 E法 CopperCopper SulfateSulfuric Acid Test for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steels(c)RCC-M-2007 MC1300 Accelerated Intergranular Corrosion Test of Austenitic Stainless 18-10
9、Chromium Nickel Steel三、晶间腐蚀试验方法三、晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法标准号ASTM A262EGB/T4334 ERCC-M MC1300试样尺寸5-13厚,9-25宽,最 小75mm长80-100长,20mm厚,3-4mm厚长宽厚 70104mm试样数量:3个,1个参考试样,1个焊后热处理态试样(若产品需要焊后热处理态),1个经敏化处理后的试样;敏化温度675650700敏化时间1h2h加热至700,加热
10、时间不 超 过 5min,保 温30min后,缓慢随炉冷却(60/h)至后,空冷腐蚀介质将硫酸铜(CuSO45H2O)溶解于700ml蒸馏水中,再加入 100ml硫 酸(比 重1.84),用蒸馏水稀释至1000ml(质量百分比:约 6%无 水 硫 酸 铜,16%硫酸)将硫酸铜(CuSO45H2O)(GB/T 665 分析纯)溶解于700ml蒸馏水或去离子水中,再加入100ml纯硫酸(GB/T 625 优级),用蒸馏水或去离子水稀释至1000ml质量百分比:10%结晶硫酸铜,10%硫酸(密度1.83),80%蒸馏水三、晶间腐蚀试验方法三、晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方
11、法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法标准号ASTM A262EGB/T4334 ERCC-M MC1300腐蚀时间15h16h24h压头直径等于试样厚度如果双方达成一致,弯 曲 半 径 不 小 于ASME第IX卷的要求,且当试样厚度4.76时,弯曲半径为试样厚度的两倍5mm2倍试样厚度合格标准弯曲180,弯曲试样在5-20倍下,观测到外表面有裂纹,则存在晶间腐蚀;若存在疑问,则由金相法辅助提供判定依据。弯曲180,弯曲后的试样在10倍放大镜下观察弯曲试样外表面有无因晶间腐蚀而产生的裂纹;从试样的弯
12、曲部位棱角产生的裂纹以及不伴有裂纹的滑移线、皱纹和表面粗糙等都不能认为是晶间腐蚀而产生的裂纹;试样不能进行弯曲评定或弯曲的裂纹难以判定时.则采用金相法,允许的晶间腐蚀深度由供需双方协商确定与钢表面敲击,有清脆的金属敲击声弯曲90,无裂纹;若开裂,开裂边缘没有晶间腐蚀迹象。微观金相:作为上述两试验的补充,在上述两试验存在争议时,提供判定依据三、晶间腐蚀试验方法三、晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法核电设计中常用的奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验方法标准敏化处理条件适用范围RCC-M MC 1
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