唐峰等

【摘 要】不銹鋼構(gòu)建是由制備具有抗腐蝕性質(zhì)的設(shè)備、機(jī)件而發(fā)展、成熟形成的金屬材料，在工農(nóng)行業(yè)得到了普及應(yīng)用。由于不銹鋼構(gòu)件在使用過(guò)程中時(shí)常接觸到腐蝕介質(zhì)，進(jìn)而出現(xiàn)多種形式的腐蝕問(wèn)題。據(jù)工業(yè)實(shí)例統(tǒng)計(jì)表明，應(yīng)力腐蝕破壞在所有不銹鋼濕態(tài)腐蝕破壞事例中比例最高，達(dá)到50%左右。文章主要闡述使用恒載核應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的方式以及對(duì)表面進(jìn)行顯微研究的方式來(lái)研究了在3.5%的Nacl水溶液中，0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼與焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂情況。

【關(guān)鍵詞】奧氏體不銹鋼 恒載荷應(yīng)力 斷裂形貌

奧氏體不銹鋼是一種在常溫環(huán)境下具有奧氏體組織的不銹鋼。在鋼材中包括Cr18%，Ni8-10%，C0.1%，形成了穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體不銹鋼不單單耐氧化性酸介質(zhì)腐蝕，同時(shí)，如果該鋼材中含有Mo、Cu元素還能夠耐硫酸、醋酸、尿素等物質(zhì)的腐蝕。高硅的奧氏體不銹鋼能夠耐高濃度的硝酸。由于奧氏體不銹鋼具有高強(qiáng)度的耐酸性，綜合性能優(yōu)越，因此在各行各業(yè)中得到了廣泛的普及應(yīng)用。

1 不銹鋼焊接接頭應(yīng)力腐蝕概述

由于不銹鋼的強(qiáng)度與彈性性質(zhì)導(dǎo)致其在飛機(jī)制造行業(yè)內(nèi)得到廣泛使用。在眾多種類(lèi)的不銹鋼中奧氏體不銹鋼是其中應(yīng)用范圍最廣的類(lèi)別[1]。奧氏體不銹鋼大約含有Cr18%，Ni8-10%，C0.1%，因此其嚴(yán)密的鈍化膜足以抵抗強(qiáng)烈的腐蝕。0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼是一種新型的超低碳高強(qiáng)度的奧氏體不銹鋼。其耐腐蝕性與優(yōu)越的力學(xué)性能十分適合運(yùn)用在航天行業(yè)中。不銹鋼構(gòu)件使用接觸腐蝕介質(zhì)常常會(huì)導(dǎo)致多種形式的腐蝕破壞。在不銹鋼的濕態(tài)腐蝕中，最為常見(jiàn)的破壞形式為應(yīng)力腐蝕斷裂。這種類(lèi)型斷裂破壞在不銹鋼濕態(tài)腐蝕破壞中占據(jù)了50%以上的比例。應(yīng)力腐蝕破裂往往會(huì)導(dǎo)致不銹鋼構(gòu)件與設(shè)計(jì)應(yīng)力相比耕地，在沒(méi)有任何明顯宏觀變形的情況下無(wú)預(yù)兆的迅速破裂，安全危害十分嚴(yán)重。

2 0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

本次實(shí)驗(yàn)對(duì)象為0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼，焊接工藝為T(mén)IG氬弧焊。使用的電極材料是1.5mm-3.2mm的鈰鎢絲。保護(hù)氣體為氬氣。Y型坡口形式為2.5mm的厚板材，V形缺口為70度。鈍邊厚度為0.5mm，無(wú)間隙。

2.2 恒載荷拉伸應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)的腐蝕簡(jiǎn)直為中性NaCl溶液，溶液比例為3.5%，溫度為35℃。試驗(yàn)對(duì)象的截取位置與式樣，中間為焊縫區(qū)。恒載荷拉伸應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)主要分為四個(gè)等級(jí)的應(yīng)力水平，分別為90%σ0.2，85%σ0.2，80%σ0.2，75%σ0.2。四種等級(jí)的應(yīng)力水平均使用三個(gè)平行式樣，試樣斷裂后將斷裂的時(shí)間記錄下來(lái)。如果持續(xù)實(shí)驗(yàn)了120號(hào)、仍然未出現(xiàn)斷裂，則將試樣放在拉伸實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行剩余強(qiáng)度測(cè)試[2]。

2.3 金相及斷口形貌分析

選擇0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的焊縫區(qū)、熱影響區(qū)與母材進(jìn)行試樣。分別選擇使用500#、800#、1000#、1200#、1500#金相砂紙打磨后進(jìn)行拋光處理。并且使用丙酮溶液超聲波震蕩來(lái)講表面油漬清除干凈[3]。隨后使用去離子水與酒精將試樣表面清理干凈后吹干。使用侵蝕劑顯晶在金相顯微鏡上進(jìn)行組織觀察。使用JSM5800掃描電鏡對(duì)試樣斷裂后去除腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行觀察 ，觀察其端口部分的形貌[4]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 金相組織分析

0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼母材顯微組織主要為奧氏體不銹鋼圍觀組織。其由等軸奧氏體晶粒組成，同時(shí)具有一定的孿晶結(jié)構(gòu)。0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭的熱影響區(qū)域較小，并且該區(qū)域的晶粒與母材相對(duì)比來(lái)說(shuō)變化不夠明顯。0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的焊縫區(qū)主要是由柱狀晶體構(gòu)成，晶粒體積較小。一次枝晶方向明顯，部分柱狀晶上可見(jiàn)二次枝晶[5]。

3.2 恒載荷拉伸應(yīng)力腐蝕

在經(jīng)過(guò)焊接后的0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼氣強(qiáng)度、延伸率與斷面收縮率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此可以看出焊接使得0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能降低。在實(shí)驗(yàn)中，0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼在3.5%的NaCl溶液中開(kāi)展四個(gè)等級(jí)的應(yīng)力水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果接觸，伴隨著應(yīng)力水平下降，剩余強(qiáng)度不斷增加，強(qiáng)度所損失的比例也不斷減少。造成這種現(xiàn)象的主要原因就是腐蝕介質(zhì)中應(yīng)力減少使得裂紋產(chǎn)生的時(shí)間延后。在后期進(jìn)行的拉伸試驗(yàn)中對(duì)其剩余強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，則會(huì)導(dǎo)致剩余強(qiáng)度上升，但仍低于原始強(qiáng)度。在同等的應(yīng)力水平拉伸下，0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼強(qiáng)度損失相對(duì)于焊接接頭更大，這說(shuō)明0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭的抗應(yīng)力腐蝕性能與母材相對(duì)比更加優(yōu)越。

3.3 斷口形貌分析

0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼母材與焊接接頭的沒(méi)有腐蝕的原始試樣打磨后在放置于拉伸試驗(yàn)機(jī)上拉斷，兩種試樣原始試樣均為韌性斷裂。掃描電鏡中看出兩者為韌窩斷裂，韌窩的深淺與材料塑性有著直接的聯(lián)系。0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼母材的韌窩更深，其母材與焊接后相比韌性更佳。

4 討論

0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的焊縫區(qū)主要是由柱狀晶體構(gòu)成，晶粒體積較小。一次枝晶方向明顯，部分柱狀晶上可見(jiàn)二次枝晶。0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭的抗應(yīng)力腐蝕性能與母材相對(duì)比更加優(yōu)越。0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼母材的韌窩更深，其母材與焊接后相比韌性更佳。

參考文獻(xiàn)：

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