王慧娟

摘 要：奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能，但是在氯離子環(huán)境中的點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕一直未得到徹底解決，尤其是成形加工后的焊接接頭。本文對(duì)304和316L焊接接頭在不同塑性變形后的點(diǎn)腐蝕電位進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性研究，從而得出結(jié)論：奧氏體不銹鋼焊接接頭點(diǎn)腐蝕電位順序?yàn)闊嵊绊憛^(qū)<焊縫<母材，即熱影響區(qū)是最薄弱位置。在9%塑性變形范圍內(nèi)，隨著變形的增加，點(diǎn)腐蝕電位逐漸降低。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼;焊接接頭;塑性變形;形變馬氏體;點(diǎn)腐蝕電位

一、問(wèn)題的提出

奧氏體不銹鋼具有良好的塑性，因此常冷成型加工成杯狀、盤狀等餐具以及壓力容器封頭、膨脹節(jié)、波形補(bǔ)償器等，并且隨著變形的增大，塑性強(qiáng)度逐漸提高，利用其塑韌性好、耐低溫、變形強(qiáng)化的特性，可以制造應(yīng)變強(qiáng)化低溫液體壓力容器內(nèi)膽[1]。但是隨著塑性變形的增大，奧氏體會(huì)產(chǎn)生形變馬氏體[2]，從而其機(jī)械性能、耐腐蝕性發(fā)生變化[3]，并由此引發(fā)了多起壓力容器冷成型封頭開裂損傷[4][5]。奧氏體不銹鋼在氯離子環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕研究已經(jīng)比較豐富，并且曾有部分學(xué)者做過(guò)馬氏體相變對(duì)304不銹鋼點(diǎn)蝕影響的研究[6]，但是尚未發(fā)現(xiàn)與焊接接頭有關(guān)馬氏體相變對(duì)點(diǎn)蝕影響的研究。

二、實(shí)驗(yàn)試件制備

使用6mm厚的304和316L材料采用氬弧焊打底、焊條焊蓋面的方法焊接試件，焊接時(shí)通過(guò)預(yù)變形手段，控制焊后試板的平直。焊后采用線切割并機(jī)加工成符合《金屬材料拉伸試驗(yàn)》（GB/T 228）寬度為20mm的標(biāo)準(zhǔn)矩形拉伸試樣，然后在拉伸機(jī)上常溫拉伸，采用引伸計(jì)標(biāo)記段內(nèi)的平均應(yīng)變控制拉伸終點(diǎn)，制作出塑性應(yīng)變后的拉伸試件。用線切割、機(jī)加工和研磨加工出符合《不銹鋼點(diǎn)蝕電位測(cè)量方法》（GB/T 17899）的實(shí)驗(yàn)試樣，每種應(yīng)變率加工出母材、熱影響區(qū)和焊縫各3個(gè)平行試樣，其中熱影響區(qū)制作成5mm×20mm尺寸，母材和焊縫制作成10mm×10mm尺寸，按照標(biāo)準(zhǔn)要求制作引線、絕緣，并鈍化、去鈍化。

考慮到低溫液體壓力容器內(nèi)膽應(yīng)變強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大平均應(yīng)變要求控制在9%或10%以內(nèi)[1][8]，塑性應(yīng)變率選擇0、3%、6%、9%。

三、實(shí)驗(yàn)方法

按照《不銹鋼點(diǎn)蝕電位測(cè)量方法》（GB/T 17899）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑，采用3.5%氯化鈉溶液，實(shí)驗(yàn)溫度為30℃±1℃，驗(yàn)開始前向溶液中通入N2進(jìn)行預(yù)除氧，時(shí)間為30分鐘，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持通氣速度約0.25L/min。以陽(yáng)極極化曲線上對(duì)應(yīng)于100μA/cm2的電位作為點(diǎn)蝕電位。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

取3個(gè)平行試樣的算術(shù)平均值，304材料隨塑性變形的點(diǎn)蝕點(diǎn)位測(cè)試結(jié)果如表1所示，316L材料隨塑性變形的點(diǎn)蝕點(diǎn)位測(cè)試結(jié)果如表2所示。

五、結(jié)果分析

對(duì)照表1和表2的數(shù)據(jù)，兩種材料點(diǎn)蝕電位隨變形量的變化趨勢(shì)。

從以上數(shù)據(jù)對(duì)比和變化趨勢(shì)可以看出：

（1）焊接接頭點(diǎn)腐蝕電位由高到低的順序?yàn)椋耗覆摹⒑缚p、熱影響區(qū)，說(shuō)明熱影響區(qū)的點(diǎn)腐蝕敏感性最高。

（2）母材、焊縫和熱影響區(qū)點(diǎn)蝕電位均隨著變形量增加而降低，其中熱影響區(qū)的降低幅度最大，316L點(diǎn)蝕電位降低的幅度低于304。

（3）304的點(diǎn)腐蝕電位低于316L電位。

奧氏體不銹鋼在常溫下處于亞穩(wěn)態(tài)，隨著變形量在一定范圍內(nèi)的增加，形變誘導(dǎo)馬氏體相的含量逐漸增多，馬氏體相的存在增強(qiáng)了材料的電化學(xué)活性，既減小了點(diǎn)蝕發(fā)展過(guò)程中鈍化膜孔隙內(nèi)的歐姆電阻，又減小了孔隙內(nèi)的反應(yīng)極化電阻，從而促進(jìn)了點(diǎn)蝕發(fā)展，點(diǎn)蝕優(yōu)先在馬氏體/奧氏體的相界上形核，鉬、鎳、氮、碳等是降低形變馬氏體的元素[3][7]，這是316L點(diǎn)腐蝕電位高于304的重要因素。

六、結(jié)論

鑒于變形會(huì)降低奧氏體不銹鋼抗點(diǎn)腐蝕性能，因此對(duì)制造過(guò)程中產(chǎn)生較大變形的部位，如冷成型封頭直邊段和過(guò)渡段、應(yīng)變強(qiáng)化容器的中間筒節(jié)和接管部位，尤其是其焊縫熱影響區(qū)部位，應(yīng)加強(qiáng)酸洗鈍化，并進(jìn)行拋光，以減少點(diǎn)腐蝕源。對(duì)腐蝕敏感環(huán)境應(yīng)采用316L或其他抗環(huán)境損傷性能更好的材料。

參考文獻(xiàn)

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