至德鋼業(yè)雙相不銹鋼管焊接接頭點(diǎn)蝕性能分析
學(xué)者們普遍認為雙相不銹鋼管的點(diǎn)蝕一般經(jīng)歷了點(diǎn)蝕小孔的形核以及接下來(lái)的小孔逐漸長(cháng)大兩個(gè)階段,同時(shí)對于點(diǎn)蝕形成的機制的理論較多,但是普遍被接受的是鈍化吸附置換理論,點(diǎn)蝕小孔形成的內部反應機制如圖所示。一般認為點(diǎn)蝕小孔的形成是由介質(zhì)中的氯離子和氧氣的吸附能力的強弱所引起的,當被腐蝕金屬表面原來(lái)存留的氧氣的吸附能力比介質(zhì)中的氯離子弱時(shí),氯離子會(huì )置換金屬表面的氧氣,進(jìn)而會(huì )導致點(diǎn)蝕小孔的形成。當雙相不銹鋼管中鐵素體相與奧氏體相的兩相電位均低于鈍化電位時(shí),雙相不銹鋼管件表面就會(huì )發(fā)生鈍化現象形成鈍化膜,但是形成的鈍化膜在雙相不銹鋼管件表面上分布不是特別均勻的。因而在局部比較脆弱的鈍化膜區域,介質(zhì)中的氯離子會(huì )置換氧氣進(jìn)而吸附在金屬的表面并與金屬反應,最后留下細小點(diǎn)狀的腐蝕坑。同時(shí)在氯離子和氧氣的競相吸附過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生氯離子的絡(luò )合離子,這種離子會(huì )破壞金屬表面的鈍化膜,而且這種絡(luò )合物溶于水中又會(huì )重新形成氯離子和鉻離子。
點(diǎn)蝕小孔形成后進(jìn)入長(cháng)大的階段,在金屬局部范圍的陽(yáng)極上因氯離子的吸附而溶解形成的Fe2+、Cr3+、Ni2+等離子會(huì )與水中的OH-離子結合進(jìn)而形成H+離子,這樣會(huì )導致腐蝕小孔中溶液的PH值下降,從而進(jìn)一步加劇了與金屬的反應使金屬溶解;為了保證腐蝕小孔內的電荷平衡,介質(zhì)中的氯離子又會(huì )進(jìn)入小孔與吸附于金屬表面而繼續溶解金屬,從而生成的高濃度的金屬氯化物會(huì )導致H+離子的活度增強,并且阻礙了腐蝕小孔重新生成鈍化膜,另外由于腐蝕生成的金屬的氫氧化物的沉淀會(huì )堵塞腐蝕小孔,阻礙了腐蝕小孔內的腐蝕溶液稀釋?zhuān)M(jìn)而也會(huì )促進(jìn)腐蝕小孔繼續向金屬內部生長(cháng)。
關(guān)于雙相不銹鋼管點(diǎn)蝕性能的影響因素主要分為材料本身的因素和環(huán)境介質(zhì)的因素,具體的主要因素如下:
一、合金元素的影響
鉻元素能夠使雙相不銹鋼管更容易發(fā)生鈍化;鉬元素則能夠提升金屬表面鈍化膜的穩定性;適量的鎳含量能夠通過(guò)控制組織來(lái)提高耐點(diǎn)蝕性能;氮元素可以阻礙點(diǎn)蝕小孔內的PH值下降,提前鈍化小孔,另外氮元素還能夠保持金屬表面鈍化膜的均一性來(lái)提高耐點(diǎn)蝕性能,氮元素也能夠降低金屬陽(yáng)極的溶解速率。
二、雙相不銹鋼管中兩相比例的影響
通過(guò)大量的實(shí)驗證明奧氏體相的耐點(diǎn)蝕當量PRE一般都要高于鐵素體的耐點(diǎn)蝕當量PRE,但是相比例對點(diǎn)蝕性能的影響本質(zhì)上還是兩相內合金元素變化的影響
三、析出相的影響
通常情況下金屬間相σ沉淀相的析出會(huì )對雙相不銹鋼管的耐點(diǎn)蝕性能產(chǎn)生極大的影響,σ沉淀相一般會(huì )作為點(diǎn)蝕的敏感點(diǎn)而發(fā)生點(diǎn)蝕,形成小孔。
四、夾雜物的影響
非金屬夾雜物同金屬間相σ沉淀相類(lèi)似會(huì )影響雙相不銹鋼管件的耐點(diǎn)蝕性能,通常情況下夾雜物的區域也是點(diǎn)蝕小孔形成的敏感位置。根據ASTM A923-08(C法)標準,對雙相不銹鋼管件焊接接頭試樣進(jìn)行FeCl3點(diǎn)蝕性能實(shí)驗,采用平均腐蝕速率來(lái)衡量試樣的點(diǎn)蝕程度。在不同焊接工藝、焊接保護氣體、焊接線(xiàn)能量的所得的焊接接頭的點(diǎn)蝕腐蝕速率分別見(jiàn)表。
從表中可以看出,腐蝕試樣1-3的腐蝕速率最大,說(shuō)明了采用MMA焊的焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能較差,而采用TIG焊的焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能則相對于電弧焊的焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能有較大幅度的提升。產(chǎn)生這種現象主要是由于焊接接頭中的奧氏體與鐵素體兩相比例影響的,由于MMA焊的焊接接頭中的奧氏體相的比例較小,導致焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能下降;而TIG焊的焊接接頭中奧氏體的相比例的得到了提升,進(jìn)而也提升了焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能。
從表中可以發(fā)現,試樣A-1到A-4的腐蝕速率逐漸降低,說(shuō)明隨著(zhù)保護氣中氮含量的逐漸升高,雙相不銹鋼管焊接接頭在三氯化鐵溶液中的耐點(diǎn)蝕性能逐漸升高,焊接接頭試樣的表面沒(méi)有發(fā)現明顯的點(diǎn)蝕坑形貌,并且幾種試樣的腐蝕速率都要遠小于標準要求的腐蝕速率,說(shuō)明采用不同保護氣成分的雙相不銹鋼管的焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能良好,能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)際要求。
經(jīng)分析認為:隨著(zhù)保護氣中氮含量的逐漸升高,雙相不銹鋼管焊接接頭的點(diǎn)蝕的腐蝕速率逐漸下降主要是因為:氮元素的作用使奧氏體相的含量增加,進(jìn)而提高了雙相不銹鋼管件焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能。另外經(jīng)過(guò)大量的研究證明,適量的鎳含量能夠通過(guò)控制組織來(lái)提高耐點(diǎn)蝕性能;氮元素可以阻礙點(diǎn)蝕小孔內的PH值下降,提前鈍化小孔,另外氮元素還能夠保持金屬表面鈍化膜的均一性來(lái)提高耐點(diǎn)蝕性能,氮元素也能夠降低金屬陽(yáng)極的溶解速率。以上的多重作用最終提高了雙相不銹鋼管件焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能。
對于試樣B-1到B-3的腐蝕速率可以看出,隨著(zhù)焊接線(xiàn)能量的增加對應焊接接頭的腐蝕速率變化不大。分析產(chǎn)生這種原因,可能是當雙相不銹鋼管焊接接頭組織中奧氏體相比例達到一定程度后,接頭的耐點(diǎn)蝕性能與奧氏體相比例的關(guān)系減弱,同樣雙相不銹鋼管件組織中的晶粒度對其耐點(diǎn)蝕性能也會(huì )產(chǎn)生影響,從而當奧氏體相增多時(shí)焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能也基本保持恒定。此外雙相不銹鋼管的耐點(diǎn)蝕性能還與接頭組織中的鐵素體與奧氏體兩相中的合金成分也有一定關(guān)系。
本文標簽:雙相不銹鋼管
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