舒欣欣 ，徐連勇，韓永典，馬 麗，張劍利

(1.海洋石油工程股份有限公司 建造公司焊接試驗(yàn)室，天津 300452；2.天津大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072)

0 前言

自20世紀(jì)初不銹鋼發(fā)明以來，以其獨(dú)特的耐腐蝕性能，在現(xiàn)代工業(yè)和科技進(jìn)步中發(fā)揮著舉足輕重的作用。其中，奧氏體不銹鋼以其良好的耐腐蝕性能、優(yōu)異的綜合力學(xué)性能、工藝性能和可焊性，約占不銹鋼總產(chǎn)量的70%。故研究其抗腐蝕性能具有重要的實(shí)際意義[1]。

316L不銹鋼屬于高合金鋼，含有大量的合金元素[2]。不銹鋼焊接一般采用傳統(tǒng)的TIG焊接方法。但TIG焊接不銹鋼有以下缺點(diǎn)：（1）焊接耗時(shí)長(zhǎng)，工序復(fù)雜。不銹鋼管兩端要封堵，管道內(nèi)部充氬氣，當(dāng)測(cè)定內(nèi)部氬氣濃度達(dá)到指定濃度時(shí)才能進(jìn)行焊接，且管道越長(zhǎng)，充氬氣耗費(fèi)時(shí)間越長(zhǎng)；（2）需要各種檢測(cè)儀器和輔助人員。為此，需要開發(fā)一種可避免此類問題的工藝。而不銹鋼鎢極氬弧焊背部免充氣保護(hù)焊接工藝能夠免去背部充氬過程，大幅提高焊接生產(chǎn)效率。

將不銹鋼置于500℃～800℃的溫度區(qū)間時(shí)會(huì)發(fā)生敏化現(xiàn)象。敏化處理的結(jié)果導(dǎo)致奧氏體晶界中Cr23C6大量析出。Cr23C6中Cr含量大大超過奧氏體基體中的Cr含量，造成晶界處的Cr含量顯著下降，從而降低不銹鋼的耐腐蝕性[3]。

按照ASTM A262的標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)對(duì)316L不銹鋼焊接接頭進(jìn)行刻蝕和晶間腐蝕試驗(yàn)研究，通過試驗(yàn)評(píng)定不銹鋼鎢極氬弧焊背部免充氣保護(hù)焊接工藝。

1 試驗(yàn)方法

1.1 焊接材料及工藝

試驗(yàn)?zāi)覆倪x用ASTM A312 TP316L奧氏體不銹鋼，焊接工藝為鎢極氬弧焊背部免充氣保護(hù)焊。打底焊材為TG-X316L（KOBELCO）焊絲，填充蓋面焊材選用 TGS-316L（TIENTAI）焊絲。焊接完成后，在OLYMPUS-GX51金相顯微鏡上對(duì)316L不銹鋼焊接接頭進(jìn)行顯微組織分析。

1.2 刻蝕試驗(yàn)

晶間腐蝕試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)ASTM A262-A進(jìn)行。

將試樣切割成15mm×50mm試件，經(jīng)過機(jī)加工和研磨處理，去除所有毛刺。對(duì)根部焊縫進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、拋光處理后，用酒精清洗吹干放入干燥箱備用。

稱取100 g草酸溶解到900 ml水中，在磁力攪拌器下充分溶解，配制成所需溶液。以直流恒電流源作為電源，試樣為陽(yáng)極，不銹鋼燒杯為陰極，電解液為草酸溶液?？涛g試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行，電流密度1 A/cm2，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間90 s。試驗(yàn)結(jié)束后將試樣在熱水下沖洗，采用酒精超聲沖洗防止刻蝕表面在干燥過程中發(fā)生草酸結(jié)晶。

1.3 晶間腐蝕試驗(yàn)

晶間腐蝕試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)ASTM A262-E進(jìn)行。

（1）試樣制備。試樣尺寸 70mm×25mm×10mm，將試樣的各表面水磨至400號(hào)砂紙充分除銹，然后用酒精浸泡超聲波清洗，烘干。

（2）試樣的鈍化和敏化處理。清洗后在空氣中鈍化24 h。

（3）試驗(yàn)溶液。將 100 g CuSO4、5H2O溶在 700ml蒸餾水中(用磁力攪拌器攪拌至全部溶解)，然后加入100ml H2SO4，最后將溶液稀釋至 1000 ml。

（4）試驗(yàn)過程。在錐形瓶底部放上銅片，然后放入試樣，試樣表面用銅屑蓋住，注入溶液（完全浸沒試樣），并使溶液體積和試樣表面積比值至少8ml/cm2，裝上回流冷凝器，然后通入冷卻水，加熱至微沸并保持24 h后取出試樣，洗凈、烘干。進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。

（5）彎曲試驗(yàn)。在萬能壓力機(jī)上對(duì)晶間腐蝕試樣進(jìn)行背彎試驗(yàn)，以檢驗(yàn)根部焊道，彎曲角度180°。

（6）實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)定。彎曲后在20倍顯微鏡下對(duì)接頭進(jìn)行宏觀檢查。

2 結(jié)果和討論

2.1 316L焊縫顯微組織分析

圖1為不銹鋼焊接接頭的顯微組織照片。

圖1 316L不銹鋼焊接接頭金相顯微組織

從圖1中可以看出316L母材為單相奧氏體組織；由圖1b可知，316L HAZ的顯微組織靠母材一側(cè)為粗大的奧氏體晶粒，靠焊縫一側(cè)為奧氏體基體上分布著鐵素體；由圖1c可知，316L根部焊縫的顯微組織為奧氏體基體上分布著鐵素體(等軸晶奧氏體+樹枝晶奧氏體+少量鐵素體)。這是因?yàn)楹覆腡GS-309L中Cr、Ni含量高，并且通過C、Mn元素的固溶強(qiáng)化，所以焊縫凝固后保留了較多的奧氏體和少量鐵素體。

2.2 刻蝕試驗(yàn)結(jié)果和分析

刻蝕試驗(yàn)后焊接接頭各區(qū)域的金相顯微組織如圖2所示。對(duì)比金相圖與標(biāo)準(zhǔn)中的各位置金相圖譜，母材刻蝕形貌可以接受，熱影響區(qū)刻蝕形貌不可接受（溝槽連成一片），焊縫處刻蝕形貌不可接受（溝槽連成一片）。所以刻蝕結(jié)果不能接受，需要繼續(xù)進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。

2.3 晶間腐蝕試驗(yàn)

晶間腐蝕試驗(yàn)后經(jīng)彎曲試驗(yàn)，焊接接頭各區(qū)域的形貌如圖3所示。焊接接頭各區(qū)均未發(fā)生開裂現(xiàn)象，說明背部免充氬焊接工藝是成功的。

圖2 焊接接頭刻蝕試驗(yàn)后各區(qū)的金相顯微組織

3 結(jié)論

（1）鎢極氬弧焊背部免充氣保護(hù)焊接接頭316L母材為單相奧氏體組織；HAZ靠母材一側(cè)的顯微組織為粗大的奧氏體晶粒，靠焊縫一側(cè)為奧氏體基體上分布著鐵素體；根部焊縫的顯微組織為奧氏體基體上分布著鐵素體。

圖3 焊接接頭晶間腐蝕試驗(yàn)后經(jīng)彎曲試驗(yàn)各區(qū)的金相顯微組織

(2)經(jīng)過刻蝕試驗(yàn)后的金相組織觀察，母材刻蝕形貌可接受，熱影響區(qū)刻蝕形貌不可接受（溝槽連成一片），焊縫處刻蝕形貌不可接受（溝槽連成一片）。所以刻蝕結(jié)果不能接受，需要繼續(xù)進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。

(3)晶間腐蝕試驗(yàn)后經(jīng)彎曲試驗(yàn)，焊接接頭各區(qū)域均未發(fā)生開裂現(xiàn)象，說明背部免充氬焊接工藝是成功的。

[1]屈興勝，林 成，劉志林.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，27(1)：45-47.

[2]王玲玲，丁 毅，馬立群.316L不銹鋼酸洗工藝及耐點(diǎn)蝕性能研究[J].壓力容器，2006，23(8)：21-23.

[3]陳 睿，劉 靜，龐于思.1Cr18Ni9Ti不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)研究[J].河南冶金，2006，14(4)：14-17.