雙相不銹鋼管焊接接頭點蝕性能分析

 學(xué)者們普遍認(rèn)為雙相不銹鋼管的點蝕一般經(jīng)歷了點蝕小孔的形核以及接下來的小孔逐漸長大兩個階段，同時對于點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，點蝕小孔形成的內(nèi)部反應(yīng)機制如圖所示。一般認(rèn)為點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(dāng)被腐蝕金屬表面原來存留的氧氣的吸附能力比介質(zhì)中的氯離子弱時，氯離子會置換金屬表面的氧氣，進(jìn)而會導(dǎo)致點蝕小孔的形成。當(dāng)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，雙相不銹鋼管表面就會發(fā)生鈍化現(xiàn)象形成鈍化膜，但是形成的鈍化膜在雙相不銹鋼管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(qū)域，介質(zhì)中的氯離子會置換氧氣進(jìn)而吸附在金屬的表面并與金屬反應(yīng)，最后留下細(xì)小點狀的腐蝕坑。同時在氯離子和氧氣的競相吸附過程中會產(chǎn)生氯離子的絡(luò)合離子，這種離子會破壞金屬表面的鈍化膜，而且這種絡(luò)合物溶于水中又會重新形成氯離子和絡(luò)合離子。

 點蝕小孔形成后進(jìn)入長大的階段，在金屬局部范圍的陽極上因氯離子的吸附而溶解形成的Fe2+、Cr3+、Ni2+等離子會與水中的OH-離子結(jié)合進(jìn)而形成H+離子，這樣會導(dǎo)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(yīng)使金屬溶解；為了保證腐蝕小孔內(nèi)的電荷平衡，介質(zhì)中的氯離子離子又會進(jìn)入小孔與吸附于金屬表面而繼續(xù)溶解金屬，從而生成的高濃度的金屬氯化物會導(dǎo)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堵塞腐蝕小孔，阻礙了腐蝕小孔內(nèi)的腐蝕溶液稀釋，進(jìn)而也會促進(jìn)腐蝕小孔繼續(xù)向金屬內(nèi)部生長。

 關(guān)于雙相不銹鋼管點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件更容易發(fā)生鈍化；鉬元素則能夠提升金屬表面鈍化膜的穩(wěn)定性；適量的鎳含量能夠通過控制組織來提高耐點蝕性能；氮元素可以阻礙點蝕小孔內(nèi)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提高耐點蝕性能，氮元素也能夠降低金屬陽極的溶解速率。

二、雙相不銹鋼管中兩相比例的影響

 通過大量的實驗證明奧氏體相的耐點蝕當(dāng)量PRE一般都要高于鐵素體的耐點蝕當(dāng)量PRE，但是相比例對點蝕性能的影響本質(zhì)上還是兩相內(nèi)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沉淀相的析出會對雙相不銹鋼管件的耐點蝕性能產(chǎn)生極大的影響，σ沉淀相一般會作為點蝕的敏感點而發(fā)生點蝕，形成小孔。

四、夾雜物的影響

 非金屬夾雜物同金屬間相σ沉淀相類似會影響雙相不銹鋼管件的耐點蝕性能，通常情況下夾雜物的區(qū)域也是點蝕小孔形成的敏感位置。

 根據(jù)ASTM A923-08(C法)標(biāo)準(zhǔn)，對雙相不銹鋼管件焊接接頭試樣進(jìn)行FeCl3點蝕性能實驗，采用平均腐蝕速率來衡量試樣的點蝕程度。在不同焊接工藝、焊接保護氣體、焊接線能量的所得的焊接接頭的點蝕腐蝕速率分別見表。

 從表中可以看出，腐蝕試樣1-3的腐蝕速率最大，說明了采用MMA焊的焊接接頭的耐點蝕性能較差，而采用TIG焊的焊接接頭的耐點蝕性能則相對于電弧焊的焊接接頭的耐點蝕性能有較大幅度的提升。產(chǎn)生這種現(xiàn)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(dǎo)致焊接接頭的耐點蝕性能下降；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蝕性能。

 從表中可以發(fā)現(xiàn)，試樣A-1到A-4的腐蝕速率逐漸降低，說明隨著保護氣中氮含量的逐漸升高，雙相不銹鋼管件焊接接頭在三氯化鐵溶液中的耐點蝕性能逐漸升高，焊接接頭試樣的表面沒有發(fā)現(xiàn)明顯的點蝕坑形貌，并且?guī)追N試樣的腐蝕速率都要遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的腐蝕速率，說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蝕性能良好，能夠滿足生產(chǎn)實際要求。

 經(jīng)分析認(rèn)為：隨著保護氣中氮含量的逐漸升高，雙相不銹鋼管焊接接頭的點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焊接接頭的耐點蝕性能。另外經(jīng)過大量的研究證明，適量的鎳含量能夠通過控制組織來提高耐點蝕性能；氮元素可以阻礙點蝕小孔內(nèi)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提高耐點蝕性能，N元素也能夠降低金屬陽極的溶解速率[49]。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蝕性能。

 對于試樣B-1到B-3的腐蝕速率可以看出，隨著焊接線能量的增加對應(yīng)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(dāng)雙相不銹鋼管焊接接頭組織中奧氏體相比例達(dá)到一定程度后，接頭的耐點蝕性能與奧氏體相比例的關(guān)系減弱，同樣雙相不銹鋼管組織中的晶粒度對其耐點蝕性能也會產(chǎn)生影響，從而當(dāng)奧氏體相增多時焊接接頭的耐點蝕性能也基本保持恒定。此外雙相不銹鋼管的耐點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。