敏化就是不銹鋼在一定的溫度范圍內(nèi),晶界析出Cr23C6,而由于快速加熱和冷卻(如焊接熱循環(huán)或短時(shí)加熱),碳原子擴(kuò)散速度快,而鉻原子擴(kuò)散受到限制,這樣在Cr23C6周圍的晶界形成貧鉻區(qū),易于發(fā)生晶間腐蝕。Cr23C6 的析出溫度,因材料不同有所變化,一般在400~750℃。在奧氏體不銹鋼中,由于焊接是快速連續(xù)加熱冷卻的,而Cr23C6的析出是一個(gè)擴(kuò)散過程,需要有足夠擴(kuò)散的溫度條件,產(chǎn)生Cr23C6 析出的焊接熱影響區(qū)峰值溫度一般是600~1000℃,這個(gè)溫度區(qū)間的部位叫做敏化區(qū),也稱為中溫敏化區(qū)。在鐵素體不銹鋼中,熱影響區(qū)峰值溫度在大于900℃區(qū)域?yàn)楫a(chǎn)生晶間腐蝕敏化區(qū)。在鐵素體不銹鋼中,由于碳、氮在鐵素體中溶解度非常低,且擴(kuò)散速度非???,同時(shí)鉻在鐵素體中擴(kuò)散速度較奧氏體中擴(kuò)散速度快得多,所以,鐵素體不銹鋼的敏化溫度較高,且存在時(shí)間短。
在600~800℃冷卻速度是決定是否產(chǎn)生敏化的關(guān)鍵因素,如圖2-1,在Cr23C6析出溫度內(nèi),冷卻速度慢或保溫,使鉻有充分的時(shí)間,擴(kuò)散到貧鉻區(qū),使貧鉻區(qū)不“貧鉻”而恢復(fù)耐蝕性。當(dāng)冷卻速度較快時(shí),碳、氮能從鐵素體析出在晶界形成碳化物和氮化物而鉻的擴(kuò)散受到限制,在晶界形成“貧鉻”而產(chǎn)生敏化現(xiàn)象。由上可以看出,奧氏體不銹鋼與鐵素體不銹鋼敏化有以下不同。
1. 由圖2-1可以看出,鐵素體鋼的晶間腐蝕敏感性遠(yuǎn)遠(yuǎn)要大于奧氏體鋼,鐵素體不銹鋼在400~950℃短時(shí)間通過就有敏化產(chǎn)生,而奧氏體不銹鋼則要一定的時(shí)間。也就是說在Cr23C6和Cr2N析出溫度區(qū)內(nèi),鐵素體不銹鋼停留時(shí)間短,產(chǎn)生敏化,停留時(shí)間長,敏化消失。奧氏體不銹鋼停留時(shí)間短,不產(chǎn)生敏化,停留時(shí)間長,產(chǎn)生敏化。
2. 普通鐵素體不銹鋼的敏化處理是加熱到950℃以上然后空冷或水冷,加熱溫度越高,敏化程度愈大;奧氏體不銹鋼敏化處理是650℃左右保溫1~2小時(shí)。
3. 奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕問題,也就是敏化問題,一般只考慮碳含量的影響;而對鐵素體不銹鋼,碳和氮是等效的,要考慮碳+氮總含量的影響。
4. 超低碳奧氏體不銹鋼一般不產(chǎn)生敏化現(xiàn)象;而超高純鐵素體不銹鋼,雖然碳+氮含量較奧氏體不銹鋼低得多,但仍有嚴(yán)重的敏化現(xiàn)象。