劉建偉， 帥玉峰， 周文浩， 周金旭

（山西北方機(jī)械制造有限責(zé)任公司， 山西 太原 030009）

試（實(shí)）驗(yàn)研究

304L與XM 27不銹鋼焊接接頭腐蝕性研究

劉建偉， 帥玉峰， 周文浩， 周金旭

（山西北方機(jī)械制造有限責(zé)任公司， 山西 太原 030009）

針對XM 27與304L異種不銹鋼焊縫在純堿設(shè)備中的耐應(yīng)力腐蝕能力以及引起scc裂紋的原因進(jìn)行研究，通過應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)分別模擬了苛刻環(huán)境（高氯離子濃度、沸騰溫度高應(yīng)力）和溫和環(huán)境（弱介質(zhì)、常溫、無應(yīng)力）以及包括無腐蝕的去離子水以便對比。通過對接頭進(jìn)行腐蝕和微觀組織分析得出了XM 27與304L異種不銹鋼焊接接頭腐蝕原因：焊縫產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕是在Cl-與拘束同時(shí)存在的情況下產(chǎn)生的；焊縫產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕與Cl-濃度無關(guān)。

XM 27不銹鋼 焊接接頭 scc裂紋 氯離子

XM27超純高鉻鐵素體不銹鋼是國外上世紀(jì)七十年代初發(fā)展起來的不銹鋼，因?yàn)槠渚哂辛己玫哪臀g性被廣泛用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件[1]。

某廠生產(chǎn)的濃氨水冷卻器制成并存放數(shù)月后通過總體水壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)約1/3的總數(shù)鋼管在管板焊接接頭處斷裂，材料為25mm厚的304L不銹鋼，管材為Φ19mm×2mm國產(chǎn)XM27超純高鉻鐵素體不銹鋼，管板焊接采用手工鎢極氬弧焊不填絲自熔焊工藝。通過實(shí)物破壞斷口分析得出:破壞發(fā)生在焊縫，斷口形貌見圖1，沿柱狀晶界開裂，斷口宏觀呈纖維狀，焊縫組織為單向鐵素體，其金相組織見圖2。為找出此次開裂原因，模擬了破壞環(huán)境并觀察其相應(yīng)的斷口。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及其化學(xué)成分（見表1）

圖1 焊縫實(shí)物破壞斷口

圖2 焊縫金相組織

表1 試驗(yàn)材料的化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 焊接方法

焊接試驗(yàn)采用手工鎢極氬弧焊工藝。

1.2.2 試驗(yàn)方法

為盡快找出失效原因，試驗(yàn)?zāi)M了由苛刻環(huán)境（高氯離子濃度、高應(yīng)力）到溫和環(huán)境（弱介質(zhì)、無應(yīng)力）的轉(zhuǎn)變，也包括無腐蝕的去離子水以便對比，具體實(shí)驗(yàn)方法如下。

1）3.5%的NaCl溶液沸騰溫度試驗(yàn)。

2）自來水常溫間浸試驗(yàn)。自來水中氯離子含量為（71～75）×10-6。試件在自來水中周期性浸泡與晾干各2 h，共試驗(yàn)144 h。

3）去離子水常溫間浸試驗(yàn)。

腐蝕試件的形式有拘束試件（見圖3）和無應(yīng)力試件（見圖4）。以下稱試件模擬產(chǎn)品實(shí)際焊接情況為模擬現(xiàn)場自熔焊。

圖3 拘束試件

圖4 無應(yīng)力試件

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 3.5%的NaCl沸騰溶液腐蝕試驗(yàn)

為了尋找現(xiàn)場破壞的原因和確定腐蝕破壞的類型，需要進(jìn)行拘束試件與無應(yīng)力試件的腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 3.5%的NaCl溶液腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明：在3.5%的NaCl沸騰溶液中XM27與304L模擬現(xiàn)場自熔焊在有拘束情況下試驗(yàn)后，焊縫產(chǎn)生了嚴(yán)重的沿晶腐蝕，宏觀斷口呈纖維狀，掃描電鏡斷口形貌顯示見圖5、圖6，沿柱狀晶斷裂，與現(xiàn)場破壞特征相同。將斷口放大，進(jìn)一步看出晶面上四邊形蝕坑表征產(chǎn)生破壞的裂紋面為（100）面。

圖5 經(jīng)3.5%的NaCl溶液腐蝕后試件8焊縫斷口

圖6 圖5放大圖（×375）

2.2 自來水間浸試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果見表3，腐蝕試驗(yàn)后，模擬現(xiàn)場自熔焊試件12焊縫表面在拘束情況下出現(xiàn)多條與焊波垂直的短裂紋，更容易在自焊縫區(qū)掰出小塊金屬，宏觀斷口呈纖維狀，試件12掃描電鏡斷口形貌見圖7（自來水腐蝕后），沿柱狀晶界斷裂，與現(xiàn)場破壞特征相同[2]。

表3 自來水間浸試驗(yàn)結(jié)果

圖7 試件12焊縫斷口形貌放大圖

2.3 去離子水間浸試驗(yàn)

模擬現(xiàn)場自熔焊試件（包括拘束試件和無應(yīng)力試件）全部試樣完好。

3 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)得出現(xiàn)場產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破環(huán)的原因有以下幾點(diǎn)：

1）焊縫產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕是在Cl-與拘束同時(shí)存在情況下產(chǎn)生的。

2）焊縫產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕與Cl-濃度無關(guān)。

[1] 張佳康.不銹鋼局部腐蝕[M].北京：科學(xué)出版社，1982.

[2] 陸世英.不銹鋼應(yīng)力腐蝕破壞[M].北京：科學(xué)出版社，1977.

Study on Corrosion ofW elded Joint between 304 and XM 27 Stainless Steel

Liu Jianwei，Shuai Yufeng,Zhou Wenhao,Zhou Jinxu
（Shanxi Northern M echaniery M anufacturing Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi）

In this paper,the stress corrosion resistance of XM27 and 304 dissimilar stainless steel welds in soda ash equipmentand the cause of SCC cracks were studied.The stress corrosion tests simulated the harsh environment(high chloride concentration,boiling temperature,high stress)and mild environment(weak medium,normal temperature,no stress)and non corrosive deionized water for comparison.Through the analysis of corrosion and microstructure of joints,the corrosion reasons of welded joints of XM27 and 304 dissimilar stainless steel were obtained.The stress corrosion produced by welding seam occurs when Cl-and constraints exist simultaneously.The stress corrosion of the weld is independentof the Cl-concentration.

XM27 stainless steel;welded joint;scc crackle;chloride ion

TG142.71

A

1672-1152（2017）05-0024-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.09

2017-07-11

劉建偉（1963—），男，大專，高級工程師，主要從事工藝和工裝設(shè)計(jì)研發(fā)。

（編輯：王瑾）