不锈钢夹层锅腐蚀开裂机理及对策.pdf

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不锈钢夹层锅腐裂理及对
□/文蔡深海
在漳州市罐头行业中不锈钢夹层锅」酸洗钝化处理。
为止,由于锅的制作过程中产生垂直
作为制汤、溶浆设备用得比较普遍,但
产生我纹的原因分析
焊缝的拉伸应力,以及由于焊接产生
对这些夹层锅的檢验中发现普遍存在着
1、这种锅在制作过程中由于半球「的晶界间的贫铬区,加上使用介质中
腐蚀裂纹,其初起部位在锅内(材质为「形封头瓣片采用冷作加成形,未经消除」存在大量的C离子。使金属在腐蚀
crl8N9T)的焊缝或热影响区上,呈树应力处理,使瓣片内存在较大残余应性介质和拉伸应力的共同作用下而产
枝状,其方向都是顺延焊缝或热影响」力,日半球形封头的瓣片在焊接过程中生应力腐蚀破坏,此时腐蚀和应力是
区,其产生裂纹的时间大都在投用6~由于形状的限制拘束度较大,熔池冷却互相促进的,晶间腐蚀,使金属的晶
2个月内出现,大约在裂纹出现后的半后,金属收缩,而其外形尺寸已固定难间结合力降低:应力腐蚀可以使金属
年至一年时间里可发展到布满整条焊鏠「于随其收缩,这就产生了在焊缝及热影「在应力作用下加速腐蚀的进展,使表
或热影响区上,裂纹数量也迅速増加,」响区上的方向垂直于焊缝的拉伸应力。「面缺口向深处(或沿晶间)扩展,最
且交又成龟裂状,其深度也迅速由外向
2、焊接过程锅内不锈钢间的焊接后导致断裂。所以应力腐蚀可以使金
内发展,直至穿透。后期其腐蚀裂纹特「采用手工电弧焊接,焊条采用A102其成「属在应力大大低于它的强度极限的情
点呈两头小中间大,中间形成空穴而造」分与1Cr18N9T;成份相近。可作为况下破坏。
成报废。(见图1)
1Cr18Ni9T】不锈钢板间焊接的焊条,在
4、应力腐蚀造成金属的断裂可以
焊接过程中由于母材与熔合区间,及热影分为三个阶段
做牧
响区与熔合区之间,存在着较大的温度梯
①孕育阶段。根据前面分析由于夹
度:而导致不锈钢被敏化加热,碳向晶{层锅的制造加工过程中在焊缝及热影响
间界的扩散速度较铬为快,并以碳化物区产生的晶间贫铬区,表面的抗腐蚀的
(CrCo)的形式在晶间界上折出,而析出的:保护膜难以形成,在使用的介质中含有
注:1区为磨平后的焊蟾区
谈化物CrCo中含铬量要比钢中络的平!大量氯离子作用下,首先在贫铬区的表
2区为热暴区
均含量多得多,因此在品界及其邻近区域面上形成腐蚀斑点;该区同样由于制造
腐蚀空穴
(焊缝及热影响区)由于碳化铬在晶界加工带来的在焊缝及热影响区上的残余
的聚集沉淀的形成而产生沿晶界的贫铬应力的共同作用下,在斑点腐蚀坑的边
区(如图2所示)
沿上产生应力集中.而该区域又是贫铬
1
区在氯离子的作用下产生沿晶界的晶间
腐蚀使该处的金属强度大大减弱,在腐
这些夹层锅大都来自x×市×
蚀小孔上的局部应力可以随着电化学过
食品械厂的产品,产品质保书齐全
程的进一步发展,使圆形小孔蜕变成腐
其规格为300L,形状为半球形,其夹
蚀裂纹。因为小孔中受应力最大的区域
套材料为普通A3或Q235A,锅体材料
是腐蚀电池的阳极,所以首先遭到电化
是ICr18Ni9Ti;其结构为锅底是一直
学破坏;故首先在腐蚀斑点的边沿产生
径为400mm的极板,锅体由4片瓣片
贫铬区
些腐蚀一机械性裂纹;这个阶段是金属
焊接而成,板厚为4mm,瓣片的成形
表面由于腐蚀过程的集中和拉伸力的集
采用冷作加工成形末做消除应力处
中的共同作用,逐渐形成一些最初的腐
理,焊条采用A102。不锈钢锅体与碳
3、裂纹的产生。这种锅作为罐头「蚀一机械性裂纹。
钢夹套之间采用A132焊条,手工电弧配汤用锅其介质主要成分为水、NaCl
②の腐蚀裂纹扩展阶段。这一阶段是
焊,焊前无预热,焊后不做消除应力「及微量防腐剂,使用过程夹套内通入「最初腐蚀一一机械性裂纹在腐蚀性介
处理;组焊后焊缝磨平、抛光,表面0.3MPa水蒸汽,加热至锅内汤水沸腾「质CI离子)的电化学作用和焊缝及热影
普资
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响内的拉伸应力的共同作用得到进一步
④由于在制作过程中的内应力及」减少煤接拘東度,及应力恢复处理,因
扩展的过程。裂纹扩展的总的方向一般焊缝其热影响区出现的局部贫铬现象,冷加工而导致的内应力可以在较低的温
是和主拉仲应力方向垂直。它的腐蚀机」这种夹层锅在使用中,由于NaCI介质「度完全消除,经过这种处理后,力学性
理可以用图3来解释.最初的裂纹1的侧的作用,当温度在120℃~200℃左右能可以改善,特判是比极限可以得到较
部是一层保护膜2,它构成腐蚀电池的时,水中C一含量在10~50PPM,即(大增加。通过这些方法,就可以达到消除
阴极,裂纹尖端3是腐蚀电池的阳极,在可导致18-8型不锈钢因应力腐蚀开或大大消减制作而带来的残余应力
残余拉仲应力的作用下,应力方向如图裂。而这些腐蚀在锅内最薄弱的部位(2)采用含有固熔元素铌的焊条,如
中4,裂纹尖端3前面的区域5是金属局」即焊缝及热影响区上的金属表面保护「A302焊条。A302的成份中含有微量的
部应力最大的地方,也是裂纹将要扩展」膜开始受到破坏,而形成轻微的微小铌,而铌与C能形成稳定而溶解度较
的区域。由于裂纹尖端存在高度集中的腐蚀点。首先是表面遭到电化学破坏,「Cr23C6小的NC、它能有效阻止碳化铬
局部应力,而且腐蚀电池又是大面积的」在表面形成斑点,在斑点中形成腐蚀」的形成,防止在焊接过程中母材与热影
阴极(裂纹的例表面)与小面积的阳极电池的阳极,而加速腐蚀,由于残余内响区及熔合区之间存在着较大的温度梯
(裂纹尖端部分)的组合。因而裂纹扩展应力的存在,使得在这些腐斑边沿形「度,避免局部碳化铬析出而导致局部贫
成许多微小的裂纹,这些腐蚀一机械铬现象;也可采用含有其它防止贫铬的
性裂纹,在腐蚀性介质的电化学作用固熔元素的焊条。(3)为防止在焊接的
和金属内残余内应力的共同作用下,过程中产生贫铬,建议采用超低碳的不
使得裂纹进一步扩展,其裂纹方向与「锈钢板材,有效控制金属中的含碳量,
应力垂直,与焊缝基本上平行一致。由可以在焊接过程中有效的防止碳化格在
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于裂纹的产生又加速了腐蚀的发展,品间的析出,从而达到防止贫铬的产
在裂纹底部尖端部位形成腐蚀的电池生。(4)采用固溶处理根据铁碳平衡图
和阳极而裂纹的侧部则是腐蚀电极的「进行固溶热处理等等;只要能采取以上
阴极,由于裂纹尖端存在高度集中的做法,就可以比较好的消除腐蚀裂纹产
局部应力,而且腐蚀电池形成的又是生的根源,从而达到防止消除腐蚀裂纹
大面积阴极和小积阳极组合,因而1的产生。
腐蚀裂纹的发展速率很大,并产生多
三、结论
条基本上平行的裂纹并得以迅速扩展,
1、造成奥氏体不锈钢失效的主要
在实际中当开始发现裂纹腐蚀后,很原因是应力、贫铬以及氧化性环境,尤
快在以后的几个月至一年的时问内可其是氯离子场合:只要我们在制造过程
以使裂纹扩展到儿乎穿透,而使该压中采取相应的措施就可以消除应力,防
3
力容器失效。
止贫铬区产生,就可以达到防止不锈钢
二、防止和减少腐裂纹产生的对「的失效,从而发挥不锈钢在食品行业中
速率很大,它每小时的速率可以达到毫策:
的