不銹鋼具有抗腐蝕能力的必要條件是鋼內鉻的質量分數必須大于12%。但在某些條件作用下,其晶界(晶粒之間)會形成含鉻量(質量分數)少于12%的貧鉻區,在腐蝕性介質的作用下,晶界貧鉻區的金屬就失去抗腐蝕能力而形成晶間腐蝕。貧鉻區的形成原因一般認為是當溫度升高時,碳在不銹鋼晶粒內部的擴散速度大于鉻的擴散速度。因為室溫時碳在奧氏體中的溶解度很小,僅為0.02%0.03%(質量分數),而一般奧氏體鋼中含碳量均超過0.02%0.03%(質量分數),故多余的碳就不斷地向奧氏體晶粒邊界擴散,并和鉻化合,在晶間形成碳化鉻的化合物,如(CrFe)23C8等。但是由于鉻的擴散速度較小,來不及向晶界擴散,所以在晶間形成的碳化鉻所需的鉻主要來自晶界附近而不是來自奧氏體晶粒內部,結果就使晶界附近的含鉻量大為減少,當晶界含鉻量小于12%(質量分數)時,就形成貧鉻區。

　　加熱溫度和加熱時間對奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的影響,如圖1所示。當加熱溫度小于450或大于850時,不會產生晶間腐蝕。因為溫度小于450時,由于溫度較低,不會形成碳化鉻。當溫度超過850時,晶粒內的鉻擴散能力增強,有足夠的鉻擴散至晶界和碳化合,不會在晶界形成貧鉻區。所以產生晶間腐蝕的加熱溫度是在450850,這個溫度區間就稱為產生晶間腐蝕的危險溫度區(又稱敏化溫度區),其中尤以650最危險。焊接時焊縫兩側處于危險溫度區的地帶最易發生晶間腐蝕。即使是焊縫由于在冷卻過程中其溫度也要穿過危險溫度區,所以也會產生晶間腐蝕。

　　由圖1還可以看出,不銹鋼焊接接頭在危險溫度區停留的時間越短,接頭的耐晶間腐蝕能力越強。所以不銹鋼焊接時,快速冷卻是提高接頭耐腐蝕能力的有效措施。采取的措施是在焊件下面墊銅板,或直接在焊件背面澆水冷卻。在焊接工藝上,可以采用小電流、高焊速、短弧、多道焊等方法,以縮短焊接接頭在危險溫度區的停留時間。由于奧氏體不銹鋼冷卻過程中沒有馬氏體轉變,所以快速冷卻不會使接頭淬硬。

　　隨著不銹鋼中含碳量的增加,在晶界生成的碳化鉻隨之增多,結果就使得在晶界形成貧鉻區的機會增多,導致產生晶間腐蝕的傾向增加,所以碳是晶間腐蝕最有害的元素。應將基本金屬和焊條的含碳量控制在0.08%以下。

　　在鋼材和焊接材料中加入Ti、Nb等與碳的結合能力比鉻更強的元素,能夠與碳結合成穩定的碳化物,可以避免在奧氏體晶界形成貧鉻區。所以,常用奧氏體不銹鋼及焊接材料中都含有Ti或Nb元素,如1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb和焊條A132(含鈮)。

　　焊后,將奧氏體不銹鋼的焊接接頭重新加熱至10501100,此時碳又重新溶入奧氏體中,然后急速冷卻,便可得到穩定的奧氏體組織,消除貧鉻區。這種方法叫固溶處理。固溶處理的缺點是,如果焊接接頭需要在危險的溫度區工作,則仍不可避免地會形成貧鉻區。

　　焊后,將奧氏體不銹鋼的焊接接頭重新加熱至850900,保溫2h,使奧氏體晶粒內部的鉻有充分時間擴散到晶界,使晶界處的含鉻量又恢復到大于12%(質量分數),貧鉻區得以消失,這叫均勻化處理。

　　在焊縫中加入鐵素體形成元素,如鉻、硅、鋁、鉬等,以使焊縫形成奧氏體加鐵素體的雙相組織,會大大提高抗晶間腐蝕的能力。其次鋼中的合金元素是形成雙相組織的主要因素。

　　奧氏體生成劑:Ni、N、Cu、Co、C、Mn

　　在奧氏體不銹鋼焊接中應用最廣的焊接方法是手工電弧焊。因為它使用的設備簡單,方法簡便靈活,適應性強,對大部分金屬材料的焊接均適用。而且奧氏體不銹鋼的手弧焊具有熱影響區小、易于保證質量,適應各種焊接位置及不同板厚工藝要求的優點。但是,為了提高奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕的能力,手弧焊時,對焊接工藝的要求還是比較嚴格的。為避免焊接時碳和雜質混入焊縫,焊前應將焊縫兩側2030mm用不銹鋼絲刷或銅絲刷清理干凈,并涂白堊粉,以避免表面被飛濺金屬損傷,影響耐腐蝕性。

　　施焊時,焊條不應作橫向擺動,采用小電流、快速焊,一次焊成的焊縫不宜過寬,最好不超過焊條直徑的3倍。多層焊時,每焊完一層要徹底清除焊渣,層間溫度應低于60。與腐蝕介質接觸的焊縫,為防止由于重復加熱而降低耐腐蝕性,應最后焊接。焊后可采取強制冷卻措施,加快接頭冷卻速度。由鈮或鈦穩定的奧氏體不銹鋼焊縫的熱影響區、緊鄰熔合線的過熱區在沸騰濃硝酸溶液中做抗晶間腐蝕試驗時,會有沿熔合線走向的刀狀腐蝕出現。產生刀狀腐蝕的必要條件是接頭熔合線附近受到溫度為450850的重復加熱。因此,單面單道焊具有較高的抗刀狀腐蝕性能。雙面焊時,如果焊縫的尺寸正好使第2道焊縫所產生的危險溫度區落在第1道焊縫的熔合線上,就有可能在第1道焊縫的熔合線附近引起刀狀腐蝕。如果第2道焊縫的危險溫度區避開了第1道焊縫的熔合線,就不會引起刀狀腐蝕。因此,焊接第2道焊縫時,選擇適當的焊接參數,調節焊縫大小,使危險溫度區不落在第1道焊縫的熔合線上,是防止刀狀腐蝕的有效途徑。