维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷第４期 ・特殊钢 ＳＰＥＣＩＡＬ ＳＴＥＥＬ ６０・２００８年８月 Ｖｏ１．２９．Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ ２００８ １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ与１Ｃｒ１３不锈钢焊接接头组织及电化学性能 赵勇桃李文学赵莉萍麻永林冯佃臣 （内蒙古科技大学材料与冶金学院，包头０１４０１０） 摘 要用金相法观察和分析了用１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ焊丝进行焊接的１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢板和１Ｃｒ１３马氏体 不锈钢板焊接接头的组织；通过海水模拟溶液浸泡试验，测量焊接接头极化曲线和交流阻抗曲线，对比分析了焊缝 与母材的耐腐蚀性能。结果表明，焊接接头组织为典型的柱状晶凝固组织；焊接接头中，马氏体母材和焊缝区容易 受到腐蚀，而奥氏体母材不易受到腐蚀。 关键词１Ｃｒ１３钢１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ钢焊接接头组织电化学性能 Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｇａｌｖａｎｏ－Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｗｅｌｄｅｄ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ １ Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ ａｎｄ １ Ｃｒ１３ Ｚｈａｏ Ｙｏｎｇｔａｏ，Ｌｉ Ｗｅｎｘｕｅ，Ｚｈａｏ Ｌｉｐｉｎｇ，Ｍａ Ｙｏｎｇｌｉｎ ａｎｄ Ｆｅｎｇ Ｄｉａｎｃｈｅｎ （Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ，ＵＳＴ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ，Ｂａｏｔｏｕ ０１４０１０） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｗｅｌｄｅｄ ｉｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ １ Ｃｒｌ ８Ｎｉ９Ｔｉ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ａｎｄ １ Ｃｒｌ ３ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｓｔａｉｎ・ ｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｂｙ １Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｍｅｔｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｍｅｔａｈｏｄ；ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｌａｒｉ— ｚａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅｓ ａｎｄ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｃｕｒｖｅｓ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｅａｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｏ ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｗｅｌｄ ｓｅａｍ ａｎｄ ｐａｒｅｎｔ ｍｅｔｌｓ．Ｒｅｓｕｌａｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｗｅｌｄ ｉｕｎｃｔｉｏｎ ＷａＳ ｔｙｐｉｃａｌ ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｏｌｉｄｉｌｆｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ｉｎ ｗｅｌｄｅｄ ｉｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｐａｒｅｎｔ ｍｅｔｌ ａｎｄ ｗｅｌａｄ ｓｅａｍ ｒｅｇｉｏｎ ｗｅｒｅ ｅａｓｙ ｔｏ ｂｅ ｃｏｒｒｏｄｅｄ．ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｐａｒｅｎｔ ｍｅｔｌ ｗａｓ ｎｏｔａ ｅａｓｙ ｔｏ ｂｅ ｃｏｒｒｏｄｅｄ． Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｉｎｄｅｘ Ｓｔｅｅｌ １Ｃｒｌ３。Ｓｔｅｅｌ １Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ。Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｊｏｉｎｔ，Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｇａｌｖａｎｏ．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂｅｈａｖｉｏｒ 随着机组参数的增大，对电站锅炉钢材使用的 要求越来越高，由碳素钢到珠光体、贝氏体、马氏体 耐热钢及至耐温可达７００℃的奥氏体不锈钢。由于 奥氏体不锈钢具有优良的高温抗氧化性及热稳定性 强，因此被广泛应用于发电机组锅炉受热面管子的 高温部分。根据发电机组各个部位工作温度不同， 相应使用不同化学成分和金属组织材料，既可保证 表１ 实验材料的化学成分／％ Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｓｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ／％ 其使用寿命，也可降低造价。当然在钢材的使用中 不可避免地存在各种类型异种钢焊接问题¨Ｊ。下 氩气保护，保护效果良好，特别是适合于６ ｍｍ厚度 以下材料的焊接。所以本实验采用手工钨极氩弧焊 （直流正接）。焊接工艺参数如表２所示。 表２焊接工艺参数 Ｔａｂｌｅ ２ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ 面以奥氏体不锈钢（１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ）与马氏体耐热钢 （１Ｃｒｌ３）焊接为例，分析其焊接接头的组织和电化 学性能，进一步分析其焊接性。 １实验材料及方法 焊接电流／氩气流量／ 焊速／ 钨极直 对接问喷嘴直 方法 Ａ （Ｉ ・ｍｉｎＩ１）（ｍｍ・ｍｉｎ－１）径／ｍｍ 隙／ｍｍ径／ｍｍ ＴＩＧ ８０ １０ ｌ１Ｏ １．６ ３ ｌＯ 本实验采用１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体型不锈钢与 １Ｃｒｌ３马氏体型不锈钢板作母材，其中马氏体型不 锈钢经过淬火＋高温回火处理，两块钢板的尺寸 （长×宽×厚）为２５ ｍｍ×２５ ｍｍ×２ ｍｍ，其化学成 分如表１所示。实验选用的焊接材料为１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ 本实验采用ＺＥＩＳＳ蔡式光学显微镜观察焊接接 头的金相组织；为了对比焊缝与母材基体的耐腐蚀 性能，对两种母材及焊接接头的各个区域取样，样品 尺寸为（长×宽×厚）２０ ｍｍ×５ ｍｍ×２ ｍｍ，采用 ３．５％的氯化钠水溶液模拟海水进行海水腐蚀试验， 奥氏体型不锈钢焊丝，成分如表１所示。 采用钨极氩弧焊时，焊接易操作，能得到组织致 密、性能好、美观的焊接接头。而且钨极氩弧焊选用 测量母材及焊接接头各区域的极化曲线和交流阻 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 赵勇桃等：１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ与１Ｃｒ１３不锈钢焊接接头组织及电化学性能 ‘６１・ 抗谱。 织。在马氏体侧形成板条状马氏体 ，因为马氏体 腐蚀试样１．１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢母材；２－ 不锈钢铬含量高，淬透性好，焊缝金属从液态降温 １Ｃｒｌ３马氏体不锈钢母材；３－１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不 时，接近母材，冷却速度快，空冷时形成了马氏体组 锈钢和１Ｃｒｌ３马氏体不锈钢焊接接头奥氏体侧热影 织。在焊接接头的熔合区得到典型的柱状凝固 响区；４．１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢和１Ｃｒｌ３马氏体 组织。 不锈钢焊接接头马氏体侧热影响区；５—１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ ２．２焊接接头的电化学性能 奥氏体不锈钢和１Ｃｒｌ３马氏体不锈钢焊接焊缝区。 ２．２．１焊接接头的交流阻抗对比分析 ２实验结果及分析 图２为焊接接头各区域的交流阻抗图，从图２ 中可以看出，２、５号试样焊缝区的容抗弧最小，相对 ２．１ 焊接接头组织观察及分析 焊接接头的外观没有明显的裂纹、咬边、下塌等 应的低频阻抗幅值最小，所以腐蚀速度最快，腐蚀率 最大；１、３、４号试样的容抗弧最大，相对应的低频阻 缺陷，焊缝纹路整齐，外观平整。焊接接头的显微组 抗幅值最大，腐蚀速度最慢，腐蚀率最小。这是由于 织如图１所示。 在靠近奥氏体、马氏体母材的热影响区，得到单相的 从图１看出，在靠近奥氏体区，得到奥氏体组 奥氏体、马氏体组织，耐蚀性相对于双相或多相组织 要强；在焊缝区，马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢焊接 熔合的过程中，奥氏体不锈钢中含有镍、铬、钛等元 素，马氏体不锈钢含有铬元素，其中镍为奥氏体形成 元素，铬为铁素体形成元素，因此在焊接熔化过程中 各种元素的共同作用，使焊缝区可能得到奥氏体、马 氏体的混合组织，从而使焊缝的耐腐蚀性下降；两种 母材中，１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢使用状态为单相 的奥氏体组织，耐蚀性强，马氏体使用状态下经过淬 火与高温回火后得到索氏体组织，其实质是在铁素 体基体上分布着颗粒状的碳化物的两相组织，其耐 蚀性下降。所以得出，马氏体母材和焊缝区容易受 图１ １Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢板和１Ｃｒｌ３马氏体不锈钢板 焊接接头组织形貌 、 到腐蚀。 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｗｅｌｄ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ １Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ ２．２．２极化曲线对比分析 ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ａｎｄ １ Ｃｒｌ ３ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ～ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ 实际中，直接从实验测得腐蚀金属电极的极化 曲线一般都是所谓的试验极化曲线。 实际极化区显 ０ 、 峨 趔 阻抗实部，０ 图２室温１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢板和１Ｃｒｌ３马氏体不锈钢板焊接接头各区域交流阻抗曲线：（ａ）Ｎｙｑｕｉｓｔ图；（ｂ）Ｂｏｄｅ图 Ｆｉｇ・２ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｏｆ ｅａｃｈ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ ｗｅｌｄ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ １Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ａｎｄ １Ｃｒｌ３ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｓｔａｉｎｌｓｅｓ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ａｔ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：（ａ）Ｎｙｑｕｉｓｔ ｄｉａｇｒａｍ；（ｂ）Ｂｏｄｅ ｄｉａｇｒａｍ 维普资讯 http://www.cqvip.com
・６２・ 特殊钢 第２９卷 示一种表观极化，它反映了通过腐蚀电极的外加电 流密度（即可用电表实际测得的外侧电流密度）与 电极电位的关系。 不锈钢具有典型活化．钝化金属极化曲线的特 腐蚀电流密度越大，腐蚀速率越高；反之越小， 则越耐腐蚀 Ｊ。从表３可以看出，在１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥 氏体不锈钢和１Ｃｒｌ３马氏体不锈钢焊接接头中，腐 蚀电流密度大小顺序为：２ ＞５ ＞３ ＞４ ＞１ ，所以 征。从阳极来看，随着电位的升高，腐蚀电流密度在 钝化区内大小为维钝电流，过钝化区以后，随电位的 升高电流逐渐增大，并出现极化电流的“震荡”。这 主要是由于在模拟海水中活性阴离子ｃｌ一的作用引 起的，Ｃｌ一离子首先被吸附在金属表面某些点上，然 耐腐蚀性由弱到强为２ ＜５ ＜３ ＜４ ＜１ ，即马氏 体母材耐蚀性最差，奥氏体母材耐蚀性最强，这与交 流阻抗分析结果相吻合。 表３塔菲尔拟合结果 Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ｔａｆｅｌ ｆｉｔ 后对其氧化膜产生破坏作用，于是就使不锈钢材料 产生了点蚀。点蚀的出现加快了不锈钢材料的腐 蚀。因此，随着极化电位的增大，腐蚀电流突然增 大 ］。而从阴极来看，随着腐蚀电位的降低，腐蚀 电流密度降低，这样在阴阳极极化曲线交汇点达到 了平衡，即达到了稳定的腐蚀状态，此时的腐蚀电流 即自然腐蚀电流密度。 ３ 结论 从图３来看，焊接接头中各区域的极化曲线其 自然腐蚀电位及腐蚀电流密度是不同的。利用极化 曲线Ｃｖｉｅｗ２软件可以计算出焊接接头中各个区域 电流密度值。 （１）２ ｍｍ厚１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢和１Ｃｒｌ３ 马氏体不锈钢板材的焊接采用ＴＩＧ，在直流正接（电 流为８Ｏ Ａ，焊接速度为１１０ ｍｍ／ｍｉｎ）能获得良好的 焊缝外观，焊缝组织均匀。 （２）１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢和１Ｃｒｌ３马氏体 不锈钢板材的焊缝组织为典型柱状晶凝固态组织。 （３）通过分析１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ和１Ｃｒｌ３不锈钢焊接 接头各区域的交流阻抗谱和极化曲线得出：马氏体 一电流密度／（Ａ・ｍ一 母材和焊缝区容易受到腐蚀，奥氏体母材不易受到 腐蚀。 参考文献 １ 芮福才．奥氏体不锈钢与铁素体钢的焊接性能分析研究．黑龙江 电力，２００２，２４（４）：２７０ ２黄振东．钢铁金相图潜（二）．北京：中国科技文化出版社，２００５ ３司云森．不锈钢在ＮａＣＩ溶液和海水中的腐蚀行为．昆明工学院学 报，１９９５，４（２）：９９ ４张丽华，金云学，郭宁航．钛基复合材料的耐腐蚀性能研究．全面 腐蚀控制。２００７，２１（４）：１２ 图３ 室温１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢板和１Ｃｒｌ３马氏体不 锈钢板焊接接头各区域极化曲线 Ｆｉｇ．３ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｔ ｅａｃｈ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ ｗｅｌｄ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ １ Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ａｎｄ １ Ｃｒｌ３ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ 赵勇桃（１９７４一），女，硕士，讲师，金属材料的组织、转变及热 加工工艺研究。 收稿日期：２００８－０１—１４ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ａｔ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
