二甲醇车间焊缝晶间腐蚀与防护的研究

中图分类号：TQ243.12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）33-0115-02

在2003年二甲醇车间设备材质被改为不锈钢，这种材料可焊性好，不易发生晶间腐蚀，但是还是有一些设备如封头存在着不同程度的晶间腐蚀。晶间腐蚀产生微裂纹极易穿透管壁产生泄漏，甚至设备本体接管法兰焊缝处也发生裂纹，严重影响生产运行。

晶间腐蚀是一种微电池作用引起的局部破坏现象，是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料晶间产生的腐蚀（图1）。

虽然晶间腐蚀并不一定都发生在焊接结构上，但焊缝晶间腐蚀却是生产上最常见的腐蚀破坏形式之一。常用金属与合金基本上都是多晶体结构，其表面有大量晶界，而晶间区仅为500nm以下，腐蚀沿如此狭窄的部位向纵深发展，肉眼是根本无法辨认的。因此其腐蚀特征是，在表面还看不出破坏时，晶粒间已几乎完全失去了结合强度，并失去了金属声音，严重时只要轻轻敲击即可破碎，甚至形成粉末状。特别是合金钢材料，有时即使晶间腐蚀发展到相当严重的程度，其表观仍保持着光亮无异的原态。所以这是一种危害性很大的局部腐蚀。

一.产生晶间腐蚀的条件大致可以归纳为以下几类

1.金属或合金中含有杂质，或者第二相沿晶界析出。

2.晶界与晶粒内化学成分的差异，在适宜的介质中形成腐蚀电池，晶界为阳极，晶粒为阴极，晶界产生选择性溶解。

3.有特定的腐蚀介质存在。

二.影响甲醇设备晶间腐蚀的因素主要有冶金因素、热处理因素、加工工艺和环境因素

1.冶金因素：碳、氢等主要非金属元素。碳属于间隙型固溶元素，即碳对合金钢有稳定化的作用。但是合金钢的晶间腐蚀倾向也是随着碳含量的增加而趋于严重。所以碳是甲醇装置腐蚀的最主要因素。

2.热处理的影响：热处理因素是指温度、加热时间和温度变化速度三个基本要素。热处理工艺不仅可以促使金属材料出现晶间腐蚀的倾向，而且也可以减弱或者消除晶间腐蚀的倾向。温度越高碳的溶解度就越大，当晶界开始有沉淀相析出并不一定就使材料具有晶间腐蚀的倾向，而是取决于温度条件。

3.环境因素的影响：晶间腐蚀是晶界区或晶界沉淀相选择性腐蚀的结果，因此，凡是能造成晶界区腐蚀电流密度大于晶粒本身腐蚀电流密度的介质都会促进晶间腐蚀的发生，一般能促使晶粒表面钝化，同时又使晶界表面活化的介质，属于诱发晶界腐蚀的介质，晶与晶界两者间的腐蚀速度无太大差异，不会导致晶间腐蚀的发生。

三. 甲醇设备晶间腐蚀的防护方法研究

焊缝晶间腐蚀的防护可以从以下几方面研究进行改善：

1.改善合金钢自身材料，降低或者消除有害杂质：降低C、N、P等有害杂质元素的含量，提高钢的纯净度。

2.采用适当热处理工艺，采用固溶处理，以不使碳化物析出的极快速度冷却，抑制在晶界析出碳化物。

3.焊接技术及工艺的改进

①焊条的选择

为彻底解决合金钢在焊接后发生晶间腐蚀的问题，采用2RE69（00Cr25Ni22Mo2N） 代替合金钢焊芯，在焊条药皮中加入合金元素铬、镍、钼等元素，通过药皮向焊缝中过渡合金。

②焊接工艺的改进

焊接规范及坡口

采用TIG焊封底、手工电弧焊盖面的方法进行焊接。焊接坡口形式及焊道层次见图2。

③焊接施工操作步骤

着色渗透检查确定裂纹大小、数量、方向。

为防止气刨渗碳，在施工条件允许的下，裂纹处一律采用砂轮打磨的方法开坡口，由于化学品舱内壁板无加强结构，承受应力相对较大，故先在此侧开坡口。

由于焊接部位限制，无法进行热处理，改为焊接完成后进行48小时时效处理。

100%着色渗透探伤，100%射线探伤。

④防止焊接缺陷的工艺措施

防止热裂纹的工艺措施

由于该类型不锈钢导热率小，线膨胀系数大，因此焊缝区在降温时必然要产生较大的拉应力，从而导致各种热裂纹的产生。从工艺角度上，可通过以下一些方法加以控制：

采用适当焊接坡口及焊接方法，降低熔合比（即使母材金属在焊缝金属中所占的分量减小）。

选用小的热输入（小电流快速焊），多层焊时降低层间温度。

焊接过程结束收弧时，减慢收弧速度，使熔敷金属填满弧坑。

⑤防止晶间腐蚀的工艺措施

通过适当的焊接方法，尽量降低输入焊接熔池的线能量。通过此途径，尽可能缩短焊接接头在敏化温度区间的停留时间，减小危险温度对焊缝的影响。

工艺参数的制定也以降低焊接熔池在危险温度停留时间为宗旨，即尽量选择小的焊接电流，并适当提高焊接速度。

⑥防止应力腐蚀的工艺措施

众所周知，残余应力较大的奥氏体不锈钢焊接接头在氯化物、氟化物等腐蚀介质中，对应力腐蚀开裂较为敏感。根据工程实际情况，主要采取如下工艺措施：

①选择适当焊接材料、焊接方法及工艺参数，使焊缝金属及近缝区焊后为奥氏体―铁素体双相组织。

②焊后进行时效处理，以减少焊接残余应力（图3）。

总之，通过采用以上工艺措施及焊接规范，可以取得良好的焊接效果，焊缝金属显微组织呈现枝晶状奥氏体组织及α相（双相组织），如图3所示。

参考文献

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