對321、347奧氏體緊固件進行焊後熱處理的目的。一是析出穩定元素(Ti、Nb)的碳化物,以減少Cr碳化物的析出,防止晶間腐蝕;二是消除應力,防止應力腐蝕。
焊後的奧氏體不鏽鋼緊固件發生晶間腐蝕的條件是:工作溫度在敏化區間,介質有腐蝕性。321奧氏體不鏽鋼中的TiC與347奧氏體不鏽鋼中的NbC相比,更容易溶解,321奧氏體不鏽鋼焊接後,如果在某些腐蝕介質中工作,必須進行穩定化處理。
關於奧氏體不鏽鋼的敏化溫度,一般認為是500~800℃,但長時間工作,此溫度還會降低。
表1 奧氏體不鏽鋼緊固件最高推薦操作溫度 ℃
鋼材類別 |
最高推薦操作溫度 ℃ |
|
焊後直接使用 |
焊後穩定化熱處理 |
|
304L/304/304H |
371~399℃ |
/ |
316L/316 |
399℃ |
/ |
321 |
399~427℃ |
441~454℃ |
347/347H |
427~454℃ |
454~583℃ |
表2 部分奧氏體不鏽鋼敏化溫度範圍 ℃
奧氏體不鏽鋼材類別 |
敏化溫度範圍 |
304L/304/ |
370~815℃ |
316L/ |
370~815℃ |
304H |
370~815℃ |
316H |
370~815℃ |
321 |
400~815℃ |
347 |
400~815℃ |
國內石化工程、油田管道、核電工程等設計,設計溫度大於350℃時,一般要求對347、321奧氏體不鏽鋼進行穩定化處理。
典型的奧氏體不鏽鋼應力腐蝕是連多硫酸(H2SnO6,N=2~6)應力腐蝕。消除應力是防止應力腐蝕的有效方法,但一般奧氏體不鏽鋼的消除應力溫度與敏化溫度重合,因此消除應力熱處理溫度與穩定化處理溫度相同,這樣既消除了殘餘應力又防止連多硫酸的應力腐蝕。
321、347奧氏體不鏽鋼在一定的使用條件下,設計傾向於進行穩定化熱處理,當存在連多硫酸應力腐蝕風險時,可以采用穩定化處理來提高抗敏化性。是否發生連多硫酸應力腐蝕或者發生敏化,與很多因素有關,如含碳量、操作環境(溫度、介質)、暴露時間、焊接工藝等,因此,決定是否進行穩定化處理時,應該充分論證。
目前,對奧氏體不鏽鋼隻要在均溫溫度能夠達到穩定化溫度就可以,但是由於加熱溫度高,奧氏體不鏽鋼緊固件安裝後,裝備機件整體不鏽鋼傳熱慢,現場操作難度很大,必須精心控製。
穩定化熱處理保持溫度,應該在Cr23C6溶解溫度之上、TiC、NbC的析出溫度之間;SH/T3523-2009標準中規定為850~900℃,保溫溫度主要考慮TiC、NbC的析出,應力消除效果主要是溫度的函數,與時間關係較小。SH/T3523-2009標準中規定為1~4h。值得注意的是,穩定化熱處理時間不能超過4h,盡可能地減少形成σ 脆性相的數量。
321、347奧氏體不鏽鋼緊固件焊接後穩定化熱處理,主要是為了防止晶間敏化而引起的連多硫酸的應力腐蝕,晶間敏化的不鏽鋼對這種腐蝕敏感。當決定不鏽鋼需要進行焊後熱處理時,從熱處理準備到熱處理工藝選擇,應根據相關標準及設計要求仔細控製。