＿ 不锈钢夹层锅腐蚀开裂机理及对策 口／文 在漳州市罐头行业中不锈钢夹层锅 酸洗钝化处理。维普资讯 http://www.cqvip.com 蔡深海 为止，由于锅的制作过程中产生垂直 焊缝的拉伸应力，以及由于焊接产生 作为制汤、溶浆设备用得比较普遍，但 产生裂纹的原因分析 对这些夹层锅的检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Ｃｒ离子。使金属在腐蚀 １Ｃｒｌ ８Ｎｉ９Ｔｉ）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，且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 １２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缝 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，裂纹数量也迅速增加， 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 且交叉成龟裂状，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 １０２其成 属在应力大大低于它的强度极限的情 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Ａ ｒ１ ８Ｎｉ９Ｔｉ成份相近。可作为 况下破坏。 点呈两头小中间大，中间形成空穴而造 分与１Ｃ 成报废。（见图１） １Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ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 ①孕育阶段。根据前面分析由于夹 焊接过程中由于母材与熔合区间，及热影 分为三个阶段： ｚ二二二 ２厂７＜ ／ ＼—～ 响区与熔合区之间，存在着较大的温度梯 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 （Ｃｒ２３Ｃ６）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 碳化物（Ｃｒ２３Ｃ６）中含铬量要比钢中铬的平 大量氯离子作用下，首先在贫铬区的表 均含量多得多，因此在晶界及其邻近区域 面上形成腐蚀斑点；该区同样由于制造 （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） 圈１ 注。ＩＩＸ为磨平后的焊缝区 ２ＩＸ为热影响区 沿上产生应力集中，而该区域又是贫铬 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 Ｘ市Ｘ Ｘ 食品械厂的产品，产品质保书齐全。 蚀小孔上的局部应力可以随着电化学过 程的进一步发展，使圆形小孔蜕变成腐 蚀裂纹。因为小孔中受应力最大的区域 其规格为３００Ｌ，形状为半球形，其夹 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 学破坏；故首先在腐蚀斑点的边沿产生 是１Ｃｒ１ ８Ｎｉ９Ｔｉ；其结构为锅底是一直 径为４００ｍｍ的极板，锅体由４片瓣片 焊接而成，板厚为４ｍｍ，瓣片的成形 采用冷作加工成形未做消除应力处 理，焊条采用Ａ１０２。不锈钢锅体与碳 圈２ 些腐蚀一机械性裂纹；这个阶段是金属 表面由于腐蚀过程的集中和拉伸力的集 中的共同作用，逐渐形成一些最初的腐 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Ａ １３２焊条，手工电弧 配汤用锅其介质主要成分为水、ＮａＣ１②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——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（Ｃ１离子）的电化学作用和焊缝及热影 墼 廛兰 羹曩＿维普资讯 http://www.cqvip.com 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 减少焊接拘束度，及应力恢复处理，因 冷加工而导致的内应力可以在较低的温 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，是和主拉伸应力方向垂直。它的腐蚀机 这种夹层锅在使用中，由于ＮａＣ１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，特别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ｃｌ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１ ８—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。 残余拉伸应力的作用下，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Ｎｌｌｃ，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（裂纹的侧表面）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～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铬在 于裂纹的产生又加速了腐蚀的发展， 晶间的析出，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 大面积阴极和小面积阳极组合，因而 的产生。 腐蚀裂纹的发展速率很大，并产生多 条基本上平行的裂纹并得以迅速扩展， 三、结论 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间内可 其是氯离子场合；只要我们在制造过程 以使裂纹扩展到几乎穿透，而使该压 中采取相应的措施就可以消除应力，防 力容器失效。 止贫铬区产生，就可以达到防止不锈钢 的优越作用。 １、该种破坏产生的原因主要是： ２、采取有效措施防止和最大限度 二、防止和减少腐蚀裂纹产生的对 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： 米数量级甚至厘米数量级。所以夹层锅 在发现斑点及裂纹后的６个月至一年内 即造成破坏而失效。 （１）存在较大的内应力。（２）腐蚀 的减少容器的制造加工过程产生的残余 性介质。（３）在焊缝及热影响区可能存 应力；比如热处理消除应力。 ⑧最终破坏阶段。随着裂纹的进 在着贫铬现象。只要能消除以上的原因 ３、在加工工艺上采取措施防止产 ２、对策： 步扩展，其中一条裂纹会由于拉应 就能有效消减防止这种应力腐蚀的发生 生贫铬，以防止晶间腐蚀的产生；比如 力越来越大而比其他的裂纹更快地成 长，并且到最后会排斥别的裂纹的扩 要用低含碳量的不锈钢钢板，防止 （１）消除或最大限度的消除封头 Ｃｒ２３Ｃ６的产生，或者采用含有固溶元素 展而把主要拉伸应力都转移到这首要 制作中带来的残余应力而从产生这种腐 的焊条。 的裂纹上来，结果导致构件的断裂。同 蚀裂纹的以上情况分析得知，只要能消 ４、最后对加工表面进行抛光，以 时由于晶问腐蚀的在氯离子的作用下， 除制作过程南而带来的残余应力，就能 消除表面的划痕及压伤，保持表面光 表面产生大量的裂纹，，在这一阶段，断 有效防止或阻止裂纹的产生，因而可以 滑，防止应力集中的产生。 裂是在机械因素起主要作用的情况下 从制作工艺上采用热冲压成形的封头， ５、改进最后一道的酸洗钝化工 进行的，而且愈往后期机械因素所起 或在瓣片焊接制作后做消除应力热处 艺，使不锈钢表面能形成良好致密的 的作用也愈大。 理，或在焊接工艺上采用间接焊，尽量 保护膜。