430型不锈钢的晶间应力腐蚀裂纹产生机理研究

为了防止电磁辐射损害甚至破坏设备，要求使用特殊的装置来存放重要的电子通信设备。可以制造能够隔绝电磁辐射的焊接金属构件来保护这些设备。这种构件经常用碳钢来制造，然后涂漆，但为了降低维护成本，有一个装置是用430型不锈钢来制造的。430钢是以1.2mm（0.048in，18-gllage）厚的板和波纹屋顶板供货。使用匹配的焊丝由GMAW和GTAW焊接完成。几乎就在装置制造完毕后，立即在连接屋顶板的焊道中检测出裂纹。试着用手工GTAW去修复这些裂纹，然而过了几周在修补焊缝中又出现裂纹。图5-33示出了一个GMAW角焊缝的截面，请注意在焊缝和热影响区中非常粗大的晶粒。图5-28示出了发生在这种焊件中的典型破坏形式。图5-34示出了破坏路径的高倍金相图，断裂途径是沿着铁素体晶粒边界，而且是在晶粒边界上马氏体和铁素体的界面上。图5-35示出了这种破坏的断口图。

图5-33 430型不锈钢薄板GMAW角焊缝的截面

图5-34 沿着430型不锈钢热影响区铁素体晶粒边界的晶间应力腐蚀裂纹（IGSCC），注意裂纹沿马氏体-铁素体界面扩展(https://www.xing528.com)

图5-35 430型不锈钢HAZ中IGSCC的断口特征

在确定破坏性质时了解环境的影响是很重要的。这个焊接构件是装在一个热带的岛上，每天下午都经受暴雨。而热带的阳光把顶棚加热到将近150℃（300℉），由于顶棚设计不当，10m长板的热膨胀在连接顶板的焊缝附近形成了一个拉伸的弯曲应力。由于这个顶板膨胀引起的拉伸应力和热带雨水带来的氯离子，二者的复合作用促成了晶间应力腐蚀裂纹（IGSCC），而补焊实际上加速了IGCC过程，因为补焊进一步使组织过热，在HAZ形成更粗大的晶粒并促成附加的敏化。补焊也增加了在拉伸弯曲点的应力集中的程度。如果正确地选择母材金属的话，这个问题本来是可以防止的。不选用430型而选用439型或468型稳定化的不锈钢本来是可以在这种环境中不发生IGSCC破坏的。由于稳定化的钢形成很稳定的富Ti和富Nb的MC型碳化物，因而阻止在铁素体晶粒边界或铁素体-马氏体界面析出M₂₃C₆，从而避免了HAZ的敏化。