奥氏体不锈钢因具备精采的焊接性、耐蚀性、塑性以及耐高温功能，患上到了宽泛运用。

某小学在同样艰深魔难中发现教学楼阳台304奥氏体不锈钢护栏泛起断裂状态，为找出护栏断裂失效的原因，笔者对于其妨碍了魔难与合成，并提出了防御措施。

理化魔难

1

宏不雅魔难

宏不雅魔难发现，断裂处位于不锈钢护栏横管焊接讨论处，在热影响区左近，断口处无塑性变形，讨论焊缝外表粗拙且高低不屈，有氧化色，如图1所示。

图1 护栏断裂处宏不雅形貌

2

化学成份合成

在断裂的不锈钢护栏横管上取样，遵照GB/T 11170-2008«不锈钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(老例法)»接管MAXXLMF06型直读光谱仪妨碍化学成份合成。

表1 不锈钢护栏横管的化学成份(品质分数)

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由表1可能看出，不锈钢护栏横管的化学成份中除碳元素含量超过GB/T 20878-2007«不锈钢以及耐热钢牌号及化学成份»的规定值及镍元素含量略低于规范要求外，其余化学成份均适宜该规范的要求。

3

金相魔难

依据GB/T 13298-2015«金属显微机关魔难方式»的要求，从横管上远离断口的位置(母材)及横管的断口上分说沿轴向截取试样。试样经镶嵌、研磨以及抛光后，用GX51型光学显微镜审核显微机关，可见不锈钢护栏横管母材及断口处均存在少许非金属夹杂物，见图2以及图3。

图2 不锈钢护栏横管母材中的非金属夹杂物

图3 不锈钢护栏横管断口处的非金属夹杂物

将试样经体积分数为10％的草酸溶液浸蚀后审核显微机关，可见不锈钢护栏横管母材的机关为奥氏体＋铁素体，见图4；焊接讨论(断口)中存在未焊透的焊接弱点，见图5；焊接讨论热影响区晶粒细小，晶界变黑、变粗，断口处有晶粒脱落(晶间侵蚀)征兆，见图6。

图4 不锈钢护栏横管母材的显微机关

图5 不锈钢护栏横管焊接讨论处显微机关

图6 不锈钢护栏横管焊接讨论热影响区显微机关

4

扫描电镜及能谱合成

接管6610LA型扫描电镜分说对于不锈钢护栏横管的母材以及断口妨碍形貌审核。可见断口热影响区的机关较细小，晶界存在凹坑，判断是晶界的析出相脱落所致，见图7。

图7 不锈钢护栏横管断口热影响区晶界宏不雅形貌

图8~10为母材机关中存在的夹杂物形貌，分说对于各夹杂物妨碍能谱合成，服从如表2所示，可见夹杂物包罗了氧化铝、硫化物以及硅酸盐夹杂物。

图8 不锈钢护栏横管母材中的氧化铝类夹杂物

北京昌兴博瑞装饰工程有限公司是一家集研发、设计、制作、加工、运输、安装为一体的现代化加工中心，专业从事室内外铁艺产品设计、生产和安装的北京铁艺企业，设计制作不锈钢护栏、车库玻璃雨棚、铁艺围墙栏杆、铁艺楼梯、阳台栏杆、自行车阳光棚铁艺大门、铁艺围栏、铁艺护窗、铁艺围墙栏杆、铁艺护栏、铁艺楼梯、铁艺阳台栏杆、铁艺廊架、铁艺公路栏杆、铁艺楼梯扶手、铁艺家具、及铁艺装饰件等工程业务，客户可委托本公司设计、看样定货、来样加工。同时承接不锈钢栏杆、地下车库玻璃雨棚、钢结构玻璃雨棚的加工制作。

图9 不锈钢护栏横管母材中的硅酸盐类夹杂物

图10 不锈钢护栏横管母材中的硫化物类夹杂物

表2 图8~10中区别位置EDS合乐成果(品质分数)

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图11为因夹杂物存在引起的微裂纹形貌。

图11 不锈钢护栏横管母材中的夹杂物引起的微裂纹

合成与品评辩说

不锈钢护栏横管断裂处焊接讨论外表粗拙且可见氧化色，诠释焊接热输入过大。资料中含有少许非金属夹杂物，依据GB/T 10561-2017«钢中非金属夹杂物含量的测定例范评级图显微魔难法»对于其评级，级别评定为B类细系大于2.5级，DS类大于3级，DS类高于规范规定的***低级别。非金属夹杂物的存在易破损金属基体的平均性以及陆续性，造成全副应力会集，匆匆使微裂纹的产生，并在未必条件下减速裂纹的扩充，造成资料的早期破损。焊缝金属与母材间存在有未焊透的状态，在未焊透的端部以及缺口处易产生应力会集，在外力浸染下将导致资料开裂。

由对于不锈钢护栏横管的化学成份合乐成果可知，碳元素含量远超过GB/T 20878-2007的要求。当奥氏体不锈钢机关中的碳含量大于其在室温下的消融度(0.02％)时，碳元素会向晶界散漫，在晶界左近与铬元素散漫组成铬的碳化物，而碳元素在奥氏体中的散漫速率远大于铬元素的，晶界左近铬元素患上不到填补，造成奥氏体晶界贫铬，晶粒领土区域贫铬是造成奥氏体不锈钢发生晶间侵蚀的主要原因。

散漫金相魔难服从可知，断口左近泛起晶间侵蚀的特色。晶界变粗、变黑，全副区域晶界残缺浸蚀消融，晶粒脱落，热影响区发生敏化导致晶间侵蚀，而焊接热循环是造成敏化的间接原因。因为焊接历程中热输入过大，在护栏的热影响区中富铬沿袭晶粒领土析出，由此产生了沿晶界的贫铬区，晶粒外部与晶界双侧铬元素含量区别，组成浓差原电池，这就着落了热影响区机关的全副耐侵蚀性，导致其极易被侵蚀。富铬相脱落伍，在晶界上留下凹槽，匆匆使全部晶界侵蚀速率加速，***终造成护栏从该区域断裂。

论断

304奥氏体不锈钢护栏母材显微机关中存在少许非金属夹杂物，非金属夹杂物在焊缝内及熔合线左近引起微裂纹，着落了焊接强度。全副区域焊缝金属与母材间未焊透，在未焊透的端部以及缺口处易产生应力会集，外力浸染下导致裂纹产生。护栏母材碳含量较高，超过饱以及消融度的碳呈不晃动状态，在焊接热循环浸染下，行动能耐强的碳原子与铬化合组成碳化物析出，使热影响区晶界贫铬，组成敏化，削减了资料的晶间侵蚀偏差，着落了焊接讨论的强度，侵蚀***严正区域晶粒间的散漫强度简直残缺损失，并***终造成护栏从该处断裂。

改善倡导

晶间侵蚀是不锈钢焊件所有侵蚀方式中***严正的一种。因为焊接是一个快捷加热、冷却的历程，铬的碳化物积淀析出需要较大的过热度，因此热影响区的敏化温度畛域高于老例(450~850℃)，在600~1000℃。

为了防御母材晶间侵蚀的发生，艰深可能从如下两方面妨碍改善：

(1)资料方面：从合金元素入手，一方面可能抉择碳含量较低的母材。对于奥氏体不锈钢，碳含量是决定焊接讨论是否产生晶间侵蚀的紧张影响因素，抉择低碳(品质分数不大于0.08％)或者超低碳(品质分数不大于0.03％)的不锈钢母材及焊材，能实用削减讨论机关中铬的碳化物析出；另一方面可能退出镍或者钛晃动母材金属，因为镍或者钛与碳的亲以及力比铬的要强，优先组成NbC，TiC；从母材机关入手，使机关中存在大批δ铁素体，且平均扩散在奥氏体晶界时，Cr₂₃C₆优先在δ-γ界面析出(碳、氮原子在铁素体中比在奥氏体中散漫快)；削减了碳化物在奥氏体晶界积淀的可能性，防御组成陆续的贫铬区域，普及资料抵抗晶间侵蚀的能耐。

(2)工艺方面：焊接热输入过上将削减奥氏体不锈钢的侵蚀偏差，接管小电流、高焊速的方式能削减焊接线能量；此外应想法加速焊件冷却速率，可接管焊件下垫铜板、焊件反面间接水冷等方式，防御母材热影响区在敏化区间勾留光阴过长，普及焊接讨论耐腐亏能耐。对于不锈钢薄壁管，倡导接管钨极氩弧焊(TIG)焊接。相干于其余罕用的焊接方式，TIG焊热输入小，管内的氩气流除作为呵护气体外尚有未必的冷却浸染，能实用普及焊缝的抗裂能耐。

选自：《理化魔难—物理分册》 Vol.55 2019.11

作者：王振明，工程师，山东省产品质量魔难钻研院