钢制按其组织可分为3 种: 莱氏体钢制、电感钢制和纤维状钢制。莱氏体钢制较之纤维状钢制和电感钢制来说, 莱氏体钢制耐冲击, 成形性好, 模量较好, 而且具备无磁, 脆性、延展性好和耐锈蚀性强的缺点。因而, 在生产中, 为了提升电介质管线管路、电介质过载俏皮话和罐子等零配件的寿命, 常换用莱氏体钢制展开Canillac制做。

尽管莱氏体钢制有很多缺点, 但莱氏体钢制在冲压时, 如果冲压接点不采取相应的举措展开处置, 在锈蚀电介质工作一两年后, 其冲压接点会造成3 种锈蚀现象: 总体锈蚀、晶间锈蚀和形变锈蚀。其中晶间锈蚀是钢制最脆弱的一类毁坏方式。晶间锈蚀是造成在孔隙间的一类锈蚀方式。它可以分别造成在热影响区、沟槽或charged圣戈当斯区。在charged圣戈当斯区造成的晶间锈蚀又叫刀状锈蚀。造成晶间锈蚀的钢制, 受到形变促进作用时, 会沿微结构断裂, 强度几乎完全丧失。因而, 提升莱氏体钢制冲压接点抗晶间锈蚀的潜能, 对产品的寿命非常重要。

1、钢制造成晶间锈蚀的分子结构

钢制具备抗锈蚀潜能的先决条件是钢内铬的产品质量平均分必须大于12% 。但在这类条件促进作用下, 其微结构( 孔隙间) 会逐步形成蒸压量( 产品质量平均分) 多于12% 的 贫铬区, 在锈蚀性电介质的促进作用下, 微结构贫铬区的合金就丧失抗锈蚀潜能而逐步形成晶间锈蚀。贫铬区 的逐步形成原因通常认为是当环境温度增高时, 碳在钢制孔隙外部的蔓延速率大于铬的蔓延速率。因为常压时碳在莱氏体中的溶解性极小, 仅为0. 02% ~ 0. 03% ( 产品质量平均分) , 而通常莱氏体钢中电阻率均超过0. 02% ~ 0. 03% ( 产品质量平均分) , 故累赘的碳就不断向莱氏体孔隙边界线蔓延, 并和铬氢氧化物,在晶间逐步形成石蜡铬的氢氧化物物, 如( CrFe) 23 C8 等。但是由于铬的蔓延速率较细, 顾不上向微结构蔓延, 所以在晶间逐步形成的石蜡铬所需的铬主要源自微结构不远处而不是源自莱氏体孔隙外部, 结果就使微结构不远处的含铬量益发减少, 当微结构蒸压量大于12% ( 产品质量平均分)时, 就逐步形成 贫铬区。

2、 防止和消除晶间锈蚀

( 1) 控制加热环境温度和加热时间

加热环境温度和加热时间对莱氏体钢制晶间锈蚀的影响, 如图1 所示。当加热环境温度大于450 或大于850 时, 不会造成晶间锈蚀。因为环境温度大于450时, 由于环境温度较低, 不会逐步形成石蜡铬。当环境温度超过850 时, 孔隙内的铬蔓延潜能增强, 有足够的铬扩散至微结构和石蜡合, 不会在微结构逐步形成 贫铬区。所以造成晶间锈蚀的加热环境温度是在450~ 850 , 这个环境温度区间就称为造成晶间锈蚀的 脆弱环境温度区( 又称 敏化环境温度区) , 其中尤以650 最脆弱。冲压时沟槽两侧处于 脆弱环境温度区的地带最易发生晶间腐蚀。即使是沟槽由于在冷却过程中其环境温度也要穿过脆弱环境温度区, 所以也会造成晶间锈蚀。

从图1 中可看出, 当加热时间大于t 1 或大于t u时, 均不会造成晶间锈蚀。前者是由于时间太短, 碳顾不上向微结构析出; 后者由于时间较长, 孔隙外部的铬有充分的时间向微结构蔓延。当加热时间在t1 ~ t u时, 才会逐步形成晶间锈蚀。

由图1 还可以看出, 钢制冲压接点在 脆弱温度区停留的时间越短, 接点的耐晶间锈蚀潜能越强。所以钢制冲压时, 快速冷却是提升接点耐腐蚀潜能的有效举措。采取的举措是在焊件下面垫铜板, 或直接在焊件背面浇水冷却。在冲压工艺上, 可以采用小电流、高焊速、短弧、多道焊等方法, 以缩短冲压接点在 脆弱环境温度区的停留时间。由于莱氏体钢制冷却过程中没有纤维状转变, 所以快速冷却不会使接点淬硬。

( 2) 控制电阻率

随着钢制中电阻率的增加, 在微结构生成的碳化铬随之增多, 结果就使得在微结构逐步形成 贫铬区的机会增多, 导致造成晶间锈蚀的倾向增加, 所以碳是晶间锈蚀最有害的元素。应将基本合金和焊条的含碳量控制在0. 08%以下。

( 3) 在母材和冲压材料中添加稳定剂

在钢材和冲压材料中加入Ti、Nb 等与碳的结合潜能比铬更强的元素, 能够与碳结合成稳定的石蜡物, 可以避免在莱氏体微结构逐步形成贫铬区。所以, 常用莱氏体钢制及冲压材料中都含有Ti 或Nb 元素,如1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb 和焊条A132( 含铌)。

( 4) 展开固溶处置

焊后, 将莱氏体钢制的冲压接点重新加热至1 050~ 1 100 , 此时碳又重新溶入莱氏体中, 然后急速冷却, 便可得到稳定的莱氏体组织, 消除贫铬区。这种方法叫固溶处置。固溶处置的缺点是, 如果冲压接点需要在脆弱的环境温度区工作, 则仍不可避免地会逐步形成贫铬区。

( 5) 展开均匀化处置

焊后, 将莱氏体钢制的冲压接点重新加热至850~ 900 , 保温2 h, 使莱氏体孔隙外部的铬有充分时间蔓延到微结构, 使微结构处的蒸压量又恢复到大于12%( 产品质量平均分) , 贫铬区得以消失, 这叫均匀化处置。

( 6) 采用双相组织

在沟槽中加入电感逐步形成元素, 如铬、硅、铝、钼等, 以使沟槽逐步形成莱氏体加电感的双相组织, 会大大提升抗晶间锈蚀的潜能。其次钢中的合金元素是逐步形成双相组织的主要因素。

合金元素对组织的影响可以分为两大类:

莱氏体生成剂: Ni、N、Cu、Co、C、Mn

电感生成剂: Cr、Nb、Ti、Si、V、Mo

当钢制中的电阻率与含镍量之比大于1. 8时, 就会出现电感组织。因而, 为了保证冲压不锈素体生成剂比较多的冲压材料。如冲压1Cr18Ni9Ti钢制时, 常换用A132 焊条, 因为该焊条中含有一定量的Ti 和Nb, 沟槽合金为双相组织, 具备较高的抗热裂和耐锈蚀潜能, 这在实际工作中已得到证明。加工制做重介斜轮分选机的排矸轮就是采用1Cr18Ni9Ti 材料, 用A132 焊条展开Canillac的, 在实际生产中应用效果很好。

3 、冲压工艺

在莱氏体钢制冲压中应用最广的冲压方法是手工电弧焊。因为它使用的设备简单, 方法简便灵活, 适应性强, 对大部分合金材料的冲压均适用。而且莱氏体钢制的手弧焊具备热影响区小、易于保证产品质量, 适应各种冲压位置及不同板厚工艺要求的缺点。但, 为了提升莱氏体钢制抗晶间锈蚀的潜能, 手弧焊时, 对冲压工艺的要求还是比较严格的。为避免冲压时碳和杂质混入沟槽, 焊前应将焊缝两侧20~ 30 mm 用钢制丝刷或铜丝刷清理干净, 并涂白垩粉, 以避免表面被飞溅合金损伤, 影响耐锈蚀性。

不得在焊件上随便引弧、熄弧, 地线应与焊件紧密接触, 以免损伤焊件表面, 影响耐锈蚀性能。由于莱氏体钢制的电阻率为低碳钢的4 倍以上, 冲压时造成的电阻热较大, 药皮容易发红和开裂, 所以同样直径的焊条电流值应比低碳钢降低20% 左右, 通常是焊条直径的25~ 30 倍。焊条长度亦比同直径的碳钢焊条短, 否则冲压时由于药皮的迅速发红、开裂会丧失保护而无法冲压。

施焊时, 焊条不应作横向摆动, 采用小电流、快速焊, 一次焊成的沟槽不宜过宽, 最好不超过焊条直径的3 倍。多层焊时, 每焊完一层要彻底清除焊渣,层间环境温度应低于60 。与锈蚀电介质接触的沟槽, 为防止由于重复加热而降低耐锈蚀性, 应最后冲压。焊后可采取强制冷却举措, 加快接点冷却速率。由铌或钛稳定的莱氏体钢制沟槽的热影响区、紧邻charged线的过热区在沸腾浓硝酸溶液中做抗晶间锈蚀试验时, 会有沿charged线走向的刀状锈蚀出现。造成刀状锈蚀的先决条件是接点charged线不远处受到环境温度为450~ 850 的重复加热。因而, 单面单道焊具备较高的抗刀状锈蚀性能。双面焊时, 如果焊缝的尺寸正好使第2 道沟槽所造成的脆弱环境温度区落在第1 道沟槽的charged圣戈当斯区, 就有可能在第1 道沟槽的charged线不远处引起刀状锈蚀。如果第2 道沟槽的危险环境温度区避开了第1 道沟槽的charged线, 就不会引起刀状锈蚀。因而, 冲压第2 道沟槽时, 选择适当的焊接参数, 调节沟槽大小, 使脆弱环境温度区不落在第1 道沟槽的charged圣戈当斯区, 是防止刀状锈蚀的有效途径。

结语

有效提升莱氏体钢制冲压接点的抗晶间锈蚀潜能, 可以大大延长在锈蚀性电介质中工作的钢制焊件的寿命, 节约能源和资源, 降低成本, 提升企业的经济效益。

节选自煤矿机械《莱氏体钢制冲压接点的晶间锈蚀》