304不锈钢界面合金元素线扫描分析及能谱分析

 304不锈钢焊接时，填充金属与母材的化学成分差异越大，液-固界面浓度梯度越显著，化学成分过渡区分布越明显。而且越靠近熔合线，母材成分所占的比例越大，因而与熔池内部相比，化学成分相差也越大，因此具有明显的化学不均匀性是304不锈钢焊接接头熔合区的主要特征之一。由于化学不均匀性将引起组织的不均匀性，对接头的物理化学性能、力学性能带来很大影响，直接影响接头的使用性能。基于此，浙江至德钢业有限公司对三种工艺条件下所获的接头A、B、C分别按图中示意的线扫描位置进行元素线扫描，观察分析从焊缝金属到母材的化学成分变化情况，三种接头的分析测试结果如图所示。从图中可看出，镍、钼元素在整个熔合区都是均匀分布的，并未发现有明显的偏聚现象，这是因为在填充材料中起主要偏聚作用的锰、钼元素含量较小。由于焊缝和母材的化学成分不同，铬元素在熔合界面上存在一个浓度梯度，但其余的地方仍然呈均匀分布，并未出现化学元素偏聚的现象，因此可说明显微组织在此处的过渡也较为均匀，焊缝与母材之间产生了良好的冶金结合。

 由于焊接热循环的作用使得焊缝金属中的合金元素发生短程扩散，从而改变了合金元素的分布。304不锈钢中合金元素的种类和含量决定了其是否具有优良的耐蚀性能，尤其是铬元素的影响较为显著。实践表明，当钢中铬的质量分数达到12.5%(质量百分比)左右时，不仅可显著提高基体材料的电极电位，同时铬还与腐蚀介质中的氧发生作用，在304不锈钢的表面生成一层致密的自钝化膜，即氧化膜，可阻止腐蚀反应的进一步进行，对钢基体起到有效的保护作用。因此，通常要求304不锈钢中铬元素的含量不能低于此极限值。采用EDS能谱仪对接头靠近熔合线焊缝一侧的合金元素进行化学成分分析，能谱分析结果如图所示，测试微区的化学成分见表。从表中可知，三种接头靠近熔合线的焊缝局部微区铬、镍含量未降低，化学成分比较理想，能够满足接头的耐腐蚀性能要求。同时从表中还可看出，三种接头靠近熔合线的焊缝局部微区的化学成分基本上与焊丝成分相当，未出现化学元素偏聚，与元素扫描结果相吻合。因此可以确定在熔合区不存在合金元素偏析现象，从而有利于避免接头焊缝中热裂纹的产生，进一步说明采用的焊接工艺可行。