Аустенітні нержавіючі сталізазвичай мають мікроструктуру, що складається з чистого аустеніту при кімнатній температурі; однак деякі варіанти містять невелику кількість фериту, який допомагає запобігти гарячому розтріскуванню. Завдяки відмінній зварюваності аустенітні нержавіючі сталі широко використовуються в таких галузях промисловості, як хімічна обробка та виробництво посудин під тиском для нафтового сектору. Тим не менш, якщо операції зварювання виконуються неналежним чином, аустенітні нержавіючі сталі схильні до різних проблем, включаючи міжкристалітну корозію, гаряче розтріскування, корозійне розтріскування під напругою та погане формування зварних швів.
Які проблеми при зварюванні аустенітної нержавіючої сталі?
І. Міжкристалічна корозія
a. Причини міжкристалітної корозії
Міжкристалічна корозія виникає на границях зерен; отже, це називається міжкристалітною корозією. Це одна з найнебезпечніших форм деградації аустенітних нержавіючих сталей. Він характеризується корозією, яка глибоко проникає в метал уздовж меж зерен, що призводить до зниження як механічних властивостей, так і корозійної стійкості металу.
Коли аустенітну нержавіючу сталь витримують у діапазоні температур від 450 градусів до 850 градусів протягом певного періоду, карбіди хрому (Cr23C6) осідають на межах зерен. Хром, необхідний для цього осадження, витягується в основному з поверхневих шарів зерен; якщо хром із внутрішніх частин зерен не може дифундувати назовні досить швидко, щоб поповнити ці поверхневі шари, вміст хрому на межах зерен-зокрема в поверхневих шарах зерен-знизиться, утворюючи «зону-збіднення хромом». Під впливом агресивних корозійних середовищ ці збіднені хромом зони на межах зерен стають сприйнятливими до впливу, що призводить до міжкристалічної корозії. Нержавіюча сталь, уражена міжкристалітною корозією, може не мати видимих змін на поверхні; однак, піддаючись навантаженню, він ламається вздовж меж зерен, що призводить до майже повної втрати структурної міцності.
b. Заходи запобігання міжкристалітній корозії
Вибирайте зварювальні електроди з нержавіючої сталі з над-низьким вмістом вуглецю (C менше або дорівнює 0,03%) або ті, що містять стабілізуючі елементи, такі як титан або ніобій.
Використовуйте параметри зварювання з "низьким-нагріванням-". Мета полягає в тому, щоб мінімізувати час перебування в критичному температурному діапазоні (450 градусів –850 градусів). Це досягається за рахунок використання низьких зварювальних струмів, високих швидкостей руху, короткої довжини дуги та уникнення поперечних переплетень. Методи примусового охолодження (наприклад, з використанням мідних опорних пластин або водяного охолодження) можуть бути застосовані до зварювального шва, щоб прискорити швидкість охолодження зварного з’єднання та зменшити розмір зони термічного-впливу (HAZ).
У багато-зварюванні температура між-проходами повинна суворо контролюватися; попередньому шву слід дати охолонути до температури нижче 60 градусів перед наплавленням наступного шва. Зварювальний шов на тій стороні деталі, яка буде контактувати з корозійним середовищем, слід зварювати останнім. Необхідно виконати -обробку розчином після зварювання: заготовку нагрівають до температури від 1050 градусів до 1150 градусів, після чого гартують. Цей процес призводить до того, що осад Cr23C6 на границях зерен знову розчиняється всередині зерна, таким чином відновлюючи однорідну аустенітну мікроструктуру.
II. Гарячий крекінг
Причини гарячого розтріскування
Великий температурний інтервал між лініями ліквідусу та солідусу-, що означає широкий температурний діапазон під час процесу затвердіння-, призводить до сильного виділення домішок із -температурою плавлення-, які мають тенденцію концентруватися на межах зерен. Крім того, високий коефіцієнт теплового розширення призводить до значних напруг під час охолодження та усадки.
Заходи боротьби з гарячим крекінгом
Контролювати мікроструктуру металу шва; в ідеалі наплавлений метал повинен мати дуплексну структуру з вмістом фериту на рівні 3–5 % або нижче. Це пояснюється тим, що ферит має здатність розчиняти значні кількості шкідливих домішок, таких як сірка (S) і фосфор (P). Контролювати хімічний склад; зменшення вмісту нікелю, вуглецю, сірки та фосфору в металі шва-при одночасному збільшенні рівнів таких елементів, як хром, молібден, кремній і марганець-може ефективно мінімізувати виникнення гарячих тріщин.
Виберіть відповідний тип покриття електродів. Використання електродів із -водневим- покриттям сприяє подрібненню зерна в металі зварного шва, зменшує виділення домішок і підвищує стійкість до розтріскування. І навпаки, електроди з покриттям кислотного -типу мають сильні окисні властивості, що призводить до значного-вигоряння легуючих елементів і, як наслідок, зниження стійкості до розтріскування; крім того, вони призводять до грубозернистої-структури, що робить зварний шов дуже чутливим до гарячих тріщин. Використовуйте відповідні параметри зварювання та швидкість охолодження. Використовуйте параметри «холодного» зварювання-зокрема, низький струм і високу швидкість руху-для запобігання перегріву зварювальної ванни та сприяння швидкому охолодженню; це мінімізує сегрегацію та покращує стійкість до розтріскування. Під час багато{12}}зварювання суворо контролюйте міжпрохідну температуру; переконайтеся, що попередній шов охолонув до 60 градусів перед нанесенням наступного.
III. Корозійне розтріскування під напругою
Причини корозійного розтріскування під напругою
Корозійне розтріскування під напругою (SCC) — це явище уповільненого розтріскування, яке виникає у зварних з’єднаннях під час дії напруги розтягування в певному корозійному середовищі. У зварних з'єднаннях з аустенітної нержавіючої сталі SCC представляє особливо важкий тип руйнування, що проявляється у вигляді крихкого руйнування, що не супроводжується будь-якою макроскопічною пластичною деформацією.
Заходи проти корозійного розтріскування під напругою
Встановіть відповідні процедури формування, обробки та складання, щоб мінімізувати-деформацію, викликану охолодженням; уникати примусової збірки; і запобігти появі різноманітних поверхневих дефектів під час процесу складання (оскільки різноманітні-пов’язані зі складанням подряпини та удари дуги можуть служити місцем утворення тріщин для SCC і схильні до розвитку корозійних ям). Розумно вибирайте зварювальні матеріали. Метал шва та основний метал мають бути-підібрані, щоб запобігти утворенню небажаних мікроструктур-таких як укрупнення зерна або твердий, крихкий мартенсит. Використовуйте відповідні процеси зварювання. Переконайтеся, що зварювальний шов має гарну морфологію, без дефектів, які можуть спричинити концентрацію напруги або точкову появу (наприклад, підрізання); крім того, прийняти раціональну послідовність зварювання, щоб мінімізувати залишкові зварювальні напруги. Застосуйте{11}}процедури для зняття стресу. Це зазвичай передбачає термічні обробки після-зварювання, такі як повний відпал або відпал; у випадках, коли термічну обробку важко виконати, можна застосувати альтернативні методи-такі як-ущільнення після зварювання або дробеструйну обробку-.
IV. Погане формування зварних швів
a. Причини поганого утворення швів
Під час зварювання аустенітної нержавіючої сталі високий вміст легуючих елементів у металі шва призводить до поганої плинності зварювальної ванни, що часто призводить до поганого формування поверхні зварного валика. Це в першу чергу проявляється у вигляді пошкодженого утворення на тильній стороні кореневого проходу та шорсткості поверхні на головному проході. Хоча вплив поганого утворення поверхні на продуктивність зварного шва не особливо очевидний за умов навколишнього середовища або високо-температури, за умов низько-температури концентрація напруги, спричинена такими дефектами, може вплинути на низько-температурні характеристики зварного шва так само суттєво, як і внутрішні дефекти зварювання.
b. Заходи щодо поганого формування зварних швів
Проблеми, пов’язані з поганим формуванням зварного шва-, а також проблему міжкристалітної корозії в зоні-термічного впливу (ЗТВ)-можна ефективно вирішити за допомогою оптимізації процесів зварювання. Зокрема, використання дугового зварювання газовою вольфрамовою дугою (GTAW) для кореневого проходу в поєднанні з використанням низьких витрат тепла зварювання дозволяє ефективно контролювати ступінь впливу ЗТВ на діапазон температур сенсибілізації.
висновок
Аустенітна нержавіюча сталь є широко використовуваним матеріалом у хімічній та нафтохімічній промисловості; однак його зварювання схильне до чотирьох основних типів дефектів-таких як міжкристалічна корозія та гаряче розтріскування-основні причини яких значною мірою пов’язані з контролем температури, розподілом елементів і залишковою напругою. У кращому випадку ці проблеми лише погіршують морфологію зварного шва; у гіршому випадку вони різко погіршують характеристики матеріалу або навіть спричиняють крихке руйнування. Отже, ефективні стратегії запобігання та контролю вимагають комплексного керування кількома етапами-включно з вибором електродів, оптимізацією параметрів зварювання та-обробкою після зварювання-з точним контролем надходження тепла, що виступає в якості критичної координаційної точки.