Vlastnosti zvárania austenitickej nehrdzavejúcej ocele a výber zváracej tyče

Austenitická nehrdzavejúca oceľ má dobrú zvárateľnosť a v súčasnosti je najpoužívanejšia v priemysle. Vo všeobecnosti sa pri zváraní nevyžadujú špeciálne technologické opatrenia. Tento článok podrobne analyzuje výskyt trhlín za tepla, medzikryštalickej korózie, praskania koróziou pod napätím, krehnutia zvarových spojov (skrehnutie pri nízkych teplotách, krehnutie sigma fázy, krehnutie fúznej línie) a preventívne opatrenia,

Prostredníctvom teoretickej a praktickej analýzy zváracích vlastností sú predstavené princípy výberu a metódy výberu elektród pre austenitickú nehrdzavejúcu oceľ pri zváraní rôznych materiálov a v rôznych podmienkach pracovného prostredia.

Nehrdzavejúca oceľ sa čoraz viac používa v leteckom, ropnom, chemickom a atómovom energetickom priemysle. Nehrdzavejúca oceľ je rozdelená na chrómovú nehrdzavejúcu oceľ, chrómniklovú nehrdzavejúcu oceľ podľa chemického zloženia a feritickú nehrdzavejúcu oceľ, martenzitickú nehrdzavejúcu oceľ, austenitickú nehrdzavejúcu oceľ a austeniticko-feritickú duplexnú nehrdzavejúcu oceľ.

Spomedzi nehrdzavejúcich ocelí má austenitická nehrdzavejúca oceľ (nehrdzavejúca oceľ typu 18-8) lepšiu odolnosť proti korózii ako iné nehrdzavejúce ocele; jeho pevnosť je nižšia, ale jeho plasticita a húževnatosť sú vynikajúce; jeho zvárací výkon je dobrý a používa sa hlavne na chemické nádoby, zariadenia a v súčasnosti je to najpoužívanejšia nehrdzavejúca oceľ v priemysle.

Hoci austenitická nehrdzavejúca oceľ má mnoho výhod, ak je proces zvárania nesprávny alebo je nesprávne zvolený zvárací materiál, dôjde k mnohým chybám, ktoré v konečnom dôsledku ovplyvnia výkon.

Vlastnosti zvárania austenitickej nehrdzavejúcej ocele

• Náchylné na tepelné trhliny

Horúce trhliny austenitickej nehrdzavejúcej ocele sú relatívne ľahko vytvárateľné defekty počas zvárania, vrátane pozdĺžnych a priečnych trhlín zvarov, otrepov, koreňových trhlín pri zváraní podkladu a medzivrstvových trhlín pri viacvrstvovom zváraní atď., najmä ak je obsah niklu relatívne vysoká. Vysoko austenitické nehrdzavejúce ocele sa ľahšie vyrábajú.

1. Príčina

(1) Čiary austenitickej nehrdzavejúcej ocele v kvapalnej a tuhej fáze majú veľký interval, dlhý čas kryštalizácie a jednofázová kryštalografická orientácia austenitu je silná, takže segregácia nečistôt je pomerne vážna.

(2) Tepelná vodivosť je malá a koeficient lineárnej rozťažnosti je veľký, čo spôsobí veľké vnútorné napätie zvárania (zvyčajne ťahové napätie zvaru a tepelne ovplyvnenej zóny) počas zvárania.

(3) Komponenty z austenitickej nehrdzavejúcej ocele, ako je C, S, P, Ni atď., vytvoria v roztavenom kúpeli eutektikum s nízkou teplotou topenia. Napríklad teplota topenia Ni3S2 tvoreného S a Ni je 645 stupňov, zatiaľ čo teplota topenia eutektika Ni-Ni3S2 je iba 625 stupňov.

2. Preventívne opatrenia

(1) Použite zvar s dvojfázovou štruktúrou, aby sa zvarový kov vytvoril ako austenitová a feritová dvojfázová štruktúra čo najviac a aby sa obsah feritu kontroloval pod 3 až 5 %, čo môže narušiť smer stĺpcových kryštálov austenitu. zušľachťovanie zrna. A ferit môže rozpustiť viac nečistôt ako austenit, čím sa zníži segregácia eutektika s nízkou teplotou topenia v hraniciach zŕn austenitu.

(2) Opatrenia procesu zvárania V procese zvárania sa snažte používať vysokokvalitné elektródy s alkalickým povlakom, používajte malú energiu vedenia, malý prúd, rýchle zváranie bez výkyvov, snažte sa vyplniť oblúkovú jamu na konci a použite zváranie argónom na dno atď. Znížte napätie pri zváraní a trhliny v kráteroch.

(3) Kontrola chemického zloženia Prísne obmedzte obsah nečistôt ako S a P vo zvare, aby ste znížili eutektikum s nízkou teplotou topenia.

• Medzikryštalická korózia

Medzi zrnami dochádza ku korózii, čo má za následok stratu väzby medzi zrnami, takmer úplnú stratu pevnosti a lámanie pozdĺž hraníc zŕn pri namáhaní.

1. príčina

Podľa teórie ochudobnenia chrómu, keď sa zvar a tepelne ovplyvnená zóna zahreje na senzibilizačnú teplotu 450 až 850 stupňov (zóna nebezpečnej teploty), je v dôsledku veľkého atómového polomeru Cr malá rýchlosť difúzie a presýtený uhlík má tendenciu austenitovať zrná. Hranica difunduje a vytvára Cr23C6 na hranici zŕn so zlúčeninou chrómu na hranici zŕn, čo vedie k hranici zŕn so slabým chrómom, ktorý nestačí odolávať korózii.

2. Preventívne opatrenia

(1) Kontrola obsahu uhlíka

Používajte zváracie materiály z nehrdzavejúcej ocele s nízkym alebo veľmi nízkym obsahom uhlíka (W(C) Menej alebo rovné 0,03 %). Napríklad A002 a tak ďalej.

(2) Pridajte stabilizátor

Pridanie Ti, Nb a ďalších prvkov, ktoré majú silnejšiu afinitu k C ako Cr v oceli a zváracích materiáloch, sa môže spojiť s C za vzniku stabilných karbidov, čím sa zabráni vyčerpaniu chrómu na hraniciach zŕn austenitu. Bežne používaná nehrdzavejúca oceľ a zváracie materiály obsahujú Ti, Nb, ako napríklad oceľ 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni12MO2Ti, elektródu E347-15, zvárací drôt H0Cr19Ni9Ti atď.

(3) Prijať obojsmernú organizáciu

Zváracím drôtom alebo elektródou sa do zvaru zataví určité množstvo feritotvorných prvkov, ako je Cr, Si, AL, MO atď., takže zvar je vytvarovaný do dvojfázovej štruktúry austenit + ferit. Rýchlosť difúzie vo ferite je rýchlejšia ako v austenite, takže Cr difunduje k hraniciam zŕn rýchlejšie vo ferite, čo zmierňuje jav úbytku chrómu na hraniciach zŕn austenitu. Vo všeobecnosti sa obsah feritu vo zvarovom kove reguluje na 5 % až 10 %. Ak je feritu príliš veľa, zvar sa stane krehkým.

(4) Rýchle chladenie

Pretože austenitická nehrdzavejúca oceľ nespôsobuje kalenie, počas procesu zvárania sa môžete pokúsiť zvýšiť rýchlosť ochladzovania zvarového spoja, napríklad chladením pomocou medenej nosnej dosky alebo priamym zalievaním pod zvarenec.

V procese zvárania je možné použiť opatrenia ako nízky prúd, vysoká rýchlosť zvárania, krátky oblúk a viacprechodové zváranie na skrátenie času, počas ktorého zvarový spoj zostane v oblasti s nebezpečnou teplotou, aby sa zabránilo tvorbe chrómu. - vyčerpaná oblasť.

(5) Vykonajte rozpúšťacie spracovanie alebo homogenizačné tepelné spracovanie. Po zváraní zohrejte zvarový spoj na 1050-1100 stupeň, aby sa karbidy znovu rozpustili na austenit a potom rýchlo ochladili, aby sa vytvorila stabilná jednofázová austenitová štruktúra.

Okrem toho je možné vykonať aj homogenizačné tepelné spracovanie pri 850-900 stupňoch počas 2 hodín. V tomto čase Cr v austenitových zrnách difunduje k hraniciam zŕn a obsah Cr na hraniciach zŕn opäť dosiahne viac ako 12 %, takže nevzniknú žiadne zrná. skorodované.

• Praskanie koróziou pod napätím

Poškodenie kovu koróziou pri kombinovanom pôsobení napätia a korozívneho média. Podľa prípadov korózneho praskania pod napätím a experimentálnych štúdií zariadení a častí z nehrdzavejúcej ocele možno uvažovať, že pri kombinovanom pôsobení určitého statického ťahového napätia a špecifického elektrochemického média pri určitej teplote má existujúca nehrdzavejúca oceľ možnosť spôsobujúce stresovú koróziu.

Jednou z najväčších vlastností korózie pod napätím je selektivita v kombinácii korozívnych médií a materiálov. Je ľahké spôsobiť koróziu austenitickej nehrdzavejúcej ocele pod napätím, najmä kyselina chlorovodíková a chloridové ióny obsahujúce chloridy, ako aj kyselina sírová, kyselina dusičná, hydroxid (alkálie), morská voda, vodná para, vodný roztok H2S, koncentrovaný NaHCO{{1} }NH3+vodný roztok NaCl a iné médiá Počkajte.

1. Príčina

Korózne praskanie pod napätím je jav oneskoreného praskania, ku ktorému dochádza, keď sú zvarové spoje vystavené ťahovému namáhaniu v špecifickom korozívnom prostredí. Korózne praskanie austenitických nerezových zvarových spojov je závažnou poruchou zvarových spojov, ktorá sa prejavuje krehkým porušením bez plastickej deformácie.

2. Preventívne opatrenia

(1) Primerane formulujte proces tvarovania a montáže tak, aby sa minimalizoval stupeň deformácie za studena, zabránilo sa nútenej montáži a zabránilo sa všetkým druhom jaziev počas procesu montáže (všetky druhy montážnych jaziev a popálenín oblúkom sa stanú zdrojom trhlín SCC , ktorý ľahko spôsobí koróziu.

(2) Rozumný výber prídavných materiálov na zváranie Zvarový šev a základný kov by mali dobre zodpovedať, bez akejkoľvek zlej štruktúry, ako je hrubnutie zrna a tvrdý a krehký martenzit.

(3) Prijmite vhodný proces zvárania, aby ste zabezpečili, že zvarový šev je dobre tvarovaný a nevytvára žiadnu koncentráciu napätia alebo jamkové chyby, ako je podrezanie atď., Prijmite primeranú postupnosť zvárania na zníženie úrovne zvyškového napätia zvárania. Vyhnite sa napríklad krížovým zvarom, zmeňte drážku v tvare Y na drážku v tvare X, primerane znížte uhol drážky, použite krátku zvarovú húsenicu a použite malú energiu čiary.

(4) Tepelné spracovanie po zváraní na odľahčenie napätia, ako je úplné žíhanie alebo žíhanie po zváraní; po zváraní kladivom alebo brokovaním sa používa, keď je ťažké vykonať tepelné spracovanie.

(5) Opatrenia riadenia výroby na kontrolu nečistôt v médiu, ako je O2, N2, H2O atď. v kvapalnom amoniakovom médiu, H2S v skvapalnenom ropnom plyne, O2, Fe3+, Cr6+, atď. v roztoku chloridu, antikorózna úprava: ako je náterová vrstva, obloženie alebo katódová ochrana atď., pridajte inhibítor korózie.

• Krehnutie zvarových spojov

Po zahriatí zvaru austenitickej nehrdzavejúcej ocele na vysokú teplotu po určitú dobu sa jav rázovej húževnatosti zníži, čo sa nazýva krehnutie.

1. Krehnutie zvarového kovu pri nízkej teplote (475 stupňové skrehnutie)

(1) Príčina

Dvojfázová zvarová štruktúra obsahujúca viac feritových fáz (viac ako 15% až 20%), po zahriatí na 350 až 500 stupňov sa plasticita a húževnatosť výrazne zníži. Pretože rýchlosť skrehnutia je najrýchlejšia pri 475 stupňoch, nazýva sa to 475 stupňové krehnutie.

Pre zvárané spoje austenitickej nehrdzavejúcej ocele nie je odolnosť proti korózii alebo oxidácii vždy najdôležitejšou vlastnosťou, ale pri použití pri nízkych teplotách sa plastická húževnatosť zvarového kovu stáva kritickou vlastnosťou.

Aby sa splnili požiadavky na húževnatosť pri nízkych teplotách, štruktúra zvaru zvyčajne dúfa, že získa jedinú austenitickú štruktúru, aby sa zabránilo existencii delta feritu. Prítomnosť delta feritu vždy zhoršuje húževnatosť pri nízkych teplotách a čím je obsah väčší, tým je toto skrehnutie vážnejšie.

(2) Preventívne opatrenia

①Za predpokladu zabezpečenia odolnosti zvarového kovu proti praskaniu a korózii by mala byť feritová fáza kontrolovaná na nízkej úrovni, asi 5%.

②Zvary, ktoré boli skrehnuté pri 475 stupňoch, môžu byť odstránené kalením pri 900 stupňoch.

2. Sigma-fázové krehnutie zvarových spojov

(1) Príčiny

The long-term use of austenitic stainless steel welded joints in the temperature range of 375 to 875 ° C will produce an inter-FeCr compound called σ phase. The σ phase is hard and brittle (HRC>68).

V dôsledku precipitácie σ fázy prudko klesá rázová húževnatosť zvaru, čo sa nazýva krehnutie fázy σ. Fáza σ sa vo všeobecnosti objavuje len v zvare dvojfázovej štruktúry; keď prevádzková teplota presiahne 800 ~ 850 stupňov, fáza σ sa tiež vyzráža v jednofázovom austenitovom zvare.

(2) Preventívne opatrenia

①Obmedzte obsah feritu vo zvarovom kove (menej ako 15%); používať superlegované zváracie materiály, to znamená vysokoniklové zváracie materiály a prísne kontrolovať obsah Cr, Mo, Ti, Nb a ďalších prvkov.

② Malá špecifikácia je prijatá na zníženie doby zotrvania zvarového kovu pri vysokej teplote

③ Fáza σ, ktorá sa vyzrážala, sa podrobí spracovaniu v tuhom roztoku, keď to podmienky dovolia, takže sa fáza σ rozpustí na austenit.

④Zahrejte zváraný spoj na 1000-1050 stupňov a potom ho rýchlo ochlaďte. σ fáza sa vo všeobecnosti nevyrába v oceli 1Cr18Ni9Ti.

3. Spojovacia linka je krehká

(1) Príčiny

Keď sa austenitická nehrdzavejúca oceľ používa dlhší čas pri vysokej teplote, dôjde ku krehkému lomu pozdĺž niekoľkých zŕn mimo fúznej línie.

(2) Preventívne a kontrolné opatrenia

Pridanie Mo do ocele môže zlepšiť schopnosť ocele odolávať krehkému lomu pri vysokej teplote.

Prostredníctvom vyššie uvedenej analýzy sa môže uvedeným chybám zvárania vyhnúť iba rozumným výberom vyššie uvedených opatrení zváracieho procesu alebo zváracích materiálov. Austenitická nehrdzavejúca oceľ má vynikajúcu zvárateľnosť a na zváranie austenitickej nehrdzavejúcej ocele je možné použiť takmer všetky metódy zvárania.

Spomedzi rôznych metód zvárania má elektródové oblúkové zváranie výhody prispôsobenia sa rôznym polohám a rôznym hrúbkam dosiek a je široko používané. Nasledujúci text sa zameriava na analýzu princípov a metód výberu elektród z austenitickej nehrdzavejúcej ocele pri rôznych použitiach.

Kľúčové body pre výber elektród pre austenitickú nehrdzavejúcu oceľ

Nerezová oceľ sa používa hlavne na odolnosť proti korózii, ale používa sa aj ako tepelne odolná oceľ a nízkoteplotná oceľ. Preto pri zváraní nehrdzavejúcej ocele musí výkon elektródy zodpovedať účelu nehrdzavejúcej ocele. Elektródy z nehrdzavejúcej ocele sa musia vyberať podľa základného kovu a pracovných podmienok (vrátane pracovnej teploty a kontaktného média atď.).

(1) Bod 1

Vo všeobecnosti sa výber elektródy môže vzťahovať na materiál základného kovu a vybrať elektródu s rovnakým alebo podobným zložením ako základný kov. Napríklad: A102 zodpovedá 0Cr18Ni9, A137 zodpovedá 1Cr18Ni9Ti.

(2) Bod 2

Pretože obsah uhlíka má veľký vplyv na odolnosť nehrdzavejúcej ocele proti korózii, vo všeobecnosti sa volí elektróda z nehrdzavejúcej ocele, ktorej obsah uhlíka v nanesenom kove nie je vyšší ako v základnom kove. Napríklad 316L musí používať elektródu A022.

(3) Bod 3

Zvarový kov austenitickej nehrdzavejúcej ocele zabezpečí mechanické vlastnosti. Toto je možné overiť kvalifikáciou postupu zvárania.

(4) Bod 4 (Austenitická žiaruvzdorná oceľ)

Pre žiaruvzdornú nehrdzavejúcu oceľ (austenitická žiaruvzdorná oceľ) pracujúcu pri vysokej teplote by mala zvolená elektróda spĺňať hlavne odolnosť zvarového kovu proti praskaniu za tepla a vysokoteplotný výkon zvarového spoja.

1. Pre austenitické žiaruvzdorné ocele s Cr/Ni väčším alebo rovným 1, ako je 1Cr18Ni9Ti atď., sa všeobecne používajú elektródy z austeniticko-feritických nehrdzavejúcich ocelí a odporúča sa, aby zvarový kov obsahoval 2-5 % feritu. Keď je obsah feritu príliš nízky, odolnosť zvarového kovu voči praskaniu je nízka; ak je príliš vysoká, pri dlhodobom používaní pri vysokej teplote alebo tepelnom spracovaní sa ľahko vytvorí sigma fáza krehnutia, čo má za následok praskliny.

Napríklad A002, A102, A137. V niektorých špeciálnych aplikáciách, keď sa môže vyžadovať všetok austenitický zvarový kov, ako sú elektródy A402, A407 atď.

2. Pre stabilné austenitické žiaruvzdorné ocele s Cr/Ni<1, such as Cr16Ni25Mo6, etc., it is generally necessary to increase the Mo, W, Mn in the weld metal while ensuring that the chemical composition of the weld metal is approximately similar to that of the base metal. The content of such elements can improve the crack resistance of the weld while ensuring the thermal strength of the weld metal. Such as using A502, A507.

(5) Bod 5 (nehrdzavejúca oceľ odolná voči korózii)

Pre nehrdzavejúcu oceľ odolnú voči korózii pracujúcu v rôznych korozívnych médiách by sa mala elektróda zvoliť podľa média a pracovnej teploty a mala by byť zabezpečená jej odolnosť proti korózii (vykonajte skúšku korózneho výkonu zvarových spojov).

1. Pre médium s pracovnou teplotou nad 300 stupňov a silnou korozívnosťou je potrebné použiť elektródu obsahujúcu stabilizačný prvok Ti alebo Nb alebo ultranízkouhlíkovú nehrdzavejúcu oceľ. Ako napríklad A137 alebo A002 a tak ďalej.

2. Pre médium obsahujúce zriedenú kyselinu sírovú alebo kyselinu chlorovodíkovú sa často používajú elektródy z nehrdzavejúcej ocele obsahujúce Mo alebo Mo a Cu, ako napríklad: A032, A052 atď.

3. Pre zariadenia so slabou koróziou alebo len na zamedzenie znečistenia hrdzou je možné použiť elektródy z nehrdzavejúcej ocele bez Ti alebo Nb. Na zabezpečenie odolnosti zvarového kovu proti korózii pod napätím sa používajú superlegované zváracie prídavné materiály, to znamená, že obsah legujúcich prvkov odolných voči korózii (Cr, Ni atď.) vo zvarovom kove je vyšší ako v základnom kove. . Napríklad na zváranie zvarov 00Cr19Ni10 použite zváracie materiály typu 00Cr18Ni12Mo2 (ako je A022).

(6) Bod 6

Pre austenitickú nehrdzavejúcu oceľ pracujúcu v podmienkach nízkej teploty by mala byť zaručená rázová húževnatosť zváraného spoja pri nízkej teplote pri prevádzkovej teplote, preto sa používajú čisté austenitické elektródy. Napríklad A402, A407.

(7) Bod 7

Dostupné sú aj elektródy zo zliatiny niklu. Napríklad superaustenitická nehrdzavejúca oceľ typu Mo6 sa zvára zváracím materiálom na báze niklu s obsahom Mo do 9 %.

(8) Bod 8: Výber typu povlaku elektródy

1. Pretože dvojfázový zvarový kov z austenitickej ocele sám o sebe obsahuje určité množstvo feritu, má dobrú plasticitu a húževnatosť. Z hľadiska odolnosti proti praskaniu zvarového kovu sa porovnáva základný povlak a povlaková elektróda typu titán-vápenatá. Rozdiel nie je taký výrazný ako pri elektródach z uhlíkovej ocele. Preto sa v praktických aplikáciách venuje väčšia pozornosť výkonu zváracieho procesu a používa sa väčšina elektród s kódom typu povlaku 17 alebo 16 (ako A102A, A102, A132 atď.).

2. Iba vtedy, keď je konštrukčná tuhosť veľmi vysoká alebo odolnosť zvarového kovu voči praskaniu je slabá (ako napríklad martenzitická chrómová nehrdzavejúca oceľ, čistá austenitická chrómniklová nehrdzavejúca oceľ atď.), možno zvážiť výber povlaku s kódom 15 . Elektródy z nehrdzavejúcej ocele s bázickým povlakom (ako A107, A407 atď.).

Na záver

Stručne povedané, zváranie austenitickej nehrdzavejúcej ocele má svoje jedinečné vlastnosti a výber zváracích elektród pre austenitickú nehrdzavejúcu oceľ je obzvlášť pozoruhodný. Dlhodobou praxou je preukázané, že vyššie uvedenými opatreniami je možné dosiahnuť rôzne zváranie pre rôzne materiály. Metódy a elektródy z rôznych materiálov, elektródy z nehrdzavejúcej ocele sa musia vyberať podľa základného kovu a pracovných podmienok (vrátane pracovnej teploty a kontaktného média atď.). Má pre nás dobrý vodiaci význam, aby bolo možné dosiahnuť očakávanú kvalitu zvárania.