Sveiseegenskaper av austenittisk rustfritt stål og utvalg av sveisestang

Austenittisk rustfritt stål har god sveisbarhet og er for tiden det mest brukte i industrien. Vanligvis er det ikke nødvendig med spesielle teknologiske tiltak under sveising. Denne artikkelen analyserer i detalj forekomsten av varme sprekker, intergranulær korrosjon, spenningskorrosjonssprekker, sprøhet av sveisede skjøter (lavtemperatursprøhet, sigmafasesprøhet, fusjonslinjesprøhet) årsaker og forebyggende tiltak,

Gjennom den teoretiske og praktiske analysen av sveiseegenskaper, introduseres seleksjonsprinsippene og metodene for elektrodevalg for austenittisk rustfritt stål ved sveising av forskjellige materialer og under forskjellige arbeidsmiljøforhold.

Rustfritt stål brukes i økende grad i luftfart, petroleum, kjemisk og atomenergiindustri. Rustfritt stål er delt inn i krom rustfritt stål, krom-nikkel rustfritt stål i henhold til kjemisk sammensetning, og ferritisk rustfritt stål, martensittisk rustfritt stål, austenittisk rustfritt stål og austenittisk-ferritisk dupleks rustfritt stål.

Blant rustfritt stål har austenittisk rustfritt stål (18-8 type rustfritt stål) bedre korrosjonsbestandighet enn andre rustfrie stål; styrken er lavere, men plastisiteten og seigheten er utmerket; sveiseytelsen er god, og den brukes hovedsakelig til kjemiske beholdere, utstyr og det er det mest brukte rustfrie stålet i industrien for tiden.

Selv om austenittisk rustfritt stål har mange fordeler, vil det oppstå mange defekter hvis sveiseprosessen er feil eller sveisematerialet er feil valgt, som til slutt vil påvirke ytelsen.

Sveiseegenskaper av austenittisk rustfritt stål

• Utsatt for termiske sprekker

Varme sprekker av austenittisk rustfritt stål er relativt lette å produsere defekter under sveising, inkludert langsgående og tverrgående sprekker av sveiser, gratsprekker, rotsprekker ved baksveising og mellomlagssprekker ved flerlagssveising, etc., spesielt når nikkelinnholdet er relativt sett høy. Høyaustenittisk rustfritt stål er lettere å produsere.

1. Årsak

(1) De flytende og faste faselinjene av austenittisk rustfritt stål har et stort intervall, lang krystalliseringstid og en enfaset austenittkrystallografisk orientering er sterk, så urenhetssegregeringen er relativt alvorlig.

(2) Den termiske ledningsevnen er liten og den lineære ekspansjonskoeffisienten er stor, noe som vil generere stor intern sveisespenning (vanligvis strekkspenningen til sveisen og varmepåvirket sone) under sveising.

(3) Komponentene i austenittisk rustfritt stål, slik som C, S, P, Ni, etc., vil danne et eutektikk med lavt smeltepunkt i det smeltede bassenget. For eksempel er smeltepunktet for Ni3S2 dannet av S og Ni 645 grader, mens smeltepunktet for Ni-Ni3S2 eutektisk bare er 625 grader.

2. Forebyggende tiltak

(1) Bruk dobbelfasestruktursveisingen for å gjøre sveisemetallet så austenitt- og ferritttofasestruktur som mulig, og kontroller ferrittinnholdet under 3 til 5 %, noe som kan forstyrre retningen til austenittsøylekrystaller. kornforedling. Og ferritt kan løse opp flere urenheter enn austenitt, og dermed redusere segregeringen av lavtsmeltende eutektikk i austenittkorngrenser.

(2) Sveiseprosesstiltak I sveiseprosessen, prøv å bruke høykvalitetselektroder med alkalisk belegg, bruk liten linjeenergi, liten strøm, rask ikke-svingsveising, prøv å fylle lysbuegropen på slutten og bruk argonbuesveising for bunning osv. Reduser sveisespenning og kratersprekker.

(3) Kontroller den kjemiske sammensetningen. Begrens innholdet av urenheter som S og P i sveisen strengt for å redusere eutektikken med lavt smeltepunkt.

• Intergranulær korrosjon

Korrosjon oppstår mellom korn, noe som resulterer i tap av binding mellom kornene, nesten fullstendig tap av styrke og brudd langs korngrensene ved stress.

1. årsak

I henhold til teorien om uttømming av krom, når sveisingen og den varmepåvirkede sonen varmes opp til sensibiliseringstemperaturen på 450 til 850 grader (farlig temperatursone), på grunn av den store atomradiusen til Cr, er diffusjonshastigheten liten, og overmettet karbon har en tendens til austenittkorn. Grensen diffunderer og danner Cr23C6 ved korngrensen med kromforbindelsen ved korngrensen, noe som resulterer i en korngrense med dårlig krom, som ikke er nok til å motstå korrosjon.

2. Forebyggende tiltak

(1) Kontroll av karboninnhold

Bruk lavkarbon eller ultralavkarbon (W(C) Mindre enn eller lik 0,03 %) sveisetilbehør i rustfritt stål. Slik som A002 og så videre.

(2) Tilsett stabilisator

Tilsetning av Ti, Nb og andre elementer som har en sterkere affinitet med C enn Cr i stål og sveisematerialer kan kombineres med C for å danne stabile karbider, og dermed unngå kromutarming ved austenittkorngrenser. Vanlig brukte rustfritt stål og sveisematerialer inneholder Ti, Nb, slik som 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni12MO2Ti stål, E347-15 elektrode, H0Cr19Ni9Ti sveisetråd, etc.

(3) Vedta toveis organisasjon

En viss mengde ferrittdannende elementer, som Cr, Si, AL, MO, etc., smeltes inn i sveisen av sveisetråden eller elektroden, slik at sveisen formes til en tofasestruktur av austenitt + ferritt , fordi Cr er i Diffusjonshastigheten i ferritt er raskere enn i austenitt, så Cr diffunderer til korngrenser raskere i ferritt, noe som lindrer fenomenet med utarming av krom i austenittkorngrenser. Generelt er innholdet av ferritt i sveisemetallet kontrollert til å være 5 % til 10 %. Hvis det er for mye ferritt, vil sveisen bli sprø.

(4) Rask avkjøling

Fordi austenittisk rustfritt stål ikke forårsaker herding, kan du under sveiseprosessen prøve å øke kjølehastigheten til sveiseskjøten, for eksempel avkjøling med en kobberbakplate eller direkte vanning under sveisingen.

I sveiseprosessen kan tiltak som lav strøm, høy sveisehastighet, kort lysbue og flerpasssveising brukes til å forkorte tiden som sveiseskjøten forblir i det farlige temperaturområdet, for å unngå dannelse av krom - utarmet område.

(5) Utfør løsningsbehandling eller homogeniseringsvarmebehandling. Etter sveising, oppvarm den sveisede skjøten til 1050-1100 grad, slik at karbidene gjenoppløses til austenitt, og deretter raskt avkjøles for å danne en stabil enfase austenittstruktur.

I tillegg kan en homogeniseringsvarmebehandling ved 850-900 grader i 2 timer også utføres. På dette tidspunktet diffunderer Cr i austenittkornene til korngrensene, og Cr-innholdet ved korngrensene når mer enn 12 % igjen, slik at det ikke vil dannes korn. korrodert.

• Spenningskorrosjonssprekker

Korrosjonsskader av metall under kombinert påvirkning av stress og korrosivt medium. I henhold til spenningskorrosjonssprekkene og eksperimentelle studier av rustfritt stålutstyr og deler, kan det vurderes at under den kombinerte virkningen av en viss statisk strekkspenning og et spesifikt elektrokjemisk medium ved en viss temperatur, har det eksisterende rustfritt stål muligheten til å produserer spenningskorrosjon.

En av de største egenskapene til spenningskorrosjon er selektiviteten i kombinasjonen av korrosive medier og materialer. Det er lett å forårsake spenningskorrosjon av austenittisk rustfritt stål, hovedsakelig saltsyre og kloridholdige kloridioner, samt svovelsyre, salpetersyre, hydroksyd (alkali), sjøvann, vanndamp, H2S vandig løsning, konsentrert NaHCO{{1} }NH3+NaCl-vannløsning og andre medier Vent.

1. Årsak

Spenningskorrosjonssprekker er et forsinket sprekkfenomen som oppstår når sveisede skjøter utsettes for strekkspenninger i et spesifikt korrosivt miljø. Spenningskorrosjonssprekker av sveisede skjøter i austenittisk rustfritt stål er en alvorlig sviktform av sveisede skjøter, som viser seg som sprø brudd uten plastisk deformasjon.

2. Forebyggende tiltak

(1) Formuler formingsprosessen og monteringsprosessen rimelig for å minimere graden av kaldarbeidsdeformasjon, unngå tvangsmontering og forhindre alle slags arr under monteringsprosessen (alle typer monteringsarr og lysbueforbrenninger vil bli sprekkkilden til SCC , som er lett å forårsake korrosjon.

(2) Rimelig utvalg av sveisetilsetningsmaterialer Sveisesømmen og basismetallet skal ha en god match, uten dårlig struktur, som forgrovning av korn og hard og sprø martensitt.

(3) Vedta passende sveiseprosess for å sikre at sveisesømmen er godt formet og ikke produserer noen spenningskonsentrasjon eller gropdefekter, slik som underskjæring, etc., vedta en rimelig sveisesekvens for å redusere nivået av gjenværende sveisespenning. Unngå for eksempel sveising på kryss og tvers, endre det Y-formede sporet til et X-formet spor, reduser sporvinkelen på passende måte, bruk en kort sveisestreng og bruk en liten linjeenergi.

(4) Varmebehandling etter sveising for stressavlastende behandling, for eksempel fullstendig gløding eller gløding etter sveising; ettersveising eller skuddsveising brukes når varmebehandling er vanskelig å gjennomføre.

(5) Produksjonsstyringstiltak for å kontrollere urenheter i mediet, slik som O2, N2, H2O, etc. i flytende ammoniakkmedium, H2S i flytende petroleumsgass, O2, Fe3+, Cr6+, etc. i kloridløsning, anti-korrosjonsbehandling: som belegglag, foring eller katodisk beskyttelse, etc., tilsett korrosjonsinhibitor.

• Sprøhet av sveisede skjøter

Etter at sveisen av austenittisk rustfritt stål er oppvarmet ved høy temperatur i en periode, vil fenomenet slagfasthet avta, som kalles sprøhet.

1. Lavtemperatursprøhet av sveisemetall (475 graders sprøhet)

(1) Årsak

Den tofasede sveisestrukturen som inneholder flere ferrittfaser (mer enn 15% til 20%), etter oppvarming ved 350 til 500 grader, vil plastisiteten og seigheten reduseres betydelig. Siden sprøhetshastigheten er den raskeste ved 475 grader, kalles den 475 graders sprøhet.

For sveisede skjøter i austenittisk rustfritt stål er korrosjonsmotstand eller oksidasjonsmotstand ikke alltid den mest kritiske egenskapen, men når den brukes ved lave temperaturer, blir den plastiske seigheten til sveisemetallet den kritiske egenskapen.

For å møte kravene til lavtemperaturseighet, håper sveisestrukturen vanligvis å oppnå en enkelt austenittstruktur for å unngå eksistensen av deltaferritt. Tilstedeværelsen av deltaferritt forringer alltid seigheten ved lav temperatur, og jo mer innholdet er, desto mer alvorlig er denne sprøheten.

(2) Forebyggende tiltak

①På forutsetningen om å sikre sprekkmotstanden og korrosjonsmotstanden til sveisemetallet, bør ferrittfasen kontrolleres på et lavt nivå, ca. 5 %.

②Sveiser som har blitt sprø ved 475 grader kan elimineres ved bråkjøling ved 900 grader.

2. Sigma-fase sprøhet av sveisede skjøter

(1) Årsaker

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).

Som et resultat av utfellingen av σ-fase, faller slagfastheten til sveisen kraftig, noe som kalles σ-fasesprøhet. σ-fasen vises vanligvis bare i tofasestruktursveisingen; når driftstemperaturen overstiger 800 ~ 850 grader, vil σ-fasen også utfelles i enfaset austenittsveis.

(2) Forebyggende tiltak

①Begrens ferrittinnholdet i sveisemetallet (mindre enn 15 %); bruk superlegerte sveisematerialer, det vil si høy-nikkel sveisematerialer, og kontroller strengt innholdet av Cr, Mo, Ti, Nb og andre elementer.

② Liten spesifikasjon er tatt i bruk for å redusere oppholdstiden for sveisemetall ved høy temperatur

③ σ-fasen som er utfelt utsettes for fast løsningsbehandling når forholdene tillater det, slik at σ-fasen løses opp til austenitt.

④Varm den sveisede skjøten til 1000-1050 grader, og avkjøl den raskt. σ fase er vanligvis ikke produsert i 1Cr18Ni9Ti stål.

3. Fusjonslinjen er sprø

(1) Årsaker

Når austenittisk rustfritt stål brukes over lengre tid ved høy temperatur, vil det oppstå sprøbrudd langs noen få korn utenfor smeltelinjen.

(2) Forebyggings- og kontrolltiltak

Å legge Mo til stål kan forbedre stålets evne til å motstå sprøbrudd ved høye temperaturer.

Gjennom analysen ovenfor kan bare et rimelig utvalg av de ovennevnte sveiseprosesstiltakene eller sveisematerialene unngå de ovennevnte sveisefeilene. Austenittisk rustfritt stål har utmerket sveisbarhet, og nesten alle sveisemetoder kan brukes til sveising av austenittisk rustfritt stål.

Blant ulike sveisemetoder har elektrodebuesveising fordelene ved å tilpasse seg ulike posisjoner og ulike platetykkelser, og er mye brukt. Det følgende fokuserer på å analysere utvelgelsesprinsippene og metodene for austenittiske elektroder i rustfritt stål under forskjellige bruksområder.

Hovedpunkter for valg av elektroder for austenittisk rustfritt stål

Rustfritt stål brukes hovedsakelig for korrosjonsbestandighet, men brukes også som varmebestandig stål og lavtemperaturstål. Derfor, når du sveiser rustfritt stål, må ytelsen til elektroden samsvare med formålet med rustfritt stål. Elektroder i rustfritt stål må velges i henhold til grunnmetallet og arbeidsforholdene (inkludert arbeidstemperatur og kontaktmedium, etc.).

(1) Punkt 1

Generelt sett kan valget av elektroden referere til materialet til basismetallet, og velge elektroden med samme eller lignende sammensetning som basismetallet. Slik som: A102 tilsvarer 0Cr18Ni9, A137 tilsvarer 1Cr18Ni9Ti.

(2) Punkt 2

Siden karboninnholdet har stor innflytelse på korrosjonsmotstanden til rustfritt stål, velges vanligvis den rustfrie stålelektroden hvis karboninnhold i det avsatte metallet ikke er høyere enn basismetallet. Slik som 316L må bruke A022-elektrode.

(3) Punkt 3

Sveisemetallet av austenittisk rustfritt stål skal sikre mekaniske egenskaper. Dette kan verifiseres ved sveiseprosedyrekvalifisering.

(4) Punkt 4 (austenittisk varmebestandig stål)

For varmebestandig rustfritt stål (austenittisk varmebestandig stål) som arbeider ved høy temperatur, bør den valgte elektroden hovedsakelig møte den varme sprekkmotstanden til sveisemetallet og høytemperaturytelsen til den sveisede skjøten.

1. For austenittisk varmebestandig stål med Cr/Ni større enn eller lik 1, slik som 1Cr18Ni9Ti, etc., brukes vanligvis austenittisk-ferritiske rustfrie stålelektroder, og det er tilrådelig at sveisemetallet inneholder 2-5 % ferritt. Når ferrittinnholdet er for lavt, er sprekkmotstanden til sveisemetallet dårlig; hvis den er for høy, er det lett å danne en sigma-skjørhetsfase under langvarig bruk ved høy temperatur eller varmebehandling, noe som resulterer i sprekker.

Slik som A002, A102, A137. I noen spesielle bruksområder, når alt austenittisk sveisemetall kan være nødvendig, som A402, A407 elektroder, etc. kan brukes.

2. For stabile austenittiske varmebestandige stål med 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) Punkt 5 (korrosjonsbestandig rustfritt stål)

For korrosjonsbestandig rustfritt stål som arbeider i forskjellige korrosive medier, bør elektroden velges i henhold til mediet og arbeidstemperaturen, og dens korrosjonsmotstand bør sikres (utfør korrosjonstesten av sveisede skjøter).

1. For mediet med arbeidstemperatur over 300 grader og sterk korrosivitet, må elektroden som inneholder Ti eller Nb stabiliseringselement eller ultra-lavkarbon rustfritt stål brukes. Slik som A137 eller A002 og så videre.

2. For mediet som inneholder fortynnet svovelsyre eller saltsyre, brukes ofte rustfrie stålelektroder som inneholder Mo eller Mo og Cu, slik som: A032, A052, etc.

3. For utstyr med svak korrosjon eller kun for å unngå rustforurensning, kan rustfrie stålelektroder uten Ti eller Nb brukes. For å sikre spenningskorrosjonsmotstanden til sveisemetallet, brukes superlegerte sveisetilsetningsmaterialer, det vil si at innholdet av korrosjonsbestandige legeringselementer (Cr, Ni, etc.) i sveisemetallet er høyere enn i basismetallet. . Bruk for eksempel sveisematerialer av typen 00Cr18Ni12Mo2 (som A022) for å sveise 00Cr19Ni10 sveiser.

(6) Punkt 6

For austenittisk rustfritt stål som arbeider under lave temperaturforhold, bør sveiseskjøtens støtseighet ved lav temperatur ved brukstemperatur garanteres, så rene austenittiske elektroder brukes. Slik som A402, A407.

(7) Punkt 7

Nikkelbaserte legeringselektroder er også tilgjengelige. For eksempel er superaustenittisk rustfritt stål av typen Mo6 sveiset med nikkelbaserte sveisetilsetningsmaterialer med Mo opptil 9 %.

(8) Punkt 8: Valg av elektrodebeleggstype

1. Siden det tofasede austenittiske stålsveisemetallet i seg selv inneholder en viss mengde ferritt, har det god plastisitet og seighet. Fra perspektivet til motstand mot sprekker i sveisemetall, sammenlignes basisbelegget og beleggelektroden av titankalsiumtype. Forskjellen er ikke like stor som for karbonstålelektroder. Derfor, i praktiske applikasjoner, blir mer oppmerksomhet rettet mot sveiseprosessytelsen, og de fleste elektrodene med beleggtypekode 17 eller 16 (som A102A, A102, A132, etc.) brukes.

2. Bare når den strukturelle stivheten er svært høy eller sprekkmotstanden til sveisemetallet er dårlig (som noe martensittisk krom rustfritt stål, rent austenittisk krom-nikkel rustfritt stål etc.), kan valget av beleggkode 15 vurderes . Basisbelagte rustfrie stålelektroder (som A107, A407, etc.).

Som konklusjon

For å oppsummere har sveising av austenittisk rustfritt stål sine unike egenskaper, og utvalget av sveiseelektroder for austenittisk rustfritt stål er spesielt bemerkelsesverdig. Det er bevist ved langsiktig praksis at de ovennevnte tiltakene kan brukes for å oppnå forskjellig sveising for forskjellige materialer. Metoder og elektroder av forskjellige materialer, elektroder i rustfritt stål må velges i henhold til grunnmetallet og arbeidsforholdene (inkludert arbeidstemperatur og kontaktmedium, etc.). Det har en god veiledende betydning for oss, slik at det er mulig å oppnå forventet sveisekvalitet.