Austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsausominaisuudet ja hitsaustangon valinta

Austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsattavuus on hyvä, ja se on tällä hetkellä teollisuudessa laajimmin käytetty. Yleensä hitsauksen aikana ei vaadita erityisiä teknisiä toimenpiteitä. Tässä artikkelissa analysoidaan yksityiskohtaisesti kuumahalkeamien, rakeidenvälisen korroosion, jännityskorroosiohalkeilun, hitsausliitosten haurastumisen (alhaisen lämpötilan haurastuminen, sigmafaasihaurastuminen, sulatuslinjan haurastuminen) syitä ja ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä,

Hitsauksen ominaisuuksien teoreettisen ja käytännön analyysin kautta esitellään austeniittisen ruostumattoman teräksen elektrodien valintaperiaatteet ja -menetelmät eri materiaalien hitsauksessa ja erilaisissa työympäristöolosuhteissa.

Ruostumatonta terästä käytetään yhä laajemmin lento-, öljy-, kemian- ja atomienergiateollisuudessa. Ruostumaton teräs jaetaan kromi-ruostumattomaan teräkseen, kromi-nikkeli-ruostumattomaan teräkseen kemiallisen koostumuksen mukaan ja ferriittiseen ruostumattomaan teräkseen, martensiittiseen ruostumattomaan teräkseen, austeniittiseen ruostumattomaan teräkseen ja austeniittis-ferriittiseen ruostumattomaan ruostumattomaan teräkseen.

Ruostumattomista teräksistä austeniittisella ruostumattomalla teräksellä (18-8-tyyppinen ruostumaton teräs) on parempi korroosionkestävyys kuin muilla ruostumattomilla teräksillä; sen lujuus on pienempi, mutta sen plastisuus ja sitkeys ovat erinomaiset; sen hitsausteho on hyvä, ja sitä käytetään pääasiassa kemikaalisäiliöissä, laitteissa ja se on tällä hetkellä teollisuudessa laajimmin käytetty ruostumaton teräs.

Vaikka austeniittisella ruostumattomalla teräksellä on monia etuja, jos hitsausprosessi on väärä tai hitsausmateriaali on valittu väärin, syntyy monia vikoja, jotka vaikuttavat viime kädessä suorituskykyyn.

Austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsausominaisuudet

• Altis lämpöhalkeamille

Austeniittisen ruostumattoman teräksen kuumahalkeamat ovat suhteellisen helposti syntyviä hitsauksen aikana, mukaan lukien hitsausten pituus- ja poikittaiset halkeamat, pursehalkeamat, taustahitsauksen juurihalkeamat ja monikerroksisen hitsauksen kerrosten väliset halkeamat jne., varsinkin kun nikkelipitoisuus on suhteellisen suuri. korkea. Korkean austeniittisen ruostumattoman teräksen valmistus on helpompaa.

1. Syy

(1) Austeniittisen ruostumattoman teräksen neste- ja kiinteäfaasilinjoilla on pitkä väli, pitkä kiteytysaika ja yksivaiheinen austeniitin kristallografinen orientaatio on vahva, joten epäpuhtauksien erottelu on suhteellisen vakavaa.

(2) Lämmönjohtavuus on pieni ja lineaarinen laajenemiskerroin on suuri, mikä synnyttää suuren hitsauksen sisäisen jännityksen (yleensä hitsin ja lämpövaikutusalueen vetojännityksen) hitsauksen aikana.

(3) Austeniittisen ruostumattoman teräksen komponentit, kuten C, S, P, Ni jne., muodostavat matalan sulamispisteen eutektiikkaa sulassa altaassa. Esimerkiksi S:n ja Ni:n muodostaman Ni3S2:n sulamispiste on 645 astetta, kun taas eutektisen Ni-Ni3S2:n sulamispiste on vain 625 astetta.

2. Ennaltaehkäisevät toimenpiteet

(1) Käytä kaksivaiheista rakennehitsiä tehdäksesi hitsimetallista austeniitti- ja ferriitin kaksivaiheisena rakenteena niin paljon kuin mahdollista ja säädä ferriittipitoisuus alle 3–5 %, mikä voi häiritä austeniittipylväskiteiden suuntaa. viljan jalostus. Ja ferriitti voi liuottaa enemmän epäpuhtauksia kuin austeniitti, mikä vähentää alhaalla sulavan eutektin erottumista austeniitin raerajoissa.

(2) Hitsausprosessin toimenpiteet Yritä käyttää hitsausprosessissa korkealaatuisia emäksisellä pinnoitteella varustettuja elektrodeja, käytä pienjohtoenergiaa, pientä virtaa, nopeaa heilahtelematonta hitsausta, yritä täyttää kaarikuoppa lopussa ja käytä argonkaarihitsausta. pohjaa varten jne. Vähennä hitsausjännitystä ja kraatterihalkeamia.

(3) Säädä kemiallista koostumusta Rajoita tiukasti epäpuhtauksien, kuten S:n ja P:n, pitoisuutta hitsissä alhaisen sulamispisteen eutektiikkaa vähentämiseksi.

• Rakeiden välinen korroosio

Rakeiden välillä tapahtuu korroosiota, mikä johtaa rakeiden välisen sidoksen menettämiseen, lähes täydelliseen lujuuden menettämiseen ja murtumiseen raerajoilla jännityksen aikana.

1. syy

Kromin ehtymisen teorian mukaan, kun hitsaus- ja lämmönvaikutusalue kuumennetaan 450-850 asteen herkistyslämpötilaan (vaarallinen lämpötilavyöhyke), Cr:n suuren atomisäteen vuoksi diffuusionopeus on pieni ja ylikyllästynyt hiili pyrkii austeniittirakeisiin. Raeraja diffundoituu ja muodostaa Cr23C6:ta raerajalle kromiyhdisteen kanssa raerajalla, mikä johtaa raerajaan, jossa on huono kromi, mikä ei riitä kestämään korroosiota.

2. Ennaltaehkäisevät toimenpiteet

(1) Hiilipitoisuuden säätely

Käytä vähähiilisiä tai erittäin vähähiilisiä (W(C) Vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,03 %) ruostumattomasta teräksestä valmistettuja hitsaustarvikkeita. Kuten A002 ja niin edelleen.

(2) Lisää stabilointiainetta

Lisäämällä Ti:tä, Nb:tä ja muita elementtejä, joilla on vahvempi affiniteetti C:n kanssa kuin Cr:n kanssa teräksessä ja hitsausmateriaaleissa, voidaan yhdistää C:n kanssa stabiilien karbidien muodostamiseksi, jolloin vältetään kromin ehtyminen austeniitin raerajoilla. Yleisesti käytetyt ruostumattomat teräkset ja hitsausmateriaalit sisältävät Ti:tä, Nb:tä, kuten 1Cr18Ni9Ti-, 1Cr18Ni12MO2Ti-terästä, E347-15-elektrodia, H0Cr19Ni9Ti-hitsauslankaa jne.

(3) Ottaa käyttöön kaksisuuntainen organisaatio

Tietty määrä ferriittiä muodostavia elementtejä, kuten Cr, Si, AL, MO jne., sulatetaan hitsiin hitsauslangalla tai -elektrodilla, jolloin hitsistä muodostuu kaksivaiheinen austeniitti + ferriitin rakenne. , koska Cr on ferriitin diffuusionopeus on nopeampi kuin austeniitissa, joten Cr diffundoituu raerajoille nopeammin ferriitissä, mikä lievittää kromin ehtymisen ilmiötä austeniitin raerajoissa. Yleensä ferriitin pitoisuus hitsimetallissa on säädetty 5-10 %:iin. Jos ferriittiä on liikaa, hitsi haurastuu.

(4) Nopea jäähdytys

Koska austeniittinen ruostumaton teräs ei aiheuta kovettumista, voit hitsausprosessin aikana yrittää lisätä hitsausliitoksen jäähdytysnopeutta, kuten jäähdytystä kuparisella taustalevyllä tai kastelemalla suoraan hitsauksen alla.

Hitsausprosessissa voidaan käyttää toimenpiteitä, kuten pientä virtaa, suurta hitsausnopeutta, lyhytkaarihitsausta ja monipäästöhitsausta, joilla lyhennetään aikaa, jonka hitsausliitos pysyy vaarallisella lämpötila-alueella, jotta vältetään kromin muodostuminen. - köyhtynyt alue.

(5) Suorita liuoskäsittely tai homogenointilämpökäsittely. Hitsauksen jälkeen lämmitä hitsausliitos 1050-1100 asteeseen, jotta karbidit liukenevat uudelleen austeniitiksi ja jäähtyvät sitten nopeasti vakaan yksivaiheisen austeniittirakenteen muodostamiseksi.

Lisäksi voidaan suorittaa homogenointilämpökäsittely 850-900 asteessa 2 tunnin ajan. Tällä hetkellä austeniittirakeiden Cr diffuusoituu raerajoille ja Cr-pitoisuus raerajoilla saavuttaa jälleen yli 12 %, joten rakeita ei muodostu. syöpynyt.

• Jännityskorroosiohalkeilu

Metallin korroosiovauriot jännityksen ja syövyttävän väliaineen yhteisvaikutuksessa. Jännityskorroosiohalkeilutapausten ja ruostumattomasta teräksestä valmistettujen laitteiden ja osien kokeellisten tutkimusten mukaan voidaan katsoa, ​​että tietyn staattisen vetojännityksen ja tietyn sähkökemiallisen väliaineen yhteisvaikutuksessa tietyssä lämpötilassa olemassa olevalla ruostumattomalla teräksellä on mahdollisuus tuottaa jännityskorroosiota.

Yksi jännityskorroosion suurimmista piirteistä on selektiivisyys syövyttävien väliaineiden ja materiaalien yhdistelmässä. Austeniittisen ruostumattoman teräksen jännityskorroosiota on helppo aiheuttaa, pääasiassa kloorivetyhappoa ja kloridia sisältäviä kloridi-ioneja sekä rikkihappoa, typpihappoa, hydroksidia (alkalia), merivettä, vesihöyryä, H2S-vesiliuosta, väkevää NaHCO{{1} }NH3+NaCl-vesiliuos ja muut väliaineet Odota.

1. Syy

Jännityskorroosiohalkeilu on viivästynyt halkeiluilmiö, joka syntyy, kun hitsatut liitokset altistetaan vetojännitykselle tietyssä syövyttävässä ympäristössä. Austeniittisten ruostumattomasta teräksestä valmistettujen hitsausliitosten jännityskorroosiohalkeilu on vakava hitsausliitosvauriomuoto, joka ilmenee hauraana vauriona ilman plastista muodonmuutosta.

2. Ennaltaehkäisevät toimenpiteet

(1) Muotoile muovausprosessi ja kokoonpanoprosessi kohtuudella minimoidaksesi kylmätyön muodonmuutosasteen, välttääksesi pakkokokoonpanon ja estääksesi kaikenlaiset arvet kokoonpanoprosessin aikana (kaikenlaiset kokoonpanoarvet ja kaaripalovammat tulevat SCC:n halkeamien lähteeksi , joka aiheuttaa helposti korroosiota.

(2) Kohtuullinen hitsausaineiden valinta Hitsaussauman ja perusmetallin tulee sopia hyvin, ilman huonoa rakennetta, kuten raekarkenemista ja kovaa ja hauras martensiittia.

(3) Käytä sopivaa hitsausprosessia varmistaaksesi, että hitsaussauma on hyvin muotoiltu eikä aiheuta jännityskeskittymiä tai pistevikoja, kuten alileikkausta jne., käytä kohtuullinen hitsausjärjestys vähentääksesi hitsauksen jäännösjännitystä. Vältä esimerkiksi ristikkäisiä hitsauksia, vaihda Y-muotoinen ura X-muotoiseksi uraksi, pienennä sopivasti uran kulmaa, käytä lyhyttä hitsausjalkaa ja käytä pientä viivaenergiaa.

(4) Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely jännityksenpoistokäsittelyyn, kuten täydellinen hehkutus tai hehkutus hitsauksen jälkeen; hitsauksen jälkeistä vasarointia tai ruiskuleikkaamista käytetään, kun lämpökäsittelyä on vaikea toteuttaa.

(5) Tuotannonhallintatoimenpiteet väliaineen epäpuhtauksien, kuten O2, N2, H2O jne., nestemäisessä ammoniakkiväliaineessa, H2S nestekaasussa, O2, Fe3+, Cr6+, hallitsemiseksi, jne. kloridiliuoksessa, korroosionestokäsittely: kuten pinnoitekerros, vuoraus tai katodisuojaus jne., lisää korroosionestoaine.

• Hitsausliitosten haurastuminen

Kun austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsiä on kuumennettu korkeassa lämpötilassa jonkin aikaa, iskunkestävyyden ilmiö, jota kutsutaan haurastumiseksi, vähenee.

1. Hitsausmetallin haurastuminen matalassa lämpötilassa (475 asteen haurastuminen)

(1) Syy

Kaksivaiheinen hitsirakenne, joka sisältää enemmän ferriittifaaseja (yli 15–20 %), 350–500 asteen kuumentamisen jälkeen plastisuus ja sitkeys heikkenevät merkittävästi. Koska haurastumisnopeus on nopein 475 asteessa, sitä kutsutaan 475 asteen haurastumiseksi.

Austeniittisissa ruostumattoman teräksen hitsausliitoksissa korroosionkestävyys tai hapettumisenkestävyys ei aina ole kriittisin ominaisuus, mutta alhaisissa lämpötiloissa käytettäessä hitsimetallin plastisuudesta tulee kriittinen ominaisuus.

Täyttääkseen matalien lämpötilojen sitkeysvaatimukset hitsirakenne toivoo yleensä saavansa yhden austeniittirakenteen delta-ferriitin välttämiseksi. Deltaferriitin läsnäolo heikentää aina matalan lämpötilan sitkeyttä, ja mitä enemmän sitä on, sitä vakavampaa tämä haurastuminen on.

(2) Ennaltaehkäisevät toimenpiteet

①Hitsimetallin halkeamankestävyyden ja korroosionkestävyyden varmistamiseksi ferriittifaasia tulisi säätää alhaisella tasolla, noin 5 %.

②Hitsit, jotka ovat haurastuneet 475 asteessa, voidaan poistaa karkaisemalla 900 asteessa.

2. Sigma-vaiheen haurastuminen hitsausliitoksissa

(1) Syyt

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).

σ-faasin saostumisen seurauksena hitsin iskusitkeys laskee jyrkästi, mitä kutsutaan σ-faasihaurastumiseksi. σ-vaihe esiintyy yleensä vain kaksivaiheisessa rakennehitsauksessa; kun käyttölämpötila ylittää 800 ~ 850 astetta, σ-faasi saostuu myös yksivaiheisessa austeniittihitsauksessa.

(2) Ennaltaehkäisevät toimenpiteet

①Rajoita ferriittipitoisuutta hitsimetallissa (alle 15 %); käytä superseostettuja hitsausmateriaaleja, eli runsaasti nikkeliä sisältäviä hitsausmateriaaleja, ja valvo tiukasti Cr-, Mo-, Ti-, Nb- ja muiden elementtien pitoisuutta.

② Pieni erittely on otettu käyttöön hitsimetallin viipymisajan lyhentämiseksi korkeassa lämpötilassa

③ Saostuneelle σ-faasille suoritetaan olosuhteiden salliessa kiinteä liuoskäsittely, jolloin σ-faasi liukenee austeniitiksi.

④Lämmitä hitsausliitos 1000-1050 asteeseen ja jäähdytä se sitten nopeasti. σ-faasia ei yleensä valmisteta 1Cr18Ni9Ti-teräksestä.

3. Fuusiolinja on hauras

(1) Syyt

Kun austeniittista ruostumatonta terästä käytetään pitkään korkeassa lämpötilassa, tapahtuu hauraita murtumia muutaman rakeen varrella sulatuslinjan ulkopuolella.

(2) Ennaltaehkäisy- ja valvontatoimenpiteet

Mo:n lisääminen teräkseen voi parantaa teräksen kykyä vastustaa haurautta korkeassa lämpötilassa.

Yllä olevan analyysin avulla vain järkevällä valinnalla yllä mainitut hitsausprosessin toimenpiteet tai hitsausmateriaalit voidaan välttää yllä mainitut hitsausvirheet. Austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsattavuus on erinomainen, ja lähes kaikkia hitsausmenetelmiä voidaan käyttää austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsaukseen.

Erilaisten hitsausmenetelmien joukossa elektrodikaarihitsauksen etuna on, että se mukautuu eri asentoihin ja eri levypaksuuksiin, ja sitä käytetään laajalti. Seuraavassa keskitytään austeniittisten ruostumattomien teräselektrodien valintaperiaatteiden ja -menetelmien analysointiin eri käyttötarkoituksissa.

Tärkeimmät kohdat austeniittisen ruostumattoman teräksen elektrodien valinnassa

Ruostumatonta terästä käytetään pääasiassa korroosionkestävyyteen, mutta sitä käytetään myös lämmönkestävänä teräksenä ja matalan lämpötilan teräksenä. Siksi ruostumatonta terästä hitsattaessa elektrodin suorituskyvyn on vastattava ruostumattoman teräksen tarkoitusta. Ruostumattomasta teräksestä valmistetut elektrodit on valittava perusmetallin ja työolosuhteiden mukaan (mukaan lukien käyttölämpötila ja kosketusaine jne.).

(1) Kohta 1

Yleisesti ottaen elektrodin valinta voi viitata perusmetallin materiaaliin ja valita elektrodi, jonka koostumus on sama tai samanlainen kuin perusmetalli. Kuten: A102 vastaa 0Cr18Ni9, A137 vastaa 1Cr18Ni9Ti.

(2) Kohta 2

Koska hiilipitoisuudella on suuri vaikutus ruostumattoman teräksen korroosionkestävyyteen, valitaan yleensä sellainen ruostumattomasta teräksestä valmistettu elektrodi, jonka hiilipitoisuus kerrostetussa metallissa ei ole korkeampi kuin perusmetallin. Kuten 316L, on käytettävä A022-elektrodia.

(3) 3 kohta

Austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsimetallin tulee varmistaa mekaaniset ominaisuudet. Tämä voidaan varmistaa hitsausmenetelmän kelpuutuksella.

(4) Kohta 4 (austeniittista lämmönkestävää terästä)

Kuumuutta kestävälle ruostumattomalle teräkselle (austeniittista lämmönkestävää terästä), joka toimii korkeassa lämpötilassa, valitun elektrodin tulee pääasiassa täyttää hitsimetallin kuumahalkeamankestävyys ja hitsausliitoksen suorituskyky korkeassa lämpötilassa.

1. Austeniittisille kuumuutta kestäville teräksille, joiden Cr/Ni on suurempi tai yhtä suuri kuin 1, kuten 1Cr18Ni9Ti jne., käytetään yleensä austeniittis-ferriittisiä ruostumattomia teräselektrodeja, ja on suositeltavaa, että hitsausmetalli sisältää 2-5 % ferriittiä. Kun ferriittipitoisuus on liian alhainen, hitsimetallin murtumiskestävyys on huono; jos se on liian korkea, siihen on helppo muodostaa sigmahaurastumisvaihe pitkäaikaisessa käytössä korkeassa lämpötilassa tai lämpökäsittelyssä, mikä johtaa halkeamiin.

Kuten A002, A102, A137. Joissakin erikoissovelluksissa, kun kaikkea austeniittista hitsimetallia voidaan tarvita, kuten A402, A407 elektrodeja jne. voidaan käyttää.

2. Vakaille austeniittisille kuumuutta kestäville teräksille, joissa on 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) Kohta 5 (korroosionkestävä ruostumaton teräs)

Korroosionkestävälle ruostumattomalle teräkselle, joka työskentelee erilaisissa syövyttävissä väliaineissa, elektrodi tulee valita väliaineen ja käyttölämpötilan mukaan ja sen korroosionkestävyys on varmistettava (suorita hitsausliitosten korroosiotesti).

1. Väliaineelle, jonka käyttölämpötila on yli 300 astetta ja jolla on voimakas syövyttävyys, on käytettävä elektrodia, joka sisältää Ti- tai Nb-stabilointielementtiä tai erittäin vähähiilistä ruostumatonta terästä. Kuten A137 tai A002 ja niin edelleen.

2. Laimeaa rikkihappoa tai suolahappoa sisältävässä väliaineessa käytetään usein ruostumattomasta teräksestä valmistettuja elektrodeja, jotka sisältävät Mo:ta tai Mo:ta ja Cu:ta, kuten: A032, A052 jne.

3. Laitteissa, joissa on heikko korroosio tai vain ruostesaasteen välttämiseksi, voidaan käyttää ruostumattomasta teräksestä valmistettuja elektrodeja ilman Ti:tä tai Nb:tä. Hitsausmetallin jännityskorroosionkestävyyden varmistamiseksi käytetään superseostettuja hitsausaineita, eli korroosionkestävien seosaineiden (Cr, Ni jne.) pitoisuus hitsimetallissa on suurempi kuin perusmetallin. . Käytä esimerkiksi 00Cr18Ni12Mo2-tyyppisiä hitsausmateriaaleja (kuten A022) 00Cr19Ni10-hitsausten hitsaukseen.

(6) 6 kohta

Alhaisissa lämpötiloissa työskenneltäessä austeniittista ruostumatonta terästä hitsausliitoksen iskusitkeys alhaisissa lämpötiloissa on taattava käyttölämpötilassa, joten käytetään puhtaita austeniittisia elektrodeja. Kuten A402, A407.

(7) Kohta 7

Saatavilla on myös nikkelipohjaisia ​​metalliseoselektrodeja. Esimerkiksi Mo6-tyypin superausteniittista ruostumatonta terästä hitsataan nikkelipohjaisilla hitsausaineilla, joissa Mo on enintään 9 %.

(8) Kohta 8: Elektrodin pinnoitetyypin valinta

1. Koska kaksivaiheinen austeniittisen teräksen hitsimetalli itsessään sisältää tietyn määrän ferriittiä, sillä on hyvä plastisuus ja sitkeys. Hitsausmetallin murtumiskestävyyden näkökulmasta verrataan peruspinnoitetta ja titaanikalsiumtyyppistä pinnoiteelektrodia. Ero ei ole yhtä merkittävä kuin hiiliteräselektrodeissa. Siksi käytännön sovelluksissa kiinnitetään enemmän huomiota hitsausprosessin suorituskykyyn ja käytetään useimpia elektrodeja, joiden pinnoitetyyppikoodi on 17 tai 16 (esim. A102A, A102, A132 jne.).

2. Vain silloin, kun rakenteellinen jäykkyys on erittäin korkea tai hitsimetallin murtumiskestävyys on huono (kuten jokin martensiittisen kromi ruostumaton teräs, puhdas austeniittinen kromi-nikkeli-ruostumaton teräs jne.), voidaan harkita pinnoitteen koodin 15 valintaa. . Peruspinnoitetut ruostumattomasta teräksestä valmistetut elektrodit (kuten A107, A407 jne.).

Lopuksi

Yhteenvetona voidaan todeta, että austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsauksella on ainutlaatuiset ominaisuutensa, ja erityisen huomionarvoinen on hitsauselektrodien valinta austeniittista ruostumatonta terästä varten. Pitkäaikainen käytäntö on osoittanut, että yllä olevilla toimenpiteillä voidaan saavuttaa erilainen hitsaus eri materiaaleille. Menetelmät ja elektrodit eri materiaaleista, ruostumattomasta teräksestä valmistetut elektrodit tulee valita perusmetallin ja työolosuhteiden mukaan (mukaan lukien käyttölämpötila ja kosketusaine jne.). Sillä on meille hyvä ohjaava merkitys, jotta voidaan saavuttaa odotettu hitsauslaatu.