Svejseegenskaber af austenitisk rustfrit stål og valg af svejsestang

Austenitisk rustfrit stål har god svejsbarhed og er i øjeblikket det mest udbredte i industrien. Generelt er specielle teknologiske foranstaltninger ikke nødvendige under svejsning. Dette papir analyserer i detaljer forekomsten af ​​varme revner, intergranulær korrosion, Spændingskorrosionsrevner, skørhed af svejsede samlinger (lavtemperaturskørhed, sigmafaseskørhed, fusionslinjeskørhed) årsager og forebyggende foranstaltninger,

Gennem den teoretiske og praktiske analyse af svejseegenskaber introduceres udvælgelsesprincipperne og metoderne til elektrodevalg til austenitisk rustfrit stål ved svejsning af forskellige materialer og under forskellige arbejdsmiljøforhold.

Rustfrit stål bliver i stigende grad brugt i luftfarts-, olie-, kemiske og atomare energiindustrier. Rustfrit stål er opdelt i krom rustfrit stål, krom-nikkel rustfrit stål efter kemisk sammensætning og ferritisk rustfrit stål, martensitisk rustfrit stål, austenitisk rustfrit stål og austenitisk-ferritisk dupleks rustfrit stål.

Blandt rustfrit stål har austenitisk rustfrit stål (18-8 type rustfrit stål) bedre korrosionsbestandighed end andre rustfrit stål; dens styrke er lavere, men dens plasticitet og sejhed er fremragende; dens svejseydelse er god, og den bruges hovedsageligt til kemikaliebeholdere, udstyr og det er det mest udbredte rustfri stål i industrien i øjeblikket.

Selvom austenitisk rustfrit stål har mange fordele, vil der opstå mange fejl, som i sidste ende vil påvirke ydeevnen, hvis svejseprocessen er forkert eller svejsematerialet er forkert valgt.

Svejseegenskaber af austenitisk rustfrit stål

• Udsat for termiske revner

Varme revner af austenitisk rustfrit stål er relativt lette at frembringe defekter under svejsning, herunder langsgående og tværgående revner af svejsninger, gratrevner, rodrevner ved bagsvejsning og mellemlagsrevner ved flerlagssvejsning osv., især når nikkelindholdet er relativt høj. Højaustenitisk rustfrit stål er lettere at fremstille.

1. Årsag

(1) De flydende og faste faselinjer af austenitisk rustfrit stål har et stort interval, en lang krystallisationstid og en enfaset austenitkrystallografisk orientering er stærk, så urenhedsadskillelsen er relativt alvorlig.

(2) Den termiske ledningsevne er lille, og den lineære ekspansionskoefficient er stor, hvilket vil generere stor indre svejsespænding (normalt trækspændingen af ​​svejsningen og den varmepåvirkede zone) under svejsning.

(3) Komponenterne i austenitisk rustfrit stål, såsom C, S, P, Ni, etc., vil danne et eutektikum med lavt smeltepunkt i den smeltede pool. For eksempel er smeltepunktet for Ni3S2 dannet af S og Ni 645 grader, mens smeltepunktet for Ni-Ni3S2 eutektisk kun er 625 grader.

2. Forebyggende foranstaltninger

(1) Brug den dobbeltfasede struktursvejsning til at gøre svejsemetallet så austenit- og ferrit-dobbeltfaset struktur så meget som muligt, og kontroller ferritindholdet under 3 til 5%, hvilket kan forstyrre retningen af ​​austenit-søjleformede krystaller. kornforfining. Og ferrit kan opløse flere urenheder end austenit og derved reducere adskillelsen af ​​lavtsmeltende eutektikum i austenitkorngrænser.

(2) Svejseprocesforanstaltninger I svejseprocessen, prøv at bruge højkvalitetselektroder med alkalisk belægning, brug lille linjeenergi, lille strøm, hurtig ikke-svingsvejsning, prøv at fylde lysbuegraven til sidst og brug argonbuesvejsning til bundning osv. Reducer svejsespænding og kraterrevner.

(3) Kontroller den kemiske sammensætning. Begræns strengt indholdet af urenheder såsom S og P i svejsningen for at reducere eutektikken med lavt smeltepunkt.

• Intergranulær korrosion

Korrosion opstår mellem korn, hvilket resulterer i tab af binding mellem korn, næsten fuldstændig tab af styrke og brud langs korngrænser, når de er stressede.

1. årsag

Ifølge teorien om udtømning af krom, når den svejse- og varmepåvirkede zone opvarmes til sensibiliseringstemperaturen på 450 til 850 grader (farlig temperaturzone), på grund af den store atomare radius af Cr, er diffusionshastigheden lille, og overmættet kulstof har tendens til austenitkorn. Grænsen diffunderer og danner Cr23C6 ved korngrænsen med chromforbindelsen ved korngrænsen, hvilket resulterer i en korngrænse med dårlig chrom, som ikke er nok til at modstå korrosion.

2. Forebyggende foranstaltninger

(1) Kontrol af kulstofindhold

Brug kulstoffattigt eller ultralavt kulstofindhold (W(C) Mindre end eller lig med 0,03 %) svejsematerialer i rustfrit stål. Såsom A002 og så videre.

(2) Tilføj stabilisator

Tilføjelse af Ti, Nb og andre grundstoffer, der har en stærkere affinitet med C end Cr i stål og svejsematerialer, kan kombineres med C for at danne stabile karbider og derved undgå chromudtømning ved austenitkorngrænser. Almindeligt anvendte rustfrit stål og svejsematerialer indeholder Ti, Nb, såsom 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni12MO2Ti stål, E347-15 elektrode, H0Cr19Ni9Ti svejsetråd osv.

(3) Vedtage tovejsorganisation

En vis mængde ferritdannende elementer, såsom Cr, Si, AL, MO osv., smeltes ind i svejsningen af ​​svejsetråden eller elektroden, så svejsningen formes til en tofaset struktur af austenit + ferrit , fordi Cr er i Diffusionshastigheden i ferrit er hurtigere end i austenit, så Cr diffunderer hurtigere til korngrænser i ferrit, hvilket afhjælper fænomenet med udtømning af krom i austenitkorngrænser. Generelt styres indholdet af ferrit i svejsemetallet til at være 5% til 10%. Hvis der er for meget ferrit, bliver svejsningen skør.

(4) Hurtig afkøling

Fordi austenitisk rustfrit stål ikke forårsager hærdning, kan du under svejseprocessen forsøge at øge afkølingshastigheden af ​​den svejste samling, såsom afkøling med en kobberbagplade eller direkte vanding under svejsningen.

I svejseprocessen kan foranstaltninger som lav strøm, høj svejsehastighed, kort lysbue og multi-pass svejsning bruges til at forkorte den tid, som den svejsede samling forbliver i det farlige temperaturområde, for at undgå dannelse af krom - udtømt område.

(5) Udfør opløsningsbehandling eller homogeniseringsvarmebehandling. Efter svejsning opvarmes den svejsede samling til 1050-1100 grad, så karbiderne genopløses til austenit og derefter hurtigt afkøles for at danne en stabil enfaset austenitstruktur.

Derudover kan en homogeniseringsvarmebehandling ved 850-900 grad i 2 timer også udføres. På dette tidspunkt diffunderer Cr i austenitkornene til korngrænserne, og Cr-indholdet ved korngrænserne når op på mere end 12% igen, så der ikke dannes korn. tæret.

• Spændingskorrosionsrevner

Korrosionsskader af metal under den kombinerede påvirkning af stress og korrosivt medium. I henhold til spændingskorrosionsrevner og eksperimentelle undersøgelser af rustfrit ståludstyr og dele kan det anses for, at under den kombinerede virkning af en vis statisk trækspænding og et specifikt elektrokemisk medium ved en bestemt temperatur, har det eksisterende rustfri stål mulighed for frembringer spændingskorrosion.

Et af de største træk ved spændingskorrosion er selektiviteten i kombinationen af ​​korrosive medier og materialer. Det er let at forårsage spændingskorrosion af austenitisk rustfrit stål, hovedsageligt saltsyre og chloridholdige chloridioner, samt svovlsyre, salpetersyre, hydroxid (alkali), havvand, vanddamp, H2S vandig opløsning, koncentreret NaHCO{{1} }NH3+NaCl-vandopløsning og andre medier Vent.

1. Årsag

Spændingskorrosionsrevner er et forsinket revnedannelsesfænomen, der opstår, når svejsede samlinger udsættes for trækspændinger i et specifikt korrosivt miljø. Spændingskorrosionsrevner af austenitiske svejsede samlinger af rustfrit stål er en alvorlig svigtform for svejsede samlinger, som viser sig som sprøde svigt uden plastisk deformation.

2. Forebyggende foranstaltninger

(1) Formuler formningsprocessen og samlingsprocessen med rimelighed for at minimere graden af ​​koldarbejdesdeformation, undgå tvungen samling og forhindre alle former for ar under samlingsprocessen (alle former for monteringsar og lysbueforbrændinger vil blive revnekilden til SCC , som er let at forårsage korrosion.

(2) Rimeligt udvalg af svejsematerialer Svejsesømmen og uædle metallet skal passe godt sammen uden nogen dårlig struktur, såsom kornforgrovning og hård og skør martensit.

(3) Vedtag passende svejseproces for at sikre, at svejsesømmen er velformet og ikke frembringer nogen spændingskoncentration eller grubetefekter, såsom underskæring osv., vedtag en rimelig svejsesekvens for at reducere niveauet af svejserestspænding. Undgå f.eks. svejsninger på kryds og tværs, skift den Y-formede rille til en X-formet rille, reducer rillevinklen passende, brug en kort svejsestreng og brug en lille linjeenergi.

(4) Varmebehandling efter svejsning til afspændingsbehandling, såsom fuldstændig udglødning eller udglødning efter svejsning; post-svejsning hammering eller shot pening anvendes, når varmebehandling er vanskelig at gennemføre.

(5) Produktionsstyringsforanstaltninger til at kontrollere urenheder i mediet, såsom O2, N2, H2O osv. i flydende ammoniakmedium, H2S i flydende petroleumsgas, O2, Fe3+, Cr6+, osv. i kloridopløsning, anti-korrosionsbehandling: såsom belægningslag, foring eller katodisk beskyttelse osv., tilsæt korrosionsinhibitor.

• Skørhed af svejsede samlinger

Efter at svejsningen af ​​austenitisk rustfrit stål er opvarmet ved høj temperatur i en periode, vil fænomenet slagstyrke falde, hvilket kaldes skørhed.

1. Lavtemperaturskørhed af svejsemetal (475 graders skørhed)

(1) Årsag

Den dobbeltfasede svejsestruktur, der indeholder flere ferritfaser (mere end 15% til 20%), efter opvarmning ved 350 til 500 grader, vil plasticiteten og sejheden falde betydeligt. Da skørhedshastigheden er den hurtigste ved 475 grader, kaldes den 475 graders skørhed.

For austenitiske svejsede samlinger af rustfrit stål er korrosionsbestandighed eller oxidationsbestandighed ikke altid den mest kritiske egenskab, men når den bruges ved lave temperaturer, bliver svejsemetallets plastiske sejhed den kritiske egenskab.

For at opfylde kravene til lavtemperatursejhed håber svejsestrukturen normalt at opnå en enkelt austenitstruktur for at undgå eksistensen af ​​deltaferrit. Tilstedeværelsen af ​​deltaferrit forringer altid sejheden ved lav temperatur, og jo mere indholdet er, jo mere alvorlig er denne skørhed.

(2) Forebyggende foranstaltninger

①På den forudsætning, at svejsemetallets revnemodstand og korrosionsbestandighed sikres, bør ferritfasen kontrolleres på et lavt niveau, omkring 5%.

②Svejsninger, der er blevet skøre ved 475 grader, kan elimineres ved at bratkøle ved 900 grader.

2. Sigma-fase skørhed af svejsede samlinger

(1) Årsager

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 følge af udfældningen af ​​σ-fasen falder svejsningens slagfasthed kraftigt, hvilket kaldes σ-faseskørhed. σ-fasen optræder generelt kun i den dobbeltfasede struktursvejsning; når driftstemperaturen overstiger 800 ~ 850 grader, vil σ-fasen også udfældes i den enfasede austenitsvejsning.

(2) Forebyggende foranstaltninger

①Begræns ferritindholdet i svejsemetallet (mindre end 15%); Brug superlegerede svejsematerialer, det vil sige svejsematerialer med høj nikkel, og kontroller nøje indholdet af Cr, Mo, Ti, Nb og andre elementer.

② Lille specifikation er vedtaget for at reducere opholdstiden for svejsemetal ved høj temperatur

③ Den udfældede σ-fase udsættes for fast opløsningsbehandling, når forholdene tillader det, således at σ-fasen opløses i austenit.

④Opvarm den svejste samling til 1000-1050 grad, og afkøl den derefter hurtigt. σ fase er generelt ikke produceret i 1Cr18Ni9Ti stål.

3. Fusionsledningen er skør

(1) Årsager

Når austenitisk rustfrit stål bruges i længere tid ved høj temperatur, vil der opstå skørt brud langs nogle få korn uden for fusionslinjen.

(2) Forebyggelses- og kontrolforanstaltninger

Tilføjelse af Mo til stål kan forbedre stålets evne til at modstå højtemperaturskørt brud.

Gennem ovenstående analyse kan kun et rimeligt udvalg af ovennævnte svejseprocesforanstaltninger eller svejsematerialer undgå ovennævnte svejsefejl. Austenitisk rustfrit stål har fremragende svejsbarhed, og næsten alle svejsemetoder kan bruges til svejsning af austenitisk rustfrit stål.

Blandt forskellige svejsemetoder har elektrodebuesvejsning fordelene ved at tilpasse sig forskellige positioner og forskellige pladetykkelser og er meget udbredt. Det følgende fokuserer på at analysere udvælgelsesprincipperne og metoderne for austenitiske rustfri stålelektroder under forskellige anvendelser.

Nøglepunkter for valg af elektroder til austenitisk rustfrit stål

Rustfrit stål bruges hovedsageligt til korrosionsbestandighed, men bruges også som varmebestandigt stål og lavtemperaturstål. Ved svejsning af rustfrit stål skal elektrodens ydeevne derfor matche formålet med det rustfri stål. Rustfri stålelektroder skal vælges i henhold til basismetallet og arbejdsforholdene (inklusive arbejdstemperatur og kontaktmedium osv.).

(1) Punkt 1

Generelt kan valget af elektroden referere til materialet af basismetallet og vælge elektroden med samme eller lignende sammensætning som basismetallet. Såsom: A102 svarer til 0Cr18Ni9, A137 svarer til 1Cr18Ni9Ti.

(2) Punkt 2

Da kulstofindholdet har stor indflydelse på rustfrit ståls korrosionsbestandighed, vælges generelt den rustfri stålelektrode, hvis kulstofindhold i det aflejrede metal ikke er højere end basismetallets. Såsom 316L skal bruge A022 elektrode.

(3) Punkt 3

Svejsemetallet af austenitisk rustfrit stål skal sikre mekaniske egenskaber. Dette kan verificeres ved svejseprocedurekvalifikation.

(4) Punkt 4 (austenitisk varmebestandigt stål)

For varmebestandigt rustfrit stål (austenitisk varmebestandigt stål), der arbejder ved høj temperatur, skal den valgte elektrode hovedsageligt opfylde svejsemetallets varme revnemodstand og højtemperaturydelsen af ​​den svejste samling.

1. Til austenitisk varmebestandigt stål med Cr/Ni større end eller lig med 1, såsom 1Cr18Ni9Ti osv., anvendes generelt austenitisk-ferritiske rustfri stålelektroder, og det er tilrådeligt, at svejsemetallet indeholder 2-5 % ferrit. Når ferritindholdet er for lavt, er svejsemetallets revnemodstand dårlig; hvis den er for høj, er det let at danne en sigma-skørhedsfase under langvarig brug ved høj temperatur eller varmebehandling, hvilket resulterer i revner.

Såsom A002, A102, A137. I nogle specielle applikationer, hvor alt austenitisk svejsemetal kan være påkrævet, såsom A402, A407 elektroder osv. kan anvendes.

2. Til stabilt austenitisk varmebestandigt 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 (korrosionsbestandigt rustfrit stål)

For korrosionsbestandigt rustfrit stål, der arbejder i forskellige korrosive medier, skal elektroden vælges i henhold til mediet og arbejdstemperaturen, og dens korrosionsbestandighed skal sikres (udfør korrosionsevnetesten af ​​svejsede samlinger).

1. For mediet med arbejdstemperaturen over 300 grader og stærk korrosivitet skal elektroden indeholdende Ti eller Nb stabiliseringselement eller ultra-lavt kulstof rustfrit stål anvendes. Såsom A137 eller A002 og så videre.

2. Til mediet indeholdende fortyndet svovlsyre eller saltsyre anvendes ofte rustfri stålelektroder indeholdende Mo eller Mo og Cu, såsom: A032, A052 mv.

3. Til udstyr med svag korrosion eller kun for at undgå rustforurening kan der anvendes rustfri stålelektroder uden Ti eller Nb. For at sikre svejsemetallets spændingskorrosionsbestandighed anvendes superlegerede svejsematerialer, det vil sige, at indholdet af korrosionsbestandige legeringselementer (Cr, Ni osv.) i svejsemetallet er højere end i basismetallet. . Brug f.eks. svejsematerialer af typen 00Cr18Ni12Mo2 (såsom A022) til at svejse 00Cr19Ni10-svejsninger.

(6) Punkt 6

For austenitisk rustfrit stål, der arbejder under lave temperaturforhold, bør svejsningens slagsejhed ved lav temperatur ved driftstemperaturen garanteres, så der anvendes rene austenitiske elektroder. Såsom A402, A407.

(7) Punkt 7

Nikkelbaserede legeringselektroder er også tilgængelige. For eksempel er Mo6 type super austenitisk rustfrit stål svejset med nikkel-baserede svejsematerialer med Mo op til 9%.

(8) Punkt 8: Valg af elektrodebelægningstype

1. Da det tofasede austenitiske stålsvejsemetal i sig selv indeholder en vis mængde ferrit, har det god plasticitet og sejhed. Fra perspektivet af svejsemetalrevnemodstand sammenlignes den grundlæggende belægning og belægningselektroden af ​​titanium-calcium-typen. Forskellen er ikke så væsentlig som for kulstofstålelektroder. I praktiske applikationer er der derfor mere opmærksomhed på svejseprocesydelsen, og de fleste af elektroderne med belægningstypekode 17 eller 16 (såsom A102A, A102, A132 osv.) bruges.

2. Kun når den strukturelle stivhed er meget høj, eller svejsemetallets revnemodstand er dårlig (såsom noget martensitisk chrom rustfrit stål, rent austenitisk chrom-nikkel rustfrit stål osv.), kan valget af belægningskode 15 overvejes . Grundlæggende belagte rustfri stålelektroder (såsom A107, A407 osv.).

Som konklusion

For at opsummere har svejsning af austenitisk rustfrit stål sine unikke egenskaber, og valget af svejseelektroder til austenitisk rustfrit stål er særligt bemærkelsesværdigt. Det er blevet bevist ved langsigtet praksis, at ovenstående foranstaltninger kan bruges til at opnå forskellig svejsning til forskellige materialer. Metoder og elektroder af forskellige materialer, rustfri stålelektroder skal vælges i henhold til basismetallet og arbejdsbetingelserne (inklusive arbejdstemperatur og kontaktmedium osv.). Det har en god vejledende betydning for os, så det er muligt at opnå den forventede svejsekvalitet.