Austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsausominaisuudet: Hitsauksen aikana esiintyy merkittäviä elastisia ja plastisia jännityksiä ja venymiä, mutta kylmähalkeilua tapahtuu harvoin. Hitsausliitoksissa ei ole karkenemisvyöhykkeitä-tai merkittävää raekarkenemista, mikä johtaa hitsaussauman korkeaan vetolujuuteen.
Keskeiset ongelmat austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsauksessa: Merkittävät hitsausmuodonmuutokset; herkkyys kuumahalkeilulle raerajaominaisuuksien vuoksi ja herkkyys tietyille epäpuhtauksille (kuten S ja P).
Kuva
Kuva
Viisi pääasiallista hitsausongelmaa ja lievennystoimenpiteitä austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle
01
Kromikarbidien muodostuminen vähentää hitsausliitoksen vastustuskykyä rakeiden välistä korroosiota vastaan.
Rakeiden välinen korroosio: kromi-häviöteorian mukaan, kun hitsisauma ja lämmön-vaikutusalue (HAZ) kuumennetaan herkistymislämpötila-alueella 450–850 astetta, kromikarbidit saostuvat rakeiden rajoilla. Tämä luo kromi{5}}tyhjiä vyöhykkeitä rajoihin, jolloin ne eivät pysty vastustamaan tehokkaasti korroosiota.
(1) Seuraavilla toimenpiteillä voidaan vähentää rakeiden välistä korroosiota hitsaussaumassa ja korroosiota perusmetallin herkistysvyöhykkeellä:
a. Vähennä hiilipitoisuutta sekä perusmetallissa että hitsausmetallissa. Lisää stabilointielementtejä (kuten Ti tai Nb) perusmetalliin muodostaaksesi ensisijaisesti MC--tyyppisiä karbideja, mikä estää Cr23C6:n muodostumisen.
b. Luo hitsisaumaan kaksivaiheinen{1}}mikrorakenne, joka koostuu austeniitista ja pienestä määrästä ferriittiä. Ferriitin läsnäolo jalostaa raerajaa ja lisää raeraja-alaa, mikä vähentää kromikarbidin saostumaa raeraajan pinta-alayksikköä kohti.
Kromilla on korkeampi liukoisuus ferriittiin, joten Cr23C6 muodostuu ensisijaisesti ferriittifaasissa sen sijaan, että se heikentäisi kromia austeniitin raerajoilla. Lisäksi austeniittimatriisiin dispergoitu ferriitti toimii esteenä ja estää korroosion leviämisen materiaaliin raerajoja pitkin.
c. Säädä viipymisaikaa herkistymislämpötila-alueella. Säädä hitsauksen lämpösykliä minimoimaan 600 asteen ja 1000 asteen välillä kuluva aika; Tätä tarkoitusta varten voidaan valita suuri-energiatiheys-hitsausmenetelmiä (kuten plasmakaarihitsaus). Käytä pienempää hitsauslämmön syöttöä; puhdista hitsin takaosa argonilla tai käytä kuparitaustaa lisätäksesi hitsausliitoksen jäähdytysnopeutta; minimoi valokaaren käynnistysten ja pysäytysten lukumäärä toistuvan kuumenemisen välttämiseksi; ja monivaihehitsauksissa hitsaa pinta, joka on kosketuksissa syövyttävän väliaineen kanssa, aina kun mahdollista.
d. Suorita jälki-hitsausliuoskäsittely tai stabiloiva hehkutus (850–900 astetta) ja sen jälkeen ilmajäähdytys varmistaaksesi täydellisen karbidin saostumisen ja nopeuttaaksesi kromin diffuusiota.
Kuva
(2) veitsi{1}}hitsausliitokset (eräs paikallisen korroosion muoto); seuraavat ennaltaehkäisevät toimenpiteet voidaan toteuttaa:
Hiilen suuren diffuusiivisuuden vuoksi se segregoituu raerajoilla jäähtyessään muodostaen ylikyllästyneen tilan, kun taas Ti ja Nb jäävät rakeiden sisään alhaisen diffuusiivuutensa vuoksi. Kun hitsausliitosta lämmitetään uudelleen herkistymislämpötila-alueella, ylikyllästynyt hiili saostuu raerajoille Cr23C6:n muodossa.
a. Vähennä hiilipitoisuutta. Stabilointielementtejä sisältävien ruostumattomien terästen hiilipitoisuus ei saa ylittää 0,06 %.
b. Käytä asianmukaisia hitsausmenetelmiä. Valitse pienempi hitsauslämmön syöttö lyhentääksesi ylikuumenevan vyöhykkeen viipymisaikaa korkeissa lämpötiloissa ja varo "keskimääräistä-lämpötilaherkistymistä" hitsauksen aikana.
Kaksipuolisessa hitsauksessa syövyttävän väliaineen kanssa kosketuksissa oleva hitsauspalko tulee levittää viimeisenä (tämä on syy, miksi sisähitsaus suoritetaan ulkoisen hitsauksen jälkeen halkaisijaltaan suurille, paksuille{2}}seinäisille hitsatuille putkille). Jos tämä ei ole mahdollista, hitsausparametreja ja hitsin geometriaa tulee säätää minimoimaan ylikuumenevan vyöhykkeen herkistävä kuumeneminen, joka koskettaa syövyttävää väliainetta.
c. Jälki-hitsauksen lämpökäsittely. Suorita liuoskäsittely tai stabilointikäsittely hitsauksen jälkeen.
Kuva
02
Stressikorroosiohalkeilu
Jännityskorroosiohalkeilun estämiseksi voidaan ryhtyä seuraaviin toimenpiteisiin:
a. Oikea materiaalin valinta ja sopiva hitsin koostumuksen säätö. Korkean-puhtauden Cr-Ni-austeniittiset ruostumattomat teräkset, korkea-pii-Cr-Ni-austeniittiset ruostumattomat teräkset, ferriittiset-austeniittiset ruostumattomat teräkset ja korkea-kromiferriittiset ruostumattomat teräkset kestävät hyvin rasitusta korroosiota vastaan hitsausmetalli, jossa on austeniitti-dupleksirakenne, tarjoaa myös hyvän kestävyyden.
b. Poista tai vähennä jäännösstressiä. Suorita jälki-hitsauksen jännityksen-poistolämpökäsittely ja käytä mekaanisia menetelmiä, kuten kiillotusta, haukkumista ja kuorimista (vasaraa), vähentääksesi pinnan jäännösjännitystä.
c. Järkevä rakennesuunnittelu merkittävien jännityskeskittymien välttämiseksi.
Kuva
03
Hitsauskuumahalkeamat (hitsauksen jähmettymishalkeamat, lämmön{0}}vaikutusalueen nesteytyshalkeamat)
Kuumasäröilyalttius riippuu ensisijaisesti materiaalin kemiallisesta koostumuksesta, mikrorakenteesta ja ominaisuuksista. Nikkeli (Ni) muodostaa helposti matalan -sulamispisteen- yhdisteitä tai eutektiikkaa epäpuhtauksien, kuten rikin (S) ja fosforin (P) kanssa; elementtien, kuten boorin (B) ja piin (Si) erottelu edistää myös kuumahalkeilua.
Hitsisaumoilla on taipumus muodostaa karkeita pylväsmäisiä raerakenteita, joilla on vahva suuntaus, mikä helpottaa haitallisten epäpuhtauksien ja elementtien erottelua. Tämä edistää jatkuvien rakeidenvälisten nestekalvojen muodostumista, mikä lisää herkkyyttä kuumahalkeilulle. Epätasainen kuumeneminen hitsauksen aikana voi aiheuttaa merkittäviä vetojännitystä, mikä edistää edelleen kuumahalkeamien muodostumista.
Ennaltaehkäisevät toimenpiteet:
a. Hallitse tiukasti haitallisten epäpuhtauksien, kuten S:n ja P:n, pitoisuutta.
b. Säädä hitsausmetallin mikrorakenne. Hitsauksilla, joissa on kaksivaiheinen (kaksivaiheinen) mikrorakenne, on hyvä halkeilunkestävyys; delta (δ) -vaihe hitsauksessa jalostaa rakeita, eliminoi yksivaiheisen austeniitin suuntaavuuden ja vähentää haitallisten epäpuhtauksien erottumista raerajoilla. Lisäksi δ-faasi voi liuottaa suurempia määriä S:tä ja P:tä ja alentaa rajapintaenergiaa, mikä estää rakeidenvälisten nestekalvojen muodostumisen.
c. Säädä hitsimetallin seoskoostumus. Mn-, C- ja N-pitoisuuden lisääminen yksifaasisessa-austeniittisessa teräksessä ja hivenaineiden, kuten ceriumin (Ce), zirkoniumin (Zr) tai tantaalin (Ta)- lisääminen, jotka hienostavat hitsin mikrorakennetta ja puhdistavat raerajoja-voivat vähentää kuumahalkeilua.
d. Prosessin toimenpiteet. Minimoi hitsausaltaan ylikuumeneminen karkeiden pylväsmäisten rakeiden muodostumisen estämiseksi; käyttää pientä lämmöntuottoa (alhainen lineaarienergia) ja pieniä -poikkileikkaus-hitsaushelmiä.
Esimerkiksi 25-20-tyypin austeniittiset teräkset ovat alttiita nesteytyshalkeilulle. Toimenpiteitä tämän lieventämiseksi ovat epäpuhtauspitoisuuden ja raekoon tiukka rajoittaminen perusmetallissa, korkean-energiatiheyden hitsausmenetelmien käyttö, alhaisen lämmöntuoton käyttö ja liitoksen jäähdytysnopeuden lisääminen. Kuva
04
Hitsattujen liitosten haurastuminen
Lämmönkesto{0}}teräksissä hitsattujen liitosten sitkeys on varmistettava korkean lämpötilan{1}}haurastumisen estämiseksi. matalan lämpötilan -teräksiltä vaaditaan hyvää sitkeyttä matalassa-lämpötilassa, jotta hitsausliitokset eivät murtuisi alhaisissa lämpötiloissa.
Kuva
05
Merkittävä hitsausmuodonmuutos
Matalasta lämmönjohtavuudesta ja suuresta lämpölaajenemiskertoimesta johtuen hitsausmuodonmuutos on yleensä merkittävä; kalusteita voidaan käyttää tämän estämiseen. Hitsausmenetelmien ja -materiaalien valinta austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle:
Austeniittista ruostumatonta terästä voidaan hitsata sellaisilla menetelmillä kuin Tungsten Inert Gas (TIG), Metal Inert Gas (MIG) -hitsaus, Plasma Arc Welding (PAW) ja Submerged Arc Welding (SAW).
Austeniittisella ruostumattomalla teräksellä on alhainen sulamispiste, alhainen lämmönjohtavuus ja korkea sähkövastus; siksi käytetään pienempiä hitsausvirtoja. Kapeita hitsaussaumoja ja kapeita hitsauspaloja tulisi käyttää minimoimaan viipymäaika korkeassa-lämpötiloissa, estämään karbidin saostuminen, vähentämään hitsin kutistumisjännitystä ja alentamaan herkkyyttä kuumahalkeilulle.
Hitsauslisäaineiden,{0}}erityisesti seostettavien elementtien, kuten Cr:n ja Ni{1}}, koostumuksen tulisi olla korkeampi kuin perusmetallin. Pienen määrän (4–12 %) ferriittiä sisältäviä hitsausaineita käytetään hyvän halkeamankestävyyden varmistamiseksi (kylmähalkeilua, kuumahalkeilua ja jännityskorroosiohalkeilua vastaan) hitsaussaumassa.
Kun ferriittifaasin läsnäolo hitsisaumassa on kiellettyä tai mahdotonta, tulee valita seosaineita, kuten Mo ja Mn, sisältävät hitsausaineet.
Hitsaustarvikkeiden C-, S-, P-, Si- ja Nb-tasot tulee pitää mahdollisimman alhaisina; Vaikka Nb voi aiheuttaa jähmettymishalkeilua täysin austeniittisissa hitsisaumoissa, pieni määrä ferriittiä hitsisaumassa voi estää tämän tehokkaasti.
Nb:tä sisältävät hitsausaineet valitaan tyypillisesti hitsattuihin rakenteisiin, jotka vaativat-hitsauksen jälkeistä stabilointia tai jännitys{1}}poistokäsittelyä. Uppokaarihitsausta käytetään keskipaksuissa{3}}levyissä; Cr:n ja Ni:n palamishävikki- voidaan kompensoida siirtämällä seosaineita juoksuttimesta ja hitsauslangasta.
Syvän tunkeutumisen vuoksi on huolehdittava kuumahalkeilun estämisestä hitsaussauman keskellä ja korroosionkestävyyden heikkenemisestä lämpö{0}}vaikutusalueella (HAZ). On syytä kiinnittää huomiota ohuempien hitsauslankojen ja pienempään lämmöntuontiin; hitsauslangan Si-, S- ja P-pitoisuuden tulee olla alhainen.
Lämmönkestävän ruostumattoman teräksen hitsisaumojen ferriittipitoisuus- saa olla enintään 5 %. Austeniittisille ruostumattomille teräksille, joiden Cr- ja Ni-pitoisuus ylittää 20 %, tulee käyttää runsaasti-mangaania (6 %–8 %) sisältävää hitsauslankaa ja perus- tai neutraalivirtausta; tämä estää piin kerääntymisen hitsiin ja parantaa halkeamien kestävyyttä.
Erityisesti austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle suunnitellut sulatteet johtavat minimaaliseen piin keräämiseen ja voivat siirtää seosaineita hitsiin kompensoidakseen palamishäviöitä, mikä täyttää hitsin ominaisuuksia ja kemiallista koostumusta koskevat vaatimukset.
