Ruostumaton teräs paineastioihin ja sen hitsausominaisuudet
Ns. ruostumaton teräs tarkoittaa tietyn määrän kromia lisäämistä teräkseen siten, että teräs on passivoitunut ja sillä on ruostumattomuus. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi sen kromipitoisuuden on oltava yli 12 prosenttia. Teräksen passivoivuuden parantamiseksi ruostumattomaan teräkseen lisätään usein elementtejä, kuten nikkeliä ja molybdeeniä, jotka voivat passivoida teräksen. Yleisesti ruostumattomaksi teräkseksi kutsuttu on itse asiassa yleinen termi ruostumattomalle teräkselle ja haponkestävälle teräkselle. Ruostumaton teräs ei välttämättä ole haponkestävää, ja haponkestävällä teräksellä on yleensä hyvät ruostumattomat ominaisuudet. Ruostumaton teräs voidaan jakaa neljään luokkaan teräksen rakenteen mukaan, nimittäin austeniittiseen ruostumattomaan teräkseen, ferriittiseen ruostumattomaan teräkseen, martensiittiseen ruostumattomaan teräkseen ja austeniittis-ferriittiseen duplex-ruostumattomaan teräkseen.
1. Austeniittinen ruostumaton teräs ja sen hitsausominaisuudet
Austeniittinen ruostumaton teräs on yleisimmin käytetty ruostumaton teräs, ja korkea Cr-Ni -tyyppi on yleisin. Tällä hetkellä austeniittinen ruostumaton teräs voidaan karkeasti jakaa Cr18-Ni8-, Cr25-Ni20- ja Cr25-Ni35-tyyppiin. Austeniittisella ruostumattomalla teräksellä on seuraavat hitsausominaisuudet:
① Kuumakrakatun austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsauksella on pieni lämmönjohtavuus ja suuri lineaarinen laajenemiskerroin, joten hitsausprosessin aikana hitsausliitoksen viipymäaika korkeassa lämpötilassa on pidempi ja hitsistä on helppo muodostaa karkea pylväsmainen rake rakenne. Jos epäpuhtausalkuaineita, kuten rikkiä, fosforia, tinaa, antimonia ja niobia on paljon, rakeiden väliin muodostuu matalan sulamispisteen eutektiikkaa ja hitsaukseen muodostuu helposti jähmettymishalkeamia, kun hitsausliitokselle altistetaan korkea. vetojännitys. Lämmön vaikutusalueelle muodostuu nesteytyshalkeamia, jotka kaikki kuuluvat hitsauksen lämpöhalkeamiin. Tehokkain tapa estää kuumahalkeamia on vähentää epäpuhtauselementtejä, jotka ovat alttiita tuottamaan matalan sulamispisteen eutektiikkaa teräksessä ja hitsaustarvikkeissa, ja saada kromi-nikkeli-austeniittista ruostumatonta terästä sisältämään 4–12 prosenttia ferriittirakennetta.
② Rakeiden välinen korroosio Kromin ehtymisen teorian mukaan rakeiden välisen korroosion pääasiallinen syy on kromikarbidin saostuminen rakeiden väliselle pinnalle, mikä johtaa kromin ehtymiseen raerajassa. Siksi ultravähähiilisten hitsausaineiden tai stabiloivia elementtejä, kuten niobiumia ja titaania, sisältävien hitsausaineiden valitseminen on tärkein toimenpide rakeiden välisen korroosion estämiseksi.
③ Jännityskorroosiohalkeilu Jännityskorroosiohalkeilu ilmenee yleensä hauraana vikana ja vaurioprosessi kestää lyhyen ajan, joten vahinko on vakava. Suurin syy austeniittisen ruostumattoman teräksen jännityskorroosiohalkeiluihin on hitsauksen jäännösjännitys. Hitsausliitosten rakenteen muutos tai jännityskeskittymän olemassaolo sekä paikallisen korroosioväliaineen keskittyminen ovat myös syitä, jotka vaikuttavat jännityskorroosiohalkeamiseen.
④ σ hitsausliitosten faasihauristuminen σ-faasi on eräänlainen hauras ja kova metallien välinen yhdiste, joka kerääntyy pääasiassa pylväsmaisten rakeiden raerajoille. Sekä vaihe että δ-faasi voivat läpikäydä σ-vaihemuutoksen. Esimerkiksi kun Cr25Ni20-tyyppinen hitsi kuumennetaan 800-900 asteeseen, tapahtuu voimakas →δ-muutos. Kromi-nikkeli-austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle, erityisesti kromi-nikkeli-molybdeeni-ruostumattomalle teräkselle, δ→σ-faasimuutos on altis tapahtua pääasiassa siksi, että kromi- ja molybdeenielementeillä on ilmeinen sigmamuutos, kun hitsin δ-ferriittipitoisuus ylittää 12 prosenttia. , δ→σ:n muunnos on hyvin ilmeinen, mikä johtaa hitsimetallin ilmeiseen haurastumiseen, minkä vuoksi kuumaseinäisen hydrausreaktorin sisäseinässä oleva pintakerros säätelee δ-ferriittipitoisuutta 3 prosentista 10 prosenttiin. syy.
2. Ferriittinen ruostumaton teräs ja sen hitsausominaisuudet
Ferriittinen ruostumaton teräs on jaettu kahteen luokkaan: tavallinen ferriittinen ruostumaton teräs ja erittäin puhdas ferriittinen ruostumaton teräs. Niistä tavallisen ferriittisen ruostumattoman teräksen tyyppi on Cr12 ~ Cr14, kuten 00Cr12, 0Cr13Al; Cr16 ~ Cr18 tyyppi, kuten 1Cr17Mo; Cr25 ~ 30 tyyppi.
Tavallisen ferriittisen ruostumattoman teräksen korkean hiili- ja typpipitoisuuden vuoksi sitä on vaikea käsitellä ja hitsata, ja korroosionkestävyyttä on vaikea taata, joten käyttö on rajoitettua. Erittäin puhtaassa ferriittisessä ruostumattomassa teräksessä teräksen hiiltä ja typpeä valvotaan tiukasti. Typen kokonaismäärää säädetään yleensä kolmella tasolla 0.035 prosentista 0.045 prosenttia , 0,030 prosenttia ja 0,010 prosentista 0,015 prosenttiin. Samalla lisätään tarvittavia seosaineita parantamaan entisestään teräksen korroosionkestävyyttä ja kokonaisvaltaista suorituskykyä. Verrattuna tavalliseen ferriittiseen ruostumattomaan teräkseen, erittäin puhtaalla korkeakromipitoisella ruostumattomalla teräksellä on hyvä tasaisen korroosion, pistekorroosion ja jännityskorroosionkestävyys, ja sitä käytetään laajalti petrokemian laitteissa. Ferriittisellä ruostumattomalla teräksellä on seuraavat hitsausominaisuudet:
① Korkean hitsauslämpötilan vaikutuksesta jyvät kasvavat nopeasti lämpövaikutusalueella, jossa kuumennuslämpötila saavuttaa yli 1000 astetta, erityisesti lähellä sauman alueella. Vaikka se jäähtyy nopeasti hitsauksen jälkeen, sitkeyden jyrkkä lasku ja suuri taipumus rakeiden väliseen korroosioon.
② Ferriittiteräksessä itsessään on korkeampi kromipitoisuus, enemmän haitallisia elementtejä, kuten hiiltä, typpeä, happea jne., korkeampi hauraus siirtymälämpötila ja vahvempi loviherkkyys. Siksi hitsin jälkeinen haurastuminen on vakavampaa.
③ Kun kuumennetaan ja jäähdytetään hitaasti 400 - 600 asteessa pitkään, tapahtuu haurastumista 475 asteessa, mikä heikentää huomattavasti sitkeyttä huoneenlämpötilassa. Pitkän 550 - 820 asteen lämpötilassa kuumennettaessa σ-faasi saostuu helposti ferriitistä ja myös sen plastisuus ja sitkeys heikkenevät merkittävästi.
3. Martensiittinen ruostumaton teräs ja sen hitsausominaisuudet
Martensiittinen ruostumaton teräs voidaan jakaa Cr13-tyypin martensiittiseen ruostumattomaan teräkseen, vähähiiliseen martensiittiseen ruostumattomaan teräkseen ja supermartensiittiseen ruostumattomaan teräkseen. Cr13-tyypillä on yleinen korroosionestokyky. Cr12-pohjaisesta martensiittisesta ruostumattomasta teräksestä, koska siihen on lisätty nikkeliä, molybdeeniä, volframia, vanadiinia ja muita seosaineita, sillä ei ole vain tietty korroosionkestävyys, vaan sillä on myös korkea korkeiden lämpötilojen lujuus ja korkeiden lämpötilojen kestävyys. . Hapetusominaisuudet.
Martensiittisen ruostumattoman teräksen hitsausominaisuudet: Cr13-tyypin martensiittisen ruostumattoman teräksen hitsaussaumalla ja lämpövaikutteisella vyöhykkeellä on erityisen suuri kovettumistaipumus, ja hitsausliitoksesta voi muodostua kovaa ja hauras martensiittia ilmajäähdytysolosuhteissa. Hitsauksen vaikutuksesta syntyy helposti hitsaushalkeamia. Kun jäähdytysnopeus on pieni, lähelle sauma-alueelle ja hitsausmetalliin muodostuu karkeita ferriittiä ja rakeiden välistä karbidia, mikä vähentää merkittävästi liitoksen plastisuutta ja sitkeyttä.
Kun vähähiilisen ja supermartensiittisen ruostumattoman teräksen hitsaus- ja lämpövaikutusalue on jäähdytetty, ne kaikki muuttuvat vähähiiliseksi martensiitiksi, mutta ilmeistä kovettumisilmiötä ei ole, ja niillä on hyvä hitsauskyky.
Valikoima ruostumattoman teräksen hitsaustarvikkeita paineastioihin
1. Austeniittisten ruostumattoman teräksen hitsausosien valinta
Austeniittisten ruostumattomien terästen hitsausosien valintaperiaatteena on varmistaa, että hitsausmetallin korroosionkestävyys ja mekaaniset ominaisuudet ovat periaatteessa yhtä suuret tai korkeammat kuin perusmetallin, jos siinä ei ole halkeamia. ottelu. Korroosionkestävälle austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle on yleensä toivottavaa sisältää tietty määrä ferriittiä, joka ei ainoastaan takaa hyvää halkeamiskestävyyttä, vaan sillä on myös hyvä korroosionkestävyys. Joissakin erikoisaineissa, kuten urealaitteiden hitsausmetallissa, ferriittiä ei kuitenkaan saa esiintyä, muuten sen korroosionkestävyys heikkenee. Kuumuutta kestävien austeniittisten terästen osalta tulee harkita ferriittipitoisuuden säätöä hitsausmetallissa. Pitkään korkeassa lämpötilassa käytettävissä austeniittisissa teräshitsauksissa hitsimetallin ferriittipitoisuus ei saa ylittää 5 prosenttia. Lukijat voivat arvioida vastaavan ferriittipitoisuuden kromiekvivalentin ja nikkeliekvivalentin perusteella hitsimetallissa Schaeffler-kaavion mukaisesti.
kuva
2. Ferriittisten ruostumattoman teräksen hitsausosien valinta
Ferriittisiä ruostumattoman teräksen hitsausosia on periaatteessa kolmenlaisia: 1) hitsaustarvikkeet, joiden koostumus vastaa periaatteessa perusmetallia; 2) austeniittiset hitsaustarvikkeet; 3) nikkelipohjaiset seoshitsaustarvikkeet, joita käytetään harvoin korkeiden hintojensa vuoksi.
Ferriittiset ruostumattoman teräksen hitsausaineet voidaan valmistaa perusmetallia vastaavista materiaaleista, mutta suurella pidätysasteella halkeamia syntyy helposti. Lämpökäsittelyä voidaan käyttää hitsauksen jälkeen korroosionkestävyyden palauttamiseksi ja liitoksen plastisuuden parantamiseksi. Austeniittisten hitsausosien käytöllä voidaan välttää esikuumennus ja hitsauksen jälkilämpökäsittely, mutta erilaisilla teräksillä, jotka eivät sisällä pysyviä alkuaineita, lämpövaikutusvyöhykkeen herkistyminen on edelleen olemassa, ja 309 ja 310 kromi-nikkeli-austeniittiset hitsausaineet ovat yleisiä. käytetty. Cr17-teräkselle voidaan käyttää myös 308-hitsausaineita. Korkean metalliseospitoisuuden omaavat hitsausaineet parantavat hitsausliitosten plastisuutta. Austeniittiset tai austeniittis-ferriittiset hitsit ovat periaatteessa yhtä vahvaa kuin ferriittiset perusmetallit, mutta joissakin syövyttävissä väliaineissa hitsin korroosionkestävyys voi olla hyvinkin erilainen kuin perusmetallin. Kiinnitä huomiota hitsausmateriaaleja valitessasi.
3. Martensiittisten ruostumattoman teräksen hitsausosien valinta
Ruostumattomassa teräksessä martensiittista ruostumatonta terästä voidaan säätää lämpökäsittelyllä. Siksi erityisesti lämmönkestävän martensiittisen ruostumattoman teräksen suorituskykyvaatimusten varmistamiseksi hitsin koostumuksen tulee olla mahdollisimman lähellä perusmetallin koostumusta. Kylmähalkeamien estämiseksi voidaan käyttää myös austeniittisia hitsausaineita, joiden hitsauslujuuden tulee olla tällä hetkellä pienempi kuin perusmetallin.
Kun hitsin koostumus on samanlainen kuin perusmetallin, hitsi ja lämpövaikutusvyöhyke kovettuvat ja haurastuvat samanaikaisesti, ja lämpövaikutusalueelle muodostuu karkaisupehmennysvyöhyke. Kylmähalkeilun estämiseksi yli 3 mm:n paksuiset komponentit on usein esilämmitettävä ja hitsauksen jälkeen tarvitaan usein lämpökäsittelyä liitoksen suorituskyvyn parantamiseksi. Koska hitsimetallin ja perusmetallin lämpölaajenemiskerroin ovat periaatteessa samat, on mahdollista poistaa hitsi kokonaan lämpökäsittelyn jälkeen. stressi.
kuva
Kun työkappaletta ei saa esilämmittää tai lämpökäsitellä, voidaan valita austeniittinen hitsisauma. Koska hitsaussaumalla on korkea plastisuus ja sitkeys, se voi lievittää hitsausjännitystä ja liuottaa enemmän vetyä, mikä vähentää liitoksen jännitystä. Kylmähalkeilutaipumus, mutta epätasaisten materiaalien liitokset voivat erilaisista lämpölaajenemiskertoimista johtuen aiheuttaa leikkausjännitystä sulamisvyöhykkeellä kiertävän lämpötilan työympäristössä, mikä johtaa liitosvaurioon.
Yksinkertaiselle Cr13-tyyppiselle martensiittiteräkselle, kun austeniittista rakennetta ei käytetä, hitsin koostumuksessa ei ole paljon säätövaraa, joka on yleensä sama kuin perusmetallimatriisi, mutta haitallisia epäpuhtauksia, kuten S, P ja Si on rajoitettava. Si voi edistää karkean martensiitin muodostumista Cr13-martensiittisen teräksen hitsauksissa. C-pitoisuuden vähentäminen on hyödyllistä karkenevuuden vähentämisessä, ja pieni määrä elementtejä, kuten Ti, N tai Al, voi myös jalostaa rakeita ja vähentää karkenevuutta.
Monikomponenttisen seostetun Cr12--pohjaisen martensiittisen lämpölujan teräksen päätarkoitus on lämmönkestävyys, eikä austeniittisia hitsausosia yleensä käytetä, ja hitsin koostumuksen odotetaan olevan lähellä perusmetallia. Koostumusta säädettäessä on varmistettava, että hitsaus ei näytä ferriittifaasilta, koska se on erittäin haitallista suorituskyvylle, koska Cr13-pohjaisen martensiittisen lämpölujuuden teräksen pääkomponentit ovat enimmäkseen ferriittielementtejä ( kuten Mo, Nb, W, V jne.), jotta koko rakenne olisi yhtenäinen martensiitti, se on tasapainotettava austeniittielementeillä, eli siinä on oltava sopivia elementtejä, kuten C, Ni, Mn, ja N.
Martensiittisella ruostumattomalla teräksellä on erittäin korkea taipumus kylmähalkeilulle, joten on välttämätöntä säilyttää tiukasti alhaisen vetypitoisuuden, jopa erittäin alhaisen vetypitoisuuden, ja tähän on kiinnitettävä huomiota hitsausmateriaaleja valittaessa.
Paineastioiden ruostumattoman teräksen hitsauksen pääkohdat
1. Austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsauksen pääkohdat
Yleensä austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä on erinomainen hitsattavuus. Austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsaukseen voidaan käyttää lähes kaikkia sulahitsausmenetelmiä, ja austeniittisen ruostumattoman teräksen lämpöfysikaaliset ominaisuudet ja mikrorakenteen ominaisuudet määrittävät sen hitsausprosessin avainkohdat.
① Austeniittisen ruostumattoman teräksen pienen lämmönjohtavuuden ja suuren lämpölaajenemiskertoimen ansiosta hitsauksen aikana on helppo tuottaa suuria muodonmuutoksia ja hitsausjännitystä, joten hitsausmenetelmä, jossa on keskitetty hitsausenergia, tulee valita mahdollisimman paljon.
② Austeniittisen ruostumattoman teräksen pienen lämmönjohtavuuden ansiosta se voi saavuttaa suuremman tunkeutumissyvyyden kuin niukkaseosteinen teräs samalla virralla. Samanaikaisesti sen suuren resistiivisyyden vuoksi, jotta vältetään elektrodin punoitus kaarihitsauksen aikana, hitsausvirta on pienempi kuin halkaisijaltaan saman hiiliteräksen tai niukkaseosteisen teräksen elektrodien.
③ Hitsaustiedot. Älä yleensä käytä suurta syöttöenergiaa hitsaukseen. Puikkokaarihitsauksessa on suositeltavaa käyttää pienihalkaisijaisia elektrodeja nopeaan monipäästöhitsaukseen. Jos hitsaus on vaativaa, kaada jopa kylmää vettä jäähdytyksen nopeuttamiseksi. Puhtaalle austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle ja superausteniittiselle ruostumattomalle teräkselle lämpöhalkeamisherkkyyden vuoksi. Jos se on suuri, hitsauslinjan energiaa on valvottava tiukasti, jotta estetään hitsausrakeiden vakava kasvu ja hitsauskuumien halkeamien esiintyminen.
④ Hitsauksen lämpöhalkeilun ja korroosionkestävyyden parantamiseksi on kiinnitettävä erityistä huomiota hitsausalueen puhtauteen hitsauksen aikana, jotta haitalliset aineet eivät pääse tunkeutumaan hitsiin.
⑤ Austeniittista ruostumatonta terästä ei yleensä tarvitse esilämmittää hitsauksen aikana. Raekasvun ja karbidin saostumisen estämiseksi hitsaussaumassa ja lämpövaikutusalueella ja hitsausliitoksen plastisuuden, sitkeyden ja korroosionkestävyyden varmistamiseksi on säädettävä alhaisempaa välikerroslämpötilaa, joka ei yleensä ylitä 150 astetta.
2. Ferriittiset ruostumattoman teräksen hitsauskohdat
Ferriittisessä ruostumattomassa teräksessä on suhteellisesti enemmän ferriittiä muodostavia elementtejä, suhteellisesti vähemmän austeniittia muodostavia elementtejä ja materiaalilla on vähemmän taipumusta kovettua ja kylmähalkeilua. Ferriittisen ruostumattoman teräksen hitsauslämpökierron vaikutuksesta lämpövaikutusvyöhykkeellä olevat rakeet kasvavat selvästi ja liitoksen sitkeys ja plastisuus heikkenevät jyrkästi. Raekasvun aste lämpövaikutusvyöhykkeellä riippuu hitsauksen aikana saavutetusta maksimilämpötilasta ja sen pitoajasta. Siksi ferriittistä ruostumatonta terästä hitsattaessa tulee käyttää mahdollisimman paljon pientä linjaenergiaa, eli energian keskittämismenetelmää, kuten Pienvirta-TIG, manuaalinen hitsaus pienihalkaisijaisilla elektrodeilla jne. Samalla mitataan kuten kapea ura, korkea hitsausnopeus ja monikerroksinen hitsaus tulisi ottaa käyttöön mahdollisimman paljon, ja kerrosten välistä lämpötilaa on valvottava tiukasti.
Hitsauksen lämpösyklin vaikutuksesta ferriittinen ruostumaton teräs herkistyy yleensä lämmön vaikutuksen vyöhykkeen korkean lämpötilan vyöhykkeellä, ja joissakin väliaineissa esiintyy rakeiden välistä korroosiota. Hitsauksen jälkeen se hehkutetaan 700-850 asteessa kromin homogenoimiseksi ja sen korroosionkestävyyden palauttamiseksi.
Tavallista korkeakromipitoista ferriittistä ruostumatonta terästä voidaan hitsata elektrodikaarihitsauksella, suojakaasuhitsauksella, upokaarihitsauksella ja muilla hitsausmenetelmillä. Johtuen runsaskromiteräksen luontaisesta heikosta plastisuudesta sekä raekasvusta lämpövaikutusvyöhykkeellä ja hitsauslämpöjaksojen aiheuttamasta karbidien ja nitridien kertymisestä raerajoille, hitsausliitosten plastisuus ja sitkeys ovat erittäin korkeat. matala. Halkeamia esiintyy todennäköisesti, kun käytetään hitsausosia, joiden kemiallinen koostumus on samanlainen kuin epäjaloa metallia, ja rajoitusaste on suuri. Halkeamien estämiseksi sekä liitoksen plastisuuden ja korroosionkestävyyden parantamiseksi, ottamalla esimerkkinä elektrodikaarihitsaus, voidaan toteuttaa seuraavat teknologiset toimenpiteet.
① Esilämmitä noin 100 ~ 150 astetta hitsataksesi materiaalin kovassa tilassa. Mitä korkeampi kromipitoisuus on, sitä korkeampi esilämmityslämpötilan tulee olla.
② Hitsaus pienellä syöttöenergialla ilman heilahtelua. Monikerroksisen hitsauksen aikana kerrosten välisen lämpötilan tulee olla korkeintaan 150 astetta, eikä jatkuvaa hitsausta saa käyttää vähentämään korkean lämpötilan haurautta ja 475 asteen haurautta.
③ Hitsauksen jälkeen 750 - 800 asteen hehkutus voi palauttaa korroosionkestävyyden ja parantaa liitoksen plastisuutta karbidien sferoidoitumisen ja kromin tasaisen jakautumisen vuoksi. Hehkutuksen jälkeen se tulee jäähdyttää nopeasti, jotta vältetään σ-faasin ja haurauden esiintyminen 475 asteessa.
3. Martensiittiset ruostumattoman teräksen hitsauskohdat
Cr13-tyyppiselle martensiittiselle ruostumattomalle teräkselle, kun hitsaukseen käytetään samasta materiaalista valmistettuja elektrodeja, tulee kylmähalkeamien herkkyyden vähentämiseksi ja hitsausliitosten plastisuuden ja sitkeyden varmistamiseksi valita vähävetyiset elektrodit ja seuraavat toimenpiteet on suoritettava. otettu samaan aikaan:
① Esilämmitä. Esilämmityslämpötila nousee teräksen hiilipitoisuuden kasvaessa, yleensä välillä 100 - 350 astetta.
② Kuumennuksen jälkeen. Hitsausliitoksissa, joissa on korkea hiilipitoisuus tai korkea pidättyvyys, on suoritettava jälkilämmitystoimenpiteet hitsauksen jälkeen hitsauksen vedyn aiheuttamien halkeamien estämiseksi.
③ Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely. Hitsattujen liitosten plastisuuden, sitkeyden ja korroosionkestävyyden parantamiseksi hitsauksen jälkeinen lämpökäsittelylämpötila on yleensä 650 °C ~ 750 °C, ja pitoaika lasketaan 1h / 25mm.
Super- ja vähähiilisen martensiittisen ruostumattoman teräksen esilämmitystoimenpiteitä ei yleensä vaadita. Kun pidätysaste on suuri tai hitsin vetypitoisuus on korkea, suoritetaan esi- ja jälkilämmitystoimenpiteitä. Esilämmityslämpötila on yleensä 100-150 astetta, hitsauksen jälkeinen lämpökäsittelylämpötila on 590-620 astetta. Suuremman hiilipitoisuuden omaaville martensiittisille teräksille. Tai kun esihitsauksen esilämmitys ja hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely ovat vaikeasti toteutettavissa ja liitokset ovat erittäin rajoittuneet, austeniittisia hitsausaineita voidaan käyttää myös suunnittelussa parantamaan hitsausliitosten plastisuutta ja sitkeyttä sekä ehkäisemään halkeamia. Mutta tällä hetkellä, kun hitsausmetalli on austeniittista tai austeniittipohjaista, se on itse asiassa matalalujuus verrattuna perusmetallin lujuuteen, ja hitsimetalli ja perusmetalli ovat erilaisia kemiallisen koostumuksen, metallografisen rakenteen, lämpö Fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet ovat hyvin erilaisia, ja hitsauksen jäännösjännitys on väistämätöntä, mikä voi helposti aiheuttaa jännityskorroosiota tai korkean lämpötilan virumisvaurioita.
Duplex ruostumattoman teräksen hitsaus
1. Duplex-ruostumattoman teräksen tyypit
Duplex ruostumattomassa teräksessä on austeniitti plus ferriitti dupleksirakenne ja kahden vaiheen rakenteen sisältö
Pohjimmiltaan sama, joten sillä on austeniittisen ruostumattoman teräksen ja ferriittisen ruostumattoman teräksen ominaisuudet. Myötölujuus voi olla 400Mpa ~ 550MPa, mikä on kaksi kertaa tavallista austeniittista ruostumatonta terästä. Verrattuna ferriittiseen ruostumattomaan teräkseen, duplex-ruostumattomalla teräksellä on korkea sitkeys, alhainen hauras siirtymälämpötila, merkittävästi parempi rakeiden välinen korroosionkestävyys ja hitsauskyky; samalla se säilyttää joitain ferriittisen ruostumattoman teräksen ominaisuuksia, kuten 475 asteen hauraus, korkea lämmönjohtavuus, pieni lineaarilaajenemiskerroin, superplastisuus ja magnetismi. Verrattuna austeniittiseen ruostumattomaan teräkseen, duplex-ruostumattoman teräksen lujuus on korkea, erityisesti myötöraja on parantunut merkittävästi, ja myös pistekorroosionkestävyys, jännityskorroosionkestävyys ja korroosion väsymiskestävyys paranevat merkittävästi.
Duplex ruostumaton teräs luokitellaan kemiallisen koostumuksensa mukaan, ja se voidaan jakaa neljään tyyppiin: Cr18-tyyppi, Cr23 (pois lukien Mo), Cr22-tyyppi ja Cr25-tyyppi. Cr25-duplex-ruostumattomasta teräksestä se voidaan jakaa tavalliseen ja superduplex-ruostumattomaan teräkseen, joista Cr22-tyyppiä ja Cr25-tyyppiä on käytetty laajasti viime vuosina. Suurin osa maassani käytetyistä duplex-ruostumattomista teräksistä valmistetaan Ruotsissa, ja erityislaatuja ovat: 3RE60 (Cr18-tyyppi), SAF2304 (Cr23-tyyppi), SAF2205 (Cr22-tyyppi), SAF2507 (Cr25-tyyppi).
2. Duplex-ruostumattoman teräksen hitsausominaisuudet
① Ruostumattomalla duplex-teräksellä on hyvä hitsattavuus. Lämpöaluetta ei ole helppoa haurastella hitsauksen aikana kuten ferriittistä ruostumatonta terästä, eikä myöskään ole helppoa tuottaa hitsauskuumia halkeamia kuten austeniittista ruostumatonta terästä. Kuitenkin, koska siinä on suuri määrä ferriittiä, Kun hitsin jäykkyys on korkea tai vetypitoisuus on korkea, voi esiintyä vetyjäähdytyshalkeamia, joten on erittäin tärkeää valvoa tarkasti vedyn lähdettä.
② Kaksivaiheisen teräksen ominaisuuksien varmistamiseksi tämän tyyppisen teräksen hitsauksessa on avainasemassa varmistaa, että austeniitin ja ferriitin osuus hitsausliitoksen rakenteessa on sopiva. Kun liitoksen jäähtymisnopeus hitsauksen jälkeen on hidas, δ→ sekundaarifaasimuutos on suhteellisen riittävä, joten huoneenlämpötilassa voidaan saada suhteellisen sopivalla faasisuhteella varustettu dupleksirakenne, joka vaatii sopivan suuren hitsauslämpöpanoksen hitsauksen aikana. . Muussa tapauksessa, jos jäähdytysnopeus hitsauksen jälkeen on nopea, δ-ferriittifaasi kasvaa, mikä johtaa vakavaan liitoksen plastisuuden, sitkeyden ja korroosionkestävyyden heikkenemiseen.
3. Duplex-ruostumattoman teräksen hitsausosien valinta
Ruostumattoman duplex-teräksen hitsausaineet, joille on tunnusomaista, että hitsausrakenne on duplex-rakenne, jota hallitsee austeniitti ja tärkeimpien korroosionkestävien elementtien (kromi, molybdeeni jne.) pitoisuus vastaa perusmetallin pitoisuutta, jolloin varmistaa saman korroosionkestävyyden kuin epäjaloa metallia. Austeniitin pitoisuuden varmistamiseksi hitsissä nikkelin ja typen pitoisuutta yleensä nostetaan, eli nikkeliekvivalenttia lisätään noin 2 prosentista 4 prosenttiin. Duplex ruostumattomasta teräksestä valmistetussa pohjamateriaalissa on yleensä tietty määrä typpipitoisuutta, ja tietty määrä typpipitoisuutta odotetaan myös hitsaustarvikkeissa, mutta yleensä sen ei pitäisi olla liian korkea, muuten syntyy huokosia. Tällä tavalla korkeasta nikkelipitoisuudesta on tullut suuri ero hitsausmateriaalin ja perusmetallin välillä.
Korroosionkestävyyden ja liitoksen sitkeyden eri vaatimusten mukaan valitse elektrodi, joka vastaa perusmetallin kemiallista koostumusta, kuten hitsattava Cr22 duplex ruostumaton teräs, voit valita Cr22Ni9Mo3-elektrodin, kuten E2209-elektrodin. Happamia elektrodeja käytettäessä kuonanpoisto on hyvä ja hitsin muoto kaunis, mutta iskunkestävyys alhainen. Kun hitsausmetallilta vaaditaan suurta iskunkestävyyttä ja kaikkiin asentohitsaukseen vaaditaan, tulee käyttää alkalielektrodeja. Peruselektrodeja käytetään yleensä juuritaustaa hitsattaessa. Kun hitsausmetallin korroosionkestävyydelle on erityisiä vaatimuksia, tulee käyttää myös peruselektrodeja, joissa on superduplex-teräskomponentit.
Kiinteän kaasusuojatun hitsauslangan kohdalla, samalla kun varmistetaan, että hitsausmetallilla on hyvä korroosionkestävyys ja mekaaniset ominaisuudet, tulee kiinnittää huomiota myös sen hitsausprosessin suorituskykyyn. Täytelangalle, kun hitsin muodon on oltava kaunis, rutiili tai titaani. Kalsiumtyyppiselle täytelangalle, kun vaaditaan suurempaa iskunkestävyyttä tai hitsattaessa tiukempien rajoitusten olosuhteissa, tulee käyttää korkeamman alkalisuuden omaavaa täytelankaa. käyttää.
Uppokaarihitsauksessa on suositeltavaa käyttää halkaisijaltaan pienempää hitsauslankaa monikerroksisen ja monivaihehitsauksen toteuttamiseksi pienten ja keskikokoisten hitsausmäärittelyjen mukaisesti, jotta estetään hitsauslämmön vaikutusalueen ja hitsausmetallin haurastuminen ja käytä vastaavaa alkalista juoksutetta.
4. Hitsauskohdat duplex ruostumatonta terästä
① Hitsauksen lämpöprosessin ohjaus Hitsauksen lämpöenergia, välikerrosten lämpötila, esilämmitys ja materiaalin paksuus vaikuttavat kaikki jäähtymisnopeuteen hitsauksen aikana, mikä vaikuttaa hitsin rakenteeseen ja suorituskykyyn sekä lämpövaikutusalueeseen. Liian nopea tai hidas jäähtymisnopeus vaikuttaa duplex-teräksisten hitsausliitosten sitkeyteen ja korroosionkestävyyteen. Kun jäähdytysnopeus on liian nopea, se aiheuttaa liiallista faasipitoisuutta ja lisää Cr2N:n saostumista. Jos jäähdytysnopeus on liian hidas, kiderakeet karkeutuvat voimakkaasti ja jopa jotkut hauraat metallienväliset yhdisteet, kuten σ-faasi, voivat saostua. Taulukossa 1 on lueteltu joitain suositeltuja hitsauslinjojen energioita ja läpikulkulämpötila-alueita. Linjaenergiaa valittaessa tulee ottaa huomioon myös materiaalin ominaispaksuus. Taulukon viivaenergian yläraja sopii paksuille levyille ja alaraja ohuille levyille. Hitsattaessa dupleksiterästä, jonka ω(Cr) on 25 prosenttia, ja superruostumatonta terästä, jossa on korkea seosainepitoisuus, parhaiden hitsimetalliominaisuuksien saavuttamiseksi suositellaan, että enimmäislämpötila on 100 astetta. Kun lämpökäsittelyä tarvitaan hitsauksen jälkeen, kulkujen välistä lämpötilaa ei saa rajoittaa.
② Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely Duplex ruostumatonta terästä ei suositella lämpökäsittelemättä hitsauksen jälkeen, vaan kun faasipitoisuus hitsatussa tilassa ylittää vaatimuksen tai kun haitallisia faaseja, kuten σ-faasi, saostuu, Hitsauksen lämpökäsittelyä voidaan käyttää parantamaan. Lämpökäsittelymenetelmänä on vesijäähdytys. Lämpökäsittelyn aikana kuumennuksen tulee olla mahdollisimman nopeaa ja pitoaika lämpökäsittelylämpötilassa on 5 ~ 30 min, mikä riittää palauttamaan faasien tasapainon. Metallien hapettuminen on erittäin vakavaa lämpökäsittelyn aikana, ja suojakaasusuojaa tulee harkita. Kaksifaasiteräkselle, jonka ω (Cr) on 22 prosenttia, lämpökäsittely tulisi suorittaa lämpötilassa 1050 °C ~ 1100 °C, kun taas kaksifaasiteräs ja superkaksivaiheinen teräs, jonka ω (Cr) on 25 prosenttia ) vaativat lämpökäsittelyä lämpötilassa 1070°C ~ 1120°C Suorita lämpökäsittely.
Esimerkki ruostumattoman teräksen paineastian hitsauksesta
Paisuntasäiliö, jonka halkaisija on 800 mm ja seinämän paksuus 10 mm, on valmistettu 0Cr18Ni9:stä.
havainnollistaa:
① Sylinterin halkaisija on 800 mm ja hitsaaja voi porata sylinteriin hitsausta varten. Siksi sylinterin pituus- ja pyöreät saumat hitsataan molemmilta puolilta elektrodikaarihitsauksella.
② Tässä laitteessa ei ole reikää, joten sulkeutuva hitsaus voidaan hitsata vain ulkopuolelta. Hitsauksen laadun varmistamiseksi taustana käytetään TIG-hitsausta. Takametalli kuitenkin hapettuu ruostumattoman teräksen argonkaarihitsauksen aikana. Aiemmin suojana voitiin käyttää vain argonin täyttötapaa takana. ei hyvä. Tämän prosessivaikeuden ratkaisemiseksi Nippon Oil & Fat Companyn hitsausdivisioona kehitti ja valmisti selkänojan itsesuojaavan ruostumattomasta teräksestä valmistetun TIG-hitsauslangan, joka on erikoispinnoitettu hitsauslanka, ja pinnoitteen (eli pinnoitteen). ) tunkeutuu sulaaltaan sulamisen jälkeen. Takana muodostuu tiheä suojakerros, joka vastaa elektrodin pinnoitteen roolia. Tämän hitsauslangan käyttö on täsmälleen sama kuin tavallisen TIG-hitsauslangan, eikä pinnoite vaikuta etukaaren ja sulan altaan muotoon, mikä vähentää huomattavasti ruostumattoman teräksen argonkaarihitsauksen hitsauskustannuksia. Tässä laitteessa, jos käytetään takaosan argonsuojaa, argonjäte on vakavaa, joten käytetään itsesuojautuvaa hitsauslankaa.
③ Liitosputken ja litteän hitsauslaipan sekä liitosputken ja vaipan välisiin liitoshitsauksiin, ottaen huomioon tämän osan hitsien muoto ja hitsausolosuhteet, käytetään yleisesti elektrodikaarihitsausta. Jos liitosputken halkaisija on liian pieni, voidaan hitsauksen vaikeuden vähentämiseksi käyttää myös TIG-hitsausta.
④ Tuen ja vaipan välinen saumaus on paineeton, ja siinä käytetään suojakaasuhitsausta (suojakaasu on puhdasta CO2), jolla on korkea hyötysuhde ja hyvä hitsin muoto. TFW-308L on hitsausaineen laatu, ja sen hitsausaineen malli on E308LT1-1 (AWS A5.22).
