Svařovací charakteristiky austenitické korozivzdorné oceli: Během svařování dochází k významným elastickým a plastickým pnutím a deformacím, přesto k praskání za studena dochází jen zřídka. Svarové spoje nevykazují kalící-zóny kalení ani výrazné hrubnutí zrna, což má za následek vysokou pevnost svaru v tahu.
Klíčové problémy při svařování austenitické nerezové oceli: Významná deformace při svařování; náchylnost k praskání za tepla kvůli charakteristikám hranic zrn a citlivosti na určité stopové nečistoty (jako je S a P).
Obraz
Obraz
Pět hlavních problémů se svařováním a zmírňující opatření pro austenitické nerezové oceli
01
Tvorba karbidů chrómu snižuje odolnost svarového spoje proti mezikrystalové korozi.
Mezikrystalová koroze: Podle teorie ochuzování-chrómu, když se svarový šev a tepelně-ovlivněná zóna (HAZ) zahřejí v rozsahu senzibilizačních teplot 450 až 850 stupňů, karbidy chrómu se vysrážejí na hranicích zrn. To vytváří na hranicích oblasti ochuzené-chrómem, takže nejsou schopny účinně odolávat korozi.
(1) Ke zmírnění mezikrystalové koroze ve svarovém švu a koroze v zóně senzibilizace základního kovu lze přijmout následující opatření:
A. Snižte obsah uhlíku v základním i svarovém kovu. Přidejte k základnímu kovu stabilizační prvky (jako je Ti nebo Nb), aby se přednostně vytvořily karbidy typu MC-, čímž se zabrání tvorbě Cr23C₆.
b. Vytvořte ve svaru dvoufázovou-mikrostrukturu skládající se z austenitu a malého množství feritu. Přítomnost feritu zjemňuje strukturu zrna a zvětšuje celkovou oblast hranic zrn, čímž se snižuje množství precipitace karbidu chrómu na jednotku plochy hranice zrn.
Chrom má vyšší rozpustnost ve feritu, takže Cr23C6 se tvoří přednostně ve feritové fázi, spíše než ochuzování chrómu na hranicích austenitových zrn. Navíc ferit rozptýlený v austenitové matrici působí jako bariéra, která zabraňuje šíření koroze do materiálu podél hranic zrn.
C. Kontrolujte dobu zdržení v rozsahu senzibilizační teploty. Upravte tepelný cyklus svařování tak, aby se minimalizoval čas strávený mezi 600 stupni a 1000 stupni; Pro tento účel lze zvolit metody svařování s vysokou -energií- (jako je svařování plazmovým obloukem). Použijte nižší tepelný příkon svařování; vyčistěte zadní stranu svaru argonem nebo použijte měděnou podložku ke zvýšení rychlosti chlazení svarového spoje; minimalizujte počet spuštění a zastavení oblouku, aby se zabránilo opakovanému zahřívání; a u víceprůchodových svarů svařte povrch, který bude v kontaktu s korozivním médiem, kdykoli je to možné.
d. Proveďte post-ošetření roztokem po svařování nebo stabilizační žíhání (850 stupňů – 900 stupňů) s následným ochlazením vzduchem, abyste zajistili úplné vysrážení karbidu a urychlili difúzi chrómu.
Obraz
(2) napadení-nožovým vedením (forma lokalizované koroze) ve svarových spojích; lze provést následující preventivní opatření:
Kvůli vysoké difuzivitě uhlíku segreguje na hranicích zrn během ochlazování a vytváří přesycený stav, zatímco Ti a Nb zůstávají uvnitř zrn kvůli jejich nízké difuzivitě. Když se svarový spoj znovu zahřeje v rozmezí teplot senzibilizace, přesycený uhlík se vysráží na hranicích zrn ve formě Cr23C6.
A. Snižte obsah uhlíku. U nerezových ocelí obsahujících stabilizační prvky by obsah uhlíku neměl překročit 0,06 %.
b. Používejte vhodné postupy svařování. Zvolte nižší příkon svařovacího tepla, abyste zkrátili dobu setrvání přehřáté zóny při vysokých teplotách, a dbejte na to, abyste během svařování zabránili „střední-teplotní senzibilizaci“.
U oboustranného-svaření by se svarová housenka, která je v kontaktu s korozivním médiem, měla nanášet jako poslední (to je důvod, proč se vnitřní svařování provádí po vnějším svařování u svařovaných trubek s velkým -průměrem a tloušťkou-). Pokud to není možné, parametry svařování a geometrie svaru by měly být upraveny tak, aby se minimalizovalo senzibilizační zahřívání přehřáté zóny, která přijde do styku s korozivním médiem.
C. Tepelné zpracování po-svaru. Po svařování proveďte ošetření roztokem nebo stabilizační ošetření.
Obraz
02
Praskání v důsledku koroze
K zabránění vzniku korozního praskání pod napětím lze přijmout následující opatření:
A. Správná volba materiálu a vhodná úprava složení svaru. Vysoce{2}}čisté Cr-Ni austenitické nerezové oceli, vysoce-křemíkové Cr-Ni austenitické nerezové oceli, feritické-austenitické nerezové oceli a vysoce-chromové feritické nerezové oceli vykazují dobrou odolnost vůči korozi pod napětím; svarový kov s austenit{8}}feritovou duplexní strukturou také nabízí dobrou odolnost.
b. Odstraňte nebo snižte zbytkové napětí. Proveďte tepelné zpracování po-svařovacím pnutí-a používejte mechanické metody, jako je leštění, brokování a broušení (tloukání), abyste snížili zbytkové napětí na povrchu.
C. Racionální konstrukční návrh, aby se zabránilo významným koncentracím napětí.
Obraz
03
Svařování trhlin za tepla (praskliny při tuhnutí svaru, trhliny v oblasti ztekucení-v ovlivněné teplem)
Náchylnost k tvorbě trhlin za tepla závisí především na chemickém složení materiálu, mikrostruktuře a vlastnostech. Nikl (Ni) snadno tvoří sloučeniny s nízkou teplotou tání-- nebo eutektika s nečistotami, jako je síra (S) a fosfor (P); segregace prvků, jako je bor (B) a křemík (Si), také podporuje krakování za tepla.
Svarové švy mají tendenci vytvářet hrubé sloupcové struktury zrn se silnou směrovostí, což usnadňuje segregaci škodlivých nečistot a prvků. To podporuje tvorbu souvislých mezikrystalických kapalných filmů, čímž se zvyšuje náchylnost k praskání za horka. Nerovnoměrné zahřívání během svařování může generovat značné napětí v tahu, což dále podporuje tvorbu trhlin za horka.
Preventivní opatření:
A. Přísně kontrolujte obsah škodlivých nečistot, jako je S a P.
b. Upravte mikrostrukturu svarového kovu. Svary s duplexní (dvou{2}}fázovou) mikrostrukturou vykazují dobrou odolnost proti praskání; delta (δ) fáze ve svaru zjemňuje zrna, eliminuje směrovost jednofázového austenitu a snižuje segregaci škodlivých nečistot na hranicích zrn. Kromě toho může 5 fáze rozpouštět větší množství S a P a snižovat mezifázovou energii, čímž inhibuje tvorbu mezikrystalových kapalných filmů.
C. Upravte složení slitiny svarového kovu. Vhodné zvýšení obsahu Mn, C a N v jednofázové austenitické oceli a přidání stopových prvků, jako je cer (Ce), zirkonium (Zr) nebo tantal (Ta),-které zpřesňují mikrostrukturu svaru a čistí hranice zrn,-může snížit náchylnost k praskání za tepla.
d. Procesní opatření. Minimalizujte přehřívání svarové lázně, aby se zabránilo tvorbě hrubých sloupcových zrn; používají nízký tepelný příkon (nízká lineární energie) a svarové housenky malého -průřezu-.
Například austenitické oceli typu 25-20 jsou náchylné k praskání při ztekucení. Opatření ke zmírnění tohoto stavu zahrnují přísné omezení obsahu nečistot a velikosti zrn v základním kovu, používání metod svařování s vysokou -energií, využití nízkého tepelného příkonu a zvýšení rychlosti ochlazování spoje. Obraz
04
Zkřehnutí svarových spojů
U žáru{0}}odolných ocelí musí být zajištěna tažnost svarových spojů, aby se zabránilo vysokoteplotnímu -křehnutí; pro nízkoteplotní-oceli je vyžadována dobrá nízkoteplotní-houževnatost, aby se zabránilo křehkému lomu svarových spojů při nízkých teplotách.
Obraz
05
Významná deformace svařování
Kvůli nízké tepelné vodivosti a vysokému koeficientu tepelné roztažnosti bývá deformace při svařování značná; Aby se tomu zabránilo, lze použít svítidla. Výběr metod svařování a materiálů pro austenitické nerezové oceli:
Austenitická nerezová ocel může být svařována pomocí metod, jako je svařování wolframovým inertním plynem (TIG), svařování kovem v inertním plynu (MIG), svařování plazmovým obloukem (PAW) a svařování pod tavidlem (SAW).
Austenitická nerezová ocel má nízký bod tání, nízkou tepelnou vodivost a vysoký elektrický odpor; proto se používají nižší svařovací proudy. Měly by být použity úzké svary a úzké svarové housenky, aby se minimalizovala doba setrvání při vysokých{1}}teplotách, zabránilo se vysrážení karbidů, snížilo se napětí při smršťování svaru a snížila se náchylnost k praskání za horka.
Složení svařovacích přídavných materiálů,-zejména legujících prvků, jako je Cr a Ni-, by mělo být vyšší než složení základního kovu. Přídavné materiály pro svařování obsahující malé množství (4 %–12 %) feritu se používají k zajištění dobré odolnosti proti praskání (proti praskání za studena, praskání za tepla a praskání korozí pod napětím) ve svarovém švu.
Pokud je přítomnost feritové fáze ve svarovém švu zakázána nebo nemožná, měl by být zvolen přídavný materiál pro svařování obsahující legující prvky, jako je Mo a Mn.
Hladiny C, S, P, Si a Nb ve svařovacích materiálech by měly být udržovány na co nejnižší úrovni; zatímco Nb může způsobit praskání při tuhnutí v plně austenitických svarech, přítomnost malého množství feritu ve svarovém švu tomu může účinně zabránit.
Přídavné materiály pro svařování obsahující Nb se obvykle vybírají pro svařované konstrukce vyžadující po-stabilizaci sváru nebo odlehčení pnutí-. Svařování pod tavidlem se používá pro plechy střední tloušťky-; ztrátu Cr a Ni vyhořením- lze kompenzovat přenosem legujících prvků z tavidla a svařovacího drátu.
Kvůli hlubokému proniknutí je třeba dbát na to, aby se zabránilo praskání za horka ve středu svarového švu a aby se nesnížila odolnost proti korozi v tepelně-ovlivněné zóně (HAZ). Pozornost je třeba věnovat výběru tenčích svařovacích drátů a nižšímu tepelnému příkonu; svařovací drát by měl mít nízký obsah Si, S a P.
Obsah feritu v tepelně-nerezových svarech by neměl překročit 5 %. Pro austenitické nerezové oceli s obsahem Cr a Ni vyšším než 20 % by se měl používat svařovací drát s vysokým-manganem (6 %–8 %) a základní nebo neutrální tavidlo; to zabraňuje nasávání křemíku ve svaru a zvyšuje odolnost proti praskání.
Tavidla speciálně navržená pro austenitickou nerezovou ocel mají za následek minimální nabírání křemíku a mohou přenášet legující prvky do svaru, aby se kompenzovaly ztráty při vypalování-, čímž splňují požadavky na vlastnosti svaru a chemické složení.
