Svetsegenskaper hos austenitiskt rostfritt stål och val av svetsstav

Austenitiskt rostfritt stål har god svetsbarhet och är för närvarande det mest använda inom industrin. I allmänhet krävs inga speciella tekniska åtgärder under svetsning. Denna artikel analyserar i detalj förekomsten av heta sprickor, intergranulär korrosion, Spänningskorrosionssprickor, försprödning av svetsfogar (lågtemperaturförsprödning, sigmafasförsprödning, fusionslinjeförsprödning) orsaker och förebyggande åtgärder,

Genom den teoretiska och praktiska analysen av svetsegenskaper introduceras urvalsprinciperna och metoderna för elektrodval för austenitiskt rostfritt stål vid svetsning av olika material och under olika arbetsmiljöförhållanden.

Rostfritt stål används i allt större utsträckning inom flyg-, petroleum-, kemi- och atomenergiindustrin. Rostfritt stål är uppdelat i krom rostfritt stål, krom-nickel rostfritt stål enligt kemisk sammansättning, och ferritiskt rostfritt stål, martensitiskt rostfritt stål, austenitiskt rostfritt stål och austenitiskt-ferritiskt duplex rostfritt stål.

Bland rostfria stål har austenitiskt rostfritt stål (18-8 typ rostfritt stål) bättre korrosionsbeständighet än andra rostfria stål; dess styrka är lägre, men dess plasticitet och seghet är utmärkta; dess svetsprestanda är bra, och det används främst för kemikaliebehållare, utrustning och Det är det mest använda rostfria stålet i industrin för närvarande.

Även om austenitiskt rostfritt stål har många fördelar, kommer många defekter att uppstå om svetsprocessen är felaktig eller om svetsmaterialet är felaktigt valt, vilket i slutändan kommer att påverka prestandan.

Svetsegenskaper hos austenitiskt rostfritt stål

• Utsätts för termiska sprickor

Varmsprickor av austenitiskt rostfritt stål är relativt lätta att orsaka defekter under svetsning, inklusive längsgående och tvärgående sprickor i svetsar, gradsprickor, rotsprickor vid baksvetsning och mellanskiktssprickor vid flerskiktssvetsning, etc., speciellt när nickelhalten är relativt hög. Högaustenitiska rostfria stål är lättare att tillverka.

1. Orsak

(1) Vätske- och fastfaslinjerna i austenitiskt rostfritt stål har ett stort intervall, en lång kristallisationstid och en enfas austenitkristallografisk orientering är stark, så föroreningssegregeringen är relativt allvarlig.

(2) Värmeledningsförmågan är liten och den linjära expansionskoefficienten är stor, vilket kommer att generera stor inre svetsspänning (vanligtvis dragspänningen för svetsen och värmepåverkad zon) under svetsning.

(3) Komponenterna i austenitiskt rostfritt stål, såsom C, S, P, Ni, etc., kommer att bilda ett eutektikum med låg smältpunkt i den smälta poolen. Till exempel är smältpunkten för Ni3S2 bildad av S och Ni 645 grader, medan smältpunkten för Ni-Ni3S2 eutektisk endast är 625 grader.

2. Förebyggande åtgärder

(1) Använd den tvåfasiga struktursvetsen för att göra svetsmetallen så austenit- och ferrit-dubbelfasstruktur så mycket som möjligt och kontrollera ferrithalten under 3 till 5%, vilket kan störa riktningen för austenitkolumnkristaller. spannmålsförädling. Och ferrit kan lösa upp fler föroreningar än austenit, och därigenom minska segregeringen av lågsmältande eutektikum i austenitkorngränser.

(2) Svetsprocessåtgärder I svetsprocessen, försök att använda högkvalitativa elektroder med alkalisk beläggning, använd liten linjeenergi, liten ström, snabb svetsfri svetsning, försök att fylla båggropen i slutet och använd argonbågsvetsning för bottnande etc. Minska svetsspänningar och kratersprickor.

(3) Kontrollera den kemiska sammansättningen. Begränsa strikt innehållet av föroreningar som S och P i svetsen för att minska eutektiken med låg smältpunkt.

• Intergranulär korrosion

Korrosion uppstår mellan korn, vilket resulterar i en förlust av bindning mellan kornen, nästan fullständig förlust av styrka och brott längs korngränserna vid stress.

1. orsak

Enligt teorin om utarmning av krom, när den svets- och värmepåverkade zonen värms upp till sensibiliseringstemperaturen på 450 till 850 grader (farlig temperaturzon), på grund av den stora atomradien av Cr, är diffusionshastigheten liten, och övermättat kol tenderar till austenitkorn. Gränsen diffunderar och bildar Cr23C6 vid korngränsen med kromföreningen vid korngränsen, vilket resulterar i en korngräns med dålig krom, vilket inte är tillräckligt för att motstå korrosion.

2. Förebyggande åtgärder

(1) Kontroll av kolhalten

Använd lågkolhaltiga eller ultralågkolhaltiga (W(C) Mindre än eller lika med 0,03 %) svetstillsatser av rostfritt stål. Som A002 och så vidare.

(2) Tillsätt stabiliseringsmedel

Tillsats av Ti, Nb och andra element som har en starkare affinitet med C än Cr i stål och svetsmaterial kan kombineras med C för att bilda stabila karbider och därigenom undvika kromutarmning vid austenitkorngränser. Vanligt använda rostfritt stål och svetsmaterial innehåller Ti, Nb, såsom 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni12MO2Ti stål, E347-15 elektrod, H0Cr19Ni9Ti svetstråd, etc.

(3) Anta tvåvägsorganisation

En viss mängd ferritbildande element, såsom Cr, Si, AL, MO, etc., smälts in i svetsen av svetstråden eller elektroden, så att svetsen formas till en tvåfasstruktur av austenit + ferrit , eftersom Cr finns i Diffusionshastigheten i ferrit är snabbare än i austenit, så Cr diffunderar till korngränser snabbare i ferrit, vilket lindrar fenomenet med utarmning av krom i austenitkorngränser. I allmänhet regleras halten ferrit i svetsmetallen till att vara 5 % till 10 %. Om det finns för mycket ferrit blir svetsen skör.

(4) Snabb kylning

Eftersom austenitiskt rostfritt stål inte orsakar härdning kan man under svetsprocessen försöka öka nedkylningshastigheten för svetsfogen, som att kyla med en kopparplatta eller direkt vattning under svetsen.

I svetsprocessen kan åtgärder som låg ström, hög svetshastighet, kort båge och multipasssvetsning användas för att förkorta tiden som svetsfogen stannar i det farliga temperaturområdet, för att undvika bildning av krom -utarmat område.

(5) Utför lösningsbehandling eller homogeniseringsvärmebehandling. Efter svetsning, värm den svetsade fogen till 1050-1100 grad, så att karbiderna återupplöses till austenit och kyls sedan snabbt ned för att bilda en stabil enfas austenitstruktur.

Dessutom kan en homogeniseringsvärmebehandling vid 850-900 grader i 2 timmar också utföras. Vid denna tidpunkt diffunderar Cr i austenitkornen till korngränserna och Cr-halten vid korngränserna når mer än 12% igen, så att inga korn kommer att bildas. korroderade.

• Sprickbildning av spänningskorrosion

Korrosionsskador på metall under den kombinerade verkan av stress och korrosivt medium. Enligt spänningskorrosionssprickningsfallen och experimentella studier av utrustning och delar av rostfritt stål kan det anses att under den kombinerade verkan av en viss statisk dragspänning och ett specifikt elektrokemiskt medium vid en viss temperatur, har det befintliga rostfria stålet möjligheten att producerar spänningskorrosion.

En av de största egenskaperna hos spänningskorrosion är selektiviteten i kombinationen av korrosiva media och material. Det är lätt att orsaka spänningskorrosion av austenitiskt rostfritt stål, främst saltsyra och kloridjoner innehållande klorid, samt svavelsyra, salpetersyra, hydroxid (alkali), havsvatten, vattenånga, H2S vattenlösning, koncentrerad NaHCO{{1} }NH3+NaCl-vattenlösning och andra medier Vänta.

1. Orsak

Spänningskorrosionssprickor är ett fördröjt sprickbildningsfenomen som uppstår när svetsfogar utsätts för dragspänningar i en specifik korrosiv miljö. Spänningskorrosion av austenitiska svetsade fogar i rostfritt stål är en allvarlig brottform av svetsfogar, som visar sig som spröda brott utan plastisk deformation.

2. Förebyggande åtgärder

(1) Formulera formningsprocessen och monteringsprocessen rimligt för att minimera graden av kallarbetesdeformation, undvika tvångsmontering och förhindra alla typer av ärr under monteringsprocessen (alla typer av monteringsärr och ljusbågsbrännskador kommer att bli sprickkällan till SCC , vilket är lätt att orsaka korrosion.

(2) Rimligt urval av tillsatsmaterial Svetssömmen och basmetallen ska ha en bra matchning, utan någon dålig struktur, såsom kornförgrovning och hård och spröd martensit.

(3) Använd lämplig svetsprocess för att säkerställa att svetssömmen är välformad och inte producerar några spänningskoncentrationer eller gropdefekter, såsom underskärning, etc., anta en rimlig svetssekvens för att minska nivån av svetsrestspänning. Undvik till exempel korssvetsar, ändra det Y-formade spåret till ett X-format spår, minska spårvinkeln på lämpligt sätt, använd en kort svetssträng och använd en liten linjeenergi.

(4) Värmebehandling efter svets för avspänningsbehandling, såsom fullständig glödgning eller glödgning efter svetsning; eftersvetshamring eller kulblästring används när värmebehandling är svår att genomföra.

(5) Produktionsledningsåtgärder för att kontrollera föroreningar i mediet, såsom O2, N2, H2O, etc. i flytande ammoniakmedium, H2S i flytande petroleumgas, O2, Fe3+, Cr6+, etc. i kloridlösning, anti-korrosionsbehandling: såsom beläggningsskikt, foder eller katodiskt skydd, etc., tillsätt korrosionsinhibitor.

• Försprödning av svetsfogar

Efter att svetsen av austenitiskt rostfritt stål har värmts upp vid hög temperatur under en tid, kommer fenomenet med slagseghet att minska, vilket kallas försprödhet.

1. Lågtemperaturförsprödning av svetsmetall (475 graders sprödhet)

(1) Orsak

Den tvåfasiga svetsstrukturen som innehåller fler ferritfaser (mer än 15% till 20%), efter uppvärmning vid 350 till 500 grader, kommer plasticiteten och segheten att minska avsevärt. Eftersom sprödhetshastigheten är den snabbaste vid 475 grader kallas det 475 graders försprödning.

För austenitiska svetsade fogar i rostfritt stål är korrosionsbeständighet eller oxidationsbeständighet inte alltid den mest kritiska egenskapen, men när den används vid låga temperaturer blir svetsmetallens plastiska seghet den kritiska egenskapen.

För att uppfylla kraven på seghet vid låg temperatur, hoppas svetsstrukturen vanligtvis få en enda austenitstruktur för att undvika förekomsten av deltaferrit. Närvaron av deltaferrit försämrar alltid segheten vid låg temperatur, och ju mer innehållet är, desto allvarligare är denna försprödning.

(2) Förebyggande åtgärder

①På förutsättningen att säkerställa sprickbeständigheten och korrosionsbeständigheten hos svetsmetallen, bör ferritfasen kontrolleras till en låg nivå, cirka 5 %.

②Svetsar som har blivit förspröda vid 475 grader kan elimineras genom härdning vid 900 grader.

2. Sigma-fasförsprödning av svetsfogar

(1) Orsaker

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 ett resultat av utfällningen av σ-fas sjunker svetsens slagseghet kraftigt, vilket kallas σ-fasförsprödning. σ-fasen uppträder i allmänhet endast i tvåfasstruktursvetsen; när drifttemperaturen överstiger 800 ~ 850 grader, kommer σ-fasen också att fällas ut i enfas austenitsvetsen.

(2) Förebyggande åtgärder

①Begränsa ferrithalten i svetsmetallen (mindre än 15%); använd superlegerade svetsmaterial, det vill säga svetsmaterial med hög nickelhalt, och kontrollera strikt innehållet av Cr, Mo, Ti, Nb och andra element.

② Liten specifikation har antagits för att minska uppehållstiden för svetsmetall vid hög temperatur

③ σ-fasen som har utfällts utsätts för behandling i fast lösning när förhållandena tillåter, så att σ-fasen löses upp i austenit.

④ Värm svetsfogen till 1000-1050 grader och kyl den sedan snabbt. σ-fasen tillverkas i allmänhet inte i 1Cr18Ni9Ti-stål.

3. Fusionslinjen är skör

(1) Orsaker

När austenitiskt rostfritt stål används under lång tid vid hög temperatur kommer sprödbrott att uppstå längs några korn utanför smältlinjen.

(2) Förebyggande och kontrollåtgärder

Att lägga till Mo till stål kan förbättra stålets förmåga att motstå sprödbrott vid höga temperaturer.

Genom ovanstående analys kan endast ett rimligt urval av ovanstående svetsprocessåtgärder eller svetsmaterial undvika ovanstående svetsdefekter. Austenitiskt rostfritt stål har utmärkt svetsbarhet, och nästan alla svetsmetoder kan användas för svetsning av austenitiskt rostfritt stål.

Bland olika svetsmetoder har elektrodbågsvetsning fördelarna av att anpassa sig till olika positioner och olika plåttjocklekar och används ofta. Följande fokuserar på att analysera urvalsprinciperna och metoderna för austenitiska elektroder av rostfritt stål under olika användningsområden.

Nyckelpunkter för val av elektroder för austenitiskt rostfritt stål

Rostfritt stål används främst för korrosionsbeständighet, men används även som värmebeständigt stål och lågtemperaturstål. Därför, vid svetsning av rostfritt stål, måste elektrodens prestanda matcha syftet med det rostfria stålet. Elektroder i rostfritt stål måste väljas i enlighet med basmetallen och arbetsförhållandena (inklusive arbetstemperatur och kontaktmedium, etc.).

(1) Punkt 1

Generellt sett kan valet av elektrod avse basmetallens material och välja elektroden med samma eller liknande sammansättning som basmetallen. Såsom: A102 motsvarar 0Cr18Ni9, A137 motsvarar 1Cr18Ni9Ti.

(2) Punkt 2

Eftersom kolhalten har stor inverkan på rostfritt ståls korrosionsbeständighet väljs i allmänhet den rostfria stålelektroden vars kolhalt i den avsatta metallen inte är högre än basmetallens. Såsom 316L måste använda A022-elektrod.

(3) Punkt 3

Svetsmetallen av austenitiskt rostfritt stål ska säkerställa mekaniska egenskaper. Detta kan verifieras genom svetsprocedurkvalificering.

(4) Punkt 4 (austenitiskt värmebeständigt stål)

För värmebeständigt rostfritt stål (austenitiskt värmebeständigt stål) som arbetar vid hög temperatur, bör den valda elektroden huvudsakligen uppfylla svetsmetallens hetsprickmotstånd och den svetsade fogens högtemperaturprestanda.

1. För austenitiska värmebeständiga stål med Cr/Ni större än eller lika med 1, såsom 1Cr18Ni9Ti, etc., används i allmänhet austenitiskt-ferritiska rostfria stålelektroder, och det är tillrådligt att svetsmetallen innehåller 2-5 % ferrit. När ferrithalten är för låg är sprickbeständigheten hos svetsmetallen dålig; om den är för hög är det lätt att bilda en sigma-försprödningsfas under långvarig användning vid hög temperatur eller värmebehandling, vilket resulterar i sprickor.

Såsom A002, A102, A137. I vissa speciella tillämpningar, när all austenitisk svetsmetall kan krävas, kan t.ex. A402, A407 elektroder etc. användas.

2. För stabila austenitiska värmebeständiga 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 (korrosionsbeständigt rostfritt stål)

För korrosionsbeständigt rostfritt stål som arbetar i olika korrosiva medier, bör elektroden väljas enligt mediet och arbetstemperaturen, och dess korrosionsbeständighet bör säkerställas (gör korrosionsprestandatestet av svetsade fogar).

1. För mediet med arbetstemperaturen över 300 grader och stark korrosivitet måste elektroden som innehåller Ti- eller Nb-stabiliseringselement eller rostfritt stål med ultralåg kolhalt användas. Som A137 eller A002 och så vidare.

2. För mediet som innehåller utspädd svavelsyra eller saltsyra används ofta rostfria stålelektroder innehållande Mo eller Mo och Cu, såsom: A032, A052, etc.

3. För utrustning med svag korrosion eller endast för att undvika rostföroreningar kan rostfria elektroder utan Ti eller Nb användas. För att säkerställa spänningskorrosionsbeständigheten hos svetsmetallen används superlegerade svetstillsatsmaterial, det vill säga innehållet av korrosionsbeständiga legeringselement (Cr, Ni, etc.) i svetsmetallen är högre än i basmetallen. . Använd till exempel svetsmaterial av typen 00Cr18Ni12Mo2 (som A022) för att svetsa 00Cr19Ni10-svetsar.

(6) Punkt 6

För austenitiskt rostfritt stål som arbetar under lågtemperaturförhållanden, bör svetsfogens slagseghet vid låg temperatur vid drifttemperaturen garanteras, så rena austenitiska elektroder används. Som A402, A407.

(7) Punkt 7

Nickelbaserade legeringselektroder finns också tillgängliga. Till exempel är superaustenitiskt rostfritt stål av typen Mo6 svetsat med nickelbaserade svetstillsatsmaterial med Mo upp till 9 %.

(8) Punkt 8: Val av elektrodbeläggningstyp

1. Eftersom den tvåfasiga austenitiska stålsvetsmetallen i sig innehåller en viss mängd ferrit, har den god plasticitet och seghet. Ur perspektivet av sprickbeständighet i svetsmetall jämförs grundbeläggningen och beläggningselektroden av titankalciumtyp. Skillnaden är inte lika stor som för kolstålelektroder. Därför, i praktiska tillämpningar, ägnas mer uppmärksamhet åt svetsprocessens prestanda, och de flesta av elektroderna med beläggningstypkod 17 eller 16 (som A102A, A102, A132, etc.) används.

2. Endast när den strukturella styvheten är mycket hög eller sprickbeständigheten hos svetsmetallen är dålig (såsom visst martensitiskt krom rostfritt stål, rent austenitiskt krom-nickel rostfritt stål etc.), kan valet av beläggningskod 15 övervägas . Grundbelagda elektroder i rostfritt stål (som A107, A407, etc.).

Avslutningsvis

Sammanfattningsvis har svetsning av austenitiskt rostfritt stål sina unika egenskaper, och valet av svetselektroder för austenitiskt rostfritt stål är särskilt anmärkningsvärt. Det har bevisats genom långvarig praxis att ovanstående åtgärder kan användas för att uppnå olika svetsning för olika material. Metoder och elektroder av olika material, elektroder i rostfritt stål måste väljas enligt basmetallen och arbetsförhållandena (inklusive arbetstemperatur och kontaktmedium, etc.). Det har en bra vägledande betydelse för oss, så att det går att uppnå förväntad svetskvalitet.