Аустенитни неръждаеми стоманиобикновено притежават микроструктура, състояща се от чист аустенит при стайна температура; някои варианти обаче съдържат малко количество ферит, което помага за предотвратяване на горещо напукване. Благодарение на отличната си заваряемост, аустенитните неръждаеми стомани се използват широко в индустрии като химическата обработка и производството на съдове под налягане за петролния сектор. Независимо от това, ако заваръчните операции се извършват неправилно, аустенитните неръждаеми стомани са податливи на различни проблеми, включително междукристална корозия, горещо напукване, корозионно напукване под напрежение и лошо образуване на заваръчен шев.
Какви са проблемите със заваряването, свързани с аустенитна неръждаема стомана?
I. Междукристална корозия
а. Причини за междукристална корозия
Междукристална корозия възниква по границите на зърната; следователно, тя се нарича междукристална корозия. Той представлява една от най-опасните форми на разграждане на аустенитни неръждаеми стомани. Характеризира се с корозия, която прониква дълбоко в метала по границите на зърната, което води до влошаване както на механичните свойства, така и на устойчивостта на корозия на метала.
Когато аустенитната неръждаема стомана се държи в температурния диапазон от 450 градуса до 850 градуса за определен период от време, хромните карбиди (Cr23C6) се утаяват по границите на зърната. Хромът, необходим за това утаяване, се извлича основно от повърхностните слоеве на зърната; ако хромът от вътрешността на зърната не може да дифундира навън достатъчно бързо, за да попълни тези повърхностни слоеве, съдържанието на хром в границите на зърната-по-специално в повърхностните слоеве на зърната-ще спадне, създавайки „зона-изчерпана с хром“. Под въздействието на агресивни корозивни среди, тези бедни на хром-зони по границите на зърната стават податливи на атака, което води до междукристална корозия. Неръждаемата стомана, засегната от междукристална корозия, може да не показва видими промени на повърхността си; обаче, когато е подложен на напрежение, той ще се счупи по границите на зърната, което води до почти пълна загуба на структурна здравина.
b. Мерки за предотвратяване на междукристална корозия
Изберете електроди за заваряване от неръждаема стомана с ултра-ниско съдържание на въглерод (C По-малко или равно на 0,03%) или такива, съдържащи стабилизиращи елементи като титан или ниобий.
Използвайте параметри за заваряване с „ниско-топлинно-влагане“. Целта е да се сведе до минимум времето на престой в критичния температурен диапазон (450 градуса –850 градуса). Това се постига чрез използване на ниски заваръчни токове, високи скорости на движение, къси дължини на дъгата и избягване на напречни движения на тъкане. Методи за принудително охлаждане (напр. използване на медни опорни плочи или водно охлаждане) могат да бъдат приложени към заваръчния шев, за да се ускори скоростта на охлаждане на заварената връзка и да се намали размерът на зоната, засегната от топлина- (HAZ).
При много{0}}заваряване температурата между -проходите трябва да бъде строго контролирана; предишният заваръчен шев трябва да се остави да се охлади до под 60 градуса, преди да се наложи следващият пас. Заваръчният шев от страната на компонента, който ще бъде в контакт с корозивната среда, трябва да бъде заварен последен. След -заваряване трябва да се извърши обработка с разтвор: детайлът се нагрява до температура между 1050 градуса и 1150 градуса, последвано от закаляване. Този процес кара утайките Cr23C6 по границите на зърната да се разтварят отново във вътрешността на зърната, като по този начин се възстановява еднаква аустенитна микроструктура.
II. Горещ крекинг
Причини за горещо напукване
Големият температурен интервал между линиите на ликвидус и солидус-което означава широк температурен диапазон по време на процеса на втвърдяване-води до силно отделяне на примеси с ниска-точка на-точка на топене, които са склонни да се концентрират по границите на зърната. Освен това високият коефициент на топлинно разширение води до значителни напрежения по време на охлаждане и свиване.
Мерки за контрол на горещия крекинг
Контрол на микроструктурата на заваръчния метал; в идеалния случай заваръчният метал трябва да има дуплексна структура, като съдържанието на ферит се поддържа на или под 3%–5%. Това е така, защото феритът има способността да разтваря значителни количества вредни примеси като сяра (S) и фосфор (P). Контролирайте химичния състав; намаляването на съдържанието на никел, въглерод, сяра и фосфор в заваръчния метал-като същевременно се повишават нивата на елементи като хром, молибден, силиций и манган-може ефективно да минимизира появата на горещи пукнатини.
Изберете подходящ тип покритие на електрода. Използването на електроди с ниско съдържание на -водород-тип насърчава усъвършенстването на зърното в заваръчния метал, намалява сегрегацията на примеси и повишава устойчивостта на пукнатини. Обратно, електродите с покритие от кисел{4}}тип притежават силни окислителни свойства, водещи до значително изгаряне-на легиращи елементи и последващо намаляване на устойчивостта на пукнатини; освен това те водят до едро{6}}зърнести структури, което прави заваръчния шев силно податлив на горещо напукване. Използвайте подходящи параметри на заваряване и скорости на охлаждане. Използвайте параметри на „студено“ заваряване-по-специално нисък ток и висока скорост на движение-за предотвратяване на прегряване на заваръчната вана и за улесняване на бързото охлаждане; това минимизира сегрегацията и подобрява устойчивостта на напукване. При много{12}}заваряване контролирайте стриктно температурата между проходите; уверете се, че предишният заваръчен шев се е охладил до 60 градуса, преди да поставите следващия.
III. Корозионно напукване под напрежение
Причини за корозионно напукване
Корозионното напукване при напрежение (SCC) е явление на забавено напукване, което възниква в заварени съединения, когато са подложени на напрежение на опън в специфична корозивна среда. В заварени съединения от аустенитна неръждаема стомана, SCC представлява особено тежък режим на повреда, проявяващ се като крехка фрактура, непридружена от каквато и да е макроскопична пластична деформация.
Мерки срещу корозионно напукване под напрежение
Установете подходящи процедури за формоване, обработка и сглобяване, за да сведете до минимум деформацията,-предизвикана от охлаждане, доколкото е възможно; избягвайте принудително сглобяване; и предотвратяване на въвеждането на различни повърхностни дефекти по време на процеса на сглобяване (тъй като различни свързани с сглобяването-драскотини и дъги могат да служат като места за започване на пукнатини за SCC и са склонни да се превърнат в корозионни ями). Изберете разумно консумативите за заваряване. Заваръчният метал и основният метал трябва да са добре-съчетани, за да се предотврати образуването на нежелани микроструктури-като например загрубяване на зърното или твърд, чуплив мартензит. Използвайте подходящи процеси на заваряване. Уверете се, че заваръчният шев показва добра морфология, без дефекти, които биха могли да предизвикат концентрация на напрежение или хлътване (напр. подрязване); освен това приемете рационална последователност на заваряване, за да минимизирате остатъчните напрежения при заваряване. Приложете лечение-за облекчаване на стреса. Това обикновено включва топлинна обработка след-заваряване, като пълно отгряване или отгряване; в случаите, когато термичната обработка е трудна за изпълнение, могат да се използват алтернативни методи-като -усъвършенстване след заваряване или бластиране-.
IV. Лошо образуване на заваръчен шев
а. Причини за лошо образуване на заваръчен шев
При заваряване на аустенитна неръждаема стомана, високото съдържание на легиращи елементи в заваръчния метал води до лоша течливост на заваръчната вана, което често води до лошо формиране на повърхността на заваръчния ръб. Това се проявява основно като влошено образуване на задната страна на кореновия проход и грапава повърхност на прохода на капачката. Въпреки че влиянието на лошото формиране на повърхността върху работата на заваръчния шев не е особено очевидно при условия на работа на околната среда или висока-температура, при условия на ниска-температура, концентрациите на напрежение, предизвикани от такива дефекти, могат да повлияят на ефективността на заваръчния шев при ниска-температура също толкова значително, колкото вътрешните дефекти на заваръчния шев.
b. Мерки за лошо образуване на заваръчен шев
Проблемите, свързани с лошото образуване на заваръчни шевове-, както и проблемът с междукристалната корозия в зоната-засегната от топлина (HAZ)-могат да бъдат ефективно решени чрез оптимизиране на процесите на заваряване. По-конкретно, използването на електродъгово заваряване с газова волфрамова дъга (GTAW) за коренния проход, съчетано с използването на ниска входяща топлина при заваряване, позволява ефективен контрол върху степента, до която HAZ е изложена на температурния диапазон на сенсибилизация.
заключение
Аустенитната неръждаема стомана е широко използван материал в химическата и нефтохимическата промишленост; въпреки това заваряването му е предразположено към четири основни вида дефекти-като междукристална корозия и горещо напукване-основните причини за които до голяма степен са свързани с контрола на температурата, отделянето на елементите и остатъчното напрежение. В най-добрия случай тези проблеми просто компрометират морфологията на заваръчния шев; в най-лошия случай те драстично влошават характеристиките на материала или дори предизвикват крехко счупване. Следователно, ефективните стратегии за превенция и контрол изискват цялостно управление на множество етапи-включително избор на електрод, оптимизиране на параметрите на заваряване и-третиране след заваряване-с прецизен контрол на входящата топлина, служеща като критична фокусна точка.