Główne problemy napotykane podczas spawania austenitycznej stali nierdzewnej 18cr

Austenityczna stal nierdzewna ma dobrą odporność na korozję ze względu na wysoką zawartość chromu i gęstą warstwę tlenku. Gdy zawarte są Cr18% i Ni8%, można uzyskać pojedynczą strukturę austenitu. Dlatego austenityczna stal nierdzewna ma dobrą odporność na korozję, plastyczność, wysoką temperaturę i wydajność spawania. Jednak w różnych warunkach pracy złącza spawane ze stali austenitycznej często napotykają pewne szczególne problemy, które łatwo powodują wady konstrukcyjne, takie jak korozja międzykrystaliczna, korozja naprężeniowa, korozja noża, pęknięcia na gorąco spawalnicze, kruchość fazy α i tak dalej.

Analiza korozyjna połączeń spawanych

Korozja międzykrystaliczna złączy spawanych

Korozja międzykrystaliczna jest jednym z najważniejszych problemów korozyjnych austenitycznej stali nierdzewnej. Gdy wystąpi korozja międzykrystaliczna, jej wytrzymałość prawie straci, gdy będzie poważna, a pęknięcie międzykrystaliczne nastąpi po przyłożeniu pewnego naprężenia. Korozja międzykrystaliczna złącza spawanego austenitycznej stali nierdzewnej jest spowodowana głównie przez wytrącanie węglika chromu. Gdy austenityczna stal nierdzewna jest uczulona w zakresie temperatur 500 ~ 800 ℃, szybkość dyfuzji węgla w przesyconym roztworze stałym do granicy międzykrystalicznej jest szybsza niż w przypadku chromu, a węgiel w przesyconym roztworze stałym łączy się z chromem w pobliżu ziarna granica, Gdy zawartość chromu w regionie zostanie zmniejszona poniżej wartości granicznej (w (CR) 12.5%) wymaganej do pasywacji, korozja w regionie zostanie przyspieszona i powstanie korozja międzykrystaliczna. Wyniki pokazują, że korozja międzykrystaliczna w uwrażliwionej strefie temperaturowej SWC występuje w rejonie, w którym szczytowa temperatura nagrzewania wynosi od 600 ℃ do 1000 ℃. Przyczyną korozji międzykrystalicznej jest nadal wytrącanie się węglika chromu na granicy ziaren austenitu. Główne środki zapobiegawcze mające na celu zmniejszenie i zapobieganie korozji międzykrystalicznej obejmują:

① Przyjęto małą specyfikację (mały prąd, wysoka prędkość spawania) i spawanie wieloprzebiegowe;

② Zawartość węgla w metalu nieszlachetnym i materiale spawalniczym powinna być maksymalnie zmniejszona i należy stosować materiał spawalniczy o zawartości C poniżej 0,03%;

③ W efekcie Cr dyfunduje szybciej do granicy ziaren w ferrycie niż w austenicie, co zmniejsza zjawisko ubogiego chromu na granicy ziaren austenitu;

④ Dodatek Ti, Nb i innych pierwiastków o silniejszym powinowactwie do węgla niż chromu w stali i materiałach spawalniczych może tworzyć stabilne związki z wiązaniem węglowym, co pozwala uniknąć zubożenia chromu na granicach ziaren austenitu.

Korozja naprężeniowa złączy spawanych

Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej jest najbardziej szkodliwym zachowaniem korozyjnym. Podczas pękania nie ma deformacji. Wypadek jest często nagły, a konsekwencje są poważne. Istnieje wiele czynników wpływających na pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej w warunkach eksploatacji, w tym skład, struktura i stan stali, rodzaj medium, temperatura, stężenie, właściwości naprężeń, wielkość i cechy strukturalne.

Główne środki mające na celu zmniejszenie i zapobieganie korozji naprężeniowej są następujące:

① Unikaj mocnego montażu, uderzeń mechanicznych i wypalania łuku, zmniejsz deformacje i naprężenia podczas pracy na zimno;

② Ściśle kontrolować zanieczyszczenia w mediach i środowisku (zwłaszcza chlorki, fluorki itp.);

③ Rozsądny dobór materiału (metal nieszlachetny, materiał spawalniczy): unikaj rozdrabniania ziarna i utwardzania struktury martenzytu;

④ Spoina jest dobrze uformowana bez koncentracji naprężeń (takich jak podcięcie);

⑤ Uporządkuj kolejność spawania w sposób rozsądny, aby zmniejszyć naprężenia;

⑥ Obróbka antykorozyjna: dodaj inhibitor korozji do powłoki, wykładziny lub ochrony katodowej.

Analiza wrażliwości na pękanie na gorąco złączy spawanych

Pęknięcia gorące austenitycznej stali nierdzewnej to głównie pęknięcia krystaliczne, które powstają podczas procesu krzepnięcia ciekłego metalu spoiny. W tym czasie kryształy pierwotne występują w temperaturze topnienia eutektyki, głównie między dendrytami. Główne powody są następujące:

① S, P, C i tak dalej tworzą eutektykę o niskiej temperaturze topnienia z Ni (na przykład temperatura topnienia NIS + Ni wynosi 644 ℃), co osłabia wytrzymałość na granicy ziaren;

② Austenityczna stal nierdzewna ma zalety dużej odległości między likwidusem a solidusem, długiego czasu krystalizacji, silnej orientacji dendrytów i łatwej do wytworzenia segregacji zanieczyszczeń;

③ Przewodność cieplna stali jest mała, a współczynnik rozszerzalności liniowej jest duży, więc łatwo jest wytworzyć naprężenia.

Główne środki zapobiegające pęknięciom spawalniczym to:

① Zawartość szkodliwych zanieczyszczeń siarki i fosforu w metalu nieszlachetnym i materiale spawalniczym będzie ściśle kontrolowana;

② W spoinie powstaje około ferrytu 5%, który zaburza kierunek słupkowego kryształu austenitu;

③ Przyjęto mały prąd i szybki proces spawania.

Kontrola zawartości ferrytu w złączach spawanych

Zawartość ferrytu w stopiwie stali austenitycznej jest związana nie tylko z powstawaniem i wytrzymałością cieplną kruchości fazowej α (σ), ale ma również bezpośredni wpływ na odporność złącza na pękanie na gorąco. Im dłuższy czas nagrzewania, tym dłuższy czas przebywania w wysokiej temperaturze, tym więcej opadów, które poważnie wpłyną na właściwości mechaniczne złącza. Z punktu widzenia odporności na pękanie na gorąco, w stopiwie wymagana jest pewna ilość ferrytu. Jednak biorąc pod uwagę kruchość fazy α i wytrzymałość termiczną, im niższa zawartość ferrytu, tym lepiej. Dlatego zawartość ferrytu musi być ściśle kontrolowana w przypadku połączeń spawanych o wysokiej wytrzymałości temperaturowej. W niektórych przypadkach konieczne jest zastosowanie austenitycznego metalu spoiny.