Các vấn đề chính gặp phải khi hàn thép không gỉ Austenitic 18cr

Thép không gỉ Austenitic có khả năng chống ăn mòn tốt do hàm lượng crom cao và màng oxit dày đặc. Khi chứa Cr18% và Ni8%, có thể thu được một cấu trúc austenite duy nhất. Do đó, thép không gỉ austenit có khả năng chống ăn mòn tốt, độ dẻo, hiệu suất nhiệt độ cao và hiệu suất hàn. Tuy nhiên, trong các điều kiện làm việc khác nhau, mối hàn thép không gỉ austenit thường gặp phải một số vấn đề đặc biệt, dễ gây ra các khuyết tật trong kết cấu như ăn mòn giữa các hạt, ăn mòn ứng suất, ăn mòn dao, vết nứt nóng khi hàn, hiện tượng giòn pha α, v.v.

Phân tích ăn mòn mối hàn

Ăn mòn giữa các hạt của mối hàn

Ăn mòn giữa các hạt là một trong những vấn đề ăn mòn quan trọng nhất của thép không gỉ austenit. Một khi sự ăn mòn giữa các hạt xảy ra, sức mạnh của nó gần như mất đi khi nghiêm trọng và vết nứt giữa các hạt sẽ xảy ra khi có một ứng suất nhất định. Sự ăn mòn giữa các hạt của mối hàn thép không gỉ austenit chủ yếu là do kết tủa cacbua crom. Khi thép không gỉ austenit được nhạy cảm trong khoảng nhiệt độ 500 ~ 800oC, tốc độ khuếch tán của carbon dung dịch rắn siêu bão hòa đến ranh giới giữa các hạt nhanh hơn so với crom và carbon trong dung dịch rắn siêu bão hòa được kết hợp với crom gần hạt ranh giới, Khi hàm lượng crom trong vùng giảm xuống dưới hàm lượng giới hạn (w (CR) 12,5%) cần thiết cho quá trình thụ động, quá trình ăn mòn của vùng sẽ được tăng tốc và hình thành sự ăn mòn giữa các hạt. Kết quả cho thấy sự ăn mòn giữa các hạt trong vùng nhiệt độ nhạy cảm của HAZ xảy ra ở vùng có nhiệt độ gia nhiệt cao nhất là từ 600oC đến 1000oC. Nguyên nhân ăn mòn giữa các hạt vẫn là do sự kết tủa của cacbua crom ở ranh giới hạt austenit. Các biện pháp phòng ngừa chính để giảm và ngăn chặn sự ăn mòn giữa các hạt bao gồm:

① Thông số kỹ thuật nhỏ (dòng điện nhỏ, tốc độ hàn cao) và hàn nhiều đường được áp dụng;

② Nên giảm hàm lượng carbon trong kim loại cơ bản và vật liệu hàn càng nhiều càng tốt và nên sử dụng vật liệu hàn có hàm lượng C nhỏ hơn 0,03%;

③ Kết quả là Cr khuếch tán đến ranh giới hạt trong ferit nhanh hơn trong austenite, làm giảm hiện tượng crom kém trong ranh giới hạt austenite;

④ Việc bổ sung Ti, Nb và các nguyên tố khác có ái lực với cacbon mạnh hơn crom trong thép và vật liệu hàn có thể tạo thành các hợp chất ổn định có liên kết cacbon, do đó tránh được sự suy giảm crom ở ranh giới hạt austenit.

Ăn mòn ứng suất các mối hàn

Hiện tượng nứt do ăn mòn ứng suất của thép không gỉ là hành vi ăn mòn có hại nhất. Không có biến dạng khi nứt. Tai nạn thường xảy ra bất ngờ và hậu quả rất nghiêm trọng. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng nứt ăn mòn ứng suất của thép không gỉ trong điều kiện sử dụng, bao gồm thành phần, cấu trúc và trạng thái của thép, loại môi trường, nhiệt độ, nồng độ, đặc tính ứng suất, kích thước và đặc điểm cấu trúc.

Các biện pháp chính để giảm và ngăn ngừa ăn mòn ứng suất như sau:

① Tránh lắp ráp mạnh, tác động cơ học và cháy hồ quang, giảm biến dạng và ứng suất khi gia công nguội;

② Kiểm soát chặt chẽ các tạp chất trong môi trường và môi trường (đặc biệt là clorua, florua, v.v.);

③ Lựa chọn vật liệu hợp lý (kim loại cơ bản, vật liệu hàn): tránh làm thô hạt và làm cứng cấu trúc martensite;

④ Mối hàn được tạo hình tốt mà không có bất kỳ sự tập trung ứng suất nào (chẳng hạn như vết cắt);

⑤ Sắp xếp trình tự hàn hợp lý để giảm căng thẳng;

⑥ Xử lý chống ăn mòn: thêm chất ức chế ăn mòn vào lớp phủ, lớp lót hoặc lớp bảo vệ ca-tốt.

Phân tích độ nhạy vết nứt nóng của mối hàn

Các vết nứt nóng của thép không gỉ austenit chủ yếu là các vết nứt tinh thể, được tạo ra trong quá trình hóa rắn kim loại lỏng của kim loại mối hàn. Vào thời điểm này, các tinh thể sơ cấp tồn tại ở điểm nóng chảy cùng tinh, chủ yếu là giữa các sợi nhánh. Những lý do chính như sau:

① S, P, C, v.v., tạo thành điểm nóng chảy thấp eutectic với Ni (ví dụ: điểm nóng chảy của NIS + Ni là 644oC), làm suy yếu cường độ ranh giới hạt;

② Thép không gỉ Austenitic có ưu điểm là khoảng cách lớn giữa chất lỏng và chất rắn, thời gian kết tinh dài, định hướng dendrite mạnh và dễ dàng tạo ra sự phân tách các nguyên tố tạp chất;

③ Độ dẫn nhiệt của thép nhỏ, hệ số giãn nở tuyến tính lớn nên dễ tạo ra ứng suất.

Các biện pháp chính để ngăn ngừa vết nứt nóng khi hàn bao gồm:

① Hàm lượng tạp chất có hại lưu huỳnh và phốt pho trong kim loại cơ bản và vật liệu hàn phải được kiểm soát chặt chẽ;

② Khoảng 5% ferrite được tạo ra trong mối hàn, làm xáo trộn hướng của tinh thể cột austenite;

③ Áp dụng quy trình hàn dòng điện nhỏ và nhanh.

Kiểm soát hàm lượng ferit trong mối hàn

Hàm lượng ferit trong kim loại mối hàn thép austenit không chỉ liên quan đến sự hình thành và độ bền nhiệt của độ giòn pha α (σ) mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống nứt nóng của mối nối. Thời gian gia nhiệt càng dài, thời gian lưu trú ở nhiệt độ cao càng lâu thì lượng mưa càng nhiều, điều này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính chất cơ học của mối nối. Từ quan điểm về khả năng chống nứt nóng, cần có một lượng ferit nhất định trong kim loại mối hàn. Tuy nhiên, xem xét độ giòn và độ bền nhiệt của pha α thì hàm lượng ferit càng thấp thì càng tốt. Vì vậy, hàm lượng ferit phải được kiểm soát chặt chẽ đối với các mối hàn có độ bền nhiệt độ cao. Trong một số trường hợp, phải sử dụng kim loại hàn austenit.