Stal nierdzewna do zbiorników ciśnieniowych i jej właściwości spawalnicze
Tak zwana stal nierdzewna odnosi się do dodania do stali pewnej ilości chromu, dzięki czemu stal jest w stanie pasywowanym i ma właściwości nierdzewne. Aby osiągnąć ten cel, zawartość chromu w nim musi wynosić powyżej 12 proc. Aby poprawić pasywację stali, do stali nierdzewnej często dodaje się pierwiastki takie jak nikiel i molibden, które mogą pasywować stal. Ogólnie określane jako stal nierdzewna jest w rzeczywistości ogólnym określeniem stali nierdzewnej i stali kwasoodpornej. Stal nierdzewna niekoniecznie jest kwasoodporna, a stal kwasoodporna ogólnie ma dobre właściwości nierdzewne. Stal nierdzewną można podzielić na cztery kategorie w zależności od struktury stali, a mianowicie austenityczną stal nierdzewną, ferrytyczną stal nierdzewną, martenzytyczną stal nierdzewną i austenityczno-ferrytyczną stal nierdzewną duplex.
1. Austenityczna stal nierdzewna i jej właściwości spawalnicze
Austenityczna stal nierdzewna jest najczęściej stosowaną stalą nierdzewną, a typ o wysokiej zawartości Cr-Ni jest najbardziej powszechny. Obecnie austenityczną stal nierdzewną można z grubsza podzielić na typ Cr18-Ni8, typ Cr25-Ni20 i rodzaj Cr25-Ni35. Austenityczna stal nierdzewna ma następujące właściwości spawalnicze:
① Spawanie pękniętej na gorąco austenitycznej stali nierdzewnej ma małą przewodność cieplną i duży współczynnik rozszerzalności liniowej, więc podczas procesu spawania czas przebywania złącza spawanego w wysokiej temperaturze jest dłuższy, a spoina łatwo tworzy grube ziarno kolumnowe Struktura. Jeśli zawartość pierwiastków zanieczyszczających, takich jak siarka, fosfor, cyna, antymon i niob, jest wysoka, między ziarnami powstanie eutektyk, a pęknięcia krzepnięcia łatwo utworzą się w spoinie, gdy złącze spawane zostanie poddane działaniu wysokich temperatur. naprężenie rozciągające. Pęknięcia upłynniające powstają w strefie wpływu ciepła, które wszystkie należą do pęknięć cieplnych spawalniczych. Najskuteczniejszym sposobem zapobiegania pęknięciom na gorąco jest redukcja pierwiastków zanieczyszczających, które są podatne na wytwarzanie eutektyków o niskiej temperaturze topnienia w stali i materiałach spawalniczych oraz sprawienie, aby austenityczna stal nierdzewna chromowo-niklowa zawierała od 4 do 12 procent struktury ferrytu.
② Korozja międzykrystaliczna Zgodnie z teorią zubożenia chromu, wytrącanie się węglika chromu na powierzchni międzykrystalicznej, powodujące zubożenie chromu na granicy ziaren, jest główną przyczyną korozji międzykrystalicznej. Dlatego wybór materiałów spawalniczych o bardzo niskiej zawartości węgla lub materiałów spawalniczych zawierających pierwiastki stabilizujące, takie jak niob i tytan, jest głównym środkiem zapobiegającym korozji międzykrystalicznej.
③ Pękanie w wyniku korozji naprężeniowej Pękanie w wyniku korozji naprężeniowej objawia się zazwyczaj jako pęknięcie kruche, a proces uszkodzenia trwa krótko, więc uszkodzenie jest poważne. Główną przyczyną korozji naprężeniowej austenitycznej stali nierdzewnej są naprężenia spawalnicze. Zmiana struktury złączy spawanych lub występowanie koncentracji naprężeń oraz miejscowe stężenie ośrodka korozji są również przyczynami wpływającymi na powstawanie korozji naprężeniowej.
④ σ faza kruchości połączeń spawanych faza σ jest rodzajem kruchego i twardego związku międzymetalicznego, który gromadzi się głównie w granicach ziaren kolumnowych. Zarówno faza, jak i faza δ mogą podlegać przemianie fazowej σ. Na przykład, gdy spoina typu Cr25Ni20 zostanie podgrzana do temperatury 800 ~ 900 stopni, nastąpi silna przemiana →δ. W przypadku austenitycznej stali chromowo-niklowej, zwłaszcza stali nierdzewnej chromowo-niklowo-molibdenowej, przemiana fazowa δ → σ jest podatna na występowanie, głównie dlatego, że pierwiastki chromu i molibdenu mają wyraźną przemianę sigma, gdy zawartość ferrytu δ w spoinie przekracza 12 procent , przemiana δ → σ jest bardzo oczywista, co powoduje oczywistą kruchość metalu spoiny, dlatego warstwa powierzchniowa na wewnętrznej ścianie reaktora uwodorniania z gorącą ścianą kontroluje zawartość ferrytu δ na poziomie od 3 do 10 procent. powód.
2. Ferrytyczna stal nierdzewna i jej właściwości spawalnicze
Ferrytyczna stal nierdzewna dzieli się na dwie kategorie: zwykłą ferrytyczną stal nierdzewną i ultraczystą ferrytyczną stal nierdzewną. Wśród nich zwykła ferrytyczna stal nierdzewna ma typ Cr12 ~ Cr14, na przykład 00Cr12, 0Cr13Al; Typ Cr16 ~ Cr18, taki jak 1Cr17Mo; Typ Cr25 ~ 30.
Ze względu na wysoką zawartość węgla i azotu w zwykłej ferrytycznej stali nierdzewnej jest trudna w obróbce i spawaniu, a odporność na korozję jest trudna do zagwarantowania, więc zastosowanie jest ograniczone. W ultraczystej ferrytycznej stali nierdzewnej zawartość węgla i azotu w stali jest ściśle kontrolowana. Całkowita ilość azotu jest zazwyczaj kontrolowana na trzech poziomach od 0.035 procent do 0.045 procent , 0,030 procent i 0,010 procent do 0,015 procent . Jednocześnie dodaje się niezbędne pierwiastki stopowe w celu dalszej poprawy odporności na korozję i kompleksowych właściwości stali. W porównaniu ze zwykłą ferrytyczną stalą nierdzewną, ultra-czysta ferrytyczna stal nierdzewna o wysokiej zawartości chromu ma dobrą odporność na równomierną korozję, korozję wżerową i korozję naprężeniową i jest szeroko stosowana w urządzeniach petrochemicznych. Ferrytyczna stal nierdzewna ma następujące właściwości spawalnicze:
① Pod wpływem wysokiej temperatury zgrzewania ziarna w strefie wpływu ciepła, gdzie temperatura ogrzewania osiąga ponad 1000 stopni, szczególnie w pobliżu szwu, będą szybko rosły. Nawet jeśli jest szybko schładzany po spawaniu, następuje gwałtowny spadek twardości i wysoka skłonność do korozji międzykrystalicznej.
② Sama stal ferrytyczna ma wyższą zawartość chromu, bardziej szkodliwe pierwiastki, takie jak węgiel, azot, tlen itp., wyższą temperaturę przejścia kruchego i większą wrażliwość na karby. Dlatego kruchość po spawaniu jest poważniejsza.
③ Po powolnym podgrzaniu i schłodzeniu w temperaturze 400 stopni ~ 600 stopni przez długi czas, w temperaturze 475 stopni wystąpi kruchość, co poważnie zmniejszy wytrzymałość w temperaturze pokojowej. Po długim ogrzewaniu w temperaturze 550°C ~ 820°C faza σ łatwo wytrąca się z ferrytu, a jego plastyczność i wytrzymałość również ulegają znacznemu zmniejszeniu.
3. Stal nierdzewna martenzytyczna i jej właściwości spawalnicze
Martenzytyczną stal nierdzewną można podzielić na martenzytyczną stal nierdzewną typu Cr13, niskowęglową martenzytyczną stal nierdzewną i super martenzytyczną stal nierdzewną. Typ Cr13 ma ogólne właściwości antykorozyjne. Z martenzytycznej stali nierdzewnej na bazie Cr{3}}, dzięki dodatkowi niklu, molibdenu, wolframu, wanadu i innych pierwiastków stopowych, ma nie tylko pewną odporność na korozję, ale także wysoką wytrzymałość i odporność na wysokie temperatury . Właściwości utleniające.
Charakterystyka spawania martenzytycznej stali nierdzewnej: spoina martenzytyczna ze stali nierdzewnej typu Cr13 i strefa wpływu ciepła mają szczególnie dużą tendencję do utwardzania, a spawane złącze może uzyskać twardy i kruchy martenzyt w warunkach chłodzenia powietrzem. Pod działaniem spawania łatwo pojawiają się zimne pęknięcia spawalnicze. Gdy szybkość chłodzenia jest mała, w pobliżu spoiny i metalu spoiny utworzą się gruboziarnisty ferryt i węgliki międzykrystaliczne, co znacznie zmniejszy plastyczność i wytrzymałość złącza.
Po schłodzeniu spoiny i strefy wpływu ciepła ze stali nierdzewnej niskowęglowej i super martenzytycznej, wszystkie z nich przekształcają się w martenzyt niskowęglowy, ale nie ma oczywistego zjawiska utwardzania i mają dobrą wydajność spawania.
Dobór materiałów spawalniczych ze stali nierdzewnej do zbiorników ciśnieniowych
1. Dobór materiałów dodatkowych do spawania stali nierdzewnych austenitycznych
Zasada doboru materiałów dodatkowych do spawania austenitycznej stali nierdzewnej polega na zapewnieniu, aby odporność na korozję i właściwości mechaniczne stopiwa były zasadniczo równoważne lub wyższe od właściwości metalu nieszlachetnego pod warunkiem braku pęknięć. mecz. W przypadku odpornej na korozję austenitycznej stali nierdzewnej ogólnie pożądane jest, aby zawierała pewną ilość ferrytu, który może nie tylko zapewnić dobrą odporność na pękanie, ale także dobrą odporność na korozję. Jednak w niektórych mediach specjalnych, takich jak metal spoiny sprzętu mocznikowego, ferryt nie może istnieć, w przeciwnym razie jego odporność na korozję zostanie zmniejszona. W przypadku żaroodpornych stali austenitycznych należy rozważyć kontrolę zawartości ferrytu w stopiwie. W przypadku elementów spawanych ze stali austenitycznej długotrwale eksploatowanych w wysokiej temperaturze zawartość ferrytu w stopiwie nie powinna przekraczać 5%. Czytelnicy mogą oszacować odpowiednią zawartość ferrytu zgodnie z równoważnikiem chromu i niklu w stopiwie zgodnie z diagramem Schaefflera.
zdjęcie
2. Dobór materiałów spawalniczych do stali nierdzewnej ferrytycznej
Istnieją zasadniczo trzy rodzaje materiałów dodatkowych do spawania ferrytycznej stali nierdzewnej: 1) materiały spawalnicze, których skład zasadniczo odpowiada metalowi nieszlachetnemu; 2) materiały dodatkowe do spawania austenitycznego; 3) stopowe materiały spawalnicze na bazie niklu, które ze względu na wysoką cenę są rzadko stosowane.
Materiały dodatkowe do spawania ferrytycznej stali nierdzewnej mogą być wykonane z materiałów równoważnych metalowi nieszlachetnemu, ale gdy stopień utwierdzenia jest duży, łatwo dochodzi do pęknięć. Obróbkę cieplną można zastosować po spawaniu w celu przywrócenia odporności na korozję i poprawy plastyczności złącza. Stosowanie austenitycznych materiałów dodatkowych do spawania pozwala uniknąć podgrzewania wstępnego i obróbki cieplnej po spawaniu, ale w przypadku różnych stali, które nie zawierają stabilnych pierwiastków, nadal istnieje uczulenie strefy wpływu ciepła, a austenityczne materiały spawalnicze 309 i 310 chromowo-niklowe są powszechnie stosowane używany. W przypadku stali Cr17 można również stosować materiały spawalnicze 308. Materiały dodatkowe do spawania o wysokiej zawartości stopów korzystnie wpływają na poprawę plastyczności złączy spawanych. Stopiwo austenityczne lub austenityczno-ferrytyczne jest zasadniczo tak samo wytrzymałe jak ferrytyczny metal nieszlachetny, ale w przypadku niektórych mediów korozyjnych odporność spoiny na korozję może być bardzo różna od odporności metalu nieszlachetnego. Zachowaj ostrożność przy wyborze materiałów spawalniczych.
3. Dobór materiałów dodatkowych do spawania stali nierdzewnej martenzytycznej
W stali nierdzewnej martenzytyczną stal nierdzewną można regulować przez obróbkę cieplną. Dlatego, aby spełnić wymagania eksploatacyjne, zwłaszcza żaroodpornej martenzytycznej stali nierdzewnej, skład spoiny powinien być jak najbardziej zbliżony do składu metalu nieszlachetnego. Aby zapobiec pęknięciom na zimno, można również stosować austenityczne materiały spawalnicze, a wytrzymałość spoiny w tym czasie musi być niższa niż wytrzymałość metalu nieszlachetnego.
Gdy skład spoiny jest podobny do składu metalu nieszlachetnego, spoina i strefa wpływu ciepła jednocześnie twardnieją i stają się kruche, aw strefie wpływu ciepła pojawia się strefa mięknienia. Aby zapobiec pękaniu na zimno, elementy o grubości większej niż 3 mm często wymagają wstępnego podgrzania, a po spawaniu często wymagana jest obróbka cieplna w celu poprawy wydajności złącza. Ponieważ współczynnik rozszerzalności cieplnej metalu spoiny i metalu nieszlachetnego są zasadniczo takie same, możliwe jest całkowite wyeliminowanie spoiny po obróbce cieplnej. stres.
zdjęcie
Gdy przedmiot obrabiany nie może być podgrzany lub poddany obróbce cieplnej, można wybrać austenityczny szew spawalniczy. Ponieważ szew spawalniczy ma wysoką plastyczność i wytrzymałość, może rozluźnić naprężenia spawalnicze i może rozpuścić więcej wodoru, zmniejszając w ten sposób naprężenia złącza. Skłonność do pękania na zimno, ale połączenia z nierównymi materiałami, ze względu na różne współczynniki rozszerzalności cieplnej, mogą generować naprężenia ścinające w strefie wtopienia w środowisku pracy o temperaturze cyrkulacji, powodując uszkodzenie złącza.
W przypadku prostej stali martenzytycznej typu Cr13, gdy nie stosuje się spoiny o strukturze austenitycznej, nie ma zbyt wiele miejsca na dostosowanie składu spoiny, który jest generalnie taki sam jak osnowa metalu nieszlachetnego, ale szkodliwe zanieczyszczenia, takie jak S, P i Si musi być ograniczone. Si może sprzyjać tworzeniu się grubego martenzytu w spoinach stali martenzytycznej Cr13. Zmniejszenie zawartości C jest korzystne dla zmniejszenia hartowności, a obecność niewielkiej ilości pierwiastków takich jak Ti, N lub Al w spoinie może również rozdrobnić ziarna i zmniejszyć hartowność.
W przypadku wieloskładnikowej stali stopowej martenzytycznej, żaroodpornej na bazie Cr{1}}, głównym celem jest odporność na ciepło, a austenityczne materiały spawalnicze zwykle nie są używane, a skład spoiny powinien być zbliżony do metalu nieszlachetnego. Podczas dopasowywania składu należy upewnić się, że w spoinie nie występuje faza ferrytowa, ponieważ jest to bardzo szkodliwe dla właściwości użytkowych, ponieważ głównymi składnikami stali żaroodpornej martenzytycznej na bazie Cr{3}} są głównie pierwiastki ferrytowe ( jak Mo, Nb, W, V itp.), aby cała struktura była jednolitym martenzytem, musi być zbilansowana pierwiastkami austenitu, czyli muszą występować odpowiednie pierwiastki, takie jak C, Ni, Mn, oraz n.
Stal nierdzewna martenzytyczna ma bardzo dużą skłonność do pękania na zimno, dlatego konieczne jest ścisłe utrzymywanie niskiego, nawet bardzo niskiego poziomu wodoru, na co należy zwrócić uwagę przy wyborze materiałów spawalniczych.
Kluczowe punkty spawania stali nierdzewnej dla zbiorników ciśnieniowych
1. Kluczowe punkty spawania austenitycznej stali nierdzewnej
Ogólnie austenityczne stale nierdzewne mają doskonałą spawalność. Do spawania austenitycznej stali nierdzewnej można stosować prawie wszystkie metody spawania, a właściwości termofizyczne i charakterystyka mikrostruktury austenitycznej stali nierdzewnej określają kluczowe punkty procesu jej spawania.
① Ze względu na małą przewodność cieplną i duży współczynnik rozszerzalności cieplnej austenitycznej stali nierdzewnej łatwo jest wytworzyć duże odkształcenie i naprężenia spawalnicze podczas spawania, dlatego należy wybrać metodę spawania ze skoncentrowaną energią spawania w jak największym stopniu.
② Ze względu na małą przewodność cieplną austenitycznej stali nierdzewnej, może ona uzyskać większą głębokość penetracji niż stal niskostopowa przy tym samym prądzie. Jednocześnie, ze względu na dużą rezystywność, aby uniknąć zaczerwienienia elektrody podczas spawania łukowego, prąd spawania jest mniejszy niż w przypadku elektrod ze stali węglowej lub stali niskostopowej o tej samej średnicy.
③ Specyfikacje spawalnicze. Zasadniczo nie używaj dużej energii wejściowej do spawania. Do spawania łukowego elektrodą zaleca się stosowanie elektrod o małej średnicy do szybkiego spawania wielościegowego. W przypadku spoin o dużych wymaganiach polej nawet zimną wodą, aby przyspieszyć chłodzenie. W przypadku czystej austenitycznej stali nierdzewnej i superaustenitycznej stali nierdzewnej, ze względu na wrażliwość na pękanie termiczne Jeśli jest duża, energia linii spawania powinna być ściśle kontrolowana, aby zapobiec poważnemu wzrostowi ziaren spoiny i występowaniu pęknięć spawalniczych na gorąco.
④ Aby poprawić odporność spoiny na pękanie termiczne i korozję, należy zwrócić szczególną uwagę na czystość miejsca spawania podczas spawania, aby zapobiec przenikaniu szkodliwych pierwiastków do spoiny.
⑤ Austenityczna stal nierdzewna na ogół nie wymaga podgrzewania podczas spawania. Aby zapobiec wzrostowi ziarna i wytrącaniu się węglików w spoinie i strefie wpływu ciepła oraz zapewnić plastyczność, wytrzymałość i odporność na korozję złącza spawanego, należy kontrolować niższą temperaturę międzywarstwy, na ogół nie przekraczającą 150 stopni.
2. Punkty spawania ferrytycznej stali nierdzewnej
Ferrytyczna stal nierdzewna ma stosunkowo więcej pierwiastków tworzących ferryt, stosunkowo mniej pierwiastków tworzących austenit, a materiał ma mniejszą skłonność do twardnienia i pękania na zimno. Pod działaniem cyklu termicznego spawania ferrytycznej stali nierdzewnej ziarna w strefie wpływu ciepła wyraźnie rosną, a wytrzymałość i plastyczność złącza gwałtownie spadają. Stopień rozrostu ziarna w strefie wpływu ciepła zależy od maksymalnej temperatury osiągniętej podczas spawania i czasu jej przetrzymania. Dlatego podczas spawania ferrytycznej stali nierdzewnej należy w miarę możliwości stosować małą energię linii, czyli metodę koncentracji energii, taką jak TIG małym prądem, spawanie ręczne elektrodami o małej średnicy itp. Jednocześnie środki takie jak wąski rowek szczelinowy, wysoka prędkość spawania i spawanie wielowarstwowe powinny być stosowane w jak największym stopniu, a temperatura między warstwami powinna być ściśle kontrolowana.
Ze względu na efekt cyklu cieplnego spawania, ogólnie ferrytyczna stal nierdzewna jest uczulana w strefie wysokiej temperatury strefy wpływu ciepła, aw niektórych mediach występuje korozja międzykrystaliczna. Po spawaniu jest wyżarzany w temperaturze 700 ~ 850 stopni, aby ujednolicić chrom i przywrócić jego odporność na korozję.
Zwykłą ferrytyczną stal nierdzewną o wysokiej zawartości chromu można spawać za pomocą spawania łukowego, spawania w osłonie gazu, spawania łukiem krytym i innych metod spawania. Ze względu na naturalną niską plastyczność stali wysokochromowych, a także rozrost ziaren w strefie wpływu ciepła oraz gromadzenie się węglików i azotków na granicach ziaren w wyniku cykli cieplnych spawania, plastyczność i udarność złączy spawanych są bardzo Niski. Pęknięcia mogą wystąpić, gdy stosowane są materiały spawalnicze o składzie chemicznym podobnym do metalu nieszlachetnego, a stopień utwierdzenia jest duży. Aby zapobiec pęknięciom i poprawić plastyczność złącza oraz odporność na korozję, na przykładzie spawania łukowego, można zastosować następujące środki technologiczne.
① Rozgrzej do około 100 ~ 150 stopni, aby zespawać materiał w twardym stanie. Im wyższa zawartość chromu, tym wyższa powinna być temperatura podgrzewania.
② Spawanie z małą energią wejściową i bez kołysania. Podczas spawania wielowarstwowego należy kontrolować temperaturę między warstwami, aby nie przekraczała 150 stopni, a spawanie ciągłe nie powinno być stosowane w celu zmniejszenia skutków kruchości w wysokiej temperaturze i kruchości 475 stopni.
③ Po spawaniu wyżarzanie w temperaturze 750 ~ 800 stopni może przywrócić odporność na korozję i poprawić plastyczność złącza dzięki sferoidyzacji węglików i równomiernemu rozmieszczeniu chromu. Po wyżarzaniu należy go szybko schłodzić, aby zapobiec wystąpieniu fazy σ i kruchości w temperaturze 475 stopni.
3. Punkty spawalnicze ze stali nierdzewnej martenzytycznej
W przypadku stali nierdzewnej martenzytycznej typu Cr13, przy stosowaniu do spawania elektrod z tego samego materiału, w celu zmniejszenia wrażliwości pęknięć zimnych oraz zapewnienia plastyczności i ciągliwości złączy spawanych, należy wybrać elektrody niskowodorowe i zastosować następujące środki podjęte w tym samym czasie:
① Rozgrzej. Temperatura podgrzewania wzrasta wraz ze wzrostem zawartości węgla w stali, na ogół w zakresie od 100 stopni do 350 stopni.
② Po podgrzaniu. W przypadku połączeń spawanych z dużą zawartością węgla lub wysokimi utwierdzeniami, po spawaniu należy zastosować środki dogrzewające, aby zapobiec pęknięciom wywołanym wodorem podczas spawania.
③ Obróbka cieplna po spawaniu. Aby poprawić plastyczność, wytrzymałość i odporność na korozję złączy spawanych, temperatura obróbki cieplnej po spawaniu wynosi na ogół 650 stopni C ~ 750 stopni C, a czas utrzymywania oblicza się jako 1h / 25mm.
W przypadku super- i niskowęglowej martenzytycznej stali nierdzewnej wstępne podgrzewanie na ogół nie jest wymagane. Gdy stopień utwierdzenia jest duży lub zawartość wodoru w spoinie jest wysoka, podejmowane są działania związane z podgrzewaniem wstępnym i dogrzewaniem. Temperatura podgrzewania wynosi na ogół 100 stopni C ~ 150 stopni C, temperatura obróbki cieplnej po spawaniu wynosi 590 ~ 620 stopni. Do stali martenzytycznych o podwyższonej zawartości węgla. Lub gdy wstępne podgrzewanie przed spawaniem i obróbka cieplna po spawaniu są trudne do wdrożenia, a połączenia są mocno ograniczone, austenityczne materiały spawalnicze mogą być również stosowane w inżynierii w celu poprawy plastyczności i wytrzymałości złączy spawanych oraz zapobiegania pęknięciom. Ale w tym czasie, gdy metal spoiny jest austenityczny lub oparty na austenicie, w rzeczywistości jest to dopasowanie o niskiej wytrzymałości w porównaniu z wytrzymałością metalu nieszlachetnego, a metal spoiny i metal nieszlachetny różnią się składem chemicznym, strukturą metalograficzną, termiczne Właściwości fizyczne i mechaniczne są bardzo różne, a naprężenia szczątkowe spawania są nieuniknione, co może łatwo spowodować korozję naprężeniową lub uszkodzenie spowodowane pełzaniem w wysokiej temperaturze.
Spawanie stali nierdzewnej duplex
1. Rodzaje stali nierdzewnej duplex
Stal nierdzewna typu duplex ma austenityczną i ferrytową strukturę dupleksową oraz zawartość struktur dwufazowych
Zasadniczo to samo, więc ma właściwości austenitycznej stali nierdzewnej i ferrytycznej stali nierdzewnej. Granica plastyczności może osiągnąć 400 MPa ~ 550 MPa, czyli dwukrotnie więcej niż w przypadku zwykłej austenitycznej stali nierdzewnej. W porównaniu z ferrytyczną stalą nierdzewną, stal nierdzewna dupleks ma wysoką wytrzymałość, niską temperaturę przejścia kruchego, znacznie lepszą odporność na korozję międzykrystaliczną i wydajność spawania; jednocześnie zachowuje pewne cechy ferrytycznej stali nierdzewnej, takie jak kruchość 475 stopni, wysoka przewodność cieplna, mały współczynnik rozszerzalności liniowej, nadplastyczność i magnetyzm. W porównaniu z austenityczną stalą nierdzewną wytrzymałość stali nierdzewnej dupleks jest wysoka, zwłaszcza granica plastyczności jest znacznie poprawiona, a także znacznie poprawiono odporność na korozję wżerową, odporność na korozję naprężeniową i odporność na zmęczenie korozyjne.
Stal nierdzewna duplex jest klasyfikowana zgodnie ze swoim składem chemicznym i można ją podzielić na cztery typy: typ Cr18, Cr23 (bez Mo), typ Cr22 i typ Cr25. W przypadku stali nierdzewnej typu duplex Cr25 można ją podzielić na stal nierdzewną typu zwykłego i typu super duplex, wśród których w ostatnich latach szeroko stosowano typy Cr22 i Cr25. Większość stali nierdzewnych duplex stosowanych w moim kraju jest produkowana w Szwecji, a specyficzne gatunki to: 3RE60 (typ Cr18), SAF2304 (typ Cr23), SAF2205 (typ Cr22), SAF2507 (typ Cr25).
2. Charakterystyka spawania stali nierdzewnej duplex
① Stal nierdzewna dupleks ma dobrą spawalność. Nie jest łatwo spowodować kruchość strefy wpływu ciepła podczas spawania, jak ferrytyczna stal nierdzewna, ani nie jest łatwo wytworzyć gorące pęknięcia spawalnicze, jak austenityczna stal nierdzewna. Ponieważ jednak zawiera dużą ilość ferrytu, gdy sztywność jest wysoka lub zawartość wodoru w spoinie jest wysoka, mogą wystąpić pęknięcia podczas chłodzenia wodoru, dlatego bardzo ważna jest ścisła kontrola źródła wodoru.
② Aby zapewnić właściwości stali dwufazowej, zapewnienie odpowiedniej proporcji austenitu i ferrytu w strukturze złącza spawanego jest kluczem do spawania tego typu stali. Gdy szybkość stygnięcia złącza po spawaniu jest niska, przemiana fazy wtórnej δ→ jest względnie wystarczająca, więc w temperaturze pokojowej można uzyskać strukturę dupleksową o stosunkowo odpowiednim stosunku faz, co wymaga odpowiednio dużego wkładu ciepła spawania podczas spawania . W przeciwnym razie, jeśli szybkość chłodzenia po spawaniu jest duża, faza ferrytu δ wzrośnie, co spowoduje poważny spadek plastyczności, udarności i odporności na korozję złącza.
3. Dobór materiałów spawalniczych do stali nierdzewnej duplex
Materiały dodatkowe do spawania stali nierdzewnej typu duplex, które charakteryzują się tym, że struktura spoiny jest strukturą typu duplex z przewagą austenitu, a zawartość głównych pierwiastków odpornych na korozję (chrom, molibden itp.) jest równoważna zawartości metalu nieszlachetnego, tym samym zapewniając taką samą odporność na korozję jak gatunek metalu nieszlachetnego. Aby zapewnić zawartość austenitu w spoinie, zwykle zwiększa się zawartość niklu i azotu, to znaczy zwiększa się ekwiwalent niklu o około 2 procent do 4 procent. W materiale podstawowym ze stali nierdzewnej dupleks na ogół występuje pewna zawartość azotu, a także oczekuje się pewnej zawartości azotu w materiałach spawalniczych, ale generalnie nie powinna ona być zbyt wysoka, w przeciwnym razie pojawią się pory. W ten sposób wysoka zawartość niklu stała się główną różnicą między materiałem spawalniczym a metalem nieszlachetnym.
Zgodnie z różnymi wymaganiami dotyczącymi odporności na korozję i wytrzymałości połączenia, wybierz elektrodę, która pasuje do składu chemicznego metalu nieszlachetnego, takiego jak spawanie stali nierdzewnej Duplex Cr22, możesz wybrać elektrodę Cr22Ni9Mo3, taką jak elektroda E2209. Gdy stosowane są elektrody kwasowe, usuwanie żużla jest dobre, a kształt spoiny jest piękny, ale udarność jest niska. Gdy wymagana jest wysoka udarność metalu spoiny i wymagane jest spawanie we wszystkich pozycjach, należy stosować elektrody alkaliczne. Elektrody zasadowe są zwykle używane podczas spawania podkładu graniowego. Jeśli istnieją specjalne wymagania dotyczące odporności metalu spoiny na korozję, należy również stosować elektrody zasadowe ze stalowymi elementami super duplex.
W przypadku drutu spawalniczego w osłonie gazu stałego, zapewniając metalowi spoiny dobrą odporność na korozję i właściwości mechaniczne, należy również zwrócić uwagę na jego wydajność procesu spawania. W przypadku drutu proszkowego, gdy wymagany jest piękny kształt spoiny, rutylowego lub tytanowego W przypadku drutu proszkowego typu wapniowego, gdy wymagana jest większa udarność lub spawanie w warunkach większych ograniczeń, drut proszkowy o wyższej zasadowości powinien być użytym.
W przypadku spawania łukiem krytym zaleca się stosowanie drutu spawalniczego o mniejszej średnicy w celu wykonania spawania wielowarstwowego i wielościegowego przy małych i średnich specyfikacjach spawalniczych, aby zapobiec kruchości strefy wpływu ciepła spawania i metalu spoiny i użyj odpowiedniego topnika alkalicznego.
4. Punkty spawania ze stali nierdzewnej duplex
① Kontrola procesu cieplnego spawania Energia cieplna spawania, temperatura międzywarstwowa, podgrzewanie wstępne i grubość materiału będą miały wpływ na szybkość chłodzenia podczas spawania, wpływając w ten sposób na strukturę i wydajność spoiny oraz strefę wpływu ciepła. Zbyt szybkie lub zbyt wolne tempo chłodzenia wpłynie na wytrzymałość i odporność na korozję połączeń spawanych ze stali typu duplex. Gdy szybkość chłodzenia jest zbyt duża, spowoduje to nadmierną zawartość faz i zwiększenie wytrącania Cr2N. Jeśli szybkość chłodzenia jest zbyt mała, ziarna kryształów będą mocno szorstkie, a nawet niektóre kruche związki międzymetaliczne, takie jak faza σ, mogą wytrącać się. W tabeli 1 wymieniono niektóre zalecane wartości energii linii spawania i zakresy temperatur międzyściegowych. Przy wyborze energii linii należy również wziąć pod uwagę określoną grubość materiału. Górna granica energii linii w tabeli jest odpowiednia dla grubych płyt, a dolna granica jest odpowiednia dla cienkich płyt. Podczas spawania stali duplex o 25% ω(Cr) i super stali nierdzewnej o wysokiej zawartości stopów, w celu uzyskania najlepszych właściwości metalu spoiny zaleca się, aby maksymalna temperatura międzyściegowa była kontrolowana na poziomie 100 stopni. Gdy po spawaniu wymagana jest obróbka cieplna, temperatura międzyściegowa nie może być ograniczona.
② Obróbka cieplna po spawaniu Najlepiej nie poddawać obróbce cieplnej stali nierdzewnej typu duplex po spawaniu, ale gdy zawartość faz w stanie spawanym przekracza wymagania lub gdy szkodliwe fazy, takie jak faza σ, wytrącają się, obróbka cieplna spoiny może być wykorzystana do poprawy. Stosowaną metodą obróbki cieplnej jest hartowanie w wodzie. Podczas obróbki cieplnej ogrzewanie powinno być możliwie szybkie, a czas utrzymywania w temperaturze obróbki cieplnej wynosi 5 ~ 30 min, co powinno wystarczyć do przywrócenia równowagi faz. Utlenianie metalu jest bardzo poważne podczas obróbki cieplnej i należy rozważyć ochronę przed gazem obojętnym. Dla stali dwufazowej o 22% ω (Cr) obróbkę cieplną należy prowadzić w temperaturze 1050°C ~ 1100°C, natomiast stali dwufazowej i super dwufazowej o 25% ω (Cr ) wymagają obróbki cieplnej w temperaturze 1070 stopni C ~ 1120 stopni C Przeprowadzić obróbkę cieplną.
Przykład spawania zbiornika ciśnieniowego ze stali nierdzewnej
Odparowywacz o średnicy 8{2}}0mm i grubości ścianki 10mm wykonany jest ze stopu 0Cr18Ni9.
zilustrować:
① Średnica cylindra wynosi 800 mm, a spawacz może wiercić w cylindrze w celu spawania. Dlatego wzdłużne i okrągłe szwy cylindra są spawane po obu stronach za pomocą spawania łukowego elektrodą.
② W tym urządzeniu nie ma otworu, więc spoina zamykająca może być spawana tylko od zewnątrz. Aby zapewnić jakość spawania, jako podkład stosuje się spawanie metodą TIG. Jednak tylny metal zostanie utleniony podczas spawania stali nierdzewnej łukiem argonowym. W przeszłości do ochrony można było stosować tylko metodę napełniania argonem z tyłu. niedobrze. Aby rozwiązać tę trudność procesową, Dział Spawalniczy firmy Nippon Oil & Fat Company opracował i wyprodukował drut spawalniczy TIG ze stali nierdzewnej samozabezpieczający się z tyłu, który jest drutem spawalniczym ze specjalną powłoką i powłoką (tzn. ) po stopieniu wniknie do roztopionego jeziorka. Z tyłu tworzy się gęsta warstwa ochronna, która odpowiada roli powłoki elektrody. Zastosowanie tego drutu spawalniczego jest dokładnie takie samo jak zwykłego drutu spawalniczego TIG, a powłoka nie wpłynie na łuk przedni i kształt stopionego jeziorka, co znacznie zmniejsza koszty spawania łukiem argonowym ze stali nierdzewnej. W tym urządzeniu, jeśli zastosowano tylną ochronę argonu, straty argonu są poważne, dlatego stosuje się samoosłonowy drut spawalniczy.
③ W przypadku spoin pachwinowych między rurą łączącą a płaskim kołnierzem spawalniczym oraz między rurą łączącą a płaszczem, ze względu na kształt i warunki spawania spoin w tej części, ogólnie stosuje się spawanie elektrodą łukową. Jeżeli średnica rury łączącej jest zbyt mała, aby zmniejszyć trudność spawania, można również zastosować spawanie TIG.
④ Spoina pachwinowa między wspornikiem a powłoką jest spoiną nienośną, a spawanie w osłonie gazowej (gazem osłonowym jest czysty CO2), ma wysoką wydajność i dobry kształt spoiny. TFW{3}}L to gatunek materiału dodatkowego do spawania, a jego model to E308LT1-1 (AWS A5.22).
