Austenittisk rustfritt stålhar typisk en mikrostruktur bestående av ren austenitt ved romtemperatur; noen varianter inneholder imidlertid en liten mengde ferritt, noe som bidrar til å forhindre varm sprekkdannelse. På grunn av deres utmerkede sveisbarhet, er austenittiske rustfrie stål mye brukt i industrier som kjemisk prosessering og produksjon av trykkbeholdere for petroleumssektoren. Ikke desto mindre, hvis sveiseoperasjoner utføres feil, er austenittiske rustfrie stål utsatt for ulike problemer, inkludert intergranulær korrosjon, varmesprekker, spenningskorrosjonssprekker og dårlig sveisevulstdannelse.
Hva er sveiseproblemene forbundet med austenittisk rustfritt stål?
I. Intergranulær korrosjon
en. Årsaker til intergranulær korrosjon
Intergranulær korrosjon oppstår ved korngrensene; derfor blir det referert til som intergranulær korrosjon. Det representerer en av de farligste formene for nedbrytning for austenittisk rustfritt stål. Den er preget av korrosjon som trenger dypt inn i metallet langs korngrensene, noe som resulterer i en nedgang i både de mekaniske egenskapene og korrosjonsmotstanden til metallet.
Når austenittisk rustfritt stål holdes innenfor temperaturområdet 450 grader til 850 grader i en viss periode, utfelles kromkarbider (Cr23C6) ved korngrensene. Det krom som kreves for denne nedbøren, trekkes primært fra overflatelagene til kornene; hvis krom fra kornets indre ikke kan diffundere utover raskt nok til å fylle på disse overflatelagene, vil krominnholdet ved korngrensene-spesifikt i overflatelagene til kornene-falle, og skape en "krom-utarmet sone." Under påvirkning av aggressive etsende medier blir disse krom-utarmete sonene ved korngrensene utsatt for angrep, noe som resulterer i intergranulær korrosjon. Rustfritt stål påvirket av intergranulær korrosjon kan ikke vise noen synlige endringer på overflaten; men når det utsettes for stress, vil det sprekke langs korngrensene, noe som resulterer i et nesten fullstendig tap av strukturell styrke.
b. Tiltak for å forhindre intergranulær korrosjon
Velg sveiseelektroder i rustfritt stål med ultra-lavt karboninnhold (C Mindre enn eller lik 0,03%) eller de som inneholder stabiliserende elementer som titan eller niob.
Bruk "lav-varme-inngang" sveiseparametere. Målet er å minimere oppholdstiden innenfor det kritiske temperaturområdet (450 grader –850 grader). Dette oppnås ved å bruke lave sveisestrømmer, høye reisehastigheter, korte buelengder og unngå tverrgående vevebevegelser. Tvungen kjølingsmetoder (f.eks. bruk av kobberstøtteplater eller vannkjøling) kan brukes på sveisesømmen for å akselerere kjølehastigheten til sveiseskjøten og redusere størrelsen på den varme-berørte sonen (HAZ).
Ved multi-sveising må temperaturen mellom-passasjene være strengt kontrollert; den foregående sveisestrengen bør få avkjøles til under 60 grader før neste pass avsettes. Sveisesømmen på siden av komponenten som skal være i kontakt med det korrosive mediet, skal sveises sist. En etter-sveiseløsningsbehandling bør utføres: arbeidsstykket varmes opp til en temperatur mellom 1050 grader og 1150 grader, etterfulgt av bråkjøling. Denne prosessen fører til at Cr23C6-utfellingene ved korngrensene løses opp igjen i kornets indre, og gjenoppretter derved en jevn austenittisk mikrostruktur.
II. Hot Cracking
Årsaker til Hot Cracking
Et stort temperaturintervall mellom liquidus- og soliduslinjene-som betyr et bredt temperaturområde under størkningsprosessen-fører til alvorlig segregering av urenheter med lavt-smeltepunkt-, som har en tendens til å konsentrere seg ved korngrensene. Videre resulterer en høy termisk ekspansjonskoeffisient i betydelige spenninger under avkjøling og krymping.
Tiltak for å kontrollere varmesprekking
Kontroller mikrostrukturen til sveisemetallet; ideelt sett bør sveisemetallet ha en dupleksstruktur, med ferrittinnholdet på eller under 3 %–5 %. Dette er fordi ferritt har kapasitet til å løse opp betydelige mengder skadelige urenheter som svovel (S) og fosfor (P). Kontroller den kjemiske sammensetningen; redusere innholdet av nikkel, karbon, svovel og fosfor i sveisemetallet-og samtidig øke nivåene av elementer som krom, molybden, silisium og mangan-kan effektivt minimere forekomsten av varmesprekker.
Velg en passende type elektrodebelegg. Bruken av belagte elektroder med lav-hydrogen-type fremmer kornforfining i sveisemetallet, reduserer urenhetssegregering og forbedrer motstand mot sprekker. Motsatt har sur-type belagte elektroder sterke oksiderende egenskaper, noe som fører til betydelig forbrenning- av legeringselementer og en påfølgende reduksjon i sprekkmotstand; dessuten resulterer de i grove-kornstrukturer, noe som gjør sveisen svært utsatt for varmesprekker. Bruk passende sveiseparametere og kjølehastigheter. Bruk "kalde" sveiseparametere-spesifikt lav strøm og høy reisehastighet-for å forhindre overoppheting av sveisebassenget og for å lette rask avkjøling; dette minimerer segregering og forbedrer motstand mot sprekker. Ved flergangssveising må du kontrollere interpasstemperaturen strengt. sørg for at den foregående sveisestrengen er avkjølt til 60 grader før du legger den neste strengen.
III. Spenningskorrosjon
Årsaker til spenningskorrosjon
Spenningskorrosjonssprekker (SCC) er et fenomen med forsinket sprekkdannelse som oppstår i sveisede skjøter når de utsettes for strekkspenninger i et spesifikt korrosivt miljø. I austenittiske sveisede skjøter i rustfritt stål representerer SCC en spesielt alvorlig sviktmåte, som manifesterer seg som sprø brudd uten noen makroskopisk plastisk deformasjon.
Tiltak mot spenningskorrosjon
Etablere hensiktsmessige formings-, prosesserings- og monteringsprosedyrer for å minimere -avkjøling indusert deformasjon så mye som mulig; unngå tvangsmontering; og forhindre introduksjon av ulike overflatedefekter under monteringsprosessen (siden ulike monteringsrelaterte riper og bueangrep kan tjene som sprekkinitieringssteder for SCC og er utsatt for å utvikle seg til korrosjonsgroper). Velg sveisetilsetningsmaterialer med omtanke. Sveisemetallet og basismetallet bør være godt-tilpasset for å forhindre dannelse av uønskede mikrostrukturer-som kornforgrovning eller hard, sprø martensitt. Bruk passende sveiseprosesser. Sørg for at sveisestrengen viser god morfologi, fri for defekter som kan indusere spenningskonsentrasjoner eller gropdannelse (f.eks. underskjæring); vedta videre en rasjonell sveisesekvens for å minimere gjenværende sveisespenninger. Implementer stressbehandlinger{11}. Dette involverer vanligvis varmebehandlinger etter-sveising, for eksempel full gløding eller gløding; i tilfeller der varmebehandling er vanskelig å utføre, kan alternative metoder-som etter-sveising eller kuleblåsing-brukes.
IV. Dårlig sveisestrengdannelse
en. Årsaker til dårlig sveisestrengdannelse
Ved sveising av austenittisk rustfritt stål resulterer det høye innholdet av legeringselementer i sveisemetallet i dårlig fluiditet i sveisebassenget, noe som ofte fører til dårlig dannelse av sveisestrengoverflaten. Dette kommer først og fremst til uttrykk som forringet formasjon på baksiden av rotpassasjen og en ru overflatefinish på hettepassasjen. Selv om virkningen av dårlig overflateformasjon på sveiseytelsen ikke er spesielt tydelig under omgivelses- eller høye-temperaturforhold, under lave-temperaturforhold, kan spenningskonsentrasjonene indusert av slike defekter påvirke sveisens lave-temperaturytelse like betydelig som interne sveisedefekter.
b. Tiltak for dårlig sveisestrengdannelse
Problemer med dårlig dannelse av sveisestrenger-så vel som problemet med intergranulær korrosjon i den varme-påvirkede sonen (HAZ)-kan løses effektivt gjennom optimalisering av sveiseprosesser. Spesifikt, bruk av gasswolframbuesveising (GTAW) for rotpassasjen, kombinert med bruk av lav sveisevarmetilførsel, gir effektiv kontroll over i hvilken grad HAZ utsettes for sensibiliseringstemperaturområdet.
konklusjon
Austenittisk rustfritt stål er et mye brukt materiale i kjemisk og petrokjemisk industri; imidlertid er sveisingen utsatt for fire primære typer defekter-som intergranulær korrosjon og varmesprekker-hvor grunnleggende årsaker i stor grad er knyttet til temperaturkontroll, elementær segregering og gjenværende spenning. I beste fall kompromitterer disse problemene bare sveisemorfologien; i verste fall forringer de materialytelsen drastisk eller til og med utfeller sprø brudd. Effektive forebyggings- og kontrollstrategier krever derfor omfattende styring på tvers av flere stadier-inkludert elektrodevalg, sveiseparameteroptimalisering og etter-sveisebehandling-med nøyaktig kontroll av varmetilførselen som det kritiske fokuspunktet.