Schweißen von austenitischem 18Cr-Edelstahl: Probleme und Präventionsmaßnahmen

Austenitischer rostfreier Stahl hat eine gute Korrosionsbeständigkeit, da er viel Chrom enthält und eine dichte Oxidschicht bilden kann.

Wenn Cr18% und Ni8% enthalten sind, kann eine einzige austenitische Struktur erhalten werden. Daher hat austenitischer nichtrostender Stahl eine gute Korrosionsbeständigkeit, Plastizität, Hochtemperaturleistung und Schweißleistung.

Unter verschiedenen Arbeitsbedingungen sind Schweißverbindungen aus austenitischem Edelstahl jedoch häufig mit besonderen Problemen konfrontiert, die leicht zu Konstruktionsfehlern führen können, wie z. B. interkristalline KorrosionSpannungsrisskorrosion, Messerkorrosion, Heißriss beim Schweißen, α-Phasenversprödung usw.

01. Korrosionsanalyse von Schweißnähten

Interkristalline Korrosion von Schweißnähten

Interkristalline Korrosion ist eines der wichtigsten Korrosionsprobleme bei austenitischem nichtrostendem Stahl. Sobald interkristalline Korrosion auftritt, ist die Festigkeit fast verloren, wenn sie schwerwiegend ist, und interkristalliner Bruch wird auftreten, wenn eine bestimmte Spannung angewendet wird.

Die Hauptursache für interkristalline Korrosion bei austenitischen Schweißen von rostfreiem Stahl Verbindung ist die Ausfällung von Chromkarbid.

Wenn austenitischer rostfreier Stahl im Temperaturbereich von 500 ~ 800 ℃ sensibilisiert wird, ist die Diffusionsgeschwindigkeit von übersättigtem Mischkristallkohlenstoff zur Korngrenze schneller als die von Chrom.

In der Nähe der Korngrenze wird (Cr, Fe) 23c6-Karbid mit Chrom synthetisiert und an der Korngrenze ausgeschieden, wodurch das Phänomen des Chrommangels in der Nähe der Korngrenze entsteht.

Wenn der Chromgehalt in diesem Bereich unter den für die Passivierung erforderlichen Grenzwert (w (CR) 12.5%) sinkt, wird die Korrosion in diesem Bereich beschleunigt und es bildet sich interkristalline Korrosion.

Die interkristalline Korrosion in der Sensibilisierungstemperaturzone der wärmebeeinflussten Zone tritt im Bereich der Erwärmungsspitzentemperatur von 600 ~ 1000 ℃ in der wärmebeeinflussten Zone auf.

Der Grund für interkristalline Korrosion ist nach wie vor die Ausscheidung von Chromkarbid an der Austenit Korngrenze.

Zu den wichtigsten Präventivmaßnahmen zur Verringerung und Verhinderung interkristalliner Korrosion gehören:

① Prozessmaßnahmen wie kleine Spezifikation (kleiner Strom, große Schweißgeschwindigkeit) und mehrlagiges Schweißen;

② Versuchen Sie, den Kohlenstoffgehalt im unedlen Metall zu reduzieren und Schweißmaterialienund verwenden Sie Schweißmaterialien mit einem C-Gehalt von weniger als 0,03%;

③ Die Schweißnaht wird von einfach Austenit Phase zu Austenit plus Ferrit-Doppelphase. Die Diffusionsgeschwindigkeit von Cr im Ferrit ist schneller als die im Austenit.

Daher diffundiert Chrom im Ferrit schneller zur Korngrenze, was das Phänomen des Chrommangels an der Austenitkorngrenze verringert;

Die Zugabe von Ti, Nb und anderen Elementen, die eine stärkere Affinität zu Kohlenstoff haben als Chrom, zu Stahl und Schweißwerkstoffen kann stabile Verbindungen mit Kohlenstoff bilden, so dass ein Chrommangel an der Austenitkorngrenze vermieden wird.

Spannungskorrosion von Schweißverbindungen

Spannungsrisskorrosion bei nichtrostendem Stahl ist das schädlichste Korrosionsverhalten.

Beim Knacken gibt es keine Verformung.

Unfälle geschehen oft plötzlich und haben schwerwiegende Folgen.

Es gibt viele Faktoren, die die Spannungsrisskorrosion von nichtrostendem Stahl unter Betriebsbedingungen beeinflussen, darunter die Zusammensetzung, die Struktur und der Zustand des Stahls, die Art des Mediums, die Temperatur, die Konzentration, die Spannungseigenschaften, die Größe und die strukturellen Merkmale.

Zu den Maßnahmen zur Verringerung und Vermeidung von Spannungskorrosion gehören vor allem:

① Vermeiden Sie starke Montage, mechanische Einwirkungen und Lichtbogenverbrennungen und reduzieren Sie Kaltverformungen und Spannungen;

② Strenge Kontrolle der Verunreinigungen im Medium und in der Umgebung (insbesondere Chlorid, Fluorid usw.);

③ Vernünftige Materialauswahl (Grundwerkstoff und Schweißmaterial): Kornvergröberung und Verhärtung vermeiden Martensitgefüge;

④ Die Schweißnaht ist gut geformt und weist keine Spannungskonzentration (z. B. Hinterschneidung) auf;

⑤ Ordnen Sie die Schweißreihenfolge sinnvoll an, um die Belastung zu verringern;

⑥ Korrosionsschutzbehandlung: Zugabe von Korrosionsschutzmitteln bei Beschichtung, Auskleidung oder kathodischem Schutz.

02. Thermische Rissempfindlichkeitsanalyse von Schweißnähten

Bei den Warmrissen in austenitischem nichtrostendem Stahl handelt es sich hauptsächlich um Kristallrisse, die während der Erstarrung von Schweißgut und flüssigem Metall entstehen.

Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Primärkristall im Eutektikum des Schmelzpunkts, hauptsächlich zwischen den Dendriten. Dafür gibt es drei Hauptursachen:

S, P und C bilden mit Ni ein Eutektikum mit niedrigem Schmelzpunkt (z. B. liegt der Schmelzpunkt von NIS + Ni bei 644 ℃) und schwächen so die Korngrenzenfestigkeit;

Austenitischer rostfreier Stahl hat einen großen Abstand zwischen Liquidus und Solidus, eine lange Kristallisationszeit, eine starke Dendritenorientierung und eine leichte Entmischung von Verunreinigungen;

③ Stahl hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit und einen großen linearen Ausdehnungskoeffizienten, wodurch sich leicht Spannungen erzeugen lassen.

Zu den wichtigsten Maßnahmen zur Vermeidung von Heißrissen beim Schweißen gehören:

① Strenge Kontrolle des Schwefel- und Phosphorgehalts im Grundmetall und im Schweißmaterial;

② In der Schweißnaht entsteht eine Duplexstruktur von etwa 5%-Ferrit, die die Richtung des säulenförmigen Austenitkristalls unterbricht;

③ Technologische Maßnahmen: Verwendung alkalischer Elektroden und kleiner Spezifikationen (niedriger Strom, schnelles Schweißen), um thermische Risse zu vermeiden.

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03. Kontrolle des Ferritgehalts in Schweißnähten

Der Ferritgehalt im Schweißgut austenitischer Stähle hängt nicht nur mit der Bildung der α(σ)-Phasenversprödung und der thermischen Festigkeit zusammen, sondern wirkt sich auch direkt auf die Heißrissbeständigkeit der Verbindung aus.

Nachdem das Werkstück eine gewisse Zeit lang bei hoher Temperatur erhitzt wurde, fällt die spröde σ-Phase aus.

Je länger die Erhitzungszeit, desto länger die Verweildauer bei hohen Temperaturen und desto mehr Ausscheidungen, die die mechanischen Eigenschaften der Verbindung stark beeinträchtigen.

Unter dem Gesichtspunkt der thermischen Rissbeständigkeit ist ein gewisser Ferritgehalt im Schweißgut erforderlich, aber je geringer der Ferritgehalt ist, desto besser sind die α-Phasenversprödung und die thermische Festigkeit.

Daher ist für Schweißnähte mit Anforderungen an die Hochtemperaturfestigkeit muss der Ferritgehalt streng kontrolliert werden. In einigen Fällen muss austenitisches Schweißgut verwendet werden.