Perfektes Schweißen von martensitischem und Duplex-Edelstahl

1. Was ist martensitischer rostfreier Stahl?

Es handelt sich um eine Art von nichtrostendem Stahl, der bei Raumtemperatur ein martensitisches Gefüge aufweist und dessen mechanische Eigenschaften durch Wärmebehandlung verändert werden können.

Im Allgemeinen handelt es sich um eine Art von rostfreiem Stahl, der gehärtet werden kann.

Einige gängige martensitische Edelstahlsorten sind 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 3Cr13Mo, 1Cr17Ni2, 2Cr13Ni2, 9Cr18 und 9Cr18MoV.

Weiterführende Lektüre: Rostfreie Stahlsorten

2. Gängige Schweißverfahren

Martensitischer rostfreier Stahl kann mit verschiedenen Lichtbogenverfahren geschweißt werden Schweißtechniken.

Derzeit ist das Lichtbogenschweißen das wichtigste Verfahren, während die Verwendung von Kohlendioxid Schutzgasschweißen oder Argon-Kohlendioxid-Mischgasschweißen kann die Menge an Wasserstoff in der Schweißnaht deutlich reduziert werden, wodurch die Gefahr von Kaltrissen in der Schweißnaht verringert wird.

3. Gängige Schweißmaterialien

(1) Elektrode und Draht aus martensitischem rostfreiem Stahl Cr13

Wenn eine höhere Festigkeit der Schweißnaht erforderlich ist, werden im Allgemeinen martensitische Cr13 Schweißen von rostfreiem Stahl Stäbe und Drähte werden verwendet, um die chemische Zusammensetzung des Schweißguts an die des Grundmetalls anzugleichen, was jedoch die Wahrscheinlichkeit der Kaltrissbildung erhöht.

Erwägungen:

a. Vor dem Schweißen ist ein Vorwärmen erforderlich, wobei die Temperatur 450°C nicht überschreiten sollte, um eine Versprödung bei 475°C zu verhindern.

Es muss eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen durchgeführt werden.

Sobald die Temperatur auf 150-200°C abgekühlt ist, sollte eine 2-stündige Wärmebehandlung nach dem Schweißen durchgeführt werden, um die Umwandlung aller Teile des Bauteils zu ermöglichen. Austenit in Martensit, gefolgt von einem Hochtemperaturanlassen, bei dem die Temperatur auf 730-790 °C erhöht wird.

Die Haltezeit sollte 10 Minuten pro 1 mm Blechdicke betragen, aber nicht weniger als 2 Stunden, und abschließend sollte es luftgekühlt werden.

b. Um Rissbildung zu vermeiden, sollte der Gehalt an S und P in den Schweißdrähten und -stäben weniger als 0,015% und der Si-Gehalt nicht mehr als 0,3% betragen.

Eine Erhöhung des Si-Gehalts kann zur Bildung von grobem Primärferrit führen, was die Plastizität der Verbindung verringert.

Die Kohlenstoffgehalt sollte in der Regel niedriger sein als der des Grundmetalls, was seine Härtbarkeit verringern kann.

(2) Elektrode und Draht aus austenitischem rostfreiem Cr-Ni-Stahl

Das Schweißgut aus austenitischem Cr-Ni-Stahl hat eine hohe Plastizität, die die während der martensitischen Umwandlung in der Wärmeeinflusszone entstehenden Spannungen abbauen kann.

Darüber hinaus weisen die Schweißnähte aus austenitischem Cr-Ni-Stahl eine hohe Wasserstofflöslichkeit auf, was die Diffusion von Wasserstoff aus dem Schweißgut in die Wärmeeinflusszone verringern und wirksam verhindern kann. kalte RisseDaher ist ein Vorheizen nicht erforderlich.

Die Festigkeit der Schweißnaht ist jedoch relativ gering und kann nicht durch eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erhöht werden.

4. Gemeinsame Schweißprobleme

(1) Kaltriss beim Schweißen

Martensitischer nichtrostender Stahl hat einen hohen Chromgehalt, der seine Härtbarkeit deutlich erhöht.

Unabhängig vom Ausgangszustand vor dem Schweißen kommt es beim Schweißen immer zur Bildung von Martensit in der Nähe der Naht.

Mit zunehmender Härtungstendenz wird die Verbindung anfälliger für Kaltrisse, insbesondere wenn Wasserstoff vorhanden ist. Unter solchen Bedingungen ist martensitischer nichtrostender Stahl auch anfällig für die Bildung gefährlicher, durch Wasserstoff verursachter, verzögerter Risse.

MMaßnahmen:

• Ein Schweißstrom mit hoher Drahtenergie kann die Abkühlgeschwindigkeit verringern.
• Verschiedene Stahlsorten erfordern unterschiedliche Zwischenlagentemperaturen, die nicht niedriger sein sollten als die Vorwärmtemperatur.
• Ein langsamer Abkühlungsprozess nach dem Schweißen auf 150-200°C, gefolgt von einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen, ist notwendig, um das Schweißen zu eliminieren. EigenspannungSie entfernen diffusionsfähigen Wasserstoff in der Fuge und verbessern die Struktur und die Eigenschaften der Fuge.

(2) Versprödung der wärmebeeinflussten Zone

Martensitische nichtrostende Stähle, insbesondere solche mit einem höheren Gehalt an ferritbildenden Elementen, neigen stärker zum Kornwachstum.

Eine langsame Abkühlungsgeschwindigkeit kann zur Bildung von grobem Ferrit und Karbid in der Wärmeeinflusszone (WEZ) führen, während eine schnelle Abkühlungsgeschwindigkeit eine Verfestigung und die Bildung von grobem Martensit in der WEZ verursachen kann.

Diese groben Strukturen verringern die Plastizität und Zähigkeit der WEZ von martensitischem nichtrostendem Stahl und machen ihn spröde.

Gegenmassnahmen:

• Beibehaltung einer angemessenen Abkühlungsrate;
• Auswahl einer angemessenen Vorwärmtemperatur. Die Vorwärmtemperatur sollte 450°C nicht überschreiten, da eine längere Einwirkung hoher Temperaturen über diesem Schwellenwert zur Versprödung bei 475°C führen kann.
• Sorgfältige Auswahl der Schweißmaterialien, um die Zusammensetzung der Schweißnaht anzupassen und das Vorhandensein von grobem Ferrit in der Schweißnaht zu minimieren.

5. Schweißverfahren

1) Vorwärmen vor dem Schweißen

Das Vorwärmen vor dem Schweißen ist eine wichtige Technik, um Kaltrisse zu vermeiden.

Bei einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,1% und 0,2% sollte die Vorwärmtemperatur zwischen 200 und 260°C liegen, während eine hochfeste Schweißnaht auf eine Temperatur zwischen 400 und 450°C vorgewärmt werden kann.

2) Abkühlung nach dem Schweißen

Die Schweißnaht sollte nicht direkt von der Schweißmaschine erwärmt werden. Schweißtemperatur für die Anlaßbehandlung, da der Austenit während des Schweißens möglicherweise nicht vollständig umgewandelt wird.

Unmittelbares Erhitzen und Anlassen nach dem Schweißen kann zur Ausscheidung von Karbiden entlang der Austenit Korngrenze, was zur Umwandlung von Austenit in Perlit und zu einem grobkörnigen Gefüge führt, was die Zähigkeit erheblich verringert.

Daher muss die Schweißnaht vor dem Anlassen abgekühlt und der Austenit in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone weitgehend zersetzt sein.

Bei Schweißnähten mit niedriger Festigkeit können sie auf Raumtemperatur abgekühlt und dann angelassen werden.

Für dicke Schweißnähte ist ein komplexeres Verfahren erforderlich. Nach dem Schweißen sollte es auf 100-150°C abgekühlt, 0,5-1 Stunde warm gehalten und dann auf die Anlasstemperatur erwärmt werden.

3) Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Der Zweck der Wärmebehandlung nach dem Schweißen besteht darin, die Härte der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone zu verringern, ihre Plastizität und Zähigkeit zu erhöhen und die Schweißeigenspannung.

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann das Anlassen und die vollständige Glühen. Die Anlasstemperatur sollte zwischen 650 und 750 °C liegen, mit einer Haltezeit von 1 Stunde und anschließender Luftkühlung.

Wenn die Schweißnaht nach dem Schweißen bearbeitet werden muss, ist eine vollständige Glühen können durchgeführt werden, um eine Mindesthärte zu erreichen.

Die Glühtemperatur sollte zwischen 830 und 880 °C liegen, mit einer Haltezeit von 2 Stunden, gefolgt von einer Abkühlung im Ofen auf 595 °C und einer anschließenden Luftkühlung.

4) Auswahl des Schweißdrahtes

Elektroden zum Schweißen von martensitischem nichtrostendem Stahl werden in zwei Kategorien eingeteilt: Chrom-Edelstahl Elektroden und Elektroden aus austenitischem Chrom-Nickel-Edelstahl.

Gängige Elektroden aus rostfreiem Chromstahl sind E1-13-16 (G202) und E1-13-15 (G207).

Gängige austenitische Chrom-Nickel-Elektroden aus rostfreiem Stahl sind unter anderem E0-19-10-16 (A102), E0-19-10-15 (A107), E0-18-12Mo2-16 (A202) und E0-18-12Mo2-15 (A207).

6. Schweißen von Duplex-Edelstahl

1. Schweißbarkeit von nichtrostendem Duplexstahl

Nichtrostender Duplexstahl hat sowohl die Vorteile als auch die Nachteile von austenitischem und ferritischem Stahl und reduziert deren jeweilige Schwächen.

(1) Die Gefahr der Heißrissbildung ist im Vergleich zu austenitischem Stahl wesentlich geringer.

(2) Das Risiko von Kaltrissen ist im Vergleich zu gewöhnlichen Niedriglegierungen deutlich geringer. hochfester Stahl.

(3) Nach dem Abkühlen in der Wärmeeinflusszone bleibt eine größere Menge Ferrit zurück, was die Gefahr von Korrosion und wasserstoffinduzierter Rissbildung (Versprödung) erhöht.

(4) Die geschweißte Verbindung von nichtrostendem Duplexstahl neigt zur Ausscheidung der δ-Phase, einer intermetallischen Verbindung aus Cr und Fe.

Seine Bildungstemperatur liegt zwischen 600°C und 1000°C und kann je nach Stahlsorte variieren.

Tabelle 1 Temperaturbereich der Lösungsbehandlung, Phase δ und 475 ℃ Sprödigkeit von Duplex-Edelstahl

2. Auswahl der Schweißverfahren

Die Schweißverfahren für nichtrostenden Duplexstahl ist zunächst das WIG-Schweißen und dann das Elektrodenschweißen.

Beim Unterpulverschweißen müssen die Wärmezufuhr und die Zwischenlagentemperatur genau überwacht und eine übermäßige Verdünnung vermieden werden.

Anmerkung:

Beim WIG-Schweißen sollte 1-2% Stickstoff in die Schweißnaht gegeben werden. Schutzgas (die Zugabe von mehr als 2% Stickstoff kann die Porosität erhöhen und eine Instabilität des Lichtbogens verursachen). Die Zugabe von Stickstoff hilft bei der Absorption von Stickstoff aus dem Schweißgut und verhindert den Stickstoffverlust durch Diffusion im Bereich der Schweißnahtoberfläche und trägt zur Stabilisierung der Austenitphase in der geschweißte Verbindung.

3. Auswahl der Schweißmaterialien

Schweißwerkstoffe mit einem höheren Gehalt an austenitbildenden Elementen (wie Ni, N) werden gewählt, um die Umwandlung von Ferrit in der Schweißnaht in Austenit zu fördern.

Die Elektrode oder der Schweißdraht 22.8.3L wird üblicherweise zum Schweißen von 2205-Stahl verwendet, während die Elektrode 25.10.4L oder 25.10.4R häufig zum Schweißen von 2507-Stahl eingesetzt wird.

Tabelle 2 Schweißwerkstoffe und FN des typischen nichtrostenden Duplexstahls

4. Schweisspunkte

(1) Während des Schweißprozesses beeinflusst die Steuerung der Schweißenergie, der Zwischenlagentemperatur, des Vorwärmens und der Materialstärke die Abkühlungsgeschwindigkeit und damit die Struktur und die Eigenschaften der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone.

Um optimale Eigenschaften des Schweißguts zu erreichen, wird empfohlen, die maximale Zwischenlagentemperatur auf 100 °C zu begrenzen. Wenn eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich ist, können die Beschränkungen der Zwischenlagentemperatur aufgehoben werden.

(2) Bei nichtrostendem Duplexstahl ist eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen zu vermeiden.

Falls eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich ist, Wasserabschreckung ist die angewandte Methode. Bei der Wärmebehandlung sollte die Erwärmung schnell erfolgen, und die Haltezeit bei der Wärmebehandlungstemperatur sollte zwischen 5 und 30 Minuten betragen, was zur Wiederherstellung des Phasengleichgewichts ausreicht.

Die Oxidation von Metall ist ein Problem bei der Wärmebehandlung, daher sollte die Verwendung eines Inertgases zum Schutz in Betracht gezogen werden.