Сварка аустенитной нержавеющей стали 18Cr: Проблемы и меры по предотвращению

Аустенитная нержавеющая сталь обладает хорошей коррозионной стойкостью, так как содержит большое количество хрома и способна образовывать плотную оксидную пленку.

При содержании Cr18% и Ni8% образуется единая аустенитная структура. Поэтому аустенитная нержавеющая сталь обладает хорошей коррозионной стойкостью, пластичностью, высокотемпературными характеристиками и сварочными свойствами.

Однако в различных условиях работы сварные соединения из аустенитной нержавеющей стали часто сталкиваются с некоторыми особыми проблемами, которые легко могут привести к таким дефектам конструкции, как межкристаллитная коррозияКоррозия под напряжением, ножевая коррозия, горячие трещины при сварке, α-фазовое охрупчивание и т.д.

01. Коррозионный анализ сварных соединений

Межкристаллитная коррозия сварных соединений

Межкристаллитная коррозия является одной из наиболее важных проблем коррозии аустенитной нержавеющей стали. При возникновении межкристаллитной коррозии ее прочность практически теряется, а при приложении определенных напряжений происходит межкристаллитное разрушение.

Основной причиной межкристаллитной коррозии аустенитных сварка нержавеющей стали соединение - это выпадение в осадок карбида хрома.

При сенсибилизации аустенитной нержавеющей стали в диапазоне температур 500 ~ 800 ℃ скорость диффузии углерода из пересыщенного твердого раствора к границам зерен выше, чем скорость диффузии хрома.

Вблизи границы зерен карбид (Cr, Fe) 23c6 синтезируется с хромом и осаждается на границе зерен, образуя явление дефицита хрома вблизи границы зерен.

Когда содержание хрома в этой области снижается ниже предельного содержания, необходимого для пассивации (w (CR) 12.5%), коррозия в этой области ускоряется и образуется межкристаллитная коррозия.

Межкристаллитная коррозия в температурной зоне сенсибилизации зоны термического воздействия происходит в диапазоне пиковых температур нагрева 600 ~ 1000 ℃ в зоне термического воздействия.

Причиной межкристаллитной коррозии по-прежнему является осаждение карбида хрома на аустенит граница зерен.

Основные профилактические меры по снижению и предотвращению межкристаллитной коррозии включают в себя:

① Применяйте такие технологические меры, как малая спецификация (малый ток, большой скорость сварки) и многопроходной сварки;

② Постарайтесь уменьшить содержание углерода в цветных металлах и сварочные материалы, и используйте сварочные материалы с содержанием C менее 0,03%;

③ Сварной шов переключается с одного на другой аустенит фазы в двойную фазу аустенит плюс феррит. Скорость диффузии Cr в феррите выше, чем в аустените.

Поэтому в феррите хром быстрее диффундирует к границе зерен, что уменьшает явление дефицита хрома на границе зерен аустенита;

④ Добавление в сталь и сварочные материалы Ti, Nb и других элементов, имеющих более сильное сродство с углеродом, чем хром, может образовывать стабильные соединения с углеродом, что позволяет избежать дефицита хрома на границе зерен аустенита.

Коррозия сварных соединений под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением в нержавеющей стали является наиболее опасным видом коррозии.

Деформация при растрескивании отсутствует.

Несчастные случаи часто происходят внезапно, а последствия бывают серьезными.

Существует множество факторов, влияющих на коррозионное растрескивание нержавеющей стали под напряжением в условиях эксплуатации, включая состав, структуру и состояние стали, тип среды, температуру, концентрацию, свойства напряжения, размер и структурные характеристики.

Меры по снижению и предотвращению коррозии под напряжением в основном включают в себя:

① Избегайте сильной сборки, механических ударов и пережога дуги, уменьшите деформацию и напряжение при холодной обработке;

② Строго контролируйте наличие примесей в среде и окружающей среде (особенно хлоридов, фторидов и т.д.);

③ Разумный выбор материала (основной металл и сварочный материал): избегайте огрубления и закалки зерна структура мартенсита;

④ Сварной шов хорошо сформирован, без концентрации напряжений (например, подрезов);

⑤ Разумно организуйте последовательность сварки, чтобы уменьшить напряжение;

⑥ Антикоррозийная обработка: добавьте ингибитор коррозии в покрытие, футеровку или катодную защиту.

02. Анализ чувствительности сварных соединений к термическим трещинам

Горячая трещина аустенитной нержавеющей стали - это в основном кристаллическая трещина, которая образуется во время затвердевания металла шва и жидкого металла.

В это время в эвтектике температуры плавления существует первичный кристалл, в основном между дендритами. Существует три основные причины:

① S, P и C образуют с Ni эвтектику с низкой температурой плавления (например, температура плавления NIS + Ni составляет 644 ℃), что ослабляет прочность границ зерен;

② Аустенитная нержавеющая сталь имеет большое расстояние между ликвидусом и солидусом, длительное время кристаллизации, сильную направленность дендрита и легкую сегрегацию примесных элементов;

③ Сталь обладает малой теплопроводностью и большим коэффициентом линейного расширения, что легко приводит к возникновению напряжения.

Основные меры по предотвращению горячих трещин при сварке включают в себя:

① Строго контролируйте содержание серы и фосфора в основном металле и сварочном материале;

② В сварном шве образуется дуплексная структура феррита около 5%, которая нарушает направление столбчатого кристалла аустенита;

③ Технологические меры: используйте щелочной электрод и небольшие характеристики (низкий ток, быстрая сварка) для предотвращения термических трещин.

P2

03. Контроль содержания феррита в сварных соединениях

Содержание феррита в металле шва аустенитной стали не только связано с образованием α(σ)-фазы охрупчивания и термической прочностью, но и напрямую влияет на стойкость шва к образованию горячих трещин.

После того как заготовка нагревается при высокой температуре в течение определенного времени, выпадает хрупкая фаза σ.

Чем дольше время нагрева, тем дольше время пребывания при высокой температуре и тем больше осадка, что серьезно влияет на механические свойства соединения.

С точки зрения сопротивления термическому растрескиванию, в металле шва необходимо определенное количество феррита, но чем меньше содержание феррита, тем лучше с точки зрения α-фазного охрупчивания и термической прочности.

Поэтому для сварные соединения При требованиях к высокотемпературной прочности содержание феррита должно строго контролироваться. В некоторых случаях необходимо использовать аустенитный металл для сварки.