Austenitiska rostfria stålhar typiskt en mikrostruktur bestående av ren austenit vid rumstemperatur; Vissa varianter innehåller dock en liten mängd ferrit, vilket hjälper till att förhindra hetsprickbildning. På grund av sin utmärkta svetsbarhet används austenitiska rostfria stål i stor utsträckning inom industrier som kemisk bearbetning och tillverkning av tryckkärl för petroleumsektorn. Icke desto mindre, om svetsoperationer utförs felaktigt, är austenitiska rostfria stål känsliga för olika problem, inklusive intergranulär korrosion, hetsprickor, spänningskorrosionssprickor och dålig bildning av svetssträngar.
Vilka är svetsproblemen förknippade med austenitiskt rostfritt stål?
I. Intergranulär korrosion
a. Orsaker till intergranulär korrosion
Intergranulär korrosion förekommer vid korngränserna; därför hänvisas det till som intergranulär korrosion. Det representerar en av de farligaste formerna av nedbrytning för austenitiska rostfria stål. Den kännetecknas av korrosion som tränger djupt in i metallen längs korngränserna, vilket resulterar i en minskning av både de mekaniska egenskaperna och korrosionsbeständigheten hos metallen.
När austenitiskt rostfritt stål hålls inom temperaturområdet 450 grader till 850 grader under en viss period, faller kromkarbider (Cr23C6) ut vid korngränserna. Det krom som krävs för denna utfällning hämtas i första hand från kornens ytskikt; om krom från kornens inre inte kan diffundera utåt tillräckligt snabbt för att fylla på dessa ytskikt, kommer kromhalten vid korngränserna-specifikt i ytskikten av kornen- att sjunka, vilket skapar en "krom-utarmad zon." Under påverkan av aggressiva korrosiva medier blir dessa krom-utarmade zoner vid korngränserna känsliga för attack, vilket resulterar i intergranulär korrosion. Rostfritt stål påverkat av intergranulär korrosion kan inte uppvisa några synliga förändringar på sin yta; men när den utsätts för påfrestningar kommer den att spricka längs korngränserna, vilket resulterar i en nästan fullständig förlust av strukturell styrka.
b. Åtgärder för att förhindra intergranulär korrosion
Välj svetselektroder av rostfritt stål med ultra-lågt kolinnehåll (C Mindre än eller lika med 0,03 %) eller de som innehåller stabiliserande element som titan eller niob.
Använd svetsparametrar för "låg-värme-ingång". Målet är att minimera uppehållstiden inom det kritiska temperaturområdet (450 grader –850 grader). Detta uppnås genom att använda låga svetsströmmar, höga färdhastigheter, korta båglängder och undvika tvärgående vävrörelser. Tvångskylningsmetoder (t.ex. med hjälp av kopparstödplåtar eller vattenkylning) kan appliceras på svetsfogen för att påskynda nedkylningshastigheten för svetsfogen och minska storleken på den värmepåverkade zonen (HAZ).
Vid flergångssvetsning måste-passagetemperaturen kontrolleras strikt; den föregående svetssträngen ska tillåtas svalna till under 60 grader innan nästa pass avsätts. Svetssömmen på den sida av komponenten som kommer i kontakt med det frätande mediet ska svetsas sist. En behandling efter-svetslösning bör utföras: arbetsstycket värms upp till en temperatur mellan 1050 grader och 1150 grader, följt av härdning. Denna process gör att Cr23C6-fällningarna vid korngränserna återupplöses i korninteriörerna, vilket återställer en enhetlig austenitisk mikrostruktur.
II. Hot Cracking
Orsaker till Hot Cracking
Ett stort temperaturintervall mellan likvidus- och soliduslinjerna-vilket innebär ett brett temperaturintervall under stelningsprocessen-leder till allvarlig segregering av föroreningar med låg-smältpunkt-, som tenderar att koncentreras vid korngränserna. Dessutom resulterar en hög värmeutvidgningskoefficient i betydande spänningar under kylning och krympning.
Åtgärder för att kontrollera hetsprickbildning
Kontrollera svetsmetallens mikrostruktur; helst bör svetsmetallen uppvisa en duplexstruktur, med ferrithalten bibehållen på eller under 3 %–5 %. Detta beror på att ferrit har kapacitet att lösa upp betydande mängder skadliga föroreningar som svavel (S) och fosfor (P). Kontrollera den kemiska sammansättningen; att minska innehållet av nickel, kol, svavel och fosfor i svetsmetallen-och samtidigt öka nivåerna av element som krom, molybden, kisel och mangan-kan effektivt minimera förekomsten av hetsprickor.
Välj en lämplig typ av elektrodbeläggning. Användningen av belagda elektroder av låg-väte-typ främjar kornförfining i svetsmetallen, minskar föroreningssegregering och förbättrar sprickmotståndet. Omvänt har sura-typbelagda elektroder starka oxiderande egenskaper, vilket leder till betydande avbränning- av legeringselement och en åtföljande minskning av sprickmotstånd; dessutom resulterar de i grova-kornstrukturer, vilket gör svetsen mycket känslig för hetsprickbildning. Använd lämpliga svetsparametrar och kylhastigheter. Använd "kalla" svetsparametrar-specifikt, låg ström och hög körhastighet-för att förhindra överhettning av svetsbadet och för att underlätta snabb kylning; detta minimerar segregering och förbättrar sprickmotståndet. Vid flergångssvetsning ska du strikt kontrollera interpasstemperaturen; se till att den föregående svetssträngen har svalnat till 60 grader innan nästa sträng avsätts.
III. Sprickbildning vid spänningskorrosion
Orsaker till spänningskorrosionssprickor
Spänningskorrosionssprickning (SCC) är ett fenomen med fördröjd sprickbildning som uppstår i svetsfogar när de utsätts för dragpåkänning i en specifik korrosiv miljö. I austenitiska svetsade fogar av rostfritt stål representerar SCC ett särskilt allvarligt sätt att misslyckas, vilket visar sig som en spröd fraktur som inte åtföljs av någon makroskopisk plastisk deformation.
Åtgärder mot spänningskorrosion
Upprätta lämpliga formnings-, bearbetnings- och monteringsprocedurer för att minimera kylning-inducerad deformation så mycket som möjligt; undvika tvångsmontering; och förhindra införandet av olika ytdefekter under monteringsprocessen (eftersom olika monteringsrelaterade-repor och bågslag kan fungera som sprickinitieringsplatser för SCC och är benägna att utvecklas till korrosionsgropar). Välj svetstillsatsmaterial med omtanke. Svetsmetallen och basmetallen bör vara väl-matchade för att förhindra bildandet av oönskade mikrostrukturer-såsom förgrovning av korn eller hård, spröd martensit. Använd lämpliga svetsprocesser. Se till att svetssträngen uppvisar god morfologi, fri från defekter som kan inducera spänningskoncentrationer eller gropbildning (t.ex. underskärning); anta vidare en rationell svetssekvens för att minimera kvarvarande svetsspänningar. Genomför stressbehandlingar{11}}. Detta involverar vanligtvis värmebehandlingar efter-svetsning, såsom helglödgning eller glödgning; i fall där värmebehandling är svår att utföra, kan alternativa metoder-som efter-svetsblästring eller kulblästring- användas.
IV. Dålig svetssträngsbildning
a. Orsaker till dålig bildning av svetspärlor
Vid svetsning av austenitiskt rostfritt stål resulterar det höga innehållet av legeringselement i svetsmetallen i dålig flytbarhet i svetsbadet, vilket ofta leder till dålig bildning av svetssträngsytan. Detta visar sig främst som försämrad formation på baksidan av rotpassagen och en grov ytfinish på lockpassagen. Även om inverkan av dålig ytbildning på svetsprestanda inte är särskilt tydlig under omgivnings- eller{2}}högtemperaturdriftsförhållanden, under låga-temperaturförhållanden, kan spänningskoncentrationerna som induceras av sådana defekter påverka svetsens låga-temperaturprestanda lika signifikant som interna svetsdefekter.
b. Åtgärder för dålig bildning av svetssträngar
Problem med dålig bildning av svetssträngar-såväl som problemet med intergranulär korrosion inom den värme-påverkade zonen (HAZ)-kan effektivt lösas genom optimering av svetsprocesser. Närmare bestämt, att använda gasvolframbågsvetsning (GTAW) för rotpassagen, kombinerat med användningen av låg svetsvärmetillförsel, möjliggör effektiv kontroll över i vilken utsträckning HAZ exponeras för sensibiliseringstemperaturområdet.
slutsats
Austenitiskt rostfritt stål är ett mycket använt material inom den kemiska och petrokemiska industrin; dess svetsning är dock utsatt för fyra primära typer av defekter-som intergranulär korrosion och hetsprickbildning-vars grundorsaker till stor del är kopplade till temperaturkontroll, elementär segregation och kvarvarande spänning. I bästa fall äventyrar dessa problem bara svetsmorfologin; i värsta fall försämrar de materialets prestanda drastiskt eller till och med utfäller spröda sprickor. Följaktligen kräver effektiva förebyggande och kontrollstrategier omfattande hantering över flera steg-inklusive elektrodval, svetsparameteroptimering och efter-svetsbehandling-med exakt kontroll av värmetillförseln som den kritiska fokuspunkten.