Аустенитни нерђајући челицитипично поседују микроструктуру која се састоји од чистог аустенита на собној температури; међутим, неке варијанте садрже малу количину ферита, што помаже у спречавању врућег пуцања. Због своје одличне заварљивости, аустенитни нерђајући челици се широко користе у индустријама као што су хемијска прерада и производња посуда под притиском за нафтни сектор. Ипак, ако се операције заваривања изводе неправилно, аустенитни нерђајући челици су подложни разним проблемима, укључујући интергрануларну корозију, вруће пуцање, пуцање корозије под напоном и лоше формирање зрна заваривања.
Који су проблеми заваривања повезани са аустенитним нерђајућим челиком?
И. Интергрануларна корозија
а. Узроци интергрануларне корозије
Интергрануларна корозија се јавља на границама зрна; стога се назива интергрануларна корозија. Представља један од најопаснијих облика деградације аустенитних нерђајућих челика. Карактерише га корозија која продире дубоко у метал дуж граница зрна, што доводи до пада и механичких својстава и отпорности метала на корозију.
Када се аустенитни нерђајући челик држи у температурном опсегу од 450 степени до 850 степени током одређеног периода, карбиди хрома (Цр23Ц6) се таложе на границама зрна. Хром потребан за ово таложење се првенствено црпи из површинских слојева зрна; ако хром из унутрашњости зрна не може да дифундује напоље довољно брзо да допуни ове површинске слојеве, садржај хрома на границама зрна-посебно у површинским слојевима зрна-ће пасти, стварајући „зону осиромашене хромом-“. Под утицајем агресивних корозивних медија, ове зоне са-осиромашеним хромом на границама зрна постају подложне нападима, што доводи до интергрануларне корозије. Нерђајући челик захваћен интергрануларном корозијом не може имати видљиве промене на својој површини; међутим, када је подвргнут напрезању, он ће се ломити дуж граница зрна, што ће резултирати скоро потпуним губитком чврстоће структуре.
б. Мере за спречавање интергрануларне корозије
Изаберите електроде за заваривање од нерђајућег челика са ултра-ниским садржајем угљеника (Ц мањим или једнаким 0,03%) или оне које садрже стабилизационе елементе као што су титанијум или ниобијум.
Користите параметре заваривања са „малим-улазом топлоте{1}}“. Циљ је да се минимизира време задржавања унутар критичног температурног опсега (450 степени –850 степени). Ово се постиже коришћењем малих струја заваривања, великим брзинама кретања, кратким дужинама лука и избегавањем попречних покрета ткања. Методе принудног хлађења (нпр. коришћење бакарних подложних плоча или водено хлађење) могу се применити на заварени шав да би се убрзала брзина хлађења завареног споја и смањила величина зоне -захваћене топлотом (ХАЗ).
Код заваривања са више{0}}пролаза, температура између-пролаза мора бити строго контролисана; претходни заварени слој треба оставити да се охлади на испод 60 степени пре него што се нанесе следећи пролаз. Заварени шав на страни компоненте која ће бити у контакту са корозивним медијумом треба да се завари последњи. Потребно је извршити третман раствором после{5}}заваривања: радни предмет се загрева на температуру између 1050 степени и 1150 степени, након чега следи гашење. Овај процес узрокује да се преципитати Цр23Ц6 на границама зрна поново растворе у унутрашњости зрна, чиме се обнавља уједначена аустенитна микроструктура.
ИИ. Хот Црацкинг
Узроци врућег пуцања
Велики температурни интервал између ликвидус и солидус линија-што значи широк температурни опсег током процеса очвршћавања-доводи до озбиљне сегрегације нечистоћа ниске{2}}тачке{3}}тачке, које имају тенденцију да се концентришу на границама зрна. Штавише, висок коефицијент топлотног ширења доводи до значајних напрезања током хлађења и скупљања.
Мере за контролу врућег пуцања
Контролисати микроструктуру метала шава; идеално, метал шава треба да има дуплекс структуру, са садржајем ферита који се одржава на или испод 3%–5%. То је зато што ферит има способност да раствори значајне количине штетних нечистоћа као што су сумпор (С) и фосфор (П). Контролисати хемијски састав; смањење садржаја никла, угљеника, сумпора и фосфора у металу шава-док повећање нивоа елемената као што су хром, молибден, силицијум и манган-може ефикасно да минимизира појаву врућих пукотина.
Изаберите одговарајући тип премаза електроде. Употреба обложених електрода са ниским садржајем -водоника- промовише рафинирање зрна у металу шава, смањује сегрегацију нечистоћа и повећава отпорност на пуцање. Насупрот томе, електроде обложене киселим{4}}типом поседују јака оксидациона својства, што доводи до значајног сагоревања-легирајућих елемената и последичног смањења отпорности на пуцање; штавише, они резултирају грубим-структурама, чинећи завар веома подложним врућим пуцањима. Користите одговарајуће параметре заваривања и стопе хлађења. Користите параметре „хладног“ заваривања-конкретно, ниску струју и велику брзину кретања{10}}да бисте спречили прегревање завареног базена и омогућили брзо хлађење; ово минимизира сегрегацију и побољшава отпорност на пуцање. Код више-заваривања, строго контролишите међупролазну температуру; уверите се да се претходни заварени слој охладио на 60 степени пре наношења следећег заваривања.
ИИИ. Стрес корозија пуцања
Узроци пуцања од корозије под напрезањем
Пуцање од корозије под напрезањем (СЦЦ) је феномен одложеног пуцања који се јавља у завареним спојевима када су подвргнути затезном напрезању у специфичном корозивном окружењу. У завареним спојевима од аустенитног нерђајућег челика, СЦЦ представља посебно озбиљан начин квара, који се манифестује као крхки лом без било какве макроскопске пластичне деформације.
Мере против пуцања од корозије под напоном
Успоставите одговарајуће поступке формирања, обраде и склапања како бисте што је више могуће минимизирали деформације изазване хлађењем{0}}; избегавајте присилно склапање; и спречи уношење различитих површинских дефеката током процеса монтаже (пошто разне огреботине и удари лука у вези са монтажом- могу послужити као места иницирања пукотина за СЦЦ и склони су да се развију у јаме корозије). Пажљиво бирајте потрошни материјал за заваривање. Метал шава и основни метал треба да буду добро-упарени како би се спречило стварање непожељних микроструктура-као што је грубо зрно или тврди, ломљиви мартензит. Примените одговарајуће поступке заваривања. Уверите се да заварени слој има добру морфологију, без дефеката који би могли да изазову концентрацију напона или удубљења (нпр. подрезивање); штавише, усвојите рационалан редослед заваривања да бисте минимизирали заостала напрезања заваривања. Примените третмане{11}}за ублажавање стреса. Ово обично укључује термичке третмане након{13}}варења, као што је потпуно жарење или жарење; у случајевима када је топлотну обраду тешко извршити, могу се користити алтернативне методе-као што су-пескарење или пескарење{16}}.
ИВ. Лоше формирање заварених перли
а. Узроци лошег формирања зрна заваривања
Приликом заваривања аустенитног нерђајућег челика, висок садржај легирајућих елемената у металу шава доводи до лоше флуидности завареног базена, што често доводи до лошег формирања површине шава. Ово се првенствено манифестује као оштећено формирање на задњој страни кореновог пролаза и груба завршна обрада на капи. Иако утицај лошег формирања површине на перформансе завара није посебно очигледан под радним условима околине или високе{2}}температуре, под условима ниских-температура, концентрације напона изазване таквим дефектима могу утицати на перформансе ниских-завара једнако значајно као и унутрашњи дефекти завара.
б. Мере за лоше формирање зрна заваривања
Питања у вези са лошим формирањем зрна шава-као и проблем интергрануларне корозије унутар топлотне{1}}зоне погођене топлотом (ХАЗ)-могу се ефикасно решити кроз оптимизацију процеса заваривања. Конкретно, коришћење заваривања гасним волфрамовим лучним заваривањем (ГТАВ) за пролаз корена, у комбинацији са употребом ниског уноса топлоте заваривања, омогућава ефикасну контролу над степеном до којег је ХАЗ изложен температурном опсегу сензибилизације.
закључак
Аустенитни нерђајући челик је материјал који се широко користи у хемијској и петрохемијској индустрији; међутим, његово заваривање је склоно четири основна типа дефеката-као што су интергрануларна корозија и вруће пукотине-чији су основни узроци у великој мери повезани са контролом температуре, елементарном сегрегацијом и заосталим напоном. У најбољем случају, ова питања само компромитују морфологију завара; у најгорем случају, драстично деградирају перформансе материјала или чак изазивају крти лом. Сходно томе, ефикасне стратегије превенције и контроле захтевају свеобухватно управљање у више фаза-укључујући избор електрода, оптимизацију параметара заваривања и пост-третман заваривања-са прецизном контролом уноса топлоте која служи као критична фокусна тачка.