Austenitické nehrdzavejúce oceletypicky majú mikroštruktúru pozostávajúcu z čistého austenitu pri teplote miestnosti; niektoré varianty však obsahujú malé množstvo feritu, ktorý pomáha predchádzať praskaniu za tepla. Vďaka svojej vynikajúcej zvárateľnosti sú austenitické nehrdzavejúce ocele široko používané v priemyselných odvetviach, ako je chemické spracovanie a výroba tlakových nádob pre ropný sektor. Napriek tomu, ak sa zváracie operácie vykonávajú nesprávne, austenitické nehrdzavejúce ocele sú náchylné na rôzne problémy, vrátane medzikryštalickej korózie, praskania za tepla, korózneho praskania pod napätím a slabej tvorby zvarových hút.
Aké sú problémy so zváraním spojené s austenitickou nehrdzavejúcou oceľou?
I. Medzikryštalická korózia
a. Príčiny medzikryštalickej korózie
Na hraniciach zŕn sa vyskytuje medzikryštalická korózia; preto sa označuje ako medzikryštalická korózia. Pre austenitické nehrdzavejúce ocele predstavuje jednu z najnebezpečnejších foriem degradácie. Vyznačuje sa koróziou, ktorá preniká hlboko do kovu pozdĺž hraníc zŕn, čo vedie k poklesu mechanických vlastností a odolnosti kovu voči korózii.
Keď sa austenitická nehrdzavejúca oceľ po určitú dobu udržiava v teplotnom rozsahu 450 stupňov až 850 stupňov, na hraniciach zŕn sa vyzrážajú karbidy chrómu (Cr23C6). Chróm potrebný na toto zrážanie sa získava predovšetkým z povrchových vrstiev zŕn; ak chróm z vnútra zŕn nedokáže dostatočne rýchlo difundovať von, aby doplnil tieto povrchové vrstvy, obsah chrómu na hraniciach zŕn-konkrétne v povrchových vrstvách zŕn-poklesne a vytvorí sa „zóna ochudobnená o chróm-“. Pod vplyvom agresívnych korozívnych médií sa tieto chróm-opotrebované zóny na hraniciach zŕn stávajú náchylnými na napadnutie, čo vedie k medzikryštalickej korózii. Nerezová oceľ ovplyvnená medzikryštalickou koróziou nesmie vykazovať žiadne viditeľné zmeny na svojom povrchu; avšak pri vystavení namáhaniu sa rozlomí pozdĺž hraníc zŕn, čo vedie k takmer úplnej strate štrukturálnej pevnosti.
b. Opatrenia na zabránenie medzikryštalickej korózii
Vyberte si zváracie elektródy z nehrdzavejúcej ocele s ultra{0}}nízkym obsahom uhlíka (C < 0,03 %) alebo tie, ktoré obsahujú stabilizačné prvky, ako je titán alebo niób.
Použite parametre zvárania s „nízkym-tepelným-vstupom“. Cieľom je minimalizovať čas zotrvania v rámci kritického teplotného rozsahu (450 stupňov – 850 stupňov). Toto je dosiahnuté využitím nízkych zváracích prúdov, vysokých prejazdových rýchlostí, krátkych dĺžok oblúka a zamedzením priečnych tkacích pohybov. Na zvarový šev možno použiť metódy núteného chladenia (napr. pomocou medených nosných dosiek alebo vodného chladenia), aby sa urýchlila rýchlosť ochladzovania zvarového spoja a zmenšila sa veľkosť tepelne-ovplyvnenej zóny (HAZ).
Pri viac{0}}prechodovom zváraní musí byť medzi-prechodová teplota prísne kontrolovaná; predchádzajúca zvarová húsenica by sa mala pred nanesením ďalšieho prechodu nechať vychladnúť pod 60 stupňov. Zvarový šev na strane súčiastky, ktorá bude v kontakte s korozívnym médiom, by sa mal zvariť ako posledný. Po-zváraní by sa malo vykonať ošetrenie roztokom: obrobok sa zahreje na teplotu medzi 1050 stupňami a 1150 stupňami, po čom nasleduje kalenie. Tento proces spôsobuje, že sa zrazeniny Cr23C6 na hraniciach zŕn znovu rozpustia vo vnútri zŕn, čím sa obnoví jednotná austenitická mikroštruktúra.
II. Horúce praskanie
Príčiny horúceho praskania
Veľký teplotný interval medzi čiarami likvidu a solidu-znamená široký teplotný rozsah počas procesu tuhnutia-vedie k silnej segregácii nečistôt s nízkym-bodom topenia-, ktoré majú tendenciu koncentrovať sa na hraniciach zŕn. Okrem toho vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti vedie k značným napätiam počas chladenia a zmršťovania.
Opatrenia na kontrolu praskania za tepla
Ovládajte mikroštruktúru zvarového kovu; v ideálnom prípade by zvarový kov mal vykazovať duplexnú štruktúru s obsahom feritu udržiavaným na alebo pod 3 % – 5 %. Je to preto, že ferit má schopnosť rozpúšťať značné množstvo škodlivých nečistôt, ako je síra (S) a fosfor (P). kontrolovať chemické zloženie; zníženie obsahu niklu, uhlíka, síry a fosforu vo zvarovom kove-a zároveň zvýšenie obsahu prvkov ako chróm, molybdén, kremík a mangán-môže účinne minimalizovať výskyt trhlín za tepla.
Vyberte vhodný typ povlaku elektródy. Použitie elektród s nízkym -vodíkom- potiahnutým typom podporuje zjemnenie zrna vo zvarovom kove, znižuje segregáciu nečistôt a zvyšuje odolnosť voči prasklinám. Naopak, elektródy s kyslým -typom obalených elektród majú silné oxidačné vlastnosti, čo vedie k značnému spáleniu- legujúcich prvkov a následnému zníženiu odolnosti voči prasklinám; navyše vedú k hrubým-štruktúram zŕn, vďaka ktorým je zvar veľmi náchylný na praskanie za tepla. Použite vhodné parametre zvárania a rýchlosť chladenia. Využite parametre zvárania „za studena“-konkrétne nízky prúd a vysokú rýchlosť pojazdu{10}}na zabránenie prehriatiu zvarového kúpeľa a na uľahčenie rýchleho ochladzovania; tým sa minimalizuje segregácia a zlepšuje sa odolnosť voči prasklinám. Pri viac{12}}prechodovom zváraní prísne kontrolujte medziprechodovú teplotu; uistite sa, že predchádzajúca zvarová húsenica sa ochladila na 60 stupňov pred nanesením ďalšej zvarovej húsenice.
III. Stresová korózia praskanie
Príčiny praskania v dôsledku korózie
Korózne praskanie pod napätím (SCC) je jav oneskoreného praskania, ku ktorému dochádza vo zvarových spojoch, keď sú vystavené ťahovému namáhaniu v špecifickom korozívnom prostredí. V austenitických zvarových spojoch z nehrdzavejúcej ocele predstavuje SCC obzvlášť závažný spôsob porušenia, ktorý sa prejavuje ako krehký lom bez akejkoľvek makroskopickej plastickej deformácie.
Opatrenia proti praskaniu spôsobenému koróziou
zaviesť vhodné postupy tvarovania, spracovania a montáže, aby sa čo najviac minimalizovala deformácia-spôsobená chladením; vyhnúť sa nútenej montáži; a zabrániť vnášaniu rôznych povrchových defektov počas procesu montáže (pretože rôzne škrabance súvisiace s montážou{1}}a oblúkové údery môžu slúžiť ako miesta iniciácie prasklín pre SCC a sú náchylné na vznik koróznych jamiek). Spotrebný materiál na zváranie vyberajte uvážlivo. Zvarový kov a základný kov by mali byť dobre zladené,-aby sa zabránilo vytváraniu nežiaducich mikroštruktúr-, ako je hrubnutie zŕn alebo tvrdý, krehký martenzit. Použite vhodné zváracie procesy. Zabezpečte, aby zvarová húsenica vykazovala dobrú morfológiu, bez defektov, ktoré by mohli vyvolať koncentrácie napätia alebo jamkovitosť (napr. podrezanie); Okrem toho použite racionálnu postupnosť zvárania, aby ste minimalizovali zvyškové napätia zvárania. Implementujte liečbu{11} na zmiernenie stresu. Zvyčajne to zahŕňa tepelné spracovanie po{13}}zváraní, ako je úplné žíhanie alebo žíhanie; v prípadoch, keď je ťažké vykonať tepelné spracovanie, možno použiť alternatívne metódy-ako post{15}}otryskávanie po zváraní alebo otryskávanie brokmi{16}}.
IV. Slabá tvorba zvarových guľôčok
a. Príčiny zlej tvorby zvarových guľôčok
Pri zváraní austenitickej nehrdzavejúcej ocele má vysoký obsah legujúcich prvkov vo zvarovom kove za následok zlú tekutosť zvarového kúpeľa, čo často vedie k zlej tvorbe povrchu zvarovej húsenice. Primárne sa to prejavuje ako zhoršená tvorba na zadnej strane koreňového prechodu a drsná povrchová úprava na čiapočke. Zatiaľ čo vplyv slabej tvorby povrchu na výkon zvaru nie je zvlášť zrejmý pri okolitých alebo{2}}prevádzkových podmienkach pri vysokých{2}}teplotách, pri nízkych-teplotách môžu koncentrácie napätia vyvolané takýmito chybami ovplyvniť výkonnosť zvaru pri nízkych-teplotách rovnako výrazne ako vnútorné chyby zvaru.
b. Opatrenia na slabú tvorbu zvarových guľôčok
Problémy týkajúce sa zlej tvorby zvarových hút-ako aj problému medzikryštalickej korózie v tepelne-zóne ovplyvnenej teplom (HAZ)- možno efektívne vyriešiť optimalizáciou zváracích procesov. Konkrétne, použitie zvárania plynovým volfrámovým oblúkom (GTAW) pre koreňový prechod v kombinácii s použitím nízkeho tepelného príkonu zvárania umožňuje účinnú kontrolu nad rozsahom, v akom je HAZ vystavený teplotnému rozsahu senzibilizácie.
záver
Austenitická nehrdzavejúca oceľ je široko používaný materiál v chemickom a petrochemickom priemysle; jeho zváranie je však náchylné na štyri primárne typy defektov-ako je medzikryštalická korózia a praskanie za horúca{1}}, ktorých hlavné príčiny sú do značnej miery spojené s reguláciou teploty, elementárnou segregáciou a zvyškovým napätím. V najlepšom prípade tieto problémy iba ohrozujú morfológiu zvaru; v najhoršom prípade drasticky zhoršujú vlastnosti materiálu alebo dokonca spôsobujú krehký lom. V dôsledku toho si účinné stratégie prevencie a kontroly vyžadujú komplexné riadenie vo viacerých fázach-vrátane výberu elektródy, optimalizácie parametrov zvárania a následného-spracovania po zváraní- s presnou kontrolou prívodu tepla, ktorý slúži ako kritický bod.