Austenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynak Özellikleri ve Kaynak Çubuğunun Seçimi

Austenitik paslanmaz çelik iyi kaynaklanabilirliğe sahiptir ve şu anda endüstride en yaygın kullanılan çeliktir. Genellikle kaynak sırasında özel teknolojik önlemlere gerek duyulmaz. Bu makale, sıcak çatlakların, taneler arası korozyonun, gerilim korozyon çatlamasının, kaynaklı eklemlerin kırılganlığının (düşük sıcaklık kırılganlığı, sigma fazı kırılganlığı, füzyon hattı kırılganlığı) nedenlerini ve önleyici önlemleri ayrıntılı olarak analiz eder.

Kaynak özelliklerinin teorik ve pratik analizi yapılarak, farklı malzemelerde ve farklı çalışma ortam koşullarında kaynakta kullanılan östenitik paslanmaz çeliklerde elektrot seçim prensipleri ve seçim yöntemleri tanıtılmaktadır.

Paslanmaz çelik havacılık, petrol, kimya ve atom enerjisi endüstrilerinde giderek daha yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Paslanmaz çelik, kimyasal bileşime göre krom paslanmaz çelik, krom-nikel paslanmaz çelik ve ferritik paslanmaz çelik, martensitik paslanmaz çelik, ostenitik paslanmaz çelik ve ostenitik-ferritik dubleks paslanmaz çelik olarak ayrılır.

Paslanmaz çelikler arasında, östenitik paslanmaz çelik (18-8 tipi paslanmaz çelik) diğer paslanmaz çeliklerden daha iyi korozyon direncine sahiptir; mukavemeti daha düşüktür, ancak esnekliği ve tokluğu mükemmeldir; kaynak performansı iyidir ve esas olarak kimyasal kaplar, ekipmanlar ve ... için kullanılır. Günümüzde endüstride en yaygın kullanılan paslanmaz çeliktir.

Austenitik paslanmaz çelikler birçok avantaja sahip olmasına rağmen, kaynak işleminin yanlış yapılması veya kaynak malzemesinin uygun şekilde seçilmemesi durumunda, performansı etkileyecek birçok kusur ortaya çıkacaktır.

Austenitik paslanmaz çeliğin kaynak özellikleri

• Termal çatlaklara eğilimli

Ostenitik paslanmaz çeliklerin sıcak çatlakları, kaynakların uzunlamasına ve enine çatlakları, çapak çatlakları, destek kaynaklarının kök çatlakları ve çok katmanlı kaynakların ara katman çatlakları vb. dahil olmak üzere kaynak sırasında nispeten kolay üretilen kusurlardır, özellikle nikel içeriği nispeten yüksek olduğunda. Yüksek ostenitik paslanmaz çeliklerin üretimi daha kolaydır.

1. Neden

(1) Austenitik paslanmaz çeliğin sıvı ve katı faz çizgileri geniş bir aralığa, uzun bir kristalleşme süresine sahiptir ve tek fazlı bir austenit kristalografik yönelimi güçlüdür, bu nedenle safsızlık ayrışması nispeten ciddidir.

(2) Isıl iletkenlik küçük ve doğrusal genleşme katsayısı büyük olduğundan, kaynak sırasında büyük kaynak iç gerilimi (genellikle kaynak ve ısıdan etkilenen bölgenin çekme gerilimi) oluşacaktır.

(3) C, S, P, Ni, vb. gibi ostenitik paslanmaz çelikteki bileşenler, erimiş havuzda düşük erime noktalı bir ötektik oluşturacaktır. Örneğin, S ve Ni tarafından oluşturulan Ni3S2'nin erime noktası 645 derece iken, Ni-Ni3S2 ötektiğinin erime noktası sadece 625 derecedir.

2. Önleyici tedbirler

(1) Kaynak metalini mümkün olduğunca ostenit ve ferrit çift fazlı yapıda yapmak için çift fazlı yapı kaynağını kullanın ve ostenit sütunlu kristallerinin yönünü bozabilecek ferrit içeriğini %3 ila %5'in altında kontrol edin. Tane incelmesi. Ve ferrit, ostenitten daha fazla safsızlığı çözebilir, böylece ostenit tane sınırlarında düşük erime noktalı ötektiğin ayrışmasını azaltır.

(2) Kaynak işlemi önlemleri Kaynak işleminde, alkali kaplamalı yüksek kaliteli elektrotlar kullanmaya çalışın, küçük hat enerjisi, küçük akım kullanın, hızlı salınımsız kaynak yapın, sonundaki ark çukurunu doldurmaya çalışın ve dip için argon ark kaynağı kullanın, vb. Kaynak stresini ve krater çatlaklarını azaltın.

(3) Kimyasal bileşimi kontrol edin. Düşük erime noktalı ötektiği azaltmak için kaynaktaki S ve P gibi safsızlıkların içeriğini kesinlikle sınırlayın.

• Taneler arası korozyon

Taneler arasında korozyon meydana gelir, bu da taneler arası bağların kaybolmasına, mukavemetin neredeyse tamamen kaybolmasına ve gerilme durumunda tane sınırları boyunca kırılmaya neden olur.

1. sebep

Krom tükenmesi teorisine göre, kaynak ve ısıdan etkilenen bölge 450 ila 850 derecelik (tehlikeli sıcaklık bölgesi) hassasiyet sıcaklığına ısıtıldığında, Cr'nin büyük atom yarıçapı nedeniyle difüzyon hızı küçüktür ve aşırı doymuş karbon tanecikleri ostenitleme eğilimindedir. Sınır difüze olur ve tanecik sınırında krom bileşiği ile Cr23C6 oluşturur ve bunun sonucunda korozyona karşı yeterli direnç göstermeyen zayıf kromlu bir tanecik sınırı oluşur.

2. Önleyici tedbirler

(1) Karbon içeriğinin kontrol edilmesi

Düşük karbonlu veya ultra düşük karbonlu (W(C) 0.03%) veya daha az paslanmaz çelik kaynak sarf malzemeleri kullanın. A002 vb.

(2) Stabilizatör ekleyin

Çelik ve kaynak malzemelerine Cr'dan daha güçlü bir C afinitesi olan Ti, Nb ve diğer elementlerin eklenmesi, C ile birleşerek kararlı karbürler oluşturabilir ve böylece ostenit tane sınırlarında krom tükenmesini önleyebilir. Yaygın olarak kullanılan paslanmaz çelik ve kaynak malzemeleri, 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni12MO2Ti çelik, E347-15 elektrodu, H0Cr19Ni9Ti kaynak teli vb. gibi Ti, Nb içerir.

(3) İki yönlü örgütlenmeyi benimseyin

Cr, Si, AL, MO vb. gibi belirli miktarda ferrit oluşturan elementler kaynak teli veya elektrodu tarafından kaynakta eritilir, böylece kaynak, ostenit + ferritin çift fazlı bir yapısına dönüşür, çünkü Cr, Ferritteki difüzyon hızı ostenittekinden daha hızlıdır, bu nedenle Cr, ferritte tane sınırlarına daha hızlı yayılır ve bu da ostenit tane sınırlarındaki krom tükenmesi olgusunu hafifletir. Genellikle, kaynak metalindeki ferrit içeriği %5 ila %10 olacak şekilde kontrol edilir. Çok fazla ferrit varsa, kaynak gevrek hale gelir.

(4) Hızlı soğutma

Çünkü ostenitik paslanmaz çelikler sertleşmeye neden olmaz, kaynak işlemi sırasında kaynaklı birleştirme yerinin soğuma hızını arttırmayı deneyebilirsiniz, örneğin bakır altlık kullanarak soğutma yapabilir veya kaynak yerinin altına doğrudan su verebilirsiniz.

Kaynak işleminde düşük akım, yüksek kaynak hızı, kısa ark, çok pasolu kaynak gibi önlemler kullanılarak kaynaklı birleştirmenin tehlikeli sıcaklık bölgesinde kalma süresi kısaltılabilir, böylece krom eksikliği olan bir bölgenin oluşması önlenebilir.

(5) Çözelti işlemi veya homojenizasyon ısıl işlemi gerçekleştirin. Kaynaktan sonra, kaynaklı eklemi 1050-1100 dereceye kadar ısıtın, böylece karbürler ostenite yeniden çözülür ve ardından hızla soğutularak kararlı tek fazlı bir ostenit yapısı oluşturulur.

Ayrıca, 2 saat boyunca 850-900 derecede bir homojenizasyon ısıl işlemi de yapılabilir. Bu sırada, ostenit tanelerindeki Cr tane sınırlarına yayılır ve tane sınırlarındaki Cr içeriği tekrar %12'nin üzerine çıkar, böylece hiçbir tane oluşmaz. korozyona uğramış.

• Gerilim korozyon çatlaması

Stres ve aşındırıcı ortamın birleşik etkisi altında metalin korozyon hasarı. Stres korozyon çatlaması vakalarına ve paslanmaz çelik ekipman ve parçaların deneysel çalışmalarına göre, belirli bir statik çekme gerilimi ve belirli bir sıcaklıkta belirli bir elektrokimyasal ortamın birleşik etkisi altında mevcut paslanmaz çeliğin stres korozyonu üretme olasılığı olduğu düşünülebilir.

Stres korozyonunun en büyük özelliklerinden biri, aşındırıcı ortam ve malzemelerin birleşimindeki seçiciliktir. Ostenitik paslanmaz çeliklerin, özellikle klorür iyonları içeren hidroklorik asit ve klorürün yanı sıra sülfürik asit, nitrik asit, hidroksit (alkali), deniz suyu, su buharı, H2S sulu çözeltisi, konsantre NaHCO3+NH3+NaCl sulu çözeltisi ve diğer ortamların stres korozyonuna neden olması kolaydır. Bekleyin.

1. Neden

Gerilim korozyon çatlaması, kaynaklı birleşimlerin belirli bir aşındırıcı ortamda çekme gerilimine maruz kalmasıyla oluşan gecikmeli bir çatlama olayıdır. Austenitik paslanmaz çelik kaynaklı birleşimlerin gerilim korozyon çatlaması, plastik deformasyon olmadan kırılgan bir arıza olarak ortaya çıkan kaynaklı birleşimlerin ciddi bir arıza biçimidir.

2. Önleyici tedbirler

(1) Soğuk iş deformasyonunun derecesini en aza indirmek, zorla montajı önlemek ve montaj işlemi sırasında her türlü yara izini önlemek için şekillendirme sürecini ve montaj sürecini makul bir şekilde formüle edin (her türlü montaj izi ve ark yanığı, korozyona neden olması kolay olan SCC'nin çatlak kaynağı haline gelecektir. çukur.

(2) Kaynak sarf malzemelerinin makul seçimi Kaynak dikişi ile ana metal, tane irileşmesi ve sert ve kırılgan martensit gibi kötü yapılar olmaksızın iyi bir uyuma sahip olmalıdır.

(3) Kaynak dikişinin iyi biçimlendirildiğinden ve alt kesim vb. gibi herhangi bir gerilim yoğunlaşması veya çukurlaşma kusuru üretmediğinden emin olmak için uygun kaynak işlemini benimseyin, kaynak kalıntı gerilimi seviyesini azaltmak için makul bir kaynak sırası benimseyin. Örneğin, çapraz kaynaklardan kaçının, Y şeklindeki oluğu X şeklindeki bir oluğa değiştirin, oluk açısını uygun şekilde azaltın, kısa bir kaynak boncuğu kullanın ve küçük bir çizgi enerjisi kullanın.

(4) Gerilim giderme işlemi için kaynak sonrası ısıl işlem, tam tavlama veya kaynak sonrası tavlama gibi; ısıl işlemin uygulanması zor olduğunda kaynak sonrası çekiçleme veya bilyalı püskürtme kullanılır.

(5) Sıvı amonyak ortamında O2, N2, H2O, vb., sıvılaştırılmış petrol gazında H2S, klorür çözeltisinde O2, Fe3+, Cr6+, vb. gibi ortamda bulunan safsızlıkları kontrol etmek için üretim yönetimi önlemleri, korozyon önleyici işlem: kaplama tabakası, astar veya katodik koruma vb., korozyon inhibitörü ekler.

• Kaynaklı bağlantıların kırılganlığı

Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynak yerleri yüksek sıcaklıkta bir süre ısıtıldığında, gevrekleşme adı verilen darbe tokluğu olayı azalır.

1. Kaynak metalinin düşük sıcaklıkta kırılganlaşması (475 derece kırılganlık)

(1) Neden

Daha fazla ferrit fazı içeren çift fazlı kaynak yapısı (%15'ten fazla ila %20), 350 ila 500 derecede ısıtıldıktan sonra, plastisite ve tokluk önemli ölçüde azalacaktır. Kırılganlık hızı 475 derecede en hızlı olduğundan, buna 475 derece kırılganlık denir.

Austenitik paslanmaz çelik kaynaklı birleştirmelerde, korozyon direnci veya oksidasyon direnci her zaman en kritik özellik değildir, ancak düşük sıcaklıklarda kullanıldığında kaynak metalinin plastik tokluğu kritik özellik haline gelir.

Düşük sıcaklık tokluğu gereksinimlerini karşılamak için, kaynak yapısı genellikle delta ferritin varlığından kaçınmak için tek bir ostenit yapısı elde etmeyi umar. Delta ferritin varlığı her zaman düşük sıcaklık tokluğunu bozar ve içerik ne kadar fazlaysa bu gevrekleşme o kadar ciddi olur.

(2) Önleyici tedbirler

①Kaynak metalinin çatlama direncini ve korozyon direncini sağlamak amacıyla ferrit fazının %5 civarında düşük seviyede kontrol edilmesi gerekmektedir.

②475 derecede gevrekleşen kaynaklar 900 derecede su verilerek giderilebilir.

2. Kaynaklı bağlantıların Sigma fazı kırılganlığı

(1) Nedenler

The long-term use of austenitic stainless steel welded joints in the temperature range of 375 to 875 ° C will produce an inter-FeCr compound called σ phase. The σ phase is hard and brittle (HRC>68).

σ fazının çökelmesi sonucu, kaynağın darbe tokluğu keskin bir şekilde düşer, buna σ fazı gevrekleşmesi denir. σ fazı genellikle sadece çift fazlı yapı kaynağında görülür; servis sıcaklığı 800 ~ 850 dereceyi aştığında, σ fazı tek fazlı ostenit kaynağında da çökecektir.

(2) Önleyici tedbirler

①Kaynak metalindeki ferrit içeriğini sınırlayın (%15'ten az); süper alaşımlı kaynak malzemeleri, yani yüksek nikel kaynak malzemeleri kullanın ve Cr, Mo, Ti, Nb ve diğer elementlerin içeriğini sıkı bir şekilde kontrol edin.

② Yüksek sıcaklıkta kaynak metalinin kalma süresini azaltmak için küçük özellikler benimsenmiştir

③ Çökeltilen σ fazı, koşullar uygun olduğunda katı çözelti işlemine tabi tutularak, σ fazının ostenit içerisinde çözünmesi sağlanır.

④Kaynaklanmış eklemi 1000-1050 dereceye kadar ısıtın, sonra hızla soğutun. σ fazı genellikle 1Cr18Ni9Ti çelikte oluşmaz.

3. Füzyon hattı kırılgandır

(1) Nedenler

Östenitik paslanmaz çelik uzun süre yüksek sıcaklıkta kullanıldığında, füzyon hattının dışında birkaç tane boyunca gevrek kırılma meydana gelir.

(2) Önleme ve kontrol tedbirleri

Çeliğe Mo eklenmesi, çeliğin yüksek sıcaklıktaki gevrek kırılmaya karşı direncini artırabilir.

Yukarıdaki analize göre, yalnızca yukarıdaki kaynak işlemi önlemlerinin veya kaynak malzemelerinin makul bir şekilde seçilmesi yukarıdaki kaynak kusurlarını önleyebilir. Austenitik paslanmaz çelik mükemmel kaynaklanabilirliğe sahiptir ve hemen hemen tüm kaynak yöntemleri, ostenitik paslanmaz çeliğin kaynaklanması için kullanılabilir.

Çeşitli kaynak yöntemleri arasında, elektrot ark kaynağı çeşitli pozisyonlara ve farklı plaka kalınlıklarına uyum sağlama avantajına sahiptir ve yaygın olarak kullanılır. Aşağıda, farklı kullanımlar altında ostenitik paslanmaz çelik elektrotların seçim prensipleri ve yöntemlerinin analizine odaklanılmaktadır.

Austenitik paslanmaz çelik için elektrot seçiminin temel noktaları

Paslanmaz çelik esas olarak korozyon direnci için kullanılır, ancak ısıya dayanıklı çelik ve düşük sıcaklık çeliği olarak da kullanılır. Bu nedenle, paslanmaz çeliği kaynak yaparken, elektrodun performansı paslanmaz çeliğin amacına uygun olmalıdır. Paslanmaz çelik elektrotlar, temel metale ve çalışma koşullarına (çalışma sıcaklığı ve temas ortamı vb. dahil) göre seçilmelidir.

(1) Nokta 1

Genel olarak konuşursak, elektrot seçimi temel metalin malzemesine atıfta bulunabilir ve temel metalle aynı veya benzer bileşime sahip elektrot seçilebilir. Örneğin: A102, 0Cr18Ni9'a karşılık gelir, A137, 1Cr18Ni9Ti'ye karşılık gelir.

(2) Nokta 2

Karbon içeriğinin paslanmaz çeliğin korozyon direnci üzerinde büyük bir etkisi olduğundan, genellikle biriktirilen metalin karbon içeriği temel metalinkinden daha yüksek olmayan paslanmaz çelik elektrot seçilir. Örneğin 316L, A022 elektrot kullanılmalıdır.

(3) Nokta 3

Ostenitik paslanmaz çeliğin kaynak metali mekanik özellikleri sağlamalıdır. Bu, kaynak prosedürü kalifikasyonu ile doğrulanabilir.

(4) Nokta 4 (Austenitik ısıya dayanıklı çelik)

Yüksek sıcaklıkta çalışan ısıya dayanıklı paslanmaz çeliklerde (östenitik ısıya dayanıklı çelik) seçilen elektrotun öncelikle kaynak metalinin sıcak çatlama direncini ve kaynaklı eklemin yüksek sıcaklık performansını karşılaması gerekmektedir.

1. Cr/Ni'nin 1'den büyük veya eşit olduğu ostenitik ısıya dayanıklı çelikler için, örneğin 1Cr18Ni9Ti, vb., genellikle ostenitik-ferritik paslanmaz çelik elektrotlar kullanılır ve kaynak metalinin 2-5% ferrit içermesi önerilir. Ferrit içeriği çok düşük olduğunda, kaynak metalinin çatlak direnci zayıftır; çok yüksekse, yüksek sıcaklıkta veya ısıl işlemde uzun süreli kullanım sırasında sigma gevrekleşme fazı oluşması kolaydır ve bu da çatlaklara neden olur.

A002, A102, A137 gibi. Bazı özel uygulamalarda, tüm ostenitik kaynak metalinin istendiği durumlarda, A402, A407 elektrotları vb. kullanılabilir.

2. Cr/Ni içeren kararlı ostenitik ısıya dayanıklı çelikler için<1, such as Cr16Ni25Mo6, etc., it is generally necessary to increase the Mo, W, Mn in the weld metal while ensuring that the chemical composition of the weld metal is approximately similar to that of the base metal. The content of such elements can improve the crack resistance of the weld while ensuring the thermal strength of the weld metal. Such as using A502, A507.

(5) Nokta 5 (korozyona dayanıklı paslanmaz çelik)

Çeşitli korozif ortamlarda çalışan korozyona dayanıklı paslanmaz çelikler için, elektrot, ortam ve çalışma sıcaklığına göre seçilmeli ve korozyon direnci sağlanmalıdır (kaynaklı bağlantıların korozyon performans testi yapılmalıdır).

1. Çalışma sıcaklığı 300 derecenin üzerinde ve güçlü aşındırıcılığa sahip ortamlar için Ti veya Nb stabilizasyon elemanı içeren elektrot veya ultra düşük karbonlu paslanmaz çelik kullanılmalıdır. A137 veya A002 vb. gibi.

2. Seyreltik sülfürik asit veya hidroklorik asit içeren ortamlar için genellikle Mo veya Mo ve Cu içeren paslanmaz çelik elektrotlar kullanılır, örneğin: A032, A052, vb.

3. Zayıf korozyona sahip ekipmanlarda veya sadece pas kirliliğinden kaçınmak için Ti veya Nb içermeyen paslanmaz çelik elektrotlar kullanılabilir. Kaynak metalinin gerilim korozyon direncini sağlamak için süper alaşımlı kaynak sarf malzemeleri kullanılır, yani kaynak metalindeki korozyona dayanıklı alaşım elementlerinin (Cr, Ni, vb.) içeriği temel metalinkinden daha yüksektir. Örneğin, 00Cr19Ni10 kaynaklarını kaynaklamak için 00Cr18Ni12Mo2 tipi kaynak malzemeleri (örneğin A022) kullanın.

(6) Madde 6

Düşük sıcaklık koşullarında çalışan ostenitik paslanmaz çelik için, servis sıcaklığında kaynaklı eklemin düşük sıcaklık darbe tokluğu garanti altına alınmalıdır, bu nedenle saf ostenitik elektrotlar kullanılır. A402, A407 gibi.

(7) Madde 7

Nikel bazlı alaşım elektrotlar da mevcuttur. Örneğin, Mo6 tipi süper ostenitik paslanmaz çelik, %9'a kadar Mo içeren nikel bazlı kaynak sarf malzemeleri ile kaynaklanır.

(8) Nokta 8: Elektrot kaplama tipinin seçimi

1. Çift fazlı ostenitik çelik kaynak metalinin kendisi belirli miktarda ferrit içerdiğinden, iyi bir plastisiteye ve tokluğa sahiptir. Kaynak metali çatlak direnci açısından, temel kaplama ve titanyum kalsiyum tipi kaplama elektrodu karşılaştırılır. Fark, karbon çelik elektrotlar için olduğu kadar önemli değildir. Bu nedenle, pratik uygulamalarda kaynak işlemi performansına daha fazla dikkat edilir ve kaplama tipi kodu 17 veya 16 olan elektrotların çoğu (A102A, A102, A132 vb. gibi) kullanılır.

2. Sadece yapısal rijitlik çok yüksek olduğunda veya kaynak metalinin çatlak direnci zayıf olduğunda (bazı martensitik krom paslanmaz çelik, saf ostenitik krom-nikel paslanmaz çelik vb. gibi), 15 kaplama kodunun seçimi düşünülebilir. Temel kaplamalı paslanmaz çelik elektrotlar (A107, A407 vb. gibi).

Sonuç olarak

Özetlemek gerekirse, ostenitik paslanmaz çeliğin kaynaklanması kendine özgü özelliklere sahiptir ve ostenitik paslanmaz çelik için kaynak elektrotlarının seçimi özellikle dikkat çekicidir. Uzun vadeli uygulama ile yukarıdaki önlemlerin farklı malzemeler için farklı kaynak elde etmek için kullanılabileceği kanıtlanmıştır. Farklı malzemelerden yöntemler ve elektrotlar, paslanmaz çelik elektrotlar temel metale ve çalışma koşullarına (çalışma sıcaklığı ve temas ortamı vb. dahil) göre seçilmelidir. Beklenen kaynak kalitesinin elde edilebilmesi için bizim için iyi bir yol gösterici öneme sahiptir.