Laseigenschappen van austenitisch roestvast staal en selectie van lasstaven

Austenitisch roestvast staal heeft een goede lasbaarheid en wordt momenteel het meest gebruikt in de industrie. Over het algemeen zijn er geen speciale technologische maatregelen nodig tijdens het lassen. Dit artikel analyseert in detail het optreden van hete scheuren, intergranulaire corrosie, spanningscorrosie, verbrossing van lasverbindingen (lagetemperatuurverbrossing, sigmafaseverbrossing, smeltlijnverbrossing) oorzaken en preventieve maatregelen,

Door middel van theoretische en praktische analyse van laskarakteristieken worden de selectieprincipes en -methoden voor elektrodeselectie voor austenitisch roestvast staal bij het lassen van verschillende materialen en onder verschillende werkomgevingsomstandigheden geïntroduceerd.

Roestvast staal wordt steeds vaker gebruikt in de luchtvaart-, petroleum-, chemische en atoomenergie-industrie. Roestvast staal wordt onderverdeeld in chroomroestvast staal, chroom-nikkelroestvast staal volgens chemische samenstelling, en ferritisch roestvast staal, martensitisch roestvast staal, austenitisch roestvast staal en austenitisch-ferritisch duplex roestvast staal.

Van alle soorten roestvast staal heeft austenitisch roestvast staal (roestvast staal van het type 18-8) een betere corrosiebestendigheid dan andere soorten roestvast staal. De sterkte is lager, maar de plasticiteit en taaiheid zijn uitstekend. De laseigenschappen zijn goed en het wordt voornamelijk gebruikt voor chemische containers, apparatuur en andere toepassingen. Het is momenteel het meest gebruikte roestvaste staal in de industrie.

Hoewel austenitisch roestvast staal veel voordelen heeft, kunnen er bij een onjuist lasproces of een verkeerde keuze van het lasmateriaal veel defecten optreden, die uiteindelijk de prestaties beïnvloeden.

Laseigenschappen van austenitisch roestvast staal

• Gevoelig voor thermische scheuren

Warme scheuren van austenitisch roestvast staal zijn relatief gemakkelijk te produceren defecten tijdens het lassen, inclusief longitudinale en transversale scheuren van lassen, braamscheuren, wortelscheuren van backing lassen en tussenlaagscheuren van meerlaags lassen, etc., vooral wanneer het nikkelgehalte relatief hoog is. Hoge austenitische roestvaste staalsoorten zijn gemakkelijker te produceren.

1. Oorzaak

(1) De vloeibare en vaste faselijnen van austenitisch roestvast staal hebben een groot interval, een lange kristallisatietijd en een sterke enkelfasige austenietkristallografische oriëntatie, waardoor de afscheiding van onzuiverheden relatief ernstig is.

(2) De thermische geleidbaarheid is klein en de lineaire uitzettingscoëfficiënt is groot, wat tijdens het lassen een grote interne lasspanning zal genereren (meestal de trekspanning van de las en de warmte-beïnvloede zone).

(3) De componenten in austenitisch roestvast staal, zoals C, S, P, Ni, enz., vormen een eutecticum met een laag smeltpunt in de smeltpoel. Het smeltpunt van Ni3S2 gevormd door S en Ni is bijvoorbeeld 645 graden, terwijl het smeltpunt van Ni-Ni3S2 eutecticum slechts 625 graden is.

2. Preventieve maatregelen

(1) Gebruik de las met dubbele fasestructuur om het lasmetaal zoveel mogelijk te maken als een austeniet- en ferrietdubbelfasestructuur en controleer het ferrietgehalte onder de 3 tot 5%, wat de richting van de austenietkolomkristallen kan verstoren. korrelverfijning. En ferriet kan meer onzuiverheden oplossen dan austeniet, waardoor de segregatie van laagsmeltend eutecticum in austenietkorrelgrenzen wordt verminderd.

(2) Maatregelen bij het lasproces Probeer bij het lasproces elektroden van hoge kwaliteit te gebruiken met een alkalische coating, gebruik kleine lijnenergie, kleine stroom, snel niet-zwaaiend lassen, probeer de boogput aan het einde te vullen en gebruik argonbooglassen voor bodemvorming, enz. Verminder lasspanning en kraterscheuren.

(3) Controleer de chemische samenstelling. Beperk strikt het gehalte aan onzuiverheden zoals S en P in de las om het eutectische effect met een laag smeltpunt te verminderen.

• Intergranulaire corrosie

Corrosie treedt op tussen de korrels, wat resulteert in een verlies van de binding tussen de korrels, bijna volledig verlies van sterkte en breuk langs de korrelgrenzen bij spanning.

1. oorzaak

Volgens de theorie van chroomuitputting, wanneer de las en de warmte-beïnvloede zone worden verhit tot de sensibilisatietemperatuur van 450 tot 850 graden (gevaarlijke temperatuurzone), vanwege de grote atomaire straal van Cr, is de diffusiesnelheid klein en neigt de oververzadigde koolstof naar austenietkorrels. De grens diffundeert en vormt Cr23C6 bij de korrelgrens met de chroomverbinding bij de korrelgrens, wat resulteert in een korrelgrens met slecht chroom, wat niet genoeg is om corrosie te weerstaan.

2. Preventieve maatregelen

(1) Beheersing van het koolstofgehalte

Gebruik lasbenodigdheden van roestvrij staal met een laag koolstofgehalte of een ultralaag koolstofgehalte (W(C) Minder dan of gelijk aan 0.03%). Zoals A002 enzovoort.

(2) Stabilisator toevoegen

Het toevoegen van Ti, Nb en andere elementen die een sterkere affiniteit hebben met C dan Cr in staal en lasmaterialen kan combineren met C om stabiele carbiden te vormen, waardoor chroomuitputting bij austenietkorrelgrenzen wordt vermeden. Veelgebruikte roestvaste staalsoorten en lasmaterialen bevatten Ti, Nb, zoals 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni12MO2Ti-staal, E347-15-elektrode, H0Cr19Ni9Ti-lasdraad, enz.

(3) Pas een tweerichtingsorganisatie toe

Een bepaalde hoeveelheid ferrietvormende elementen, zoals Cr, Si, AL, MO, enz., worden door de lasdraad of elektrode in de las gesmolten, zodat de las wordt gevormd tot een tweefasenstructuur van austeniet + ferriet, omdat Cr zich in de De diffusiesnelheid in ferriet is sneller dan die in austeniet, dus Cr diffundeert sneller naar korrelgrenzen in ferriet, wat het fenomeen van uitputting van chroom in austenietkorrelgrenzen verlicht. Over het algemeen wordt het ferrietgehalte in het lasmetaal gecontroleerd op 5% tot 10%. Als er te veel ferriet is, wordt de las bros.

(4) Snelle afkoeling

Omdat austenitisch roestvast staal geen verharding veroorzaakt, kunt u tijdens het lasproces proberen de afkoelsnelheid van de gelaste verbinding te verhogen. Dit kunt u bijvoorbeeld doen door te koelen met een koperen achterplaat of door direct water onder het laswerk te gieten.

Tijdens het lasproces kunnen maatregelen zoals lage stroomsterkte, hoge lassnelheid, korte boog en meervoudige lasbewerking worden toegepast om de tijd te verkorten dat de gelaste verbinding zich in het gevaarlijke temperatuurgebied bevindt. Zo wordt de vorming van een chroomarm gebied voorkomen.

(5) Voer een oplossingsbehandeling of homogenisatiewarmtebehandeling uit. Verhit na het lassen de gelaste verbinding tot 1050-1100 graden, zodat de carbiden opnieuw worden opgelost in austeniet en vervolgens snel worden afgekoeld om een ​​stabiele enkelfasige austenietstructuur te vormen.

Daarnaast kan ook een homogenisatiewarmtebehandeling bij 850-900 graden gedurende 2 uur worden uitgevoerd. Op dit moment diffundeert het Cr in de austenietkorrels naar de korrelgrenzen en bereikt het Cr-gehalte bij de korrelgrenzen weer meer dan 12%, zodat er geen korrels worden gevormd. gecorrodeerd.

• Spanningscorrosiescheuren

Corrosieschade van metaal onder de gecombineerde werking van spanning en corrosief medium. Volgens de gevallen van spanningscorrosie en experimentele studies van roestvrijstalen apparatuur en onderdelen, kan worden aangenomen dat onder de gecombineerde werking van een bepaalde statische trekspanning en een specifiek elektrochemisch medium bij een bepaalde temperatuur, het bestaande roestvrij staal de mogelijkheid heeft om spanningscorrosie te produceren.

Een van de grootste kenmerken van spanningscorrosie is de selectiviteit in de combinatie van corrosieve media en materialen. Het is gemakkelijk om spanningscorrosie te veroorzaken van austenitisch roestvast staal, voornamelijk zoutzuur en chloride dat chloride-ionen bevat, evenals zwavelzuur, salpeterzuur, hydroxide (alkali), zeewater, waterdamp, H2S-waterige oplossing, geconcentreerde NaHCO3+NH3+NaCl-waterige oplossing en andere media Wacht.

1. Oorzaak

Spanningscorrosie is een vertraagd scheurverschijnsel dat optreedt wanneer gelaste verbindingen worden blootgesteld aan trekspanning in een specifieke corrosieve omgeving. Spanningscorrosie van austenitisch roestvaststalen gelaste verbindingen is een ernstige faalvorm van gelaste verbindingen, die zich manifesteert als bros falen zonder plastische vervorming.

2. Preventieve maatregelen

(1) Formuleer het vormingsproces en het assemblageproces op een redelijke manier om de mate van koudwerkvervorming te minimaliseren, gedwongen assemblage te vermijden en alle soorten littekens tijdens het assemblageproces te voorkomen (alle soorten montagelittekens en boogbrandwonden vormen de bron van scheuren in SCC, wat gemakkelijk corrosie kan veroorzaken). put.

(2) Redelijke selectie van lastoevoegmaterialen De lasnaad en het basismetaal moeten goed bij elkaar passen, zonder enige slechte structuur, zoals korrelvergroving en harde en brosse martensiet.

(3) Pas een geschikt lasproces toe om ervoor te zorgen dat de lasnaad goed gevormd is en geen spanningsconcentratie of putcorrosiedefecten produceert, zoals ondersnijding, enz., pas een redelijke lasvolgorde toe om het niveau van lasrestspanning te verminderen. Vermijd bijvoorbeeld kruislings lassen, verander de Y-vormige groef in een X-vormige groef, verklein de groefhoek op de juiste manier, gebruik een korte lasrups en gebruik een kleine lijnenergie.

(4) Warmtebehandeling na het lassen voor spanningsverlichting, zoals volledig gloeien of gloeien na het lassen; hameren na het lassen of kogelstralen wordt gebruikt wanneer warmtebehandeling moeilijk uit te voeren is.

(5) Productiebeheersmaatregelen om onzuiverheden in het medium te beheersen, zoals O2, N2, H2O, enz. in vloeibaar ammoniakmedium, H2S in vloeibaar petroleumgas, O2, Fe3+, Cr6+, enz. in chloride-oplossing, anticorrosiebehandeling: zoals een coatinglaag, voering of kathodische bescherming, enz., corrosie-inhibitor toevoegen.

• Verbrossing van lasverbindingen

Nadat de las van austenitisch roestvast staal gedurende een bepaalde tijd op hoge temperatuur is verhit, neemt het verschijnsel van de slagvastheid af, wat brosheid wordt genoemd.

1. Lage temperatuurverbrossing van lasmetaal (475 graden verbrossing)

(1) Oorzaak

De dual-phase lasstructuur die meer ferrietfasen bevat (meer dan 15% tot 20%), zal na verhitting op 350 tot 500 graden de plasticiteit en taaiheid aanzienlijk afnemen. Omdat de verbrossingssnelheid het snelst is bij 475 graden, wordt dit 475 graden verbrossing genoemd.

Voor lasverbindingen van austenitisch roestvast staal is corrosiebestendigheid of oxidatiebestendigheid niet altijd de belangrijkste eigenschap, maar bij gebruik bij lage temperaturen wordt de plastische taaiheid van het lasmetaal de belangrijkste eigenschap.

Om te voldoen aan de eisen van lage temperatuur taaiheid hoopt de lasstructuur doorgaans een enkele austenietstructuur te verkrijgen om het bestaan ​​van delta ferriet te vermijden. De aanwezigheid van delta ferriet verslechtert altijd de lage temperatuur taaiheid, en hoe meer inhoud, hoe ernstiger deze verbrossing is.

(2) Preventieve maatregelen

①Om de scheur- en corrosiebestendigheid van het lasmetaal te waarborgen, moet de ferrietfase op een laag niveau worden gehouden, ongeveer 5%.

②Lasverbindingen die bij 475 graden bros zijn geworden, kunnen worden verwijderd door ze af te koelen bij 900 graden.

2. Sigma-fase verbrossing van lasverbindingen

(1) Oorzaken

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).

Als gevolg van de neerslag van de σ-fase daalt de slagvastheid van de las sterk, wat σ-fase-verbrossing wordt genoemd. De σ-fase verschijnt over het algemeen alleen in de las met een dubbele fasestructuur; wanneer de bedrijfstemperatuur hoger is dan 800 ~ 850 graden, zal de σ-fase ook neerslaan in de enkelfasige austenietlas.

(2) Preventieve maatregelen

①Beperk het ferrietgehalte in het lasmetaal (minder dan 15%); gebruik supergelegeerde lasmaterialen, dat wil zeggen lasmaterialen met een hoog nikkelgehalte, en controleer strikt het gehalte aan Cr, Mo, Ti, Nb en andere elementen.

② Er wordt een kleine specificatie gehanteerd om de verblijftijd van lasmetaal bij hoge temperaturen te verkorten

③ De neergeslagen σ-fase wordt, indien de omstandigheden dit toelaten, onderworpen aan een behandeling met vaste oplossing, zodat de σ-fase oplost in austeniet.

④Verhit de gelaste verbinding tot 1000-1050 graden en laat deze vervolgens snel afkoelen. De σ-fase wordt over het algemeen niet geproduceerd in 1Cr18Ni9Ti-staal.

3. De fusielijn is bros

(1) Oorzaken

Wanneer austenitisch roestvast staal gedurende een lange tijd bij hoge temperaturen wordt gebruikt, zal er brosse breuk optreden langs enkele korrels buiten de smeltlijn.

(2) Preventie- en controlemaatregelen

Door Mo aan staal toe te voegen, kan de weerstand van staal tegen brosse breuk bij hoge temperaturen worden verbeterd.

Door bovenstaande analyse kan alleen een redelijke selectie van de bovenstaande lasprocesmaatregelen of lasmaterialen de bovenstaande lasdefecten voorkomen. Austenitisch roestvast staal heeft een uitstekende lasbaarheid en bijna alle lasmethoden kunnen worden gebruikt voor het lassen van austenitisch roestvast staal.

Van de verschillende lasmethoden heeft elektrodebooglassen het voordeel dat het zich aanpast aan verschillende posities en verschillende plaatdiktes, en het wordt veel gebruikt. Het volgende richt zich op het analyseren van de selectieprincipes en -methoden van austenitische roestvrijstalen elektroden onder verschillende toepassingen.

Belangrijkste punten voor de selectie van elektroden voor austenitisch roestvast staal

Roestvrij staal wordt voornamelijk gebruikt voor corrosiebestendigheid, maar wordt ook gebruikt als hittebestendig staal en staal voor lage temperaturen. Daarom moet bij het lassen van roestvrij staal de prestatie van de elektrode overeenkomen met het doel van het roestvrij staal. Roestvrijstalen elektroden moeten worden geselecteerd op basis van het basismetaal en de werkomstandigheden (inclusief werktemperatuur en contactmedium, enz.).

(1) Punt 1

Over het algemeen kan de selectie van de elektrode verwijzen naar het materiaal van het basismetaal, en de elektrode selecteren met dezelfde of vergelijkbare samenstelling als het basismetaal. Zoals: A102 komt overeen met 0Cr18Ni9, A137 komt overeen met 1Cr18Ni9Ti.

(2) Punt 2

Omdat het koolstofgehalte een grote invloed heeft op de corrosiebestendigheid van roestvrij staal, wordt over het algemeen de roestvrijstalen elektrode geselecteerd waarvan het koolstofgehalte van het afgezette metaal niet hoger is dan dat van het basismetaal. Zoals 316L moet een A022-elektrode worden gebruikt.

(3) Punt 3

Het lasmetaal van austenitisch roestvast staal moet mechanische eigenschappen garanderen. Dit kan worden geverifieerd door lasprocedurekwalificatie.

(4) Punt 4 (Austenitisch hittebestendig staal)

Voor hittebestendig roestvrij staal (austenitisch hittebestendig staal) dat bij hoge temperaturen werkt, moet de geselecteerde elektrode vooral voldoen aan de hittescheurbestendigheid van het lasmetaal en de hogetemperatuurprestaties van de gelaste verbinding.

1. Voor austenitische hittebestendige staalsoorten met Cr/Ni groter dan of gelijk aan 1, zoals 1Cr18Ni9Ti, enz., worden over het algemeen austenitische-ferritische roestvrijstalen elektroden gebruikt en is het raadzaam dat het lasmetaal 2-5% ferriet bevat. Wanneer het ferrietgehalte te laag is, is de scheurbestendigheid van het lasmetaal slecht; als het te hoog is, is het gemakkelijk om een ​​sigma-verbrossingsfase te vormen tijdens langdurig gebruik bij hoge temperaturen of warmtebehandeling, wat resulteert in scheuren.

Zoals A002, A102, A137. In sommige speciale toepassingen, wanneer al het austenitische lasmetaal vereist kan zijn, zoals A402, A407 elektroden, etc. kunnen worden gebruikt.

2. Voor stabiele austenitische hittebestendige staalsoorten met Cr/Ni<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) Punt 5 (corrosiebestendig roestvrij staal)

Voor corrosiebestendig roestvrij staal in verschillende corrosieve media moet de elektrode worden geselecteerd op basis van het medium en de werktemperatuur. Ook moet de corrosiebestendigheid ervan worden gewaarborgd (voer de corrosiebestendigheidstest van lasverbindingen uit).

1. Voor het medium met een werktemperatuur boven 300 graden en sterke corrosiviteit, moet de elektrode die Ti of Nb stabilisatie-element of ultra-laag koolstof roestvrij staal bevat, worden gebruikt. Zoals A137 of A002 enzovoort.

2. Voor het medium dat verdund zwavelzuur of zoutzuur bevat, worden vaak roestvrijstalen elektroden gebruikt die Mo of Mo en Cu bevatten, zoals: A032, A052, enz.

3. Voor apparatuur met zwakke corrosie of alleen om roestvervuiling te voorkomen, kunnen roestvrijstalen elektroden zonder Ti of Nb worden gebruikt. Om de spanningscorrosiebestendigheid van het lasmetaal te garanderen, worden supergelegeerde lasverbruiksartikelen gebruikt, dat wil zeggen dat het gehalte aan corrosiebestendige legeringselementen (Cr, Ni, enz.) in het lasmetaal hoger is dan dat van het basismetaal. Gebruik bijvoorbeeld lasmaterialen van het type 00Cr18Ni12Mo2 (zoals A022) om 00Cr19Ni10-lasverbindingen te lassen.

(6) Punt 6

Voor austenitisch roestvast staal dat onder lage temperatuuromstandigheden werkt, moet de lage temperatuur impact taaiheid van de gelaste verbinding bij de bedrijfstemperatuur gegarandeerd zijn, dus worden zuivere austenitische elektroden gebruikt. Zoals A402, A407.

(7) Punt 7

Nikkel-gebaseerde legeringselektroden zijn ook beschikbaar. Bijvoorbeeld, Mo6 type super austenitisch roestvrij staal wordt gelast met nikkel-gebaseerde lasconsumables met Mo tot 9%.

(8) Punt 8: Selectie van het type elektrodecoating

1. Omdat het tweefasige austenitische staallasmetaal zelf een bepaalde hoeveelheid ferriet bevat, heeft het een goede plasticiteit en taaiheid. Vanuit het perspectief van de scheurbestendigheid van het lasmetaal worden de basiscoating en de titaniumcalciumtype coatingelektrode vergeleken. Het verschil is niet zo significant als bij koolstofstalen elektroden. Daarom wordt in praktische toepassingen meer aandacht besteed aan de prestaties van het lasproces en worden de meeste elektroden met coatingtypecode 17 of 16 (zoals A102A, A102, A132, enz.) gebruikt.

2. Alleen wanneer de structurele stijfheid erg hoog is of de scheurbestendigheid van het lasmetaal slecht is (zoals sommige martensitische chroomroestvrijstalen, zuiver austenitisch chroom-nikkelroestvrijstalen, enz.), kan de keuze van coatingcode 15 worden overwogen. Basis gecoate roestvrijstalen elektroden (zoals A107, A407, enz.).

Tot slot

Samenvattend, het lassen van austenitisch roestvast staal heeft zijn unieke kenmerken, en de selectie van laselektroden voor austenitisch roestvast staal is bijzonder opmerkelijk. Het is bewezen door langdurige praktijk dat de bovenstaande maatregelen kunnen worden gebruikt om verschillende lassen voor verschillende materialen te bereiken. Methoden en elektroden van verschillende materialen, roestvrijstalen elektroden moeten worden geselecteerd op basis van het basismetaal en de werkomstandigheden (inclusief werktemperatuur en contactmedium, enz.). Het heeft een goede leidende betekenis voor ons, zodat het mogelijk is om de verwachte laskwaliteit te bereiken.