Die Schweißeigenschaften von austenitischem Edelstahl: Die elastische und plastische Spannung und Dehnung beim Schweißen ist groß, aber es treten selten Kaltrisse auf. In der Schweißverbindung gibt es keine Abschreckhärtezone und keine Kornvergröberung, daher ist die Zugfestigkeit der Schweißverbindung hoch.
Die Hauptprobleme beim Schweißen von austenitischem Edelstahl: Die Schweißverformung ist groß; aufgrund der Korngrenzeneigenschaften und der Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Spurenverunreinigungen (S, P) können leicht Heißrisse entstehen.
Fünf große Schweißprobleme bei austenitischem Edelstahl und ihre Lösungen
Nr. 1. Die Bildung von Chromkarbid verringert die Beständigkeit von Schweißverbindungen gegen interkristalline Korrosion.
Intergranulare Korrosion: Gemäß der Theorie des schwachen Chroms wird beim Erhitzen der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone auf die Sensibilisierungstemperaturzone von 450-850 Grad Chromkarbid an der Korngrenze abgeschieden, wodurch die Korngrenze aus schwachem Chrom besteht, was nicht ausreicht, um Korrosion zu widerstehen.
(1) Zur Begrenzung der interkristallinen Korrosion der Schweißnaht und der Korrosion der sensibilisierten Temperaturzone am Zielmaterial können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
a. Reduzieren Sie den Kohlenstoffgehalt des Grundmetalls und der Schweißnaht und fügen Sie dem Grundmetall die stabilisierenden Elemente Ti, Nb und andere Elemente hinzu, um bevorzugt MC zu bilden und die Bildung von Cr23C6 zu vermeiden.
b. Sorgen Sie dafür, dass die Schweißnaht eine Zweiphasenstruktur aus Austenit und einer kleinen Menge Ferrit bildet. Wenn die Schweißnaht eine bestimmte Menge Ferrit enthält, können die Körner verfeinert, die Kornfläche vergrößert und die Menge der Chromkarbidausfällung pro Flächeneinheit der Korngrenze verringert werden.
Chrom ist in Ferrit gut löslich, und Cr23C6 wird bevorzugt in Ferrit gebildet, ohne dass die Austenitkorngrenze an Chrom verarmt. Das zwischen den Austeniten verstreute Ferrit kann Korrosion entlang der Korngrenze bis hin zur Diffusion nach innen verhindern.
c. Kontrollieren Sie die Verweilzeit im Sensibilisierungstemperaturbereich. Passen Sie den Schweißwärmezyklus an, um die Verweilzeit bei 600-1000 Grad so weit wie möglich zu verkürzen, und wählen Sie ein Schweißverfahren mit hoher Energiedichte (z. B. Plasma-Argon-Lichtbogenschweißen).
Wählen Sie eine geringere Schweißlinienenergie, leiten Sie Argongas auf die Rückseite der Schweißnaht oder verwenden Sie ein Kupferpolster, um die Abkühlungsrate der Schweißverbindung zu erhöhen, verringern Sie die Anzahl der Lichtbogenstarts und -enden, um wiederholtes Erhitzen zu vermeiden, und halten Sie die Kontaktfläche mit dem korrosiven Medium beim Mehrschichtschweißen so weit wie möglich zurück. Schweißen usw.
d. Nach dem Schweißen eine Lösungsglühung oder Stabilisierungsglühung (850-900 Grad) und eine Luftkühlung nach Wärmebewahrung durchführen, damit die Carbide vollständig ausgefällt und die Diffusion von Chrom beschleunigt werden kann).
(2) Messerartige Korrosion von Schweißverbindungen. Aus diesem Grund können folgende vorbeugende Maßnahmen ergriffen werden:
Aufgrund der starken Diffusionsfähigkeit von Kohlenstoff wird dieser während des Abkühlungsprozesses an der Korngrenze abgesondert und bildet einen übersättigten Zustand, während Ti und Nb aufgrund ihrer geringen Diffusionsfähigkeit im Kristall verbleiben. Wenn die Schweißverbindung im Bereich der Sensibilisierungstemperatur erneut erhitzt wird, wird der übersättigte Kohlenstoff in Form von Cr23C6 im Zwischengranularbereich abgeschieden.
a. Reduzieren Sie den Kohlenstoffgehalt. Bei Edelstahl mit stabilisierenden Elementen sollte der Kohlenstoffgehalt 0,06 % nicht überschreiten.
b. Verwenden Sie ein vernünftiges Schweißverfahren. Wählen Sie eine geringere Schweißlinienenergie, um die Verweilzeit des überhitzten Bereichs bei hoher Temperatur zu verkürzen, und achten Sie darauf, den Effekt einer „Mitteltemperatursensibilisierung“ während des Schweißvorgangs zu vermeiden.
Beim doppelseitigen Schweißen sollte die Schweißnaht, die mit dem korrosiven Medium in Kontakt kommt, zuletzt geschweißt werden (aus diesem Grund wird das Innenschweißen des dickwandigen Schweißrohrs mit großem Durchmesser nach dem Außenschweißen durchgeführt). Der überhitzte Bereich, der mit dem korrosiven Medium in Kontakt kommt, wird durch Sensibilisierung erneut erhitzt.
c. Wärmebehandlung nach dem Schweißen. Nach dem Schweißen wird eine Lösungs- oder Stabilisierungsbehandlung durchgeführt.
Nr. 2, Spannungsrisskorrosion
Um die Entstehung von Spannungsrisskorrosion zu verhindern, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
a. Richtige Materialauswahl und angemessene Anpassung der Schweißzusammensetzung. Hochreiner Chrom-Nickel-Austenit-Edelstahl, hochsiliziumhaltiger Chrom-Nickel-Austenit-Edelstahl, ferritisch-austenitischer Edelstahl, hochchromhaltiger ferritischer Edelstahl usw. weisen eine gute Spannungskorrosionsbeständigkeit auf, und das Schweißmetall ist austenitischer Edelstahl. Die Spannungskorrosionsbeständigkeit ist gut, wenn die Struktur des Dualphasenstahls ferritisch und ferritisch ist.
b. Restspannungen beseitigen oder reduzieren. Nach dem Schweißen wird eine Wärmebehandlung zur Spannungsentlastung durchgeführt und mechanische Methoden wie Polieren, Kugelstrahlen und Hämmern werden eingesetzt, um die Restspannungen an der Oberfläche zu reduzieren.
c. Angemessene strukturelle Gestaltung, um große Spannungskonzentrationen zu vermeiden.
Nr. 3. Heiße Schweißrisse (Kristallisationsrisse beim Schweißen, Verflüssigungsrisse in der Wärmeeinflusszone)
Die Anfälligkeit für thermische Risse hängt hauptsächlich von der chemischen Zusammensetzung, Struktur und den Eigenschaften des Materials ab. Ni bildet leicht Verbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt oder Eutektikum mit Verunreinigungen wie S und P, und die Entmischung von Bor und Silizium führt zu thermischen Rissen.
Beim Schweißen bildet sich leicht eine grobe säulenförmige Kornstruktur mit starker Richtungsabhängigkeit, die der Absonderung schädlicher Verunreinigungen und Elemente förderlich ist. Dadurch wird die Bildung eines kontinuierlichen interkristallinen Flüssigkeitsfilms gefördert und die Empfindlichkeit gegenüber thermischen Rissen verbessert. Wenn die Schweißnaht ungleichmäßig erhitzt wird, kann leicht eine große Zugspannung entstehen und die Entstehung heißer Schweißrisse gefördert werden.
Vorbeugende Maßnahmen:
ein. Kontrollieren Sie streng den Gehalt an schädlichen Verunreinigungen S und P.
b. Passen Sie die Textur des Schweißguts an. Die Schweißnaht mit zweiphasiger Struktur weist eine gute Rissbeständigkeit auf. Die Deltaphase in der Schweißnaht kann die Körner verfeinern, die Richtungsabhängigkeit von einphasigem Austenit beseitigen, die Absonderung schädlicher Verunreinigungen an der Korngrenze verringern und die Deltaphase kann mehr S auflösen.
P und kann die Grenzflächenenergie verringern und die Bildung eines interkristallinen Flüssigkeitsfilms organisieren.
c. Passen Sie die Zusammensetzung der Schweißmetalllegierung an. Erhöhen Sie den Gehalt an Mn, C und N in einphasigem austenitischem Stahl entsprechend und fügen Sie eine kleine Menge Spurenelemente wie Cer, Spitzhacke und Tantal hinzu (die die Schweißstruktur verfeinern und Korngrenzen reinigen können), um die Heißrissempfindlichkeit zu verringern.
d. Prozessmaßnahmen. Minimieren Sie die Überhitzung des Schmelzbades, um die Bildung grober säulenförmiger Kristalle zu verhindern, und verwenden Sie geringe Linienenergie und Schweißperlen mit kleinem Querschnitt.
Beispielsweise neigen austenitische Stähle vom Typ 25-20 zu Verflüssigungsrissen. Durch strikte Begrenzung des Verunreinigungsgehalts und der Korngröße des Grundmetalls, Anwendung von Schweißverfahren mit hoher Energiedichte, geringer Linienenergie und Erhöhung der Abkühlrate der Verbindungen und andere Maßnahmen.
Nr. 4. Versprödung von Schweißverbindungen
Der warmfeste Stahl sollte die Plastizität der Schweißverbindung sicherstellen und eine Versprödung durch hohe Temperaturen verhindern; der niedrigtemperaturfeste Stahl muss eine gute Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen aufweisen, um eine Versprödung der Schweißverbindung durch niedrige Temperaturen zu verhindern.
Nr. 5. Die Schweißverformung ist groß
Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit und des großen Ausdehnungskoeffizienten ist die Schweißverformung groß, und eine Vorrichtung kann verwendet werden, um eine Verformung zu verhindern. Schweißverfahren und Auswahl der Schweißmaterialien für austenitische rostfreie Stähle:
Austenitischer Edelstahl kann durch Argon-Wolfram-Lichtbogenschweißen (WIG), Argon-Lichtbogenschweißen mit Schmelzelektrode (MIG), Plasma-Argon-Lichtbogenschweißen (PAW) und Unterpulverschweißen (SAW) geschweißt werden.
Austenitischer Edelstahl hat aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts, seiner geringen Wärmeleitfähigkeit und seines hohen Widerstands einen niedrigen Schweißstrom. Schmale Schweißnähte und Raupen sollten verwendet werden, um die Verweilzeit bei hohen Temperaturen zu verkürzen, Karbidausfällungen zu verhindern, die Schweißschrumpfspannung zu verringern und die thermische Rissempfindlichkeit zu reduzieren.
Die Zusammensetzung von Schweißzusätzen, insbesondere der Legierungselemente Cr und Ni, ist höher als die des Grundmetalls. Schweißzusätze mit einem geringen Anteil (4-12 %) Ferrit werden verwendet, um eine gute Rissbeständigkeit (Kaltrissbildung, Heißrissbildung, Spannungsrisskorrosion) der Schweißnaht sicherzustellen.
Wenn die Ferritphase in der Schweißnaht nicht zulässig oder unmöglich ist, sollten Schweißzusätze ausgewählt werden, die Mo, Mn und andere Legierungselemente enthalten.
Die C-, S-, P-, Si- und Nb-Gehalte in den Schweißzusätzen sollten so gering wie möglich sein. Nb verursacht Erstarrungsrisse in reinen Austenitschweißnähten, aber eine geringe Menge Ferrit in den Schweißnähten kann effektiv vermieden werden.
Für Schweißkonstruktionen, die nach dem Schweißen stabilisiert oder spannungsfrei gemacht werden müssen, werden üblicherweise Nb-haltige Schweißmaterialien ausgewählt. Zum Schweißen von Mittelplatten wird Unterpulverschweißen verwendet, und der Brennverlust von Cr und Ni kann durch den Übergang von Legierungselementen in Flussmittel und Schweißdraht ergänzt werden.
Aufgrund der großen Eindringtiefe muss darauf geachtet werden, dass im mittleren Bereich der Schweißnaht keine heißen Risse entstehen und die Korrosionsbeständigkeit in der Wärmeeinflusszone nicht abnimmt. Es muss auf die Auswahl eines dünneren Schweißdrahts und einer geringeren Schweißlinienenergie geachtet werden. Der Schweißdraht sollte einen niedrigen Si-, S- und P-Gehalt aufweisen.
Der Ferritgehalt in der Schweißnaht aus hitzebeständigem Edelstahl sollte 5 % nicht überschreiten. Für austenitischen Edelstahl mit einem Cr- und Ni-Gehalt von mehr als 20 % sollte Schweißdraht mit hohem Mn-Gehalt (6-8 %) verwendet werden. Als Flussmittel sollte ein alkalisches oder neutrales Flussmittel verwendet werden, um die Zugabe von Si zur Schweißnaht zu verhindern und ihre Rissbeständigkeit zu verbessern.
Das Spezialflussmittel für austenitischen Edelstahl weist einen sehr geringen Si-Zusatz auf, der Legierungselemente auf die Schweißnaht übertragen und so den Brandverlust von Legierungselementen ausgleichen kann, um die Anforderungen an Schweißleistung und chemische Zusammensetzung zu erfüllen.
