Schweißeigenschaften von austenitischem Edelstahl und Auswahl des Schweißstabs

Austenitischer Edelstahl ist gut schweißbar und wird derzeit in der Industrie am häufigsten verwendet. Im Allgemeinen sind beim Schweißen keine besonderen technologischen Maßnahmen erforderlich. In diesem Dokument werden die Ursachen und vorbeugenden Maßnahmen für das Auftreten von Heißrissen, interkristalliner Korrosion, Spannungsrisskorrosion und Versprödung von Schweißverbindungen (Niedrigtemperaturversprödung, Sigmaphasenversprödung, Schmelzlinienversprödung) detailliert analysiert.

Durch die theoretische und praktische Analyse der Schweißeigenschaften werden die Auswahlprinzipien und Methoden der Elektrodenauswahl für austenitischen Edelstahl beim Schweißen verschiedener Materialien und unter verschiedenen Arbeitsbedingungen vorgestellt.

Edelstahl wird in der Luftfahrt-, Erdöl-, Chemie- und Atomenergieindustrie immer häufiger verwendet. Edelstahl wird je nach chemischer Zusammensetzung in Chrom-Edelstahl, Chrom-Nickel-Edelstahl sowie ferritischen Edelstahl, martensitischen Edelstahl, austenitischen Edelstahl und austenitisch-ferritischen Duplex-Edelstahl unterteilt.

Unter den rostfreien Stählen weist austenitischer rostfreier Stahl (Edelstahl vom Typ 18-8) eine bessere Korrosionsbeständigkeit als andere rostfreie Stähle auf. Er hat eine geringere Festigkeit, aber eine ausgezeichnete Formbarkeit und Zähigkeit sowie gute Schweißeigenschaften und wird hauptsächlich für Behälter und Geräte zur Herstellung von Chemikalien verwendet. Derzeit ist er in der Industrie der am häufigsten verwendete rostfreie Stahl.

Obwohl austenitischer Edelstahl viele Vorteile hat, treten bei einem falschen Schweißvorgang oder der falschen Auswahl des Schweißmaterials viele Defekte auf, die letztendlich die Leistung beeinträchtigen.

Schweißeigenschaften von austenitischem Edelstahl

• Anfällig für thermische Risse

Heißrisse in austenitischem Edelstahl führen beim Schweißen relativ leicht zu Defekten, darunter Längs- und Querrisse in Schweißnähten, Gratrisse, Wurzelrisse beim Gegenschweißen und Zwischenschichtrisse beim Mehrschichtschweißen usw., insbesondere wenn der Nickelgehalt relativ hoch ist. Hochaustenitische rostfreie Stähle sind leichter herzustellen.

1. Ursache

(1) Die flüssigen und festen Phasenlinien von austenitischem Edelstahl weisen einen großen Abstand und eine lange Kristallisationszeit auf, und die kristallographische Orientierung des einphasigen Austenits ist stark, so dass die Verunreinigungsabsonderung relativ stark ist.

(2) Die Wärmeleitfähigkeit ist gering und der lineare Ausdehnungskoeffizient groß, was beim Schweißen zu großen Schweißeigenspannungen (normalerweise die Zugspannung der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone) führt.

(3) Die Bestandteile von austenitischem Edelstahl wie C, S, P, Ni usw. bilden im Schmelzbad ein Eutektikum mit niedrigem Schmelzpunkt. Beispielsweise beträgt der Schmelzpunkt von Ni3S2, das aus S und Ni besteht, 645 Grad, während der Schmelzpunkt des Ni-Ni3S2-Eutektikums nur 625 Grad beträgt.

2. Vorbeugende Maßnahmen

(1) Verwenden Sie das Schweißen mit Dualphasenstruktur, um das Schweißmetall so weit wie möglich als Austenit- und Ferrit-Dualphasenstruktur herzustellen, und halten Sie den Ferritgehalt unter 3 bis 5 %, da dies die Richtung der austenitischen Säulenkristalle stören kann. Kornverfeinerung. Und Ferrit kann mehr Verunreinigungen lösen als Austenit, wodurch die Entmischung von niedrigschmelzendem Eutektikum in Austenitkorngrenzen verringert wird.

(2) Maßnahmen beim Schweißprozess: Versuchen Sie, beim Schweißen hochwertige Elektroden mit alkalischer Beschichtung zu verwenden, verwenden Sie eine geringe Leitungsenergie, einen geringen Strom, schweißen Sie schnell und ohne Schwingungen, versuchen Sie, die Lichtbogengrube am Ende zu füllen, und verwenden Sie Argonlichtbogenschweißen zum Aufsetzen usw. Reduzieren Sie Schweißspannungen und Kraterrisse.

(3) Kontrolle der chemischen Zusammensetzung. Begrenzen Sie den Gehalt an Verunreinigungen wie S und P in der Schweißnaht streng, um das Eutektikum mit niedrigem Schmelzpunkt zu verringern.

• Interkristalline Korrosion

Zwischen den Körnern kommt es zur Korrosion, die zu einem Verlust der Bindung zwischen den Körnern, einem fast vollständigen Verlust der Festigkeit und bei Belastung zu Brüchen entlang der Korngrenzen führt.

1. Ursache

Nach der Theorie der Chromverarmung ist die Diffusionsrate aufgrund des großen Atomradius von Cr gering, wenn die Schweiß- und Wärmeeinflusszone auf die Sensibilisierungstemperatur von 450 bis 850 Grad (gefährliche Temperaturzone) erhitzt wird, und der übersättigte Kohlenstoff neigt dazu, Körner auszutenitisieren. Die Grenze diffundiert und bildet Cr23C6 an der Korngrenze mit der Chromverbindung an der Korngrenze, was zu einer Korngrenze mit schlechtem Chrom führt, das nicht ausreicht, um Korrosion zu widerstehen.

2. Vorbeugende Maßnahmen

(1) Kontrolle des Kohlenstoffgehalts

Verwenden Sie Schweißzusätze aus Edelstahl mit niedrigem oder extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt (W(C) kleiner oder gleich 0,03 %). Wie beispielsweise A002 usw.

(2) Stabilisator hinzufügen

Durch Zugabe von Ti, Nb und anderen Elementen, die eine stärkere Affinität zu C als zu Cr in Stahl und Schweißmaterialien aufweisen, können sich diese mit C zu stabilen Carbiden verbinden und so eine Chromverarmung an den Austenitkorngrenzen vermeiden. Häufig verwendete Edelstahl- und Schweißmaterialien enthalten Ti, Nb, wie z. B. 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni12MO2Ti-Stahl, E347-15-Elektrode, H0Cr19Ni9Ti-Schweißdraht usw.

(3) Einführung einer bidirektionalen Organisation

Eine bestimmte Menge ferritbildender Elemente wie Cr, Si, AL, MO usw. wird durch den Schweißdraht oder die Elektrode in die Schweißnaht geschmolzen, so dass die Schweißnaht eine zweiphasige Struktur aus Austenit + Ferrit bildet, da Cr in Ferrit schneller ist als in Austenit, sodass Cr in Ferrit schneller zu den Korngrenzen diffundiert, was das Phänomen der Chromverarmung in den Austenitkorngrenzen lindert. Im Allgemeinen wird der Ferritgehalt im Schweißmetall auf 5 % bis 10 % kontrolliert. Wenn zu viel Ferrit vorhanden ist, wird die Schweißnaht spröde.

(4) Schnelle Abkühlung

Da austenitischer Edelstahl keine Aushärtung verursacht, können Sie während des Schweißvorgangs versuchen, die Abkühlungsrate der Schweißverbindung zu erhöhen, beispielsweise durch Kühlung mit einer Kupferträgerplatte oder durch direktes Wässern unter der Schweißnaht.

Beim Schweißprozess können Maßnahmen wie niedriger Strom, hohe Schweißgeschwindigkeit, Kurzlichtbogen und Mehrlagenschweißen dazu eingesetzt werden, die Zeit zu verkürzen, in der die Schweißverbindung im gefährlichen Temperaturbereich verbleibt, um so die Bildung chromverarmter Bereiche zu vermeiden.

(5) Lösungsglühen oder Homogenisierungswärmebehandlung durchführen. Nach dem Schweißen die Schweißverbindung auf 1050-1100 Grad erhitzen, damit sich die Carbide wieder in Austenit auflösen, und dann schnell abkühlen lassen, um eine stabile einphasige Austenitstruktur zu bilden.

Zusätzlich kann eine Homogenisierungswärmebehandlung bei 850-900 Grad für 2 Stunden durchgeführt werden. Zu diesem Zeitpunkt diffundiert das Cr in den Austenitkörnern zu den Korngrenzen, und der Cr-Gehalt an den Korngrenzen erreicht wieder mehr als 12 %, so dass keine Körner gebildet werden. korrodiert.

• Spannungsrisskorrosion

Korrosionsschäden an Metall durch die kombinierte Einwirkung von Spannung und korrosivem Medium. Aus den Fällen von Spannungsrisskorrosion und experimentellen Untersuchungen von Geräten und Teilen aus rostfreiem Stahl geht hervor, dass bei vorhandenem rostfreiem Stahl bei der kombinierten Einwirkung einer bestimmten statischen Zugspannung und eines bestimmten elektrochemischen Mediums bei einer bestimmten Temperatur die Möglichkeit besteht, dass Spannungskorrosion auftritt.

Eines der größten Merkmale der Spannungskorrosion ist die Selektivität in der Kombination von korrosiven Medien und Materialien. Spannungskorrosion kann bei austenitischem Edelstahl leicht auftreten, vor allem durch Salzsäure und Chlorid, das Chloridionen enthält, sowie durch Schwefelsäure, Salpetersäure, Hydroxid (Alkali), Meerwasser, Wasserdampf, wässrige H2S-Lösung, konzentrierte wässrige NaHCO3+NH3+NaCl-Lösung und andere Medien. Warten Sie.

1. Ursache

Spannungsrisskorrosion ist ein verzögertes Rissphänomen, das auftritt, wenn Schweißverbindungen in einer bestimmten korrosiven Umgebung Zugspannungen ausgesetzt sind. Spannungsrisskorrosion an Schweißverbindungen aus austenitischem Edelstahl ist eine schwerwiegende Fehlerform von Schweißverbindungen, die sich als Sprödbruch ohne plastische Verformung äußert.

2. Vorbeugende Maßnahmen

(1) Formulieren Sie den Umformungs- und Montageprozess sinnvoll, um den Grad der Kaltverformung zu minimieren, eine erzwungene Montage zu vermeiden und alle Arten von Narben während des Montageprozesses zu verhindern (alle Arten von Montagenarben und Lichtbogenverbrennungen werden zur Rissquelle von SCC, was leicht zu Korrosionsgruben führen kann).

(2) Sinnvolle Auswahl des Schweißzusatzes Die Schweißnaht und das Grundmetall sollten gut zueinander passen und keine Strukturfehler wie Kornvergröberung oder harten, spröden Martensit aufweisen.

(3) Verwenden Sie ein geeignetes Schweißverfahren, um sicherzustellen, dass die Schweißnaht gut geformt ist und keine Spannungskonzentrationen oder Lochfraßfehler wie Einbrandkerben usw. verursacht. Verwenden Sie eine angemessene Schweißreihenfolge, um die Schweißeigenspannung zu verringern. Vermeiden Sie beispielsweise Kreuzschweißnähte, ändern Sie die Y-förmige Nut in eine X-förmige Nut, verringern Sie den Nutwinkel entsprechend, verwenden Sie eine kurze Schweißnaht und verwenden Sie eine geringe Linienenergie.

(4) Wärmebehandlung nach dem Schweißen zum Spannungsabbau, wie z. B. vollständiges Glühen oder Glühen nach dem Schweißen; Hämmern oder Kugelstrahlen nach dem Schweißen wird angewendet, wenn die Wärmebehandlung schwierig durchzuführen ist.

(5) Produktionsmanagementmaßnahmen zur Kontrolle von Verunreinigungen im Medium, wie etwa O2, N2, H2O usw. in flüssigem Ammoniakmedium, H2S in Flüssiggas, O2, Fe3+, Cr6+ usw. in Chloridlösung, Korrosionsschutzbehandlung: wie etwa Beschichtungsschicht, Auskleidung oder kathodischer Schutz usw., Korrosionsinhibitor hinzufügen.

• Versprödung von Schweißverbindungen

Wenn die Schweißnaht aus austenitischem Edelstahl eine Zeit lang auf hohe Temperaturen erhitzt wird, kommt es zu einer Abnahme der Schlagzähigkeit, was als Versprödung bezeichnet wird.

1. Niedrigtemperaturversprödung des Schweißgutes (475-Grad-Versprödung)

(1) Ursache

Die zweiphasige Schweißstruktur enthält mehr Ferritphasen (mehr als 15 % bis 20 %). Nach dem Erhitzen auf 350 bis 500 Grad nehmen die Plastizität und Zähigkeit deutlich ab. Da die Versprödungsgeschwindigkeit bei 475 Grad am höchsten ist, spricht man von 475-Grad-Versprödung.

Bei Schweißverbindungen aus austenitischem Edelstahl ist die Korrosionsbeständigkeit oder Oxidationsbeständigkeit nicht immer die wichtigste Eigenschaft, aber bei niedrigen Temperaturen wird die plastische Zähigkeit des Schweißmetalls zur entscheidenden Eigenschaft.

Um die Anforderungen an die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu erfüllen, wird bei der Schweißstruktur normalerweise versucht, eine einzelne Austenitstruktur zu erhalten, um die Existenz von Deltaferrit zu vermeiden. Das Vorhandensein von Deltaferrit verschlechtert immer die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, und je höher der Gehalt ist, desto schwerwiegender ist diese Versprödung.

(2) Vorbeugende Maßnahmen

①Um die Riss- und Korrosionsbeständigkeit des Schweißmetalls sicherzustellen, sollte die Ferritphase auf einem niedrigen Niveau von etwa 5 % kontrolliert werden.

② Bei 475 Grad versprödete Schweißnähte können durch Abschrecken bei 900 Grad beseitigt werden.

2. Sigmaphasenversprödung von Schweißverbindungen

(1) Ursachen

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).

Durch die Ausfällung der σ-Phase sinkt die Schlagzähigkeit der Schweißnaht stark, was als σ-Phasenversprödung bezeichnet wird. Die σ-Phase tritt im Allgemeinen nur in Schweißnähten mit zweiphasiger Struktur auf; wenn die Betriebstemperatur 800 bis 850 Grad übersteigt, wird die σ-Phase auch in einphasigen Austenitschweißnähten ausgeschieden.

(2) Vorbeugende Maßnahmen

①Begrenzen Sie den Ferritgehalt im Schweißmetall (weniger als 15 %). Verwenden Sie superlegierte Schweißmaterialien, d. h. Schweißmaterialien mit hohem Nickelgehalt, und kontrollieren Sie streng den Gehalt an Cr, Mo, Ti, Nb und anderen Elementen.

② Die kleine Spezifikation wird übernommen, um die Verweilzeit des Schweißmetalls bei hohen Temperaturen zu reduzieren

③ Die ausgeschiedene σ-Phase wird, wenn die Bedingungen es erlauben, einer Mischkristallbehandlung unterzogen, sodass die σ-Phase in Austenit aufgelöst wird.

④Erhitzen Sie die Schweißverbindung auf 1000-1050 Grad und kühlen Sie sie dann schnell ab. Die σ-Phase entsteht in 1Cr18Ni9Ti-Stahl im Allgemeinen nicht.

3. Die Fusionslinie ist spröde

(1) Ursachen

Wenn austenitischer Edelstahl über einen längeren Zeitraum bei hohen Temperaturen verwendet wird, kommt es entlang einiger Körner außerhalb der Schmelzlinie zu Sprödbrüchen.

(2) Präventions- und Kontrollmaßnahmen

Durch die Zugabe von Mo zu Stahl kann die Widerstandsfähigkeit des Stahls gegen spröde Brüche bei hohen Temperaturen verbessert werden.

Durch die obige Analyse können nur durch eine vernünftige Auswahl der oben genannten Schweißprozessmaßnahmen oder Schweißmaterialien die oben genannten Schweißfehler vermieden werden. Austenitischer Edelstahl weist eine ausgezeichnete Schweißbarkeit auf, und zum Schweißen von austenitischem Edelstahl können fast alle Schweißverfahren verwendet werden.

Unter den verschiedenen Schweißverfahren hat das Elektrodenlichtbogenschweißen den Vorteil, dass es sich an verschiedene Positionen und unterschiedliche Plattendicken anpassen lässt, und wird daher häufig verwendet. Im Folgenden werden die Auswahlprinzipien und -methoden für Elektroden aus austenitischem Edelstahl für verschiedene Verwendungszwecke analysiert.

Wichtige Punkte zur Auswahl von Elektroden für austenitischen Edelstahl

Edelstahl wird hauptsächlich wegen seiner Korrosionsbeständigkeit verwendet, wird aber auch als hitzebeständiger Stahl und Niedertemperaturstahl verwendet. Daher muss beim Schweißen von Edelstahl die Leistung der Elektrode dem Zweck des Edelstahls entsprechen. Edelstahlelektroden müssen entsprechend dem Grundmetall und den Arbeitsbedingungen (einschließlich Arbeitstemperatur und Kontaktmedium usw.) ausgewählt werden.

(1) Nummer 1

Im Allgemeinen kann sich die Auswahl der Elektrode auf das Material des Grundmetalls beziehen und die Elektrode mit der gleichen oder einer ähnlichen Zusammensetzung wie das Grundmetall auswählen. Beispielsweise entspricht A102 0Cr18Ni9, A137 entspricht 1Cr18Ni9Ti.

(2) Nummer 2

Da der Kohlenstoffgehalt einen großen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl hat, wird im Allgemeinen eine Edelstahlelektrode gewählt, deren Kohlenstoffgehalt im abgeschiedenen Metall nicht höher ist als der des Grundmetalls. Beispielsweise muss für 316L eine A022-Elektrode verwendet werden.

(3) Nummer 3

Das Schweißgut aus austenitischem Edelstahl muss die erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen. Dies kann durch eine Schweißverfahrensprüfung nachgewiesen werden.

(4) Nummer 4 (Austenitischer hitzebeständiger Stahl)

Bei der Bearbeitung von hitzebeständigem Edelstahl (austenitischem hitzebeständigem Stahl) bei hohen Temperaturen muss die ausgewählte Elektrode vor allem die Heißrissbeständigkeit des Schweißgutes und die Hochtemperaturbeständigkeit der Schweißverbindung erfüllen.

1. Für austenitische hitzebeständige Stähle mit einem Cr/Ni-Verhältnis größer oder gleich 1, wie z. B. 1Cr18Ni9Ti usw., werden im Allgemeinen austenitisch-ferritische Edelstahlelektroden verwendet, und es wird empfohlen, dass das Schweißmetall 2-5 % Ferrit enthält. Wenn der Ferritgehalt zu niedrig ist, ist die Rissbeständigkeit des Schweißmetalls schlecht; wenn er zu hoch ist, kann sich bei längerem Einsatz bei hohen Temperaturen oder Wärmebehandlung leicht eine Sigma-Versprödungsphase bilden, die zu Rissen führt.

Wie A002, A102, A137. In einigen speziellen Anwendungen, wenn ausschließlich austenitisches Schweißmetall erforderlich ist, können Elektroden wie A402, A407 usw. verwendet werden.

2. Für stabile austenitische hitzebeständige Stähle mit 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) Punkt 5 (korrosionsbeständiger Edelstahl)

Bei der Verarbeitung von korrosionsbeständigem Edelstahl in unterschiedlichen korrosiven Medien muss die Elektrode entsprechend dem Medium und der Arbeitstemperatur ausgewählt und ihre Korrosionsbeständigkeit sichergestellt werden (Korrosionsbeständigkeitstest der Schweißverbindungen durchführen).

1. Für Medien mit einer Betriebstemperatur über 300 Grad und starker Korrosivität muss eine Elektrode mit einem Stabilisierungselement aus Ti oder Nb oder Edelstahl mit ultraniedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet werden. Zum Beispiel A137 oder A002 usw.

2. Für das Medium, das verdünnte Schwefelsäure oder Salzsäure enthält, werden häufig Edelstahlelektroden verwendet, die Mo oder Mo und Cu enthalten, wie z. B.: A032, A052 usw.

3. Für Geräte mit schwacher Korrosion oder nur zur Vermeidung von Rostverschmutzung können Edelstahlelektroden ohne Ti oder Nb verwendet werden. Um die Spannungskorrosionsbeständigkeit des Schweißgutes sicherzustellen, werden superlegierte Schweißzusätze verwendet, d. h. der Gehalt an korrosionsbeständigen Legierungselementen (Cr, Ni usw.) im Schweißgut ist höher als der des Grundmetalls. Verwenden Sie beispielsweise Schweißmaterialien vom Typ 00Cr18Ni12Mo2 (wie A022), um 00Cr19Ni10-Schweißteile zu schweißen.

(6) Nummer 6

Bei der Verarbeitung von austenitischem Edelstahl unter Niedertemperaturbedingungen muss die Schlagzähigkeit der Schweißverbindung bei niedriger Temperatur und Betriebstemperatur gewährleistet sein. Daher werden reine austenitische Elektroden verwendet. Beispielsweise A402, A407.

(7) Nummer 7

Es sind auch Elektroden aus nickelbasierten Legierungen erhältlich. Superaustenitischer Edelstahl vom Typ Mo6 wird beispielsweise mit nickelbasierten Schweißzusätzen mit bis zu 9 % Mo geschweißt.

(8) Punkt 8: Auswahl des Elektrodenbeschichtungstyps

1. Da das Schweißgut aus zweiphasigem austenitischem Stahl selbst eine gewisse Menge Ferrit enthält, weist es eine gute Plastizität und Zähigkeit auf. Aus Sicht der Rissbeständigkeit des Schweißguts werden die Basisbeschichtung und die Beschichtungselektrode vom Titan-Kalzium-Typ verglichen. Der Unterschied ist nicht so groß wie bei Kohlenstoffstahlelektroden. Daher wird in praktischen Anwendungen mehr Wert auf die Leistung des Schweißprozesses gelegt und die meisten Elektroden mit dem Beschichtungstypcode 17 oder 16 (wie A102A, A102, A132 usw.) werden verwendet.

2. Nur wenn die strukturelle Steifigkeit sehr hoch oder die Rissbeständigkeit des Schweißmetalls gering ist (z. B. bei einigen martensitischen Chrom-Edelstählen, rein austenitischen Chrom-Nickel-Edelstählen usw.), kann die Wahl des Beschichtungscodes 15 in Betracht gezogen werden. Basisch beschichtete Edelstahlelektroden (z. B. A107, A407 usw.).

Abschließend

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Schweißen von austenitischem Edelstahl seine einzigartigen Eigenschaften hat und die Auswahl der Schweißelektroden für austenitischen Edelstahl besonders bemerkenswert ist. Durch langjährige Praxis wurde bewiesen, dass die oben genannten Maßnahmen verwendet werden können, um unterschiedliche Schweißergebnisse für verschiedene Materialien zu erzielen. Methoden und Elektroden aus verschiedenen Materialien, Edelstahlelektroden müssen entsprechend dem Grundmetall und den Arbeitsbedingungen (einschließlich Arbeitstemperatur und Kontaktmedium usw.) ausgewählt werden. Dies hat für uns eine gute Orientierungsbedeutung, damit die erwartete Schweißqualität erreicht werden kann.