Austenitni nehrđajući čelicitipično posjeduju mikrostrukturu koja se sastoji od čistog austenita na sobnoj temperaturi; međutim, neke varijante sadrže malu količinu ferita, što pomaže u sprječavanju vrućih pukotina. Zbog svoje izvrsne zavarljivosti, austenitni nehrđajući čelici naširoko se koriste u industrijama kao što su kemijska obrada i proizvodnja tlačnih posuda za naftni sektor. Unatoč tome, ako se postupci zavarivanja izvode nepropisno, austenitni nehrđajući čelici osjetljivi su na razne probleme, uključujući interkristalnu koroziju, vruće pukotine, pucanje od korozije uslijed naprezanja i loše formiranje zavarenog spoja.
Koji su problemi zavarivanja povezani s austenitnim nehrđajućim čelikom?
I. Interkristalna korozija
a. Uzroci interkristalne korozije
Interkristalna korozija se javlja na granicama zrna; stoga se naziva interkristalna korozija. Predstavlja jedan od najopasnijih oblika degradacije austenitnih nehrđajućih čelika. Karakterizira ga korozija koja prodire duboko u metal duž granica zrna, što rezultira smanjenjem mehaničkih svojstava i otpornosti metala na koroziju.
Kada se austenitni nehrđajući čelik drži unutar temperaturnog raspona od 450 stupnjeva do 850 stupnjeva određeno razdoblje, kromovi karbidi (Cr23C6) talože se na granicama zrna. Krom potreban za ovo taloženje primarno se crpi iz površinskih slojeva zrna; ako krom iz unutrašnjosti zrna ne može dovoljno brzo difundirati prema van da obnovi ove površinske slojeve, sadržaj kroma na granicama zrna-točnije u površinskim slojevima zrna-će pasti, stvarajući "zonu-osiromašenu kromom." Pod utjecajem agresivnih korozivnih medija, te krom-osiromašene zone na granicama zrna postaju osjetljive na napade, što rezultira interkristalnom korozijom. Nehrđajući čelik pod utjecajem interkristalne korozije možda neće pokazivati vidljive promjene na površini; međutim, kada se podvrgne naprezanju, slomit će se duž granica zrna, što će rezultirati gotovo potpunim gubitkom strukturne čvrstoće.
b. Mjere za sprječavanje interkristalne korozije
Odaberite elektrode za zavarivanje od nehrđajućeg čelika s ultra-niskim sadržajem ugljika (C manji ili jednak 0,03%) ili one koje sadrže stabilizirajuće elemente kao što su titan ili niobij.
Upotrijebite parametre zavarivanja s "niskim-unosom-topline". Cilj je minimizirati vrijeme zadržavanja unutar kritičnog temperaturnog raspona (450 stupnjeva – 850 stupnjeva). To se postiže korištenjem niske struje zavarivanja, velikim brzinama kretanja, kratkim duljinama luka i izbjegavanjem poprečnih tkanja. Metode prisilnog hlađenja (npr. upotrebom bakrenih potpornih ploča ili hlađenja vodom) mogu se primijeniti na zavareni šav kako bi se ubrzala brzina hlađenja zavarenog spoja i smanjila veličina zone pod utjecajem topline (HAZ).
U-višeprolaznom zavarivanju, temperatura između-prolaza mora biti strogo kontrolirana; prethodni zavareni spoj treba pustiti da se ohladi ispod 60 stupnjeva prije nanošenja sljedećeg zavara. Zavareni šav na strani komponente koja će biti u kontaktu s korozivnim medijem treba biti zavaren posljednji. Treba izvesti tretman otopinom nakon zavarivanja: obradak se zagrijava na temperaturu između 1050 stupnjeva i 1150 stupnjeva, nakon čega slijedi kaljenje. Ovaj proces uzrokuje ponovno otapanje taloga Cr23C6 na granicama zrna u unutrašnjosti zrna, čime se obnavlja jednolika austenitna mikrostruktura.
II. Vruće pucanje
Uzroci vrućeg pucanja
Veliki temperaturni interval između linija likvidusa i solidusa-što znači širok temperaturni raspon tijekom procesa skrućivanja-dovodi do oštre segregacije nečistoća niske-tališta-koje se teže koncentrirati na granicama zrna. Nadalje, visoki koeficijent toplinskog širenja rezultira značajnim naprezanjima tijekom hlađenja i skupljanja.
Mjere za kontrolu vrućeg pucanja
Kontrolirati mikrostrukturu metala šava; u idealnom slučaju, metal za zavarivanje trebao bi pokazivati dupleksnu strukturu, s održavanim sadržajem ferita na ili ispod 3%–5%. To je zato što ferit ima sposobnost otapanja značajnih količina štetnih nečistoća kao što su sumpor (S) i fosfor (P). Kontrolirajte kemijski sastav; smanjenje sadržaja nikla, ugljika, sumpora i fosfora u metalu šava-dok se povećavaju razine elemenata kao što su krom, molibden, silicij i mangan-može učinkovito smanjiti pojavu vrućih pukotina.
Odaberite odgovarajuću vrstu premaza elektrode. Korištenje elektroda obloženih -vodikom-pospješuje usitnjavanje zrna u metalu zavara, smanjuje segregaciju nečistoća i povećava otpornost na pukotine. Nasuprot tome, elektrode obložene kiselim -tipom imaju snažna oksidacijska svojstva, što dovodi do značajnog sagorijevanja-elemenata legure i posljedičnog smanjenja otpornosti na pukotine; štoviše, rezultiraju krupno{6}}zrnatim strukturama, čineći zavar vrlo osjetljivim na vruće pukotine. Upotrijebite odgovarajuće parametre zavarivanja i brzine hlađenja. Koristite "hladne" parametre zavarivanja-točnije malu struju i veliku brzinu kretanja-kako biste spriječili pregrijavanje bazena za zavarivanje i omogućili brzo hlađenje; ovo smanjuje segregaciju i poboljšava otpornost na pukotine. Kod više{12}}prolaznog zavarivanja, strogo kontrolirajte međuprolaznu temperaturu; uvjerite se da se prethodni zavar ohladio na 60 stupnjeva prije postavljanja sljedećeg zavara.
III. Pucanje uslijed korozije naprezanja
Uzroci pucanja uslijed korozije
Naponsko korozijsko pucanje (SCC) je fenomen odgođenog pucanja koji se javlja u zavarenim spojevima kada su podvrgnuti vlačnom naprezanju unutar specifičnog korozivnog okruženja. U zavarenim spojevima od austenitnog nehrđajućeg čelika, SCC predstavlja posebno ozbiljan oblik kvara, koji se očituje kao krti lom koji nije popraćen nikakvom makroskopskom plastičnom deformacijom.
Mjere protiv naprezanja od korozije
Uspostavite odgovarajuće postupke oblikovanja, obrade i sastavljanja kako biste što je više moguće sveli -inducirane deformacije hlađenjem; izbjegavati prisilnu montažu; i spriječiti uvođenje raznih površinskih defekata tijekom procesa sastavljanja (budući da razne ogrebotine-povezane sa sastavljanjem i lučni udari mogu poslužiti kao mjesta za početak pukotina za SCC i skloni su razvoju u korozijske jame). Pažljivo birajte dodatke za zavarivanje. Metal za zavarivanje i osnovni metal trebaju biti dobro-usklađeni kako bi se spriječilo stvaranje nepoželjnih mikrostruktura-kao što je grubo zrno ili tvrdi, lomljivi martenzit. Primijenite odgovarajuće postupke zavarivanja. Pobrinite se da rub zavara ima dobru morfologiju, bez nedostataka koji bi mogli izazvati koncentraciju naprezanja ili udubljenja (npr., potkopavanje); nadalje, usvojite racionalan redoslijed zavarivanja kako biste smanjili zaostala naprezanja zavarivanja. Provedite tretmane-za ublažavanje stresa. To obično uključuje toplinske tretmane nakon -zavarivanja, kao što je potpuno žarenje ili žarenje; u slučajevima kada je toplinsku obradu teško izvesti, mogu se primijeniti alternativne metode-kao što su-naknadno zavarivanje ili pjeskarenje-.
IV. Loše formiranje zrna zavara
a. Uzroci lošeg formiranja zrna zavara
Kod zavarivanja austenitnog nehrđajućeg čelika, visok sadržaj legirajućih elemenata u metalu zavara rezultira slabom fluidnošću zavarene kupke, što često dovodi do lošeg oblikovanja površine zavarenog zrna. To se prvenstveno očituje kao oštećena tvorba na stražnjoj strani korijenskog prolaza i hrapava površina na kapici prolaza. Iako utjecaj loše formacije površine na performanse zavara nije osobito očit u radnim uvjetima okoline ili visoke-temperature, u uvjetima niske-temperature, koncentracije naprezanja izazvane takvim nedostacima mogu utjecati na performanse zavara na niskim-temperaturama jednako značajno kao i unutarnji nedostaci zavara.
b. Mjere za slabo formiranje zavara
Problemi u vezi s lošim formiranjem zavarenog spoja-kao i problem interkristalne korozije unutar-zone pod utjecajem topline (HAZ)-mogu se učinkovito riješiti optimizacijom procesa zavarivanja. Konkretno, primjena elektrolučnog zavarivanja s plinskim volframom (GTAW) za korijenski prolaz, u kombinaciji s upotrebom niskog unosa topline zavarivanja, omogućuje učinkovitu kontrolu nad opsegom do kojeg je ZUT izložen temperaturnom rasponu osjetljivosti.
zaključak
Austenitni nehrđajući čelik široko je korišten materijal u kemijskoj i petrokemijskoj industriji; međutim, njegovo zavarivanje podložno je četirima primarnim vrstama nedostataka-kao što su interkristalna korozija i vruće pukotine-čiji su temeljni uzroci uvelike povezani s kontrolom temperature, segregacijom elemenata i zaostalim naprezanjem. U najboljem slučaju, ovi problemi samo kompromitiraju morfologiju zavara; u najgorem slučaju, drastično degradiraju performanse materijala ili čak izazivaju krti lom. Posljedično, učinkovite strategije prevencije i kontrole zahtijevaju sveobuhvatno upravljanje u više faza-uključujući odabir elektrode, optimizaciju parametara zavarivanja i-obradu nakon zavarivanja-s preciznom kontrolom unosa topline koja služi kao kritična žarišna točka.