Зварювання нержавіючих сталей
Вважається, що нержавіючі сталі мають хорошу зварюваність порівняно з багатьма іншими металами і можуть бути успішно зварені, використовуючи ряд різних методів зварювання при правильних налаштуваннях та умовах.
Аустенітні нержавієві сталі
Взагалі, аустенітні нержавіючі сталі не схильні до розтріскування після зварювання. Оскільки вони не загартуються при охолодженні, вони мають хорошу міцність і пластичність і не потребують попередньої або післяопірної термічної обробки. Однак у деяких випадках розтріскування може відбуватися в зваренні (або наповнювачі) металу або тепло, ураженій зоні (HAZ).
Повністю аустенітні структури більш сприйнятливі до зварювання металевого затвердіння, ніж структури з невеликою кількістю фериту, оскільки повністю аустенітні структури більш сприйнятливі до розтріскування, ніж структури з невеликою кількістю фериту. Повністю аустенітні оцінки включають 310, 320 та 330. Наприклад, 316 сплав містить від 3% до 10% фериту. Fermonic 50 (XM -19, UNS S20910, 1.3964, Nitronic 50), Fermonic 60 (UNS S21800, Nitronic 60) та 254 сплавів (UNS S31254, 1.4547, 254smo, 6mo) також містять невелику кількість фериту. Невелика кількість мікроструктури фериту здатна розчиняти домішки, які можуть спричинити міждендритне розтріскування або низьке утворення сегрегації температури плавлення. Ці домішки пов'язані з наявністю фосфору або сірки, які вважаються елементами бродяги, оскільки вони навмисно додаються, але поглинаються від стартового брухту, сировини та процесів.
Наявність вуглецю в аустенітних нержавіючих сталем може спричинити міжгранулярну корозію в зоні зварювального металу або тепла (HAZ) після зварювання. Карбіди хрому утворюються на межах зерна аустенітних нержавіючих сталей у температурному діапазоні 550–900 ° C. Це означає, що вміст хрому в області, що оточує карбіди, зменшується, оскільки дифузія хрому в батьківському металі дуже повільна. Тому ці ділянки з нижчим вмістом хрому мають меншу резистентність до корозії, і будь -яка корозію, швидше за все, розпочнеться тут. Це явище може бути спричинене температурою під час зварювання і відоме як сенсибілізація.
Нижній вміст вуглецю зменшує ймовірність сенсибілізації після зварювання. Тому багато стандартних оцінок мають значно нижчий вміст вуглецю, наприклад, сплав 316L (вміст вуглецю <0. 0} 3%) та 316 сплав (вміст вуглецю <0,08%) ще нижчий.
Стабілізовані оцінки (такі як сплав 316Ti) покращили властивості високої температури за допомогою додавання титану. Це також зменшує сенсибілізацію, оскільки будь -який вуглець, присутній у металі, переважно поєднуватиметься з титаном, а не хромом.
Нарешті, якщо аустенітні нержавіючі сталі піддаються високій температурі 550-900 ° C протягом тривалого часу, невелика кількість фериту в них може утворювати шкідливі сигма -фази. Цей механізм описаний нижче для дуплексних нержавіючих сталей.
Дуплексні та супер дуплексні нержавієві сталі
Як і у найпоширеніших аустенітних нержавіючих сталей, наявність невеликої кількості фериту в мікроструктурі допомагає зменшити ймовірність гарячого розтріскування під час зварювання. Це, безумовно, не проблема, враховуючи, що дуплекс та супер дуплексні нержавіючі сталі мають майже однакові пропорції аустеніту та фериту. Тому дуплексні сталі легко зварювати, але процес зварювання повинен бути перевірений та контрольований, щоб уникнути створення небажаної мікроструктури.
Основна проблема дуплексних нержавіючих сталей - це їх тенденція до формування мікроструктури сигми фази шляхом перетворення фериту. Ця трансформація відбувається в діапазоні температур і часів, що найкраще показати на схемі TTT (температурна трансформація часу). Сигма-фаза-це немагнітна інтерметалічна фаза, яка багата залізом та хромом. Площа, що оточує сигма -фазу, має нижчий вміст хрому і, отже, набагато менш стійкий до корозії. Крім того, перетворення фериту до сигми -фази може утворюватися порожнечі, що може призвести до появи тріщин і значно знизити механічну міцність, особливо ударну міцність. Тому відмінна корозійна стійкість та механічні властивості дуплексних та супер дуплексних нержавіючих сталей повністю втрачаються, якщо піддаються впливу високих температур.
На графіку TTT показано, що Ferralium 255 (UNS S32550, F61, 1.4507) є дещо рідше утворювати фазу Sigma, ніж такі сорти, як S32750 (F55, 1.4501, Zeron 100), S32750 (F53, 1.4410, SAF2507), або S32205 (F51, 1.4462, Dup2507), 222205.
Щоб уникнути утворення сигми фази, умови зварювання повинні контролюватися для обмеження часу підтримується температура зварювання. Як показано на графіку TTT, Sigma Fase може утворюватися за відносно короткий час при температурі навколо 800-900 градусів Цельсія. Завдяки великому розміру батьківського матеріалу відносно зони зварювання, тепло зварювання зазвичай швидко розсіюється. Зварювання протягом більш тривалого часу при менших температурах з часом призведе до тієї ж мікроструктурної трансформації. Тому для мультипасового зварювання важливо обмежити температуру зварювання. Цього можна досягти за рахунок зменшення введення тепла зварювання та забезпечення трохи охолодження або пауз між проходами зварювання.
Ще одним головним викликом у зварюванні дуплекс та супер дуплексних нержавіючих сталей є підтримка збалансованого аустеніту: феритова мікроструктура. У зоні зварного металу зазвичай відбувається втрата азоту. Оскільки азот є стабілізатором аустеніту, втрата азоту в зоні зварювання призводить до збільшення частки фериту, що призводить до втрати механічних та корозійних властивостей. Це можна подолати, вибравши надмірно сплетений метал наповнювача, тобто один із більш високим вмістом нікелю (інший стабілізатор аустеніту), або за допомогою азоту в якості самого екрануючого газу, так що метал зварного шва поглинає невелику кількість азоту.
