Método de soldadura de acero inoxidable martensítico y acero inoxidable dúplex

1. ¿Qué son el acero inoxidable martensítico y duplex de acero inoxidable?

La microestructura es martensítica a temperatura ambiente y sus propiedades mecánicas pueden ajustarse mediante tratamiento térmico. En términos sencillos, es un tipo de acero inoxidable endurecible. Los grados de acero que pertenecen al acero inoxidable martensítico incluyen 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 3Cr13Mo, 1Cr17Ni2, 2Cr13Ni2, 9Cr18, 9Cr18MoV, etc.

2. Métodos de soldadura comúnmente utilizados

Soldadura El acero inoxidable martensítico se puede soldar mediante varios métodos de soldadura por arco. En la actualidad, la soldadura por arco con electrodo sigue siendo el método principal, pero el uso de soldadura con protección de gas de dióxido de carbono o soldadura con protección de gas mixto de argón y dióxido de carbono puede reducir en gran medida el contenido de hidrógeno en la soldadura, lo que reduce la sensibilidad de la soldadura a agrietamiento en frío.

3. Materiales de soldadura comunes

(1) Electrodos y alambres de acero inoxidable martensítico Cr13

Por lo general, cuando la soldadura tiene requisitos de alta resistencia, el uso de un electrodo y alambre de acero inoxidable martensítico Cr13 puede hacer que la composición química del metal de soldadura sea similar a la del metal base, pero la soldadura tiene una mayor tendencia a agrietarse en frío.

Precauciones:

una. Se requiere precalentamiento antes de soldar, y la temperatura de precalentamiento no debe exceder los 450 °C para evitar la fragilización a 475 °C. Después de la soldadura, se lleva a cabo un tratamiento térmico. El tratamiento térmico posterior a la soldadura consiste en enfriar a 150-200 °C, mantenerlo caliente durante 2 horas para que todas las partes de la austenita se transformen en martensita, y luego realizar inmediatamente un revenido a alta temperatura, calentando a 730-790 °C. , y luego el tiempo de retención es cada 1 mm de espesor de la placa es de 10 min, pero no menos de 2 h, y finalmente se enfría por aire.

b. Para evitar grietas, el contenido de S y P en los electrodos y alambres debe ser inferior al 0.015 %, y el contenido de Si no debe ser superior al 0.3 %. El aumento en el contenido de Si promueve la formación de ferrita primaria gruesa, lo que resulta en una disminución de la plasticidad de la junta. El contenido de carbono generalmente debe ser menor que el del metal base, lo que puede reducir la templabilidad.

(2) Electrodos y alambres de acero inoxidable austenítico Cr-Ni

El metal de soldadura tipo acero austenítico Cr-Ni tiene buena plasticidad, lo que puede aliviar el estrés generado durante la transformación martensítica en la zona afectada por el calor. Además, la soldadura de acero inoxidable austenítico Cr-Ni tiene una alta solubilidad en hidrógeno, lo que puede reducir la difusión de hidrógeno desde el metal de soldadura a la zona afectada por el calor y prevenir eficazmente las grietas en frío, por lo que no se requiere precalentamiento. Sin embargo, la resistencia de la soldadura es baja y no puede mejorarse mediante un tratamiento térmico posterior a la soldadura.

4. Problemas comunes de soldadura

(1) soldadura de grietas en frío

Debido al alto contenido de cromo del acero inoxidable martensítico, su templabilidad mejora considerablemente. Independientemente del estado original antes de la soldadura, la soldadura siempre producirá una estructura de martensita en el área cercana a la costura. A medida que aumenta la tendencia al endurecimiento, la junta también es más sensible al agrietamiento en frío, especialmente en presencia de hidrógeno, y el acero inoxidable martensítico también producirá un agrietamiento retardado inducido por hidrógeno más peligroso.

la medida:

1) La velocidad de enfriamiento se puede reducir utilizando una corriente de soldadura con una gran energía de línea y una gran corriente de soldadura;

2) Para diferentes tipos de acero, la temperatura entre capas es diferente, generalmente no inferior a la temperatura de precalentamiento;

3) Enfríe lentamente a 150-200 °C después de soldar y realice un tratamiento térmico posterior a la soldadura para eliminar la tensión residual de la soldadura, eliminar el hidrógeno difuso en la junta y mejorar la estructura y el rendimiento de la junta.

(2) Fragilización de la zona afectada por el calor

El acero inoxidable martensítico, especialmente el acero inoxidable martensítico con mayor cantidad de elementos formadores de ferrita, tiene una mayor tendencia al crecimiento de grano. Cuando la tasa de enfriamiento es pequeña, la ferrita gruesa y los carburos se producen fácilmente en la zona afectada por el calor de la soldadura; cuando la velocidad de enfriamiento es alta, la zona afectada por el calor se endurecerá y formará martensita gruesa. Estas estructuras gruesas reducen la plasticidad y la tenacidad de la zona soldada afectada por el calor del acero inoxidable martensítico y provocan la fragilización.

la medida:

1) Controlar una tasa de enfriamiento razonable;

2) Elija la temperatura de precalentamiento razonablemente, y la temperatura de precalentamiento no debe exceder los 450 °C, de lo contrario, las juntas pueden quebrarse a 475 °C si se exponen a altas temperaturas durante mucho tiempo;

3) Selección razonable de materiales de soldadura para ajustar la composición de la soldadura para evitar en lo posible la generación de ferrita gruesa en la soldadura.

5. Proceso de soldadura

1) Precalentamiento antes de soldar

El precalentamiento antes de la soldadura es la principal medida tecnológica para evitar las fisuras en frío. Cuando la fracción de masa de C es 0.1%~0.2%, la temperatura de precalentamiento es 200~260°C, y se puede precalentar a 400~450°C para soldaduras de alta rigidez.

2) Enfriamiento después de soldar

Después de soldar, la pieza soldada no debe templarse directamente desde la temperatura de soldadura, porque la austenita puede no transformarse completamente durante el proceso de soldadura. Si la temperatura se eleva y se templa inmediatamente después de la soldadura, los carburos se precipitarán a lo largo del límite de grano de austenita y la transformación de austenita en perlita produce una estructura de grano grueso que reduce seriamente la tenacidad. Por lo tanto, la soldadura debe enfriarse antes del revenido, de modo que la austenita en la zona de soldadura y afectada por el calor se descomponga básicamente. Para soldaduras con poca rigidez, se puede enfriar a temperatura ambiente y luego templar; para soldaduras de gran espesor se requiere un proceso más complicado; después de soldar, enfríe a 100-150°C, manténgalo caliente durante 0.5-1 h y luego caliente hasta la temperatura de templado.

3) Tratamiento térmico posterior a la soldadura

El propósito es reducir la dureza de la soldadura y la zona afectada por el calor, mejorar la plasticidad y la tenacidad y, al mismo tiempo, reducir la tensión residual de la soldadura. El tratamiento térmico posterior a la soldadura se divide en templado y recocido completo. La temperatura de templado es de 650-750 °C, se mantiene durante 1 hora y se enfría al aire; si es necesario mecanizar la pieza soldada después de la soldadura, para obtener la dureza más baja, se puede utilizar el recocido completo. La temperatura de recocido es de 830-880°C y la conservación del calor es de 2 horas. Luego aire fresco.

4) Selección de varilla de soldadura

Los electrodos para soldar acero inoxidable martensítico se dividen en dos categorías: electrodos de acero inoxidable al cromo y electrodos de acero inoxidable austenítico al cromo-níquel. Los electrodos de acero inoxidable al cromo comúnmente utilizados son E1-13-16 (G202) y E1-13-15 (G207); Los electrodos de acero inoxidable austenítico de cromo-níquel comúnmente utilizados son E0-19-10-16 (A102), E0-19-10-15 (A107), E0-18-12Mo2-16 (A202), E0-18-12Mo2-15 (A207), etc

Soldadura de acero inoxidable dúplex

1. Soldabilidad del acero inoxidable dúplex

La soldabilidad de duplex de acero inoxidable combina las ventajas del acero austenítico y el acero ferrítico y reduce sus respectivas deficiencias.

(1) La sensibilidad a las grietas en caliente es mucho menor que la del acero austenítico;

(2) La sensibilidad a las grietas en frío es mucho menor que la del acero general de baja aleación y alta resistencia;

(3) Después de que se enfría la zona afectada por el calor, siempre se retiene más ferrita, lo que aumenta la tendencia a la corrosión y la susceptibilidad al agrietamiento inducido por hidrógeno (fragilidad);

(4) Las uniones soldadas de acero inoxidable dúplex pueden precipitar la fragilización de la fase δ. La fase δ es un compuesto intermetálico de Cr y Fe. Su temperatura de formación oscila entre los 600 y los 1000 °C. Los distintos tipos de acero presentan distintas temperaturas para formar la fase δ;

(5) El acero inoxidable dúplex contiene 50 % de ferrita, que también es frágil a 475 °C, pero no es tan sensible como el acero inoxidable ferrítico;

2. Selección del método de soldadura

La soldadura TIG es la primera opción para soldadura de acero dúplex, seguido de soldadura por arco con electrodo. Cuando se usa soldadura por arco sumergido, la entrada de calor y la temperatura entre capas deben controlarse estrictamente, y deben evitarse grandes tasas de dilución.

Tenga en cuenta:

Cuando se utiliza soldadura TIG, es recomendable agregar 1-2% de nitrógeno al gas de protección (si N supera el 2%, aumentará la tendencia de los poros y el arco será inestable), para que el metal de soldadura absorba nitrógeno (para evitar el área superficial de la soldadura de la difusión de la pérdida de nitrógeno), lo que conduce a estabilizar la fase austenita en la unión soldada.

3. Selección de consumibles de soldadura

Los consumibles de soldadura con elementos formadores de austenita superiores (Ni, N, etc.) se seleccionan para promover la transformación de ferrita en austenita en la soldadura.

El acero 2205 usa principalmente alambre o varilla de soldadura 22.8.3L, y el acero 2507 usa principalmente alambre de soldadura 25.10.4L o varilla de soldadura 25.10.4R.

4. Puntos de soldadura

(1) Control del proceso térmico de soldadura La energía térmica de soldadura, la temperatura de la capa intermedia, el precalentamiento y el grosor del material afectarán la velocidad de enfriamiento durante la soldadura, lo que afectará la estructura y el rendimiento de la soldadura y la zona afectada por el calor. Para obtener las mejores propiedades del metal de soldadura, se recomienda que la temperatura máxima entre pases se controle a 100°C. Cuando se requiere tratamiento térmico después de la soldadura, la temperatura entre pasadas puede no estar limitada.

(2) Tratamiento térmico posterior a la soldadura Es mejor no acero inoxidable dúplex con tratamiento térmico después de soldar. Cuando se requiere un tratamiento térmico después de la soldadura, el método de tratamiento térmico utilizado es el enfriamiento rápido con agua. Durante el tratamiento térmico, el calentamiento debe ser lo más rápido posible y el tiempo de mantenimiento a la temperatura del tratamiento térmico es de 5 a 30 minutos, lo que debería ser suficiente para restablecer el equilibrio de fase. La oxidación del metal es muy grave durante el tratamiento térmico y se debe considerar la protección con gas inerte.