Méthode de soudage de l'acier inoxydable martensitique et de l'acier inoxydable duplex

1. Qu'est-ce que l'acier inoxydable martensitique et acier inoxydable duplex?

La microstructure est martensitique à température ambiante, et ses propriétés mécaniques peuvent être ajustées par traitement thermique. En termes simples, il s'agit d'un type d'acier inoxydable durcissable. Les nuances d'acier appartenant à l'acier inoxydable martensitique comprennent 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 3Cr13Mo, 1Cr17Ni2, 2Cr13Ni2, 9Cr18, 9Cr18MoV, etc.

2. Méthodes de soudage couramment utilisées

L'acier inoxydable martensitique peut être soudé par diverses méthodes de soudage à l'arc. À l'heure actuelle, le soudage à l'arc à l'électrode est toujours la principale méthode, mais l'utilisation du soudage sous protection gazeuse au dioxyde de carbone ou du soudage sous protection gazeuse mixte argon et dioxyde de carbone peut réduire considérablement la teneur en hydrogène dans la soudure, réduisant ainsi la sensibilité de la soudure à fissuration à froid.

3. Matériaux de soudage courants

(1) Électrodes et fils en acier inoxydable martensitique Cr13

Habituellement, lorsque la soudure a des exigences de résistance élevées, l'utilisation d'une électrode et d'un fil en acier inoxydable martensitique Cr13 peut rendre la composition chimique du métal soudé similaire à celle du métal de base, mais la soudure a une plus grande tendance à se fissurer à froid.

Précautions:

une. Un préchauffage avant le soudage est nécessaire et la température de préchauffage ne doit pas dépasser 450°C pour éviter la fragilisation à 475°C. Après le soudage, un traitement thermique est effectué. Le traitement thermique post-soudage consiste à refroidir à 150-200°C, à maintenir au chaud pendant 2 heures afin que toutes les parties de l'austénite se transforment en martensite, puis à effectuer immédiatement un revenu à haute température, en chauffant à 730-790°C , puis le temps de maintien est de 1 min d'épaisseur de plaque de 10 mm, mais pas moins de 2 h, et enfin refroidi à l'air.

b. Afin d'éviter les fissures, la teneur en S et P dans les électrodes et les fils doit être inférieure à 0.015 % et la teneur en Si ne doit pas être supérieure à 0.3 %. L'augmentation de la teneur en Si favorise la formation de ferrite primaire grossière, entraînant une diminution de la plasticité du joint. La teneur en carbone doit généralement être inférieure à celle du métal de base, ce qui peut réduire la trempabilité.

(2) Électrodes et fils en acier inoxydable austénitique Cr-Ni

Le métal fondu de type acier austénitique Cr-Ni présente une bonne plasticité, ce qui permet de soulager la contrainte générée lors de la transformation martensitique dans la zone affectée thermiquement. De plus, la soudure en acier inoxydable austénitique Cr-Ni a une solubilité élevée pour l'hydrogène, ce qui peut réduire la diffusion de l'hydrogène du métal fondu vers la zone affectée par la chaleur et prévenir efficacement les fissures à froid, de sorte qu'un préchauffage n'est pas nécessaire. Cependant, la résistance de la soudure est faible et ne peut pas être améliorée par un traitement thermique post-soudure.

4. Problèmes de soudage courants

(1) soudure fissure à froid

En raison de la forte teneur en chrome de l'acier inoxydable martensitique, sa trempabilité est grandement améliorée. Quel que soit l'état d'origine avant le soudage, le soudage produira toujours une structure de martensite dans la zone proche du joint. À mesure que la tendance au durcissement augmente, le joint est également plus sensible à la fissuration à froid, en particulier en présence d'hydrogène, et l'acier inoxydable martensitique produira également une fissuration retardée induite par l'hydrogène plus dangereuse.

mesure:

1) La vitesse de refroidissement peut être ralentie en utilisant un courant de soudage avec une grande énergie de ligne et un grand courant de soudage ;

2) Pour différents types d'acier, la température entre les couches est différente, généralement pas inférieure à la température de préchauffage ;

3) Refroidissez lentement à 150-200 ° C après le soudage et effectuez un traitement thermique après soudage pour éliminer les contraintes résiduelles de soudage, éliminer l'hydrogène diffusé dans le joint et améliorer la structure et les performances du joint.

(2) Fragilisation de la zone affectée thermiquement

L'acier inoxydable martensitique, en particulier l'acier inoxydable martensitique avec des éléments de formation de ferrite plus élevés, a une plus grande tendance à la croissance des grains. Lorsque la vitesse de refroidissement est faible, de la ferrite grossière et des carbures sont facilement produits dans la zone de soudage affectée par la chaleur ; lorsque la vitesse de refroidissement est élevée, la zone affectée par la chaleur durcira et formera de la martensite grossière. Ces structures grossières réduisent la plasticité et la ténacité de la zone soudée affectée par la chaleur de l'acier inoxydable martensitique et provoquent une fragilisation.

mesure:

1) Contrôler un taux de refroidissement raisonnable ;

2) Choisissez la température de préchauffage raisonnablement, et la température de préchauffage ne doit pas dépasser 450°C, sinon, les joints peuvent être fragilisés à 475°C s'ils sont exposés à des températures élevées pendant une longue période ;

3) Sélection raisonnable des matériaux de soudage pour ajuster la composition de la soudure afin d'éviter autant que possible la génération de ferrite grossière dans la soudure.

5. Processus de soudage

1) Préchauffage avant soudage

Le préchauffage avant le soudage est la principale mesure technologique pour prévenir les fissures à froid. Lorsque la fraction massique de C est de 0.1 % à 0.2 %, la température de préchauffage est de 200 à 260 °C et elle peut être préchauffée à 400 à 450 °C pour des soudures à haute rigidité.

2) Refroidissement après soudage

Après le soudage, la soudure ne doit pas être trempée directement à partir de la température de soudage, car l'austénite peut ne pas être complètement transformée pendant le processus de soudage. Si la température est augmentée et trempée immédiatement après le soudage, les carbures précipiteront le long de la limite des grains d'austénite et la transformation de l'austénite en perlite produit une structure à gros grains qui réduit considérablement la ténacité. Par conséquent, la soudure doit être refroidie avant le revenu, de sorte que l'austénite dans la soudure et la zone affectée thermiquement soit essentiellement décomposée. Pour les soudures à faible rigidité, il peut être refroidi à température ambiante puis revenu; pour les soudures de grande épaisseur, un processus plus compliqué est nécessaire; après le soudage, refroidir à 100-150 °C, garder au chaud pendant 0.5 à 1 h, puis chauffer à la température de revenu.

3) Traitement thermique post-soudure

Le but est de réduire la dureté de la soudure et de la zone affectée par la chaleur, d'améliorer la plasticité et la ténacité et de réduire en même temps la contrainte résiduelle de soudage. Le traitement thermique post-soudage est divisé en revenu et recuit complet. La température de trempe est de 650 à 750 ° C, maintenez pendant 1 heure et refroidissez à l'air; si la soudure doit être usinée après le soudage, afin d'obtenir la dureté la plus faible, un recuit complet peut être utilisé. La température de recuit est de 830 à 880 ° C et la conservation de la chaleur est de 2 heures. Puis refroidir à l'air.

4) Sélection de la baguette de soudure

Les électrodes pour le soudage des aciers inoxydables martensitiques sont divisées en deux catégories : les électrodes en acier inoxydable au chrome et les électrodes en acier inoxydable austénitique au chrome-nickel. Les électrodes en acier inoxydable au chrome couramment utilisées sont E1-13-16 (G202) et E1-13-15 (G207); les électrodes en acier inoxydable austénitique au chrome-nickel couramment utilisées sont E0-19-10-16 (A102), E0-19-10-15 (A107), E0-18-12Mo2-16 (A202), E0-18-12Mo2-15 (A207), etc...

Soudage d'acier inoxydable duplex

1. Soudabilité de l'acier inoxydable duplex

La soudabilité de acier inoxydable duplex combine les avantages de l'acier austénitique et de l'acier ferritique et réduit leurs défauts respectifs.

(1) La sensibilité aux fissures à chaud est beaucoup plus faible que celle de l'acier austénitique ;

(2) La sensibilité aux fissures à froid est beaucoup plus faible que celle de l'acier à haute résistance faiblement allié en général ;

(3) Après que la zone affectée par la chaleur est refroidie, plus de ferrite est toujours retenue, augmentant ainsi la tendance à la corrosion et la susceptibilité à la fissuration induite par l'hydrogène (fragilité);

(4) Les joints soudés en acier inoxydable duplex peuvent précipiter la fragilisation en phase δ. La phase δ est un composé intermétallique de Cr et Fe. Sa température de formation varie de 600 à 1000 ° C. Différents types d'acier ont des températures différentes pour former la phase δ ;

(5) L'acier inoxydable duplex contient 50 % de ferrite, qui présente également une fragilité à 475 °C, mais n'est pas aussi sensible que l'acier inoxydable ferritique ;

2. Sélection de la méthode de soudage

Le soudage TIG est le premier choix pour soudure acier duplex, suivi d'un soudage à l'arc à l'électrode. Lorsque le soudage à l'arc submergé est utilisé, l'apport de chaleur et la température de la couche intermédiaire doivent être strictement contrôlés et les taux de dilution élevés doivent être évités.

Avis:

Lors de l'utilisation du soudage TIG, il est conseillé d'ajouter 1-2% d'azote au gaz de protection (si N dépasse 2%, cela augmentera la tendance des pores et l'arc est instable), de sorte que le métal de soudure absorbe l'azote (pour éviter la surface de la soudure par diffusion des pertes d'azote), ce qui est propice à la stabilisation de la phase austénitique dans le joint soudé.

3. Sélection des consommables de soudage

Les consommables de soudage à éléments austénitiques supérieurs (Ni, N...) sont sélectionnés pour favoriser la transformation de la ferrite en austénite dans la soudure.

L'acier 2205 utilise principalement une baguette ou un fil à souder 22.8.3L, et l'acier 2507 utilise principalement un fil à souder 25.10.4L ou une baguette à souder 25.10.4R.

4. Points de soudure

(1) Contrôle du processus thermique de soudage L'énergie thermique de soudage, la température de la couche intermédiaire, le préchauffage et l'épaisseur du matériau affecteront tous la vitesse de refroidissement pendant le soudage, affectant ainsi la structure et les performances de la soudure et de la zone affectée par la chaleur. Afin d'obtenir les meilleures propriétés du métal fondu, il est recommandé de contrôler la température maximale entre passes à 100°C. Lorsqu'un traitement thermique est nécessaire après le soudage, la température entre passes peut ne pas être limitée.

(2) Traitement thermique après soudage Il est préférable de ne pas en acier inoxydable duplex traité thermiquement après soudage. Lorsqu'un traitement thermique est nécessaire après le soudage, la méthode de traitement thermique utilisée est la trempe à l'eau. Lors du traitement thermique, le chauffage doit être le plus rapide possible, et le temps de maintien à la température de traitement thermique est de 5 à 30 minutes, ce qui doit être suffisant pour rétablir l'équilibre des phases. L'oxydation des métaux est très grave lors du traitement thermique et une protection par gaz inerte doit être envisagée.