Метод сварки мартенситной нержавеющей стали и дуплексной нержавеющей стали

1. Что такое мартенситная нержавеющая сталь и дуплексная нержавеющая сталь?

Микроструктура является мартенситной при комнатной температуре, а ее механические свойства можно регулировать путем термообработки. С точки зрения непрофессионала, это тип закаливаемой нержавеющей стали. Марки стали, относящиеся к мартенситной нержавеющей стали, включают 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 3Cr13Mo, 1Cr17Ni2, 2Cr13Ni2, 9Cr18, 9Cr18MoV и др.

2. Обычно используемые методы сварки

Сварка Мартенситная нержавеющая сталь может быть сварена различными методами дуговой сварки. В настоящее время электродуговая сварка по-прежнему является основным методом, но использование сварки в среде защитного газа с углекислым газом или сварки в среде защитного газа из смеси аргона и углекислого газа может значительно снизить содержание водорода в сварном шве, тем самым снижая чувствительность сварного шва к холодный треск.

3. Общие сварочные материалы

(1) Электроды и проволока из мартенситной нержавеющей стали Cr13

Обычно, когда к сварному шву предъявляются высокие требования по прочности, использование электрода и проволоки из мартенситной нержавеющей стали Cr13 может сделать химический состав металла шва близким к составу основного металла, но сварной шов имеет большую склонность к холодному растрескиванию.

Меры предосторожности:

а. Предварительный подогрев перед сваркой обязателен, и температура предварительного нагрева не должна превышать 450°С, чтобы предотвратить охрупчивание при 475°С. После сварки проводится термообработка. Послесварочная термообработка заключается в охлаждении до 150-200°С, выдержке в тепле в течение 2 часов, чтобы все части аустенита перешли в мартенсит, а затем сразу же произвести высокотемпературный отпуск, нагрев до 730-790°С. , а затем время выдержки на каждый 1 мм толщины пластины составляет 10 мин, но не менее 2 ч, и, наконец, с воздушным охлаждением.

б. Для предотвращения трещин содержание S и P в электродах и проволоках должно быть менее 0.015 %, а содержание Si не более 0.3 %. Увеличение содержания Si способствует образованию крупного первичного феррита, что приводит к снижению пластичности соединения. Содержание углерода обычно должно быть ниже, чем в основном металле, что может снизить прокаливаемость.

(2) Электроды и проволока из хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали

Металл сварного шва из аустенитной хромоникелевой стали обладает хорошей пластичностью, что позволяет снять напряжение, возникающее при мартенситном превращении в околошовной зоне. Кроме того, сварной шов из аустенитной нержавеющей стали Cr-Ni обладает высокой растворимостью водорода, что может уменьшить диффузию водорода из металла шва в зону термического влияния и эффективно предотвратить образование холодных трещин, поэтому предварительный нагрев не требуется. Однако прочность сварного шва низка и не может быть улучшена послесварочной термической обработкой.

4. Общие проблемы со сваркой

(1) сварка холодной трещины

Благодаря высокому содержанию хрома в мартенситной нержавеющей стали ее прокаливаемость значительно улучшается. Независимо от исходного состояния перед сваркой, при сварке всегда будет образовываться мартенситная структура в районе шва. По мере увеличения склонности к закалке соединение также становится более чувствительным к холодному растрескиванию, особенно в присутствии водорода, а мартенситная нержавеющая сталь также вызывает более опасное замедленное растрескивание, вызванное водородом.

мера:

1) Скорость охлаждения можно снизить, используя сварочный ток с большой энергией линии и большим сварочным током;

2) Для разных типов стали температура между слоями различна, как правило, не ниже температуры предварительного нагрева;

3) Медленно охладить до 150-200°С после сварки и провести послесварочную термообработку для устранения остаточных сварочных напряжений, удаления диффузионного водорода в соединении, улучшения структуры и характеристик соединения.

(2) Охрупчивание зоны термического влияния

Мартенситная нержавеющая сталь, особенно мартенситная нержавеющая сталь с более высоким содержанием ферритообразующих элементов, имеет большую тенденцию к росту зерна. Когда скорость охлаждения мала, в зоне термического влияния сварки легко образуются крупнозернистые ферриты и карбиды; при высокой скорости охлаждения зона термического влияния затвердевает и образует грубый мартенсит. Эти грубые структуры снижают пластичность и ударную вязкость околошовной зоны мартенситной нержавеющей стали и вызывают охрупчивание.

мера:

1) Контролируйте разумную скорость охлаждения;

2) Выбирайте температуру предварительного нагрева разумно, и температура предварительного нагрева не должна превышать 450°C, в противном случае, соединения могут стать хрупкими при 475°C, если они будут подвергаться воздействию высоких температур в течение длительного времени;

3) Разумный выбор сварочных материалов для корректировки состава сварного шва, чтобы максимально избежать образования крупного феррита в сварном шве.

5. Сварочный процесс.

1) Предварительный подогрев перед сваркой

Предварительный подогрев перед сваркой является основным технологическим мероприятием по предотвращению образования холодных трещин. Когда массовая доля C составляет 0.1–0.2%, температура предварительного нагрева составляет 200–260 °C, и его можно предварительно нагреть до 400–450 °C для сварки высокой жесткости.

2) Охлаждение после сварки

После сварки сварное изделие не должно подвергаться непосредственному отпуску от температуры сварки, так как аустенит может не полностью преобразоваться в процессе сварки. Если температуру поднять и отпустить сразу после сварки, вдоль границы аустенитных зерен будут выделяться карбиды, а преобразование аустенита в перлит приводит к крупнозернистой структуре, которая серьезно снижает ударную вязкость. Поэтому перед отпуском сварное изделие следует охладить, чтобы аустенит в сварном шве и околошовной зоне в основном разложился. Для сварных изделий с низкой жесткостью его можно охладить до комнатной температуры, а затем отпустить; для сварных соединений большой толщины требуется более сложный процесс; после сварки охлаждают до 100-150°С, выдерживают в тепле 0.5-1ч, а затем нагревают до температуры отпуска.

3) Термическая обработка после сварки

Цель состоит в том, чтобы уменьшить твердость сварного шва и зоны термического влияния, улучшить пластичность и ударную вязкость и одновременно уменьшить остаточное напряжение при сварке. Послесварочная термообработка делится на отпуск и полный отжиг. Температура отпуска 650-750°С, выдержка 1 час, охлаждение на воздухе; если после сварки сварное изделие необходимо подвергнуть механической обработке, для получения наименьшей твердости можно использовать полный отжиг. Температура отжига 830-880°С, выдержка тепла 2 часа. Затем охладить на воздухе.

4) Выбор сварочного электрода

Электроды для сварки мартенситной нержавеющей стали делятся на две категории: электроды из хромистой нержавеющей стали и электроды из хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали. Обычно используются электроды из хромистой нержавеющей стали E1-13-16 (G202) и E1-13-15 (G207); обычно используемые электроды из хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали: Э0-19-10-16 (А102), Э0-19-10-15 (А107), Э0-18-12Мо2-16 ​​(А202), Э0-18-12Мо2-15 (А207) и т.д.

Сварка дуплексной нержавеющей стали

1. Свариваемость дуплексной нержавеющей стали

Свариваемость дуплексная нержавеющая сталь сочетает в себе преимущества аустенитной стали и ферритной стали и уменьшает их соответствующие недостатки.

(1) чувствительность к горячим трещинам намного меньше, чем у аустенитной стали;

(2) чувствительность к холодным трещинам намного меньше, чем у обычных низколегированных высокопрочных сталей;

(3) После охлаждения зоны термического влияния всегда сохраняется больше феррита, что увеличивает склонность к коррозии и подверженность водородному растрескиванию (хрупкости);

(4) Сварные соединения из дуплексной нержавеющей стали могут спровоцировать δ-фазу охрупчивания. δ-фаза представляет собой интерметаллическое соединение Cr и Fe. Температура ее образования колеблется от 600 до 1000°С. Различные марки стали имеют разные температуры образования δ-фазы;

(5) Дуплексная нержавеющая сталь содержит 50% феррита, который также обладает хрупкостью при 475°C, но не так чувствителен, как ферритная нержавеющая сталь;

2. Выбор метода сварки

Сварка TIG является первым выбором для сварка дуплексной сталис последующей электродуговой сваркой. При использовании дуговой сварки под флюсом необходимо строго контролировать тепловложение и межслойную температуру, а также следует избегать больших скоростей разбавления.

Обратите внимание:

При сварке ВИГ рекомендуется добавлять в защитный газ 1-2 % азота (если N превышает 2 %, увеличивается склонность к образованию пор и дуга становится нестабильной), чтобы металл шва поглощал азот (для предотвращения площадь поверхности шва от диффузионных потерь азота), что способствует стабилизации аустенитной фазы в сварном соединении.

3. Подбор сварочных материалов

Сварочные материалы с высоким содержанием аустенитообразующих элементов (Ni, N и т. д.) выбираются так, чтобы способствовать превращению феррита в аустенит в сварном шве.

В стали 2205 в основном используется сварочная проволока или проволока 22.8.3L, а в стали 2507 в основном используется сварочная проволока 25.10.4L или сварочная проволока 25.10.4R.

4. Точки сварки

(1) Контроль теплового процесса сварки Тепловая энергия сварки, межслойная температура, предварительный нагрев и толщина материала влияют на скорость охлаждения во время сварки, тем самым влияя на структуру и характеристики сварного шва и околошовной зоны. Для получения наилучших свойств металла сварного шва рекомендуется контролировать максимальную межпроходную температуру на уровне 100°C. Когда после сварки требуется термическая обработка, межпроходная температура может не ограничиваться.

(2) Термическая обработка после сварки Лучше не термообработанная дуплексная нержавеющая сталь после сварки. Когда после сварки требуется термическая обработка, используется метод термической обработки – закалка в воде. При термической обработке нагрев должен быть максимально быстрым, а время выдержки при температуре термической обработки составляет от 5 до 30 минут, чего должно быть достаточно для восстановления фазового баланса. Окисление металла очень серьезно во время термической обработки, и следует учитывать защиту инертным газом.