Phương pháp hàn thép không gỉ martensitic và thép không gỉ duplex

1. Thép không gỉ martensitic là gì và duplex thép không gỉ?

Cấu trúc vi mô là martensitic ở nhiệt độ phòng và các tính chất cơ học của nó có thể được điều chỉnh bằng cách xử lý nhiệt. Theo thuật ngữ của giáo dân, nó là một loại thép không gỉ cứng. Các loại thép thuộc thép không gỉ martensitic bao gồm 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 3Cr13Mo, 1Cr17Ni2, 2Cr13Ni2, 9Cr18, 9Cr18MoV, v.v.

2. Các phương pháp hàn thường dùng

Hàn thép không gỉ Martensitic có thể được hàn bằng các phương pháp hàn hồ quang khác nhau. Hiện tại, hàn hồ quang điện cực vẫn là phương pháp chính, nhưng việc sử dụng hàn được bảo vệ bằng khí carbon dioxide hoặc hàn được bảo vệ bằng khí hỗn hợp argon và carbon dioxide có thể làm giảm đáng kể hàm lượng hydro trong mối hàn, do đó làm giảm độ nhạy của mối hàn với nứt lạnh.

3. Vật liệu hàn thông dụng

(1) Điện cực và dây thép không gỉ martensitic Cr13

Thông thường, khi mối hàn có yêu cầu cường độ cao, việc sử dụng điện cực và dây thép không gỉ Cr13 martensitic có thể làm cho thành phần hóa học của kim loại mối hàn tương tự như thành phần của kim loại cơ bản, nhưng mối hàn có xu hướng nứt lạnh nhiều hơn.

Thận trọng:

một. Cần phải làm nóng trước khi hàn và nhiệt độ làm nóng trước không được vượt quá 450°C để tránh giòn ở 475°C. Sau khi hàn, xử lý nhiệt được thực hiện. Xử lý nhiệt sau hàn là làm nguội đến 150-200 ° C, giữ ấm trong 2 giờ để tất cả các bộ phận của austenite được chuyển thành martensite, sau đó ngay lập tức tiến hành ủ ở nhiệt độ cao, nung nóng đến 730-790 ° C , và sau đó thời gian giữ là mỗi độ dày tấm 1mm là 10 phút, nhưng không ít hơn 2h, và cuối cùng được làm mát bằng không khí.

b. Để ngăn ngừa vết nứt, hàm lượng S và P trong điện cực và dây phải nhỏ hơn 0.015% và hàm lượng Si không được lớn hơn 0.3%. Sự gia tăng hàm lượng Si thúc đẩy sự hình thành ferit sơ cấp thô, dẫn đến giảm độ dẻo của mối nối. Hàm lượng carbon nói chung phải thấp hơn so với kim loại cơ bản, điều này có thể làm giảm độ cứng.

(2) Điện cực và dây thép không gỉ austenit Cr-Ni

Kim loại mối hàn kiểu thép austenit Cr-Ni có độ dẻo tốt, có thể làm giảm ứng suất sinh ra trong quá trình biến đổi mactenxit trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Ngoài ra, mối hàn thép không gỉ austenit Cr-Ni có độ hòa tan hydro cao, có thể làm giảm sự khuếch tán hydro từ kim loại mối hàn đến vùng ảnh hưởng nhiệt và ngăn ngừa hiệu quả các vết nứt lạnh, do đó không cần gia nhiệt trước. Tuy nhiên, độ bền của mối hàn thấp và không thể cải thiện bằng cách xử lý nhiệt sau hàn.

4. Các sự cố hàn thường gặp

(1) hàn vết nứt lạnh

Do hàm lượng crom cao của thép không gỉ martensitic, độ cứng của nó được cải thiện rất nhiều. Bất kể trạng thái ban đầu trước khi hàn, hàn sẽ luôn tạo ra cấu trúc martensite ở khu vực gần đường may. Khi xu hướng đông cứng tăng lên, mối nối cũng nhạy cảm hơn với hiện tượng nứt nguội, đặc biệt là khi có hydro, và thép không gỉ martensitic cũng sẽ tạo ra vết nứt chậm do hydro gây ra nguy hiểm hơn.

đo lường:

1) Tốc độ làm mát có thể được làm chậm lại bằng cách sử dụng dòng hàn có năng lượng dòng lớn và dòng hàn lớn;

2) Đối với các loại thép khác nhau, nhiệt độ giữa các lớp là khác nhau, thường không thấp hơn nhiệt độ nung nóng trước;

3) Làm nguội từ từ đến 150-200°C sau khi hàn và thực hiện xử lý nhiệt sau hàn để loại bỏ ứng suất dư hàn, loại bỏ hydro khuếch tán trong mối nối, đồng thời cải thiện cấu trúc và hiệu suất của mối nối.

(2) Độ giòn của vùng ảnh hưởng nhiệt

Thép không gỉ martensitic, đặc biệt là thép không gỉ martensitic có các nguyên tố hình thành ferrite cao hơn, có xu hướng phát triển hạt lớn hơn. Khi tốc độ làm mát nhỏ, ferrite thô và cacbua dễ dàng được tạo ra trong vùng ảnh hưởng nhiệt hàn; khi tốc độ làm mát cao, vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ cứng lại và tạo thành martensite thô. Những cấu trúc thô này làm giảm độ dẻo và độ dẻo dai của vùng chịu ảnh hưởng nhiệt được hàn của thép không gỉ martensitic và gây ra hiện tượng giòn.

đo lường:

1) Kiểm soát tốc độ làm mát hợp lý;

2) Chọn nhiệt độ làm nóng trước hợp lý và nhiệt độ làm nóng trước không được vượt quá 450°C, nếu không, các khớp có thể bị giòn ở 475°C nếu chúng tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài;

3) Lựa chọn hợp lý vật liệu hàn để điều chỉnh thành phần của mối hàn nhằm tránh tối đa việc tạo ra ferit thô trong mối hàn.

5. Quy trình hàn

1) Gia nhiệt trước khi hàn

Gia nhiệt sơ bộ trước khi hàn là biện pháp công nghệ chính để chống nứt nguội. Khi phần khối lượng của C là 0.1% ~ 0.2%, nhiệt độ gia nhiệt trước là 200 ~ 260°C và nó có thể được gia nhiệt trước đến 400 ~ 450°C cho các mối hàn có độ cứng cao.

2) Làm mát sau khi hàn

Sau khi hàn, mối hàn không nên được ủ trực tiếp từ nhiệt độ hàn, vì austenite có thể không được chuyển đổi hoàn toàn trong quá trình hàn. Nếu nhiệt độ được tăng lên và tôi luyện ngay sau khi hàn, cacbua sẽ kết tủa dọc theo ranh giới hạt austenit và Sự biến đổi austenit thành ngọc trai tạo ra cấu trúc hạt thô làm giảm nghiêm trọng độ dẻo dai. Do đó, mối hàn nên được làm mát trước khi tôi luyện, để austenit trong vùng hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt về cơ bản bị phân hủy. Đối với các mối hàn có độ cứng thấp, nó có thể được làm nguội đến nhiệt độ phòng và sau đó tôi luyện; đối với mối hàn có chiều dày lớn cần quy trình phức tạp hơn; sau khi hàn, làm nguội đến 100-150 ° C, giữ ấm trong 0.5-1 giờ, sau đó nung nóng đến nhiệt độ ủ.

3) Xử lý nhiệt sau hàn

Mục đích là để giảm độ cứng của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, cải thiện độ dẻo và độ dai, đồng thời giảm ứng suất dư hàn. Xử lý nhiệt sau hàn được chia thành ủ và ủ hoàn toàn. Nhiệt độ ủ là 650-750 ° C, giữ trong 1 giờ và làm mát bằng không khí; nếu mối hàn cần được gia công sau khi hàn, để đạt được độ cứng thấp nhất, có thể sử dụng quá trình ủ hoàn toàn. Nhiệt độ ủ là 830-880 ° C và thời gian bảo quản nhiệt là 2 giờ. Sau đó làm mát không khí.

4) Lựa chọn que hàn

Các điện cực để hàn thép không gỉ martensitic được chia thành hai loại: điện cực thép không gỉ crom và điện cực thép không gỉ austenit crom-niken. Các điện cực thép không gỉ crom thường được sử dụng là E1-13-16 (G202) và E1-13-15 (G207); Các điện cực thép không gỉ austenit crom-niken thường được sử dụng là E0-19-10-16 (A102), E0-19-10-15 (A107), E0-18-12Mo2-16 (A202), E0-18-12Mo2-15 (A207), v.v.

Hàn thép không gỉ duplex

1. Khả năng hàn của thép không gỉ song công

Khả năng hàn của duplex thép không gỉ kết hợp những ưu điểm của thép austenit và thép ferritic và giảm thiểu những thiếu sót tương ứng của chúng.

(1) Độ nhạy đối với các vết nứt nóng nhỏ hơn nhiều so với thép austenit;

(2) Độ nhạy đối với các vết nứt nguội nhỏ hơn nhiều so với độ nhạy của thép cường độ cao hợp kim thấp nói chung;

(3) Sau khi vùng ảnh hưởng nhiệt được làm mát, nhiều ferit hơn luôn được giữ lại, do đó làm tăng xu hướng ăn mòn và tính dễ bị nứt do hydro gây ra (độ giòn);

(4) Các mối hàn thép không gỉ song công có thể gây giòn pha δ. Pha δ là hợp chất liên kim của Cr và Fe. Nhiệt độ hình thành của nó nằm trong khoảng từ 600 đến 1000 ° C. Các loại thép khác nhau có nhiệt độ hình thành pha δ khác nhau;

(5) Thép không gỉ kép chứa 50% ferit, cũng có độ giòn ở 475°C, nhưng không nhạy bằng thép không gỉ ferit;

2. Lựa chọn phương pháp hàn

Hàn TIG là sự lựa chọn hàng đầu cho hàn thép song công, tiếp theo là hàn hồ quang điện cực. Khi hàn hồ quang chìm được sử dụng, nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ giữa các lớp phải được kiểm soát chặt chẽ và nên tránh tốc độ pha loãng lớn.

Để ý:

Khi sử dụng hàn TIG, nên thêm 1-2% nitơ vào khí bảo vệ (nếu N vượt quá 2% sẽ làm tăng xu hướng rỗ và hồ quang không ổn định), để kim loại mối hàn hấp thụ nitơ (để ngăn chặn diện tích bề mặt của mối hàn do mất nitơ khuếch tán), có lợi cho việc ổn định pha austenit trong mối hàn.

3. Lựa chọn vật tư hàn

Vật liệu hàn có các nguyên tố tạo austenite cao hơn (Ni, N, v.v.) được chọn để thúc đẩy quá trình chuyển đổi ferrite thành austenite trong mối hàn.

Thép 2205 chủ yếu sử dụng que hàn hoặc dây hàn 22.8.3L và thép 2507 chủ yếu sử dụng dây hàn 25.10.4L hoặc que hàn 25.10.4R.

4. Điểm hàn

(1) Kiểm soát quá trình nhiệt hàn Năng lượng nhiệt hàn, nhiệt độ giữa các lớp, gia nhiệt trước và độ dày vật liệu đều sẽ ảnh hưởng đến tốc độ làm mát trong quá trình hàn, do đó ảnh hưởng đến cấu trúc và hiệu suất của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt. Để có được các đặc tính kim loại mối hàn tốt nhất, nên kiểm soát nhiệt độ giữa các đường hàn tối đa ở 100°C. Khi cần xử lý nhiệt sau khi hàn, nhiệt độ giữa các đường hàn có thể không bị giới hạn.

(2) Xử lý nhiệt sau hàn Tốt nhất là không nên thép không gỉ kép xử lý nhiệt sau khi hàn. Khi cần xử lý nhiệt sau khi hàn, phương pháp xử lý nhiệt được sử dụng là làm nguội bằng nước. Trong quá trình xử lý nhiệt, quá trình gia nhiệt phải càng nhanh càng tốt và thời gian giữ ở nhiệt độ xử lý nhiệt là từ 5 đến 30 phút, đủ để khôi phục lại sự cân bằng pha. Quá trình oxy hóa kim loại là rất nghiêm trọng trong quá trình xử lý nhiệt, và cần xem xét việc bảo vệ khí trơ.