Austenitni nerđajući čelicitipično imaju mikrostrukturu koja se sastoji od čistog austenita na sobnoj temperaturi; međutim, neke varijante sadrže malu količinu ferita, što pomaže u sprječavanju vrućeg pucanja. Zbog svoje odlične zavarljivosti, austenitni nerđajući čelici se široko koriste u industrijama kao što su hemijska prerada i proizvodnja posuda pod pritiskom za naftni sektor. Ipak, ako se operacije zavarivanja izvode nepravilno, austenitni nehrđajući čelici su podložni raznim problemima, uključujući intergranularnu koroziju, vruće pukotine, pucanje korozije pod naponom i loše formiranje zrna zavarivanja.
Koji su problemi zavarivanja povezani s austenitnim nehrđajućim čelikom?
I. Intergranularna korozija
a. Uzroci intergranularne korozije
Intergranularna korozija se javlja na granicama zrna; stoga se naziva intergranularna korozija. Predstavlja jedan od najopasnijih oblika degradacije za austenitne nerđajuće čelike. Karakterizira ga korozija koja prodire duboko u metal duž granica zrna, što rezultira smanjenjem i mehaničkih svojstava i otpornosti metala na koroziju.
Kada se austenitni nerđajući čelik drži u temperaturnom opsegu od 450 stepeni do 850 stepeni tokom određenog perioda, hrom karbidi (Cr23C6) se talože na granicama zrna. Krom potreban za ovu precipitaciju prvenstveno se crpi iz površinskih slojeva zrna; ako hrom iz unutrašnjosti zrna ne može difundirati prema van dovoljno brzo da popuni ove površinske slojeve, sadržaj hroma na granicama zrna-posebno u površinskim slojevima zrna-će pasti, stvarajući "zonu osiromašene hromom{7}}." Pod uticajem agresivnih korozivnih medija, ove zone osiromašene hromom- na granicama zrna postaju podložne napadima, što rezultira intergranularnom korozijom. Nerđajući čelik zahvaćen intergranularnom korozijom ne može imati vidljive promene na svojoj površini; međutim, kada je podvrgnut naprezanju, on će se lomiti duž granica zrna, što će rezultirati gotovo potpunim gubitkom čvrstoće strukture.
b. Mjere za sprječavanje intergranularne korozije
Odaberite elektrode za zavarivanje od nehrđajućeg čelika sa ultra-niskim sadržajem ugljika (C manjim ili jednakim 0,03%) ili one koje sadrže stabilizirajuće elemente kao što su titan ili niobijum.
Upotrijebite parametre zavarivanja sa "malim-ulazom{1}} topline". Cilj je da se minimizira vrijeme zadržavanja unutar kritičnog temperaturnog raspona (450 stepeni –850 stepeni). Ovo se postiže korištenjem niskih struja zavarivanja, velikim brzinama kretanja, kratkim dužinama luka i izbjegavanjem poprečnih pokreta tkanja. Metode prisilnog hlađenja (npr. korištenje bakrenih ploča za podlogu ili hlađenje vodom) mogu se primijeniti na zavareni šav kako bi se ubrzala brzina hlađenja zavarenog spoja i smanjila veličina zone -zahvaćene toplinom (HAZ).
Kod više-prolaznog zavarivanja, temperatura između-prolaza mora biti strogo kontrolisana; prethodni šav treba ostaviti da se ohladi na ispod 60 stepeni prije nego što se nanese sljedeći prolaz. Zavareni šav na strani komponente koja će biti u kontaktu sa korozivnim medijem treba zavariti zadnji. Potrebno je izvršiti tretman rastvorom nakon -zavarivanja: radni komad se zagreva na temperaturu između 1050 stepeni i 1150 stepeni, nakon čega sledi kaljenje. Ovaj proces uzrokuje da se precipitati Cr23C6 na granicama zrna ponovo rastvore u unutrašnjosti zrna, čime se obnavlja ujednačena austenitna mikrostruktura.
II. Hot Cracking
Uzroci vrućeg pucanja
Veliki temperaturni interval između linija likvidusa i solidusa-što znači širok temperaturni raspon tokom procesa skrućivanja-dovodi do ozbiljne segregacije nečistoća niske-tačke-tališta, koje imaju tendenciju da se koncentrišu na granicama zrna. Nadalje, visoki koeficijent toplinskog širenja rezultira značajnim naprezanjima tijekom hlađenja i skupljanja.
Mjere za kontrolu vrućeg pucanja
Kontrola mikrostrukture metala šava; idealno, metal šava treba da ima dupleksnu strukturu, sa sadržajem ferita koji se održava na ili ispod 3%-5%. To je zato što ferit ima sposobnost da otapa značajne količine štetnih nečistoća kao što su sumpor (S) i fosfor (P). Kontrolisati hemijski sastav; smanjenje sadržaja nikla, ugljenika, sumpora i fosfora u metalu šava-dok povećanje nivoa elemenata kao što su hrom, molibden, silicijum i mangan-može efikasno minimizirati pojavu vrućih pukotina.
Odaberite odgovarajuću vrstu premaza elektrode. Upotreba elektroda sa niskim-vodonikom-obloženim elektrodama promoviše rafiniranje zrna u metalu šava, smanjuje segregaciju nečistoća i povećava otpornost na pucanje. Suprotno tome, kiseli-obložene elektrode poseduju jaka oksidaciona svojstva, što dovodi do značajnog sagorevanja-legirajućih elemenata i posledičnog smanjenja otpornosti na pucanje; osim toga, oni rezultiraju grubim{6}}strukturama, čineći zavar vrlo osjetljivim na vruće pucanje. Koristite odgovarajuće parametre zavarivanja i stope hlađenja. Koristite parametre "hladnog" zavarivanja-posebno, nisku struju i veliku brzinu kretanja{10}}kako biste spriječili pregrijavanje zavarenog bazena i omogućili brzo hlađenje; ovo minimizira segregaciju i poboljšava otpornost na pucanje. Kod više-zavarivanja, strogo kontrolirajte međuprolaznu temperaturu; uverite se da se prethodni zavareni sloj ohladio na 60 stepeni pre nanošenja sledećeg zavara.
III. Stres korozija pucanja
Uzroci pucanja od korozije pod naprezanjem
Pucanje od korozije pod naprezanjem (SCC) je fenomen odloženog pucanja koji se javlja u zavarenim spojevima kada su podvrgnuti zateznom naprezanju u specifičnom korozivnom okruženju. U zavarenim spojevima od austenitnog nehrđajućeg čelika, SCC predstavlja posebno ozbiljan način kvara, koji se manifestira kao krhki lom bez bilo kakve makroskopske plastične deformacije.
Mjere protiv pucanja od korozije pod naponom
Uspostaviti odgovarajuće postupke oblikovanja, obrade i montaže kako bi se deformacije izazvane hlađenjem{0}}u najvećoj mogućoj mjeri svele na minimum; izbjegavajte prisilno sklapanje; i spriječiti unošenje različitih površinskih defekata tokom procesa montaže (pošto razne ogrebotine i udari luka u vezi sa montažom mogu poslužiti kao mjesta iniciranja pukotina za SCC i skloni su razvoju u korozijske jame). Pažljivo birajte potrošni materijal za zavarivanje. Metal šava i osnovni metal trebaju biti dobro-upareni kako bi se spriječilo stvaranje nepoželjnih mikrostruktura-kao što je grubo zrno ili tvrdi, lomljivi martenzit. Upotrijebite odgovarajuće postupke zavarivanja. Pobrinite se da zrna vara ispoljava dobru morfologiju, bez defekata koji bi mogli izazvati koncentraciju naprezanja ili udubljenja (npr. podrezivanje); nadalje, usvojite racionalan redoslijed zavarivanja kako biste minimizirali zaostala naprezanja zavarivanja. Provedite tretmane{11}za ublažavanje stresa. Ovo obično uključuje termičke tretmane nakon -zavarivanja, kao što je potpuno žarenje ili žarenje; u slučajevima kada je toplotnu obradu teško izvesti, mogu se koristiti alternativne metode-kao što su -peskarenje nakon zavarivanja ili pjeskarenje{16}}.
IV. Loše formiranje zrna zavarivanja
a. Uzroci lošeg formiranja zrna zavarivanja
Prilikom zavarivanja austenitnog nehrđajućeg čelika, visok sadržaj legirajućih elemenata unutar metala šava dovodi do loše fluidnosti zavarenog bazena, što često dovodi do lošeg formiranja površine šava. To se prvenstveno manifestira kao oštećena formacija na stražnjoj strani korijenskog prolaza i gruba završna obrada na otvoru kapice. Iako utjecaj lošeg formiranja površine na performanse zavara nije posebno očigledan pod radnim uvjetima okoline ili visoke{2}}temperature, pod niskim-uvjetima temperature, koncentracije naprezanja izazvane takvim defektima mogu utjecati na performanse niskih-zavara jednako značajno kao i unutrašnji defekti zavara.
b. Mjere za loše formiranje zavarenih zrna
Problemi u vezi sa lošim formiranjem zrna šava-kao i problem intergranularne korozije unutar zone -zahvaćene toplinom (HAZ)- mogu se efikasno riješiti optimizacijom procesa zavarivanja. Konkretno, korištenje zavarivanja plinom volframovim lukom (GTAW) za prolaz korijena, u kombinaciji s korištenjem niskog unosa topline zavarivanja, omogućava efikasnu kontrolu nad mjerom u kojoj je HAZ izložen temperaturnom opsegu osjetljivosti.
zaključak
Austenitni nehrđajući čelik je široko korišten materijal u kemijskoj i petrohemijskoj industriji; međutim, njegovo zavarivanje je sklono četiri osnovne vrste defekata-kao što su intergranularna korozija i vruće pukotine-čiji su osnovni uzroci u velikoj mjeri povezani s kontrolom temperature, elementarnom segregacijom i zaostalim naprezanjem. U najboljem slučaju, ovi problemi samo kompromituju morfologiju zavara; u najgorem slučaju, drastično degradiraju performanse materijala ili čak izazivaju krti lom. Shodno tome, efikasne strategije prevencije i kontrole zahtijevaju sveobuhvatno upravljanje u više faza-uključujući odabir elektroda, optimizaciju parametara zavarivanja i post-tretman zavarivanja-sa preciznom kontrolom unosa topline koja služi kao kritična žarišna tačka.