Đặc điểm hàn của thép không gỉ austenit: lượng ứng suất và biến dạng đàn hồi và dẻo trong quá trình hàn lớn, nhưng vết nứt nguội rất ít khi xảy ra. Không có vùng làm cứng khi tôi và hạt thô trong mối hàn, do đó cường độ kéo của mối hàn cao.
Các vấn đề chính của hàn thép không gỉ austenit: biến dạng hàn lớn; do đặc điểm ranh giới hạt và nhạy cảm với một số tạp chất vết (S, P) nên dễ tạo ra vết nứt nóng.
Năm vấn đề hàn chính của thép không gỉ austenit và giải pháp của chúng
01Sự hình thành của crom cacbua làm giảm khả năng chống ăn mòn giữa các hạt của mối hàn.
Ăn mòn liên hạt: Theo lý thuyết về crom kém, khi mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt được nung nóng đến vùng nhiệt độ nhạy cảm 450-850 độ, crom cacbua sẽ kết tủa trên ranh giới hạt, dẫn đến ranh giới hạt crom kém, không đủ khả năng chống ăn mòn.
(1) Đối với sự ăn mòn liên hạt của mối hàn và sự ăn mòn của vùng nhiệt độ nhạy cảm trên vật liệu mục tiêu, có thể sử dụng các biện pháp sau để hạn chế:
a. Giảm hàm lượng cacbon trong kim loại cơ bản và mối hàn, đồng thời bổ sung các nguyên tố ổn định Ti, Nb và các nguyên tố khác vào kim loại cơ bản để ưu tiên hình thành MC nhằm tránh hình thành Cr23C6.
b. Làm cho mối hàn tạo thành cấu trúc pha kép của austenit và một lượng nhỏ ferit. Khi có một lượng ferit nhất định trong mối hàn, các hạt có thể được tinh chế, diện tích của các hạt có thể được tăng lên và lượng kết tủa crom cacbua trên một đơn vị diện tích của ranh giới hạt có thể được giảm xuống. Crom có độ hòa tan lớn trong ferit và Cr23C6 được hình thành ưu tiên trong ferit, mà không làm cho ranh giới hạt austenit bị cạn kiệt trong crom; ferit nằm rải rác giữa austenit có thể ngăn ngừa sự ăn mòn dọc theo ranh giới hạt đến sự khuếch tán bên trong.
c. Kiểm soát thời gian lưu trú trong phạm vi nhiệt độ nhạy cảm. Điều chỉnh chu kỳ nhiệt hàn để rút ngắn thời gian lưu trú ở 600-1000 độ càng nhiều càng tốt, chọn phương pháp hàn có mật độ năng lượng cao (như hàn hồ quang plasma argon), chọn năng lượng đường hàn nhỏ hơn và truyền khí argon vào mặt sau của mối hàn hoặc sử dụng miếng đệm đồng Tăng tốc độ làm mát của mối hàn, giảm số lần hồ quang và hồ quang để tránh làm nóng lặp lại và áp dụng mối hàn cuối cùng trên bề mặt tiếp xúc với môi trường ăn mòn trong quá trình hàn nhiều lớp.
d. Sau khi hàn, tiến hành xử lý dung dịch hoặc ủ ổn định (850-900 độ) và làm mát bằng không khí sau khi bảo quản nhiệt, để các cacbua có thể kết tủa hoàn toàn và quá trình khuếch tán của crom có thể được tăng tốc).
(2) Ăn mòn dạng dao ở các mối hàn, vì lý do này, có thể thực hiện các biện pháp phòng ngừa sau:
Do tính khuếch tán mạnh của cacbon, nó sẽ phân tách tại ranh giới hạt để tạo thành trạng thái siêu bão hòa trong quá trình làm mát, trong khi Ti và Nb vẫn ở trong tinh thể do tính khuếch tán thấp của chúng. Khi mối hàn được nung nóng lại trong phạm vi nhiệt độ nhạy cảm, cacbon siêu bão hòa sẽ kết tủa dưới dạng Cr23C6 trong liên hạt.
a. Giảm hàm lượng cacbon. Đối với thép không gỉ có chứa các thành phần ổn định, hàm lượng cacbon không được vượt quá 0.06%.
b. Sử dụng quy trình hàn hợp lý. Chọn năng lượng đường hàn nhỏ hơn để giảm thời gian lưu trú của vùng quá nhiệt ở nhiệt độ cao và chú ý tránh tác động của "nhạy cảm nhiệt độ trung bình" trong quá trình hàn. Khi hàn hai mặt, mối hàn tiếp xúc với môi trường ăn mòn phải được hàn sau cùng (đây là lý do tại sao hàn bên trong của ống hàn thành dày đường kính lớn được thực hiện sau khi hàn bên ngoài). Vùng quá nhiệt tiếp xúc với môi trường ăn mòn lại được làm nóng bằng cách nhạy cảm.
c. Xử lý nhiệt sau hàn. Xử lý dung dịch hoặc ổn định được thực hiện sau khi hàn.
02. Nứt do ăn mòn ứng suất
Có thể thực hiện các biện pháp sau đây để ngăn ngừa hiện tượng nứt do ăn mòn ứng suất:
a. Lựa chọn vật liệu chính xác và điều chỉnh hợp lý thành phần mối hàn. Thép không gỉ austenit crom-niken có độ tinh khiết cao, thép không gỉ austenit crom-niken silic cao, thép không gỉ ferritic-austenit, thép không gỉ ferritic cao crom, v.v. có khả năng chống ăn mòn ứng suất tốt và kim loại mối hàn là thép không gỉ austenit. Khả năng chống ăn mòn ứng suất tốt khi cấu trúc của thép hai pha là ferritic và ferritic.
b. Loại bỏ hoặc giảm ứng suất dư. Xử lý nhiệt giảm ứng suất sau khi hàn được thực hiện và các phương pháp cơ học như đánh bóng, phun bi và đóng búa được sử dụng để giảm ứng suất dư trên bề mặt.
c. Thiết kế kết cấu hợp lý để tránh tập trung ứng suất lớn.
03Nứt nóng khi hàn (nứt kết tinh hàn, nứt hóa lỏng vùng ảnh hưởng nhiệt)
Độ nhạy nứt nhiệt chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất của vật liệu. Ni dễ tạo thành hợp chất có điểm nóng chảy thấp hoặc eutectic với các tạp chất như S và P, và sự phân tách của bo và silic sẽ gây ra nứt nhiệt. Mối hàn dễ tạo thành cấu trúc hạt dạng cột thô có tính định hướng mạnh, có lợi cho sự phân tách các tạp chất và nguyên tố có hại. Do đó thúc đẩy sự hình thành màng chất lỏng liên tinh thể liên tục và cải thiện độ nhạy của nứt nhiệt. Nếu mối hàn được làm nóng không đều, dễ tạo thành ứng suất kéo lớn và thúc đẩy sự hình thành các vết nứt nóng khi hàn.
Các biện pháp phòng ngừa:
a. Kiểm soát chặt chẽ hàm lượng tạp chất có hại S và P.
b. Điều chỉnh kết cấu của kim loại hàn. Mối hàn cấu trúc hai pha có khả năng chống nứt tốt. Pha delta trong mối hàn có thể tinh chỉnh các hạt, loại bỏ tính định hướng của austenit một pha, giảm sự phân tách các tạp chất có hại ở ranh giới hạt và pha delta có thể hòa tan nhiều S, P hơn và có thể giảm năng lượng giao diện và tổ chức hình thành màng chất lỏng liên tinh thể.
c. Điều chỉnh thành phần hợp kim kim loại hàn. Tăng hàm lượng Mn, C và N trong thép austenit một pha một cách thích hợp và thêm một lượng nhỏ các nguyên tố vi lượng như xeri, cuốc chim và tantal (có thể tinh chỉnh cấu trúc mối hàn và làm sạch ranh giới hạt) để giảm độ nhạy nứt nóng.
d. biện pháp xử lý. Giảm thiểu quá nhiệt của hồ nóng chảy để ngăn ngừa sự hình thành các tinh thể dạng cột thô và sử dụng năng lượng đường nhỏ và các hạt hàn có tiết diện nhỏ.
Ví dụ, thép austenit loại 25-20 dễ bị nứt hóa lỏng. Bằng cách hạn chế nghiêm ngặt hàm lượng tạp chất và kích thước hạt của kim loại cơ bản, áp dụng phương pháp hàn mật độ năng lượng cao, năng lượng đường nhỏ và tăng tốc độ làm mát của mối nối và các biện pháp khác.
04Sự giòn của mối hàn
Thép chịu nhiệt phải đảm bảo tính dẻo của mối hàn và ngăn ngừa giòn ở nhiệt độ cao; thép chịu nhiệt độ thấp phải có độ dẻo dai tốt ở nhiệt độ thấp để ngăn ngừa giòn ở nhiệt độ thấp của mối hàn.
05Biến dạng hàn lớn
Do độ dẫn nhiệt thấp và hệ số giãn nở lớn, biến dạng hàn lớn, có thể sử dụng đồ gá để ngăn ngừa biến dạng. Phương pháp hàn và lựa chọn vật liệu hàn cho thép không gỉ austenit:
Thép không gỉ austenit có thể hàn bằng phương pháp hàn hồ quang argon tungsten (TIG), hàn hồ quang argon điện cực nóng chảy (MIG), hàn hồ quang plasma argon (PAW) và hàn hồ quang chìm (SAW). Thép không gỉ austenit có dòng hàn thấp do điểm nóng chảy thấp, độ dẫn nhiệt thấp và điện trở suất cao. Nên sử dụng mối hàn và hạt hàn hẹp để giảm thời gian lưu trú ở nhiệt độ cao, ngăn ngừa kết tủa cacbua, giảm ứng suất co ngót mối hàn và giảm độ nhạy nứt nhiệt.
Thành phần của vật liệu hàn, đặc biệt là các nguyên tố hợp kim Cr và Ni, cao hơn thành phần của kim loại cơ bản. Vật liệu hàn có chứa một lượng nhỏ (4-12%) ferit được sử dụng để đảm bảo khả năng chống nứt tốt (nứt nguội, nứt nóng, nứt ăn mòn ứng suất) của mối hàn. Khi pha ferit không được phép hoặc không thể có trong mối hàn, nên chọn vật liệu hàn có chứa Mo, Mn và các nguyên tố hợp kim khác.
C, S, P, Si và Nb trong vật liệu hàn phải càng thấp càng tốt. Nb sẽ gây ra các vết nứt đông đặc trong mối hàn austenit nguyên chất, nhưng có thể tránh hiệu quả một lượng nhỏ ferit trong mối hàn. Đối với các kết cấu hàn cần được ổn định hoặc giảm ứng suất sau khi hàn, vật liệu hàn có chứa Nb thường được lựa chọn. Hàn hồ quang chìm được sử dụng để hàn các tấm trung gian và tổn thất cháy của Cr và Ni có thể được bổ sung bằng sự chuyển đổi của các thành phần hợp kim trong thuốc hàn và dây hàn; do độ sâu thâm nhập lớn, cần chú ý ngăn ngừa sự phát sinh các vết nứt nóng ở tâm mối hàn và khả năng chống ăn mòn của vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt. Giảm giới tính. Cần chú ý đến việc lựa chọn dây hàn mỏng hơn và năng lượng đường hàn nhỏ hơn, và dây hàn phải có hàm lượng Si, S và P thấp. Hàm lượng ferit trong mối hàn thép không gỉ chịu nhiệt không được vượt quá 5%. Đối với thép không gỉ austenit có hàm lượng Cr và Ni lớn hơn 20%, nên sử dụng dây hàn Mn cao (6-8%) và nên sử dụng thuốc hàn kiềm hoặc trung tính làm thuốc hàn để ngăn ngừa việc thêm Si vào mối hàn và cải thiện khả năng chống nứt của nó. Thuốc hàn đặc biệt cho thép không gỉ austenit có rất ít Si bổ sung, có thể chuyển hợp kim vào mối hàn để bù đắp cho sự mất mát do cháy của các nguyên tố hợp kim để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất hàn và thành phần hóa học.
