Нержавеющая сталь — это сталь, содержащая хром, что придает ей высокую устойчивость к ржавчине. В зависимости от структуры нержавеющую сталь подразделяют на четыре основных типа: аустенитную, ферритную, мартенситную идуплекс из нержавеющей стали. Каждый тип имеет уникальные характеристики и особые требования к сварке.
Нержавеющую сталь производят путем добавления в сталь хрома, создавая пассивированное состояние, которое делает материал устойчивым к ржавчине. Чтобы это свойство было эффективным, содержание хрома должно быть не менее 12%. Для дальнейшего повышения коррозионной стойкости в пассивирующий слой часто добавляют такие элементы, как никель и молибден.
В общем, «нержавеющая сталь» широко включает в себя как нержавеющую, так и кислотостойкую сталь. Хотя нержавеющая сталь не всегда кислотостойка, кислотостойкая сталь обычно обеспечивает превосходную устойчивость к ржавчине благодаря своему улучшенному химическому составу.
Аустенитная нержавеющая сталь и ее сварочные характеристики
Аустенитная нержавеющая сталь содержит большое количество хрома и никеля, которые обычно образуют полностью аустенитную структуру при комнатной температуре. Эта сталь обладает превосходной пластичностью, прочностью и коррозионной стойкостью. Однако при сварке возникает ряд проблем:
Межкристаллитная коррозия:
Когда аустенитная нержавеющая сталь остается в диапазоне температур от 450 до 850 градусов в течение длительного периода времени, карбиды Cr23C6 могут осаждаться на границах зерен, создавая зоны, обедненные хромом, и вызывая межкристаллитную коррозию. Профилактические меры включают использование сверхнизкоуглеродистых или стабилизированных сварочных материалов с такими элементами, как титан или ниобий, применение методов сварки с низким тепловложением и проведение обработки раствором после сварки.
Горячие трещины:
Из-за высокого коэффициента теплового расширения аустенитная нержавеющая сталь испытывает значительные усадочные напряжения во время охлаждения, что делает ее склонной к образованию горячих трещин. Чтобы предотвратить это, состав металла сварного шва можно отрегулировать для формирования дуплексной структуры с содержанием феррита, контролируемым в пределах от 3% до 5%. Кроме того, выбор соответствующего покрытия электродов может снизить риск растрескивания.
Коррозионное растрескивание под напряжением:
Сварные соединения аустенитной нержавеющей стали могут подвергаться замедленному растрескиванию под действием растягивающих напряжений в определенных агрессивных средах. Профилактические стратегии включают выбор совместимых сварочных материалов, обеспечение надлежащего соответствия сварного шва и основного металла, использование подходящих процессов сварки и применение обработки для снятия напряжений после сварки.
Плохое формирование сварного шва:
Из-за высокого содержания легирующих элементов и низкой текучести расплавленной ванны аустенитная нержавеющая сталь может привести к плохому качеству поверхности сварного шва. Для улучшения формирования сварного шва можно использовать такие методы, как сварка вольфрамовым инертным газом (TIG) для корневых проходов, контроль диапазона температур сенсибилизации зоны термического влияния и применение технологии узкого сварного шва.
Ферритная нержавеющая сталь и ее сварочные характеристики
Ферритная нержавеющая сталь содержит от 10,5% до 30% хрома и имеет объемноцентрированную кубическую решетчатую структуру. Обычно в нем отсутствует никель, но для улучшения свойств он может включать небольшое количество молибдена, титана или ниобия. Эта сталь обладает высокой теплопроводностью, низким тепловым расширением и отличной стойкостью к окислению и коррозии под напряжением. Его сварочные характеристики включают в себя:
Свариваемость:
Из-за низкого коэффициента теплового расширения ферритная нержавеющая сталь склонна к возникновению сварочных напряжений, которые могут вызвать растрескивание. Предварительный нагрев перед сваркой и медленное последующее охлаждение необходимы для минимизации напряжения и предотвращения растрескивания.
Межкристаллитная коррозия:
Ферритная нержавеющая сталь склонна к межкристаллитной коррозии, особенно при высоком содержании углерода. Чтобы снизить этот риск, рекомендуется использовать низкоуглеродистые или стабилизированные сварочные материалы.
Коррозионная стойкость:
Ферритная нержавеющая сталь обеспечивает лучшую коррозионную стойкость, чем аустенитная.нержавеющая сталь 316, особенно в средах с высоким содержанием хлора. Это делает его пригодным для агрессивных коррозионных условий.
Механические свойства:
Ферритная нержавеющая сталь имеет несколько более высокий предел текучести и прочности на разрыв, чем низкоуглеродистая сталь, но более низкую пластичность. Особое внимание следует уделять сохранению пластичности и вязкости сварного шва во время сварки.
Хрупкость:
Ферритная нержавеющая сталь может стать хрупкой при комнатной температуре, особенно марки с высоким содержанием хрома. Контроль скорости охлаждения во время сварки и применение соответствующей термообработки после сварки могут смягчить эту проблему.
Высокотемпературное охрупчивание:
При повышенных температурах ферритная нержавеющая сталь может стать хрупкой из-за выделения карбидов. Этот риск можно свести к минимуму, контролируя содержание углерода и азота в стали.
Мартенситная нержавеющая сталь и ее сварочные характеристики
Мартенситная нержавеющая сталь — это высокоуглеродистая нержавеющая сталь с объемноцентрированной кубической решеткой. Благодаря термообработке он достигает высокой прочности и твердости, но имеет относительно низкую пластичность и вязкость. К основным характеристикам сварки относятся:
Тенденция к закалке:
Мартенситная нержавеющая сталь имеет тенденцию образовывать твердую и хрупкую мартенситную структуру при охлаждении после сварки, что увеличивает риск хрупкости и растрескивания сварных соединений.
Предварительный нагрев и последующая термическая обработка:
Чтобы уменьшить сварочное напряжение и предотвратить образование трещин, необходим предварительный нагрев перед сваркой и применение послесварочной термообработки. Эти меры помогают восстановить вязкость сварного участка.
Сварочные трещины:
Из-за своей прокаливаемости и сварочных напряжений мартенситная нержавеющая сталь склонна к образованию холодных трещин, особенно если предварительный нагрев и последующая термообработка не выполняются должным образом.
Выбор сварочного материала:
Выбор подходящих сварочных материалов имеет решающее значение. Для снижения риска растрескивания обычно используются электроды с низким содержанием водорода или сварочная проволока, соответствующая химическому составу исходного материала.
Процесс сварки:
Выбор правильного процесса сварки, например, дуговой сварки или сварки в инертном газе (TIG), а также контроль параметров сварки имеют решающее значение для получения высококачественных сварных швов.
Скорость охлаждения:
Скорость охлаждения после сварки существенно влияет на качество сварного шва. Быстрое охлаждение увеличивает риск затвердевания и растрескивания, а медленное охлаждение может снизить вязкость сварной области.
Таким образом, обеспечение высокого качества и производительности сварки включает в себя выбор соответствующих сварочных материалов, контроль параметров сварки и выполнение подходящей послесварочной обработки. Тщательное понимание сварочных характеристик нержавеющей стали имеет решающее значение для проектирования и производства долговечного оборудования.
