Thép không gỉ cho bình chịu áp lực và đặc tính hàn của nó
Cái gọi là thép không gỉ có nghĩa là thêm một lượng crom nhất định vào thép, để thép ở trạng thái thụ động và có đặc tính không bị gỉ. Để đạt được mục đích này, hàm lượng crom của nó phải trên 12 phần trăm. Để cải thiện khả năng thụ động của thép, các nguyên tố như niken và molypden có thể thụ động hóa thép thường được thêm vào thép không gỉ. Thường được gọi là thép không gỉ thực sự là một thuật ngữ chung cho thép không gỉ và thép chống axit. Thép không gỉ không nhất thiết phải chống axit và thép chống axit thường có đặc tính không gỉ tốt. Thép không gỉ có thể được chia thành bốn loại theo cấu trúc của thép, cụ thể là thép không gỉ austenit, thép không gỉ ferritic, thép không gỉ martensitic và thép không gỉ song công austenit-ferritic.
1. Thép không gỉ Austenitic và đặc tính hàn của nó
Thép không gỉ Austenitic là loại thép không gỉ được sử dụng rộng rãi nhất và loại Cr-Ni cao là loại phổ biến nhất. Hiện tại, thép không gỉ austenit có thể được chia thành loại Cr18-Ni8, loại Cr25-Ni20 và loại Cr25-Ni35. Thép không gỉ Austenitic có các đặc tính hàn sau:
① Hàn thép không gỉ austenit nứt nóng có độ dẫn nhiệt nhỏ và hệ số giãn nở tuyến tính lớn, do đó trong quá trình hàn, thời gian lưu trú ở nhiệt độ cao của mối hàn lâu hơn và mối hàn dễ tạo thành hạt cột thô kết cấu. Nếu hàm lượng các nguyên tố tạp chất như lưu huỳnh, phốt pho, thiếc, antimon và niobi cao, thì điểm nóng chảy eutectic thấp sẽ được hình thành giữa các hạt và các vết nứt đông đặc sẽ dễ dàng hình thành trong mối hàn khi mối hàn chịu nhiệt độ cao. ứng suất kéo. Các vết nứt hóa lỏng được hình thành trong vùng ảnh hưởng nhiệt, tất cả đều thuộc về các vết nứt nhiệt hàn. Cách hiệu quả nhất để ngăn ngừa các vết nứt nóng là giảm các nguyên tố tạp chất có xu hướng tạo ra eutectics có điểm nóng chảy thấp trong thép và vật liệu hàn và làm cho thép không gỉ austenit crom-niken chứa cấu trúc ferit từ 4% đến 12%.
② Ăn mòn giữa các hạt Theo lý thuyết về sự suy giảm crom, sự kết tủa của cacbua crom trên bề mặt giữa các hạt, dẫn đến sự cạn kiệt crom trong ranh giới hạt là nguyên nhân chính gây ra sự ăn mòn giữa các hạt. Do đó, việc lựa chọn vật tư tiêu hao hàn carbon cực thấp hoặc vật tư hàn có chứa các nguyên tố ổn định như niobi và titan là biện pháp chính để ngăn ngừa sự ăn mòn giữa các hạt.
③ Nứt do ăn mòn do ứng suất Nứt do ăn mòn do ứng suất thường biểu hiện là hỏng giòn, quá trình hư hỏng diễn ra trong thời gian ngắn nên hư hỏng nghiêm trọng. Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nứt ăn mòn ứng suất của thép không gỉ austenit là do ứng suất dư hàn. Sự thay đổi cấu trúc của mối hàn hoặc sự tồn tại của nồng độ ứng suất và nồng độ của môi trường ăn mòn cục bộ cũng là những nguyên nhân ảnh hưởng đến sự nứt do ăn mòn ứng suất.
④ Độ giòn pha σ của mối hàn. Pha σ là một loại hợp chất liên kim loại giòn và cứng, chủ yếu tập trung ở ranh giới hạt của các hạt cột. Cả pha và pha δ đều có thể trải qua quá trình chuyển pha σ. Ví dụ, khi mối hàn loại Cr25Ni20 được nung nóng ở 800 độ ~ 900 độ, sẽ xảy ra sự chuyển đổi →δ mạnh. Đối với thép không gỉ austenit crom-niken, đặc biệt là thép không gỉ crom-niken-molypden, sự biến đổi pha δ→σ dễ xảy ra, chủ yếu là do các nguyên tố crom và molypden có sự biến đổi sigma rõ ràng, khi hàm lượng δ ferit trong mối hàn vượt quá 12 phần trăm , sự biến đổi của δ→σ là rất rõ ràng, dẫn đến sự giòn rõ ràng của kim loại mối hàn, đó là lý do tại sao lớp bề mặt trên thành trong của lò phản ứng hydro hóa tường nóng kiểm soát hàm lượng δ ferit ở mức 3 phần trăm đến 10 phần trăm . lý do.
2. Thép không gỉ Ferit và đặc tính hàn của nó
Thép không gỉ Ferit được chia thành hai loại: thép không gỉ Ferit thông thường và thép không gỉ Ferit siêu tinh khiết. Trong số đó, thép không gỉ ferit thông thường có loại Cr12 ~ Cr14, chẳng hạn như 00Cr12, 0Cr13Al; loại Cr16 ~ Cr18, chẳng hạn như 1Cr17Mo; loại Cr25~30.
Do hàm lượng carbon và nitơ cao trong thép không gỉ ferit thông thường, rất khó gia công và hàn, khả năng chống ăn mòn khó đảm bảo nên việc sử dụng bị hạn chế. Trong thép không gỉ ferritic siêu tinh khiết, carbon và nitơ trong thép được kiểm soát chặt chẽ. Tổng lượng nitơ thường được kiểm soát ở ba mức 0.035 phần trăm đến 0.045 phần trăm , 0.030 phần trăm và 0,010 phần trăm đến 0,015 phần trăm . Đồng thời, các nguyên tố hợp kim cần thiết được thêm vào để cải thiện hơn nữa khả năng chống ăn mòn và hiệu suất toàn diện của thép. So với thép không gỉ ferritic thông thường, thép không gỉ ferritic có hàm lượng crôm cao siêu tinh khiết có khả năng chống ăn mòn đồng đều, ăn mòn rỗ và ăn mòn ứng suất tốt, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị hóa dầu. Thép không gỉ Ferritic có các đặc tính hàn sau:
① Dưới tác động của nhiệt độ hàn cao, các hạt trong vùng ảnh hưởng nhiệt nơi nhiệt độ gia nhiệt đạt trên 1000 độ, đặc biệt là ở khu vực gần đường may, sẽ phát triển nhanh chóng. Ngay cả khi nó được làm nguội nhanh sau khi hàn, độ dẻo dai giảm mạnh và xu hướng ăn mòn giữa các hạt cao.
② Bản thân thép Ferritic có hàm lượng crom cao hơn, nhiều nguyên tố có hại hơn như carbon, nitơ, oxy, v.v., nhiệt độ chuyển tiếp giòn cao hơn và độ nhạy của rãnh mạnh hơn. Do đó, độ dòn sau hàn nghiêm trọng hơn.
③ Khi đun nóng và làm nguội chậm ở 400 độ ~ 600 độ trong một thời gian dài, hiện tượng giòn ở 475 độ sẽ xảy ra, điều này sẽ làm giảm nghiêm trọng độ dẻo dai ở nhiệt độ phòng. Sau khi nung nóng trong một thời gian dài ở 550 độ C ~ 820 độ C, pha σ dễ bị kết tủa khỏi ferit, đồng thời độ dẻo và độ dai của nó cũng giảm đi đáng kể.
3. Thép không gỉ Martensitic và đặc tính hàn của nó
Thép không gỉ Martensitic có thể được chia thành thép không gỉ martensitic loại Cr13, thép không gỉ martensitic carbon thấp và thép không gỉ siêu martensitic. Loại Cr13 có hiệu suất chống ăn mòn chung. Từ thép không gỉ martensitic dựa trên Cr12-, do được bổ sung niken, molypden, vonfram, vanadi và các nguyên tố hợp kim khác, nó không chỉ có khả năng chống ăn mòn nhất định mà còn có độ bền nhiệt độ cao và khả năng chịu nhiệt độ cao . Tính oxi hóa.
Đặc tính hàn của thép không gỉ martensitic: Đường hàn thép không gỉ martensitic loại Cr13 và vùng ảnh hưởng nhiệt có xu hướng hóa cứng đặc biệt lớn, và mối hàn có thể thu được martensite cứng và giòn trong điều kiện làm mát bằng không khí. Dưới tác động của hàn, rất dễ xuất hiện các vết nứt do hàn nguội. Khi tốc độ làm mát nhỏ, ferrite thô và cacbua giữa các hạt sẽ được hình thành ở khu vực gần đường may và kim loại hàn, điều này sẽ làm giảm đáng kể độ dẻo và độ dẻo dai của mối nối.
Sau khi mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của thép không gỉ có hàm lượng carbon thấp và siêu martensitic được làm mát, tất cả chúng đều được chuyển thành martensite carbon thấp, nhưng không có hiện tượng đông cứng rõ ràng và chúng có hiệu suất hàn tốt.
Lựa chọn vật tư hàn thép không gỉ cho bình chịu áp lực
1. Lựa chọn vật tư hàn thép không gỉ austenit
Nguyên tắc lựa chọn vật liệu hàn thép không gỉ austenit là đảm bảo rằng khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học của kim loại mối hàn về cơ bản tương đương hoặc cao hơn so với kim loại cơ bản trong điều kiện không có vết nứt. cuộc thi đấu. Đối với thép không gỉ austenit chống ăn mòn, người ta thường mong muốn chứa một lượng ferit nhất định, không chỉ có thể đảm bảo khả năng chống nứt tốt mà còn có khả năng chống ăn mòn tốt. Tuy nhiên, trong một số phương tiện đặc biệt, chẳng hạn như kim loại hàn của thiết bị urê, ferit không được phép tồn tại, nếu không khả năng chống ăn mòn của nó sẽ bị giảm. Đối với thép austenit chịu nhiệt, cần xem xét việc kiểm soát hàm lượng ferit trong kim loại mối hàn. Đối với các mối hàn thép austenit hoạt động ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, hàm lượng ferit trong kim loại mối hàn không được vượt quá 5%. Bạn đọc có thể ước lượng hàm lượng ferit tương ứng theo đương lượng crom và đương lượng niken trong kim loại mối hàn theo giản đồ Schaeffler.
hình ảnh
2. Lựa chọn vật tư hàn thép không gỉ ferritic
Về cơ bản có ba loại vật tư hàn thép không gỉ ferritic: 1) vật tư hàn có thành phần cơ bản phù hợp với kim loại cơ bản; 2) vật tư hàn austenit; 3) vật tư hàn hợp kim dựa trên niken, hiếm khi được sử dụng vì giá cao.
Vật liệu hàn thép không gỉ Ferritic có thể được làm bằng vật liệu tương đương với kim loại cơ bản, nhưng khi mức độ hạn chế lớn, các vết nứt rất dễ xảy ra. Xử lý nhiệt có thể được sử dụng sau khi hàn để khôi phục khả năng chống ăn mòn và cải thiện độ dẻo của khớp. Việc sử dụng các vật liệu hàn austenit có thể tránh được quá trình gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn, nhưng đối với các loại thép khác nhau không chứa các nguyên tố ổn định, sự nhạy cảm của vùng bị ảnh hưởng nhiệt vẫn tồn tại, và vật liệu hàn austenit crom-niken 309 và 310 thường được sử dụng phổ biến. đã sử dụng. Đối với thép Cr17, cũng có thể sử dụng vật liệu hàn 308. Vật liệu hàn có hàm lượng hợp kim cao có lợi để cải thiện độ dẻo của mối hàn. Kim loại mối hàn austenitic hoặc austenitic-ferritic về cơ bản bền như kim loại cơ bản ferritic, nhưng trong một số môi trường ăn mòn, khả năng chống ăn mòn của mối hàn có thể rất khác so với kim loại cơ bản. Chú ý khi chọn vật liệu hàn.
3. Lựa chọn vật tư hàn thép không gỉ martensitic
Trong thép không gỉ, thép không gỉ martensitic có thể được điều chỉnh bằng cách xử lý nhiệt. Do đó, để đảm bảo các yêu cầu về tính năng, đặc biệt là đối với thép không gỉ martensitic chịu nhiệt, thành phần của mối hàn phải càng gần với thành phần của kim loại cơ bản càng tốt. Để ngăn ngừa các vết nứt nguội, cũng có thể sử dụng vật liệu hàn austenit và cường độ mối hàn lúc này phải thấp hơn so với kim loại cơ bản.
Khi thành phần của mối hàn tương tự như thành phần của kim loại cơ bản, mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ đồng thời cứng lại và trở nên giòn, và vùng ảnh hưởng nhiệt sẽ xuất hiện vùng làm mềm. Để ngăn ngừa nứt nguội, các bộ phận có độ dày hơn 3 mm thường cần được làm nóng trước và thường phải xử lý nhiệt sau khi hàn để cải thiện hiệu suất của khớp. Do hệ số giãn nở nhiệt của kim loại hàn và kim loại cơ bản về cơ bản là giống nhau nên có thể loại bỏ hoàn toàn mối hàn sau khi xử lý nhiệt. nhấn mạnh.
hình ảnh
Khi phôi không được phép gia nhiệt trước hoặc xử lý nhiệt, có thể chọn đường hàn austenit. Bởi vì đường hàn có độ dẻo và độ dẻo dai cao, nó có thể làm dịu ứng suất hàn và có thể hòa tan nhiều hydro hơn, do đó làm giảm ứng suất của khớp. Xu hướng nứt nguội, nhưng các mối nối bằng vật liệu không đồng đều, do hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, có thể tạo ra ứng suất cắt trong vùng nóng chảy trong môi trường làm việc có nhiệt độ tuần hoàn, dẫn đến hỏng mối nối.
Đối với thép martensitic loại Cr13 đơn giản, khi không sử dụng mối hàn có cấu trúc austenit, không có nhiều chỗ để điều chỉnh thành phần mối hàn, nhìn chung giống như ma trận kim loại cơ bản, nhưng các tạp chất có hại như S, P và Si phải có giới hạn. Si có thể thúc đẩy sự hình thành martensite thô trong các mối hàn thép martensitic Cr13. Giảm hàm lượng C có lợi để giảm độ cứng và sự tồn tại của một lượng nhỏ các nguyên tố như Ti, N hoặc Al trong mối hàn cũng có thể tinh chế các hạt và giảm độ cứng.
Đối với thép cường độ nhiệt martensitic dựa trên Cr12-hợp kim đa thành phần, mục đích chính là khả năng chịu nhiệt và vật liệu hàn austenit thường không được sử dụng và thành phần mối hàn dự kiến sẽ gần với kim loại cơ bản. Khi điều chỉnh thành phần phải đảm bảo mối hàn không xuất hiện pha ferit, vì nó rất có hại cho tính năng, vì thành phần chính của thép chịu nhiệt martensitic gốc Cr13-chủ yếu là các nguyên tố ferit ( chẳng hạn như Mo, Nb, W, V, v.v.), để đảm bảo rằng toàn bộ cấu trúc là mactenxit đồng nhất, nó phải được cân bằng các nguyên tố austenit, nghĩa là phải có các nguyên tố thích hợp như C, Ni, Mn, và N.
Thép không gỉ Martensitic có xu hướng nứt nguội rất cao, vì vậy cần phải duy trì nghiêm ngặt lượng hydro thấp, thậm chí là hydro cực thấp và điều này phải được chú ý khi lựa chọn vật liệu hàn.
Các điểm chính của hàn thép không gỉ cho bình chịu áp lực
1. Các điểm chính của hàn thép không gỉ austenit
Nói chung, thép không gỉ austenit có khả năng hàn tuyệt vời. Hầu như tất cả các phương pháp hàn nóng chảy đều có thể được sử dụng để hàn thép không gỉ austenit, và các đặc tính vật lý nhiệt và đặc điểm cấu trúc vi mô của thép không gỉ austenit xác định các điểm chính của quy trình hàn.
① Do độ dẫn nhiệt nhỏ và hệ số giãn nở nhiệt lớn của thép không gỉ austenit nên trong quá trình hàn dễ tạo ra biến dạng lớn và ứng suất hàn, do đó nên chọn phương pháp hàn với năng lượng hàn tập trung càng nhiều càng tốt.
② Do độ dẫn nhiệt nhỏ của thép không gỉ austenit, nó có thể đạt được độ sâu thâm nhập lớn hơn so với thép hợp kim thấp dưới cùng dòng điện. Đồng thời, do điện trở suất cao, để tránh làm đỏ điện cực trong quá trình hàn hồ quang, dòng điện hàn nhỏ hơn so với điện cực thép carbon hoặc thép hợp kim thấp có cùng đường kính.
③ Thông số kỹ thuật hàn. Nói chung không sử dụng năng lượng đầu vào lớn để hàn. Đối với hàn hồ quang điện cực, nên sử dụng các điện cực có đường kính nhỏ để hàn nhanh nhiều lần. Đối với các mối hàn có yêu cầu cao, thậm chí đổ nước lạnh để tăng tốc độ làm mát. Đối với thép không gỉ austenit nguyên chất và thép không gỉ siêu austenit, do độ nhạy của vết nứt nhiệt lớn, nên kiểm soát chặt chẽ năng lượng đường hàn để ngăn chặn sự phát triển nghiêm trọng của các hạt hàn và sự xuất hiện của các vết nứt do hàn nóng.
④ Để cải thiện khả năng chống nứt do nhiệt và khả năng chống ăn mòn của mối hàn, cần đặc biệt chú ý đến độ sạch của khu vực hàn trong quá trình hàn để ngăn các yếu tố có hại xâm nhập vào mối hàn.
⑤ Thép không gỉ Austenitic thường không cần gia nhiệt trước khi hàn. Để ngăn chặn sự phát triển của hạt và kết tủa cacbua trong đường hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, đồng thời đảm bảo độ dẻo, độ bền và khả năng chống ăn mòn của mối hàn, nên kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp thấp hơn, thường không vượt quá 150 độ.
2. Điểm hàn thép không gỉ Ferritic
Thép không gỉ Ferit có tương đối nhiều nguyên tố hình thành ferit hơn, các nguyên tố hình thành austenit tương đối ít hơn và vật liệu ít có xu hướng cứng lại và nứt lạnh. Dưới tác động của chu kỳ nhiệt hàn của thép không gỉ ferit, các hạt trong vùng ảnh hưởng nhiệt phát triển rõ ràng, và độ dẻo dai và độ dẻo của khớp giảm mạnh. Mức độ phát triển của hạt trong vùng ảnh hưởng nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ tối đa đạt được trong quá trình hàn và thời gian giữ của nó. Do đó, khi hàn thép không gỉ ferit, nên sử dụng năng lượng dòng càng nhỏ càng tốt, nghĩa là phương pháp tập trung năng lượng, chẳng hạn như TIG dòng điện nhỏ, hàn thủ công với điện cực đường kính nhỏ, v.v. Đồng thời, các biện pháp chẳng hạn như rãnh khe hẹp, tốc độ hàn cao và hàn nhiều lớp nên được sử dụng càng nhiều càng tốt và nhiệt độ giữa các lớp phải được kiểm soát chặt chẽ.
Do ảnh hưởng của chu kỳ nhiệt hàn, thép không gỉ ferit nói chung bị nhạy cảm ở vùng nhiệt độ cao của vùng bị ảnh hưởng nhiệt và xảy ra ăn mòn giữa các hạt ở một số phương tiện. Sau khi hàn, nó được ủ ở 700 ~ 850 độ để đồng nhất hóa crom và khôi phục khả năng chống ăn mòn của nó.
Thép không gỉ ferritic có hàm lượng crôm cao thông thường có thể được hàn bằng phương pháp hàn hồ quang điện cực, hàn khí bảo vệ, hàn hồ quang chìm và các phương pháp hàn khác. Do tính dẻo thấp vốn có của thép crôm cao, cũng như sự phát triển của hạt trong vùng ảnh hưởng nhiệt và sự tích tụ cacbua và nitrua tại ranh giới hạt do chu kỳ nhiệt hàn gây ra, độ dẻo và độ bền của mối hàn rất cao. thấp. Các vết nứt có khả năng xảy ra khi sử dụng vật liệu hàn có thành phần hóa học tương tự với kim loại cơ bản và mức độ hạn chế lớn. Để ngăn ngừa các vết nứt và cải thiện độ dẻo của khớp và khả năng chống ăn mòn, lấy hàn hồ quang điện cực làm ví dụ, có thể thực hiện các biện pháp công nghệ sau đây.
① Làm nóng sơ bộ ở khoảng 100 ~ 150 độ để hàn vật liệu ở trạng thái cứng. Hàm lượng crom càng cao thì nhiệt độ gia nhiệt trước càng cao.
② Hàn với năng lượng đầu vào nhỏ và không dao động. Trong quá trình hàn nhiều lớp, nhiệt độ giữa các lớp phải được kiểm soát không cao hơn 150 độ và không nên sử dụng hàn liên tục để giảm tác động của độ giòn nhiệt độ cao và độ giòn 475 độ.
③ Sau khi hàn, ủ ở 750 ~ 800 độ có thể khôi phục khả năng chống ăn mòn và cải thiện độ dẻo của khớp do sự hình cầu hóa của cacbua và sự phân bố đồng đều của crom. Sau khi ủ, cần làm nguội nhanh để tránh xảy ra pha σ và độ giòn ở 475 độ.
3. Điểm hàn thép không gỉ Martensitic
Đối với thép không gỉ martensitic loại Cr13, khi sử dụng các điện cực của cùng một vật liệu để hàn, để giảm độ nhạy của vết nứt nguội và đảm bảo tính dẻo và độ bền của mối hàn, nên chọn điện cực có hàm lượng hydro thấp và thực hiện các biện pháp sau: chụp cùng lúc:
① Làm nóng sơ bộ. Nhiệt độ gia nhiệt trước tăng lên cùng với sự gia tăng hàm lượng carbon của thép, thường nằm trong khoảng từ 100 độ đến 350 độ.
② Sau khi đun nóng. Đối với các mối hàn có hàm lượng carbon cao hoặc hạn chế cao, các biện pháp gia nhiệt sau phải được thực hiện sau khi hàn để ngăn ngừa các vết nứt do hàn gây ra bởi hydro.
③ Xử lý nhiệt sau hàn. Để cải thiện độ dẻo, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn của các mối hàn, nhiệt độ xử lý nhiệt sau hàn thường là 650 độ C ~ 750 độ C và thời gian giữ được tính là 1h / 25 mm.
Đối với thép không gỉ martensitic siêu và carbon thấp, các biện pháp gia nhiệt trước thường không cần thiết. Khi mức độ hạn chế lớn hoặc hàm lượng hydro trong mối hàn cao, các biện pháp gia nhiệt trước và gia nhiệt sau được thực hiện. Nhiệt độ gia nhiệt trước thường là 100 độ C ~ 150 độ C, nhiệt độ xử lý nhiệt sau hàn là 590 ~ 620 độ. Đối với thép martensitic có hàm lượng carbon cao hơn. Hoặc khi việc gia nhiệt trước khi hàn và xử lý nhiệt sau khi hàn khó thực hiện và các mối nối bị hạn chế cao, vật liệu hàn austenit cũng có thể được sử dụng trong kỹ thuật để cải thiện độ dẻo và độ dẻo dai của các mối hàn và ngăn ngừa các vết nứt. Nhưng tại thời điểm này, khi kim loại mối hàn là austenit hoặc austenit, nó thực sự là một mối hàn có độ bền thấp so với độ bền của kim loại cơ bản, và kim loại mối hàn và kim loại cơ bản khác nhau về thành phần hóa học, cấu trúc kim loại, nhiệt Các tính chất vật lý và cơ học rất khác nhau, và ứng suất dư khi hàn là không thể tránh khỏi, có thể dễ dàng gây ra hiện tượng ăn mòn do ứng suất hoặc hư hỏng do rão ở nhiệt độ cao.
Hàn thép không gỉ duplex
1. Các loại song inox
Thép không gỉ kép có cấu trúc song công austenite cộng với ferrite và nội dung của cấu trúc hai pha
Về cơ bản là giống nhau, vì vậy nó có các đặc tính của thép không gỉ Austenit và thép không gỉ Ferit. Cường độ năng suất có thể đạt 400Mpa ~ 550MPa, gấp đôi so với thép không gỉ austenit thông thường. So với thép không gỉ ferritic, thép không gỉ song công có độ dẻo dai cao, nhiệt độ chuyển đổi giòn thấp, khả năng chống ăn mòn giữa các hạt được cải thiện đáng kể và hiệu suất hàn; đồng thời, nó vẫn giữ được một số đặc tính của thép không gỉ ferit, chẳng hạn như độ giòn 475 độ, tính dẫn nhiệt cao, hệ số giãn nở tuyến tính nhỏ, tính siêu dẻo và từ tính. So với thép không gỉ austenit, độ bền của thép không gỉ song công cao, đặc biệt là cường độ năng suất được cải thiện đáng kể, và hiệu suất chống ăn mòn rỗ, chống ăn mòn ứng suất và chống mỏi do ăn mòn cũng được cải thiện đáng kể.
Thép không gỉ kép được phân loại theo thành phần hóa học của nó và có thể được chia thành bốn loại: loại Cr18, Cr23 (không bao gồm Mo), loại Cr22 và loại Cr25. Đối với thép không gỉ song công Cr25, nó có thể được chia thành loại thông thường và thép không gỉ siêu song công, trong đó loại Cr22 và loại Cr25 đã được sử dụng rộng rãi trong những năm gần đây. Hầu hết các loại thép không gỉ song công được sử dụng ở nước tôi đều được sản xuất tại Thụy Điển và các loại cụ thể là: 3RE60 (loại Cr18), SAF2304 (loại Cr23), SAF2205 (loại Cr22), SAF2507 (loại Cr25).
2. Đặc tính hàn của thép không gỉ song công
① Thép không gỉ song công có khả năng hàn tốt. Không dễ làm giòn vùng ảnh hưởng nhiệt trong quá trình hàn như thép không gỉ ferritic, cũng như không dễ tạo ra các vết nứt do hàn nóng như thép không gỉ austenit. Tuy nhiên, vì nó có một lượng lớn ferit, Khi độ cứng cao hoặc hàm lượng hydro trong mối hàn cao, các vết nứt do làm mát bằng hydro có thể xảy ra, do đó, điều rất quan trọng là phải kiểm soát chặt chẽ nguồn hydro.
② Để đảm bảo các đặc tính của thép hai pha, đảm bảo rằng tỷ lệ austenite và ferrite trong cấu trúc của mối hàn là phù hợp là chìa khóa để hàn loại thép này. Khi tốc độ làm mát của mối nối sau khi hàn chậm, sự thay đổi pha thứ cấp của δ→ tương đối đủ, do đó có thể thu được cấu trúc song công với tỷ lệ pha tương đối phù hợp ở nhiệt độ phòng, đòi hỏi đầu vào nhiệt hàn lớn phù hợp trong quá trình hàn . Mặt khác, nếu tốc độ làm nguội sau khi hàn nhanh, pha δ ferrite sẽ tăng lên, dẫn đến độ dẻo, độ dai và khả năng chống ăn mòn của mối nối giảm nghiêm trọng.
3. Lựa chọn vật tư hàn thép không gỉ song công
Vật liệu hàn cho thép không gỉ song công, được đặc trưng bởi cấu trúc mối hàn là cấu trúc song công chiếm ưu thế bởi austenite và hàm lượng các nguyên tố chống ăn mòn chính (crom, molypden, v.v.) tương đương với hàm lượng của kim loại cơ bản, do đó đảm bảo khả năng chống ăn mòn giống như giới tính kim loại cơ bản. Để đảm bảo hàm lượng austenit trong mối hàn, hàm lượng niken và nitơ thường được tăng lên, tức là lượng niken tương đương được tăng khoảng 2% đến 4%. Trong vật liệu cơ bản bằng thép không gỉ song công, thường có một lượng nitơ nhất định và một lượng nitơ nhất định cũng được mong đợi trong vật liệu hàn, nhưng nhìn chung không được quá cao, nếu không sẽ xảy ra lỗ chân lông. Bằng cách này, hàm lượng niken cao đã trở thành sự khác biệt lớn giữa vật liệu hàn và kim loại cơ bản.
Theo các yêu cầu khác nhau về khả năng chống ăn mòn và độ dẻo dai của mối nối, hãy chọn điện cực phù hợp với thành phần hóa học của kim loại cơ bản, chẳng hạn như hàn thép không gỉ song công Cr22, bạn có thể chọn điện cực Cr22Ni9Mo3, chẳng hạn như điện cực E2209. Khi sử dụng các điện cực axit, loại bỏ xỉ tốt và hình dạng mối hàn đẹp, nhưng độ bền va đập thấp. Khi yêu cầu kim loại mối hàn có độ bền va đập cao và yêu cầu hàn ở mọi vị trí, nên sử dụng điện cực kiềm. Các điện cực cơ bản thường được sử dụng khi hàn gốc. Khi có các yêu cầu đặc biệt về khả năng chống ăn mòn của kim loại mối hàn, cũng nên sử dụng các điện cực cơ bản có thành phần thép siêu kép.
Đối với dây hàn được bảo vệ bằng khí rắn, ngoài việc đảm bảo kim loại hàn có khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học tốt, còn cần chú ý đến hiệu suất quá trình hàn của nó. Đối với dây lõi trợ dung, khi yêu cầu hình dạng mối hàn phải đẹp, rutile hoặc titan Đối với dây lõi trợ dung loại canxi, khi yêu cầu độ dai va đập cao hơn hoặc hàn trong điều kiện hạn chế lớn hơn, nên sử dụng dây lõi trợ dung có độ kiềm cao hơn được dùng.
Đối với hàn hồ quang chìm, nên sử dụng dây hàn có đường kính nhỏ hơn để thực hiện hàn nhiều lớp và nhiều lớp theo các thông số kỹ thuật hàn vừa và nhỏ, để tránh làm giòn vùng ảnh hưởng nhiệt hàn và kim loại hàn , và sử dụng thông lượng kiềm phù hợp.
4. Điểm hàn song công inox
① Kiểm soát quá trình nhiệt hàn Năng lượng nhiệt hàn, nhiệt độ giữa các lớp, gia nhiệt sơ bộ 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. Tốc độ làm nguội quá nhanh hoặc quá chậm sẽ ảnh hưởng đến độ bền và khả năng chống ăn mòn của các mối hàn thép song công. Khi tốc độ làm nguội quá nhanh sẽ gây thừa hàm lượng pha và làm tăng kết tủa Cr2N. Nếu tốc độ làm nguội quá chậm, các hạt tinh thể sẽ bị thô hóa nghiêm trọng và thậm chí một số hợp chất liên kim loại giòn, chẳng hạn như pha σ, có thể bị kết tủa. Bảng 1 liệt kê một số năng lượng dòng hàn được khuyến nghị và phạm vi nhiệt độ giao nhau. Khi chọn năng lượng dòng, độ dày vật liệu cụ thể cũng cần được xem xét. Giới hạn trên của năng lượng dòng trong bảng phù hợp với các tấm dày và giới hạn dưới phù hợp với các tấm mỏng. Khi hàn thép song công với 25 phần trăm ω(Cr) và thép siêu không gỉ có hàm lượng hợp kim cao, để có được các đặc tính kim loại mối hàn tốt nhất, nên kiểm soát nhiệt độ giao nhau tối đa ở 100 độ. 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 xử lý nhiệt thép không gỉ song công sau khi hàn, nhưng khi hàm lượng pha ở trạng thái như hàn vượt quá yêu cầu hoặc khi các pha có hại, chẳng hạn như pha σ, bị kết tủa, sau hàn xử lý nhiệt mối hàn có thể được sử dụng để cải thiện. 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 5 ~ 30 phút, đủ để khôi phục trạng thái cân bằng của các 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. Đối với thép hai pha có 22% ω (Cr) nên nhiệt luyện ở nhiệt độ 1050 độ C ~ 1100 độ C, còn thép hai pha và thép siêu kép có 25% ω (Cr) ) yêu cầu xử lý nhiệt ở nhiệt độ 1070 độ C ~ 1120 độ C Tiến hành xử lý nhiệt.
Ví dụ hàn bình chịu áp lực bằng thép không gỉ
Bể flash có đường kính 800 mm và độ dày thành 10 mm được làm bằng 0Cr18Ni9.
Minh họa:
① Đường kính của xi lanh là 800mm và thợ hàn có thể khoan vào xi lanh để hàn. Do đó, các đường nối dọc và tròn của xi lanh được hàn ở cả hai bên bằng hàn hồ quang điện cực.
② Thiết bị này không có lỗ nên mối hàn đóng chỉ có thể được hàn từ bên ngoài. Để đảm bảo chất lượng hàn, hàn TIG được sử dụng làm lớp nền. Tuy nhiên, kim loại phía sau sẽ bị oxy hóa trong quá trình hàn hồ quang argon của thép không gỉ. Trước đây, chỉ có thể sử dụng phương pháp lấp đầy argon ở mặt sau để bảo vệ. không tốt. Để giải quyết khó khăn trong quy trình này, Bộ phận hàn của Công ty Nippon Oil & Fat đã phát triển và sản xuất dây hàn TIG bằng thép không gỉ tự bảo vệ mặt sau, là dây hàn có lớp phủ đặc biệt và lớp phủ (nghĩa là lớp phủ ) sẽ thâm nhập vào bể nóng chảy sau khi tan chảy. Ở mặt sau, một lớp bảo vệ dày đặc được hình thành, tương đương với vai trò của lớp phủ điện cực. Việc sử dụng dây hàn này hoàn toàn giống với dây hàn TIG thông thường và lớp phủ sẽ không ảnh hưởng đến hồ quang phía trước và hình dạng vũng nóng chảy, giúp giảm đáng kể chi phí hàn của hàn hồ quang argon thép không gỉ. Trong thiết bị này, nếu sử dụng bảo vệ argon phía sau, chất thải argon là nghiêm trọng, vì vậy dây hàn tự bảo vệ được sử dụng.
③ Đối với các mối hàn góc giữa ống nối và mặt bích hàn phẳng, và giữa ống nối và vỏ, xét về hình dạng và điều kiện hàn của các mối hàn ở phần này, hàn hồ quang điện cực thường được sử dụng. Nếu đường kính của ống kết nối quá nhỏ, để giảm độ khó hàn, hàn TIG cũng có thể được sử dụng.
④ Mối hàn phi lê giữa giá đỡ và vỏ là mối hàn không chịu áp lực và sử dụng hàn có khí bảo vệ (khí bảo vệ là CO2 tinh khiết), hiệu quả cao và hình dạng mối hàn đẹp. TFW-308L là loại vật tư tiêu hao hàn và mẫu vật tư tiêu hao hàn của nó là E308LT1-1 (AWS A5.22).
