Нержавіюча сталь — це тип сталі, яка містить хром, що забезпечує їй міцну стійкість до іржі. За структурою нержавіючу сталь поділяють на чотири основні типи: аустенітну, феритну, мартенситну тадуплекс з нержавіючої сталі. Кожен тип має унікальні характеристики та особливі вимоги до зварювання.
Нержавіюча сталь виготовляється шляхом додавання хрому до сталі, створюючи пасивований стан, який робить матеріал стійким до іржі. Щоб ця властивість була ефективною, вміст хрому має бути не менше 12%. Щоб ще більше підвищити стійкість до корозії, такі елементи, як нікель і молібден, часто додають для посилення пасиваційного шару.
Загалом, «нержавіюча сталь» включає як нержавіючу, так і кислотостійку сталь. Хоча нержавіюча сталь не завжди є кислотостійкою, кислотостійка сталь, як правило, забезпечує чудову стійкість до іржі завдяки своєму покращеному хімічному складу.
Аустенітна нержавіюча сталь та її зварювальні характеристики
Аустенітна нержавіюча сталь містить високу частку хрому та нікелю, зазвичай утворюючи повністю аустенітну структуру при кімнатній температурі. Ця сталь має відмінну пластичність, міцність і стійкість до корозії. Однак під час зварювання виникає кілька проблем:
Міжкристалічна корозія:
Коли аустенітна нержавіюча сталь залишається в діапазоні температур від 450 до 850 градусів протягом тривалого періоду, карбіди Cr23C6 можуть випадати в осад на межах зерен, створюючи зони збіднення хрому та викликаючи міжкристалітну корозію. Профілактичні заходи включають використання матеріалів з наднизьким вмістом вуглецю або стабілізованих зварювальних матеріалів з такими елементами, як титан або ніобій, застосування методів зварювання з низьким нагріванням і виконання обробки розчину після зварювання.
Гарячі тріщини:
Завдяки високому коефіцієнту теплового розширення аустенітна нержавіюча сталь відчуває значну усадкову напругу під час охолодження, що робить її схильною до гарячих тріщин. Щоб запобігти цьому, склад металу зварного шва можна регулювати для формування дуплексної структури з вмістом фериту, що контролюється між 3% і 5%. Крім того, вибір відповідного покриття електрода може зменшити ризик розтріскування.
Корозійне розтріскування під напругою:
Зварні з’єднання з аустенітної нержавіючої сталі можуть зазнати уповільненого розтріскування під дією напруги розтягування в специфічних корозійних середовищах. Профілактичні стратегії включають вибір сумісних зварювальних матеріалів, забезпечення належної відповідності між зварювальним швом і основним металом, використання відповідних процесів зварювання та застосування обробки для зняття напруги після зварювання.
Погане формування зварного шва:
Через високий вміст сплаву та низьку текучість розплавленої ванни аустенітна нержавіюча сталь може призвести до поганої якості поверхні зварного шва. Щоб покращити формування зварного шва, можна використовувати такі методи, як зварювання вольфрамовим інертним газом (TIG) для кореневих проходів, контроль температурного діапазону сенсибілізації зони термічного впливу та застосування технології вузького зварного шва.
Феритна нержавіюча сталь та її зварювальні характеристики
Феритна нержавіюча сталь містить від 10,5% до 30% хрому та має об’ємно-центровану структуру кубічної решітки. Зазвичай він не містить нікелю, але може містити невелику кількість молібдену, титану або ніобію для покращення властивостей. Ця сталь має високу теплопровідність, низьке теплове розширення та чудову стійкість до окислення та корозії під напругою. Його зварювальні характеристики включають:
Зварюваність:
Через низький коефіцієнт теплового розширення феритна нержавіюча сталь схильна до зварювальних напруг, які можуть спричинити розтріскування. Попереднє нагрівання перед зварюванням і повільне охолодження після зварювання необхідні для мінімізації напруги та запобігання розтріскування.
Міжкристалічна корозія:
Феритна нержавіюча сталь схильна до міжкристалітної корозії, особливо при високому вмісті вуглецю. Щоб зменшити цей ризик, рекомендується використовувати низьковуглецеві або стабілізовані зварювальні матеріали.
Стійкість до корозії:
Феритна нержавіюча сталь має кращу стійкість до корозії, ніж аустенітна316 нержавіюча сталь, особливо в середовищах з високим вмістом хлору. Це робить його придатним для агресивних корозійних умов.
Механічні властивості:
Феритна нержавіюча сталь має дещо вищу текучість і міцність на розрив, ніж низьковуглецева сталь, але нижчу пластичність. Особливу увагу слід приділяти збереженню пластичності та міцності зварного шва під час зварювання.
Крихкість:
Феритна нержавіюча сталь може стати крихкою при кімнатній температурі, особливо марки з високим вмістом хрому. Контроль швидкості охолодження під час зварювання та застосування відповідної термообробки після зварювання може пом’якшити цю проблему.
Високотемпературна крихкість:
При підвищених температурах феритна нержавіюча сталь може стати крихкою через випадання карбіду. Цей ризик можна мінімізувати шляхом контролю вмісту вуглецю та азоту в сталі.
Мартенситна нержавіюча сталь та її зварювальні характеристики
Мартенситна нержавіюча сталь — це високовуглецева нержавіюча сталь із об’ємно-центрованою кубічною структурою решітки. Він досягає високої міцності і твердості завдяки термічній обробці, але має відносно низьку пластичність і в'язкість. Основні характеристики зварювання включають:
Тенденція до твердіння:
Мартенситна нержавіюча сталь схильна до утворення твердої та крихкої мартенситної структури під час охолодження після зварювання, що підвищує ризик крихкості та розтріскування зварних з’єднань.
Попереднє нагрівання та післятермічна обробка:
Щоб зменшити напругу під час зварювання та запобігти утворенню тріщин, необхідне попереднє нагрівання перед зварюванням і термічна обробка після зварювання. Ці заходи сприяють відновленню міцності звареного місця.
Зварювальні тріщини:
Мартенситна нержавіюча сталь схильна до утворення холодних тріщин через її здатність до гартування та напруги зварювання, особливо якщо попереднє нагрівання та подальша термічна обробка не виконуються належним чином.
Вибір зварювального матеріалу:
Вибір відповідних зварювальних матеріалів є критичним. Для зменшення ризику розтріскування зазвичай використовуються електроди з низьким вмістом водню або зварювальний дріт, що відповідає хімічному складу основного матеріалу.
Процес зварювання:
Вибір правильного процесу зварювання, такого як дугове зварювання або зварювання інертним газом вольфраму (TIG), і контроль параметрів зварювання мають вирішальне значення для досягнення високоякісних зварних швів.
Швидкість охолодження:
Швидкість охолодження після зварювання істотно впливає на якість шва. Швидке охолодження збільшує ризик затвердіння та розтріскування, тоді як повільне охолодження може знизити міцність у зварюваній зоні.
Таким чином, забезпечення високої якості та продуктивності зварювання передбачає вибір відповідних зварювальних матеріалів, контроль параметрів зварювання та виконання належної обробки після зварювання. Глибоке розуміння зварювальних характеристик нержавіючої сталі має вирішальне значення для проектування та виробництва довговічного обладнання.
