Thép không gỉ Austenitthường có cấu trúc vi mô bao gồm austenit nguyên chất ở nhiệt độ phòng; tuy nhiên, một số biến thể có chứa một lượng nhỏ ferit, giúp ngăn ngừa hiện tượng nứt nóng. Do khả năng hàn tuyệt vời, thép không gỉ austenit được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như xử lý hóa chất và sản xuất bình chịu áp lực cho ngành dầu khí. Tuy nhiên, nếu các hoạt động hàn được thực hiện không đúng cách, thép không gỉ austenit dễ gặp phải nhiều vấn đề khác nhau, bao gồm ăn mòn giữa các hạt, nứt nóng, nứt ăn mòn do ứng suất và hình thành mối hàn kém.
Các vấn đề hàn liên quan đến thép không gỉ austenit là gì?
I. Ăn mòn giữa các hạt
Một. Nguyên nhân ăn mòn giữa các hạt
Ăn mòn giữa các hạt xảy ra ở ranh giới hạt; do đó, nó được gọi là ăn mòn giữa các hạt. Nó đại diện cho một trong những dạng suy thoái nguy hiểm nhất đối với thép không gỉ austenit. Nó được đặc trưng bởi sự ăn mòn xâm nhập sâu vào kim loại dọc theo ranh giới hạt, dẫn đến suy giảm cả tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn của kim loại.
Khi thép không gỉ austenit được giữ trong khoảng nhiệt độ từ 450 độ đến 850 độ trong một thời gian nhất định, cacbua crom (Cr23C6) sẽ kết tủa ở ranh giới hạt. Crom cần thiết cho sự kết tủa này được lấy chủ yếu từ các lớp bề mặt của hạt; nếu crom từ bên trong hạt không thể khuếch tán ra ngoài đủ nhanh để bổ sung các lớp bề mặt này thì hàm lượng crom ở ranh giới hạt-cụ thể là ở các lớp bề mặt của hạt-sẽ giảm xuống, tạo ra một "vùng cạn kiệt crom". Dưới tác động của môi trường ăn mòn mạnh, các vùng nghèo crom-này ở ranh giới hạt trở nên dễ bị tấn công, dẫn đến ăn mòn giữa các hạt. Thép không gỉ bị ảnh hưởng bởi sự ăn mòn giữa các hạt có thể không có những thay đổi rõ ràng trên bề mặt của nó; tuy nhiên, khi chịu ứng suất, nó sẽ bị gãy dọc theo các ranh giới hạt, dẫn đến mất đi độ bền kết cấu gần như hoàn toàn.
b. Các biện pháp ngăn ngừa ăn mòn giữa các hạt
Chọn điện cực hàn bằng thép không gỉ có hàm lượng carbon cực thấp (C Nhỏ hơn hoặc bằng 0,03%) hoặc những điện cực có chứa nguyên tố ổn định như titan hoặc niobi.
Sử dụng các thông số hàn "đầu vào{0}}nhiệt độ-thấp. Mục tiêu là giảm thiểu thời gian dừng trong phạm vi nhiệt độ tới hạn (450 độ –850 độ). Điều này đạt được bằng cách sử dụng dòng hàn thấp, tốc độ di chuyển cao, chiều dài hồ quang ngắn và tránh các chuyển động dệt ngang. Các phương pháp làm mát cưỡng bức (ví dụ: sử dụng tấm lót bằng đồng hoặc làm mát bằng nước) có thể được áp dụng cho đường hàn để tăng tốc độ làm mát của mối hàn và giảm kích thước của vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).
Khi hàn nhiều đường hàn, nhiệt độ giữa các đường hàn phải được kiểm soát chặt chẽ; hạt hàn trước phải được để nguội xuống dưới 60 độ trước khi thực hiện lớp hàn tiếp theo. Đường hàn ở phía của bộ phận sẽ tiếp xúc với môi trường ăn mòn phải được hàn cuối cùng. Nên thực hiện-xử lý dung dịch sau mối hàn: phôi được làm nóng đến nhiệt độ từ 1050 độ đến 1150 độ, sau đó là làm nguội. Quá trình này làm cho các kết tủa Cr23C6 ở ranh giới hạt hòa tan lại vào bên trong hạt, từ đó khôi phục lại cấu trúc vi mô austenit đồng nhất.
II. Nứt nóng
Nguyên nhân gây nứt nóng
Khoảng nhiệt độ lớn giữa đường chất lỏng và đường rắn-có nghĩa là phạm vi nhiệt độ rộng trong quá trình hóa rắn-dẫn đến sự phân tách nghiêm trọng của các tạp chất có điểm nóng chảy--thấp, có xu hướng tập trung ở ranh giới hạt. Hơn nữa, hệ số giãn nở nhiệt cao dẫn đến ứng suất đáng kể trong quá trình làm mát và co ngót.
Các biện pháp kiểm soát nứt nóng
Kiểm soát cấu trúc vi mô của kim loại mối hàn; lý tưởng nhất là kim loại mối hàn phải có cấu trúc song công, với hàm lượng ferit được duy trì ở mức hoặc dưới 3%–5%. Điều này là do ferrite có khả năng hòa tan một lượng đáng kể các tạp chất có hại như lưu huỳnh (S) và phốt pho (P). Kiểm soát thành phần hóa học; giảm hàm lượng niken, cacbon, lưu huỳnh và phốt pho trong kim loại mối hàn-đồng thời tăng hàm lượng các nguyên tố như crom, molypden, silicon và mangan-có thể giảm thiểu hiệu quả sự xuất hiện vết nứt nóng.
Chọn loại lớp phủ điện cực thích hợp. Việc sử dụng điện cực được phủ loại-hydro-thấp sẽ thúc đẩy quá trình sàng lọc hạt trong kim loại mối hàn, giảm sự phân tách tạp chất và tăng cường khả năng chống nứt. Ngược lại, các điện cực được phủ loại{4}}axit có đặc tính oxy hóa mạnh, dẫn đến sự đốt cháy-đáng kể các nguyên tố hợp kim và do đó làm giảm khả năng chống nứt; hơn nữa, chúng tạo ra cấu trúc thớ thô-, khiến mối hàn rất dễ bị nứt nóng. Sử dụng các thông số hàn và tốc độ làm nguội thích hợp. Sử dụng các thông số hàn "lạnh"-cụ thể là dòng điện thấp và tốc độ di chuyển cao{10}}để tránh bể hàn quá nóng và tạo điều kiện làm mát nhanh chóng; điều này giảm thiểu sự phân tách và cải thiện khả năng chống nứt. Khi hàn nhiều đường hàn, hãy kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ giữa các đường hàn; đảm bảo rằng hạt hàn trước đã nguội đến 60 độ trước khi đặt hạt hàn tiếp theo.
III. Ăn mòn ứng suất nứt
Nguyên nhân gây ra vết nứt ăn mòn ứng suất
Nứt ăn mòn ứng suất (SCC) là hiện tượng nứt muộn xảy ra trong các mối hàn khi chịu ứng suất kéo trong môi trường ăn mòn cụ thể. Trong các mối hàn bằng thép không gỉ austenit, SCC thể hiện một dạng hư hỏng đặc biệt nghiêm trọng, biểu hiện là vết nứt giòn không kèm theo bất kỳ biến dạng dẻo vĩ mô nào.
Các biện pháp chống ăn mòn ứng suất, nứt ăn mòn
Thiết lập các quy trình tạo hình, xử lý và lắp ráp thích hợp để giảm thiểu biến dạng do làm mát-gây ra nhiều nhất có thể; tránh lắp ráp cưỡng bức; và ngăn ngừa sự xuất hiện của nhiều khuyết tật bề mặt khác nhau trong quá trình lắp ráp (vì nhiều vết xước và vết hồ quang liên quan đến lắp ráp-có thể đóng vai trò là vị trí khởi tạo vết nứt cho SCC và có xu hướng phát triển thành các vết ăn mòn). Lựa chọn vật liệu hàn một cách thận trọng. Kim loại mối hàn và kim loại cơ bản phải-khớp với nhau để ngăn chặn sự hình thành các cấu trúc vi mô không mong muốn-chẳng hạn như hạt thô hoặc martensite cứng, giòn. Sử dụng các quy trình hàn thích hợp. Đảm bảo rằng đường hàn có hình thái tốt, không có các khuyết tật có thể gây ra sự tập trung ứng suất hoặc rỗ (ví dụ, vết cắt); hơn nữa, áp dụng trình tự hàn hợp lý để giảm thiểu ứng suất hàn dư. Thực hiện các phương pháp điều trị{11}}giảm căng thẳng. Điều này thường liên quan đến việc{13}}xử lý nhiệt sau hàn, chẳng hạn như ủ hoặc ủ hoàn toàn; trong những trường hợp khó thực hiện xử lý nhiệt, các phương pháp thay thế-chẳng hạn như hàn tinh sau mối hàn hoặc phun bi{16}}có thể được sử dụng.
IV. Sự hình thành hạt hàn kém
Một. Nguyên nhân hình thành hạt hàn kém
Khi hàn thép không gỉ austenit, hàm lượng cao các nguyên tố hợp kim trong kim loại mối hàn dẫn đến tính lưu động kém của vũng hàn, điều này thường dẫn đến sự hình thành bề mặt hạt hàn kém. Điều này chủ yếu được biểu hiện dưới dạng sự hình thành bị xuống cấp ở mặt sau của rãnh gốc và bề mặt thô ráp ở rãnh nắp. Mặc dù tác động của sự hình thành bề mặt kém đến hiệu suất của mối hàn không đặc biệt rõ ràng trong điều kiện vận hành ở nhiệt độ-cao hoặc môi trường xung quanh, nhưng trong điều kiện nhiệt độ-thấp, nồng độ ứng suất gây ra bởi các khuyết tật như vậy có thể ảnh hưởng đến hiệu suất-ở nhiệt độ thấp của mối hàn cũng đáng kể như các khuyết tật bên trong mối hàn.
b. Các biện pháp để hình thành mối hàn kém
Các vấn đề liên quan đến sự hình thành hạt hàn kém-cũng như vấn đề ăn mòn giữa các hạt trong vùng-ảnh hưởng nhiệt (HAZ)-có thể được giải quyết một cách hiệu quả thông qua việc tối ưu hóa quy trình hàn. Cụ thể, việc sử dụng Hàn hồ quang vonfram khí (GTAW) cho đường hàn gốc, kết hợp với việc sử dụng nhiệt đầu vào hàn thấp, cho phép kiểm soát hiệu quả mức độ HAZ tiếp xúc với phạm vi nhiệt độ nhạy cảm.
Phần kết luận
Thép không gỉ Austenitic là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất, hóa dầu; tuy nhiên, mối hàn của nó dễ mắc phải bốn loại khuyết tật chính-chẳng hạn như ăn mòn giữa các hạt và nứt nóng-mà nguyên nhân cốt lõi của chúng phần lớn có liên quan đến việc kiểm soát nhiệt độ, sự phân tách nguyên tố và ứng suất dư. Tốt nhất, những vấn đề này chỉ làm ảnh hưởng đến hình thái mối hàn; tệ nhất là chúng làm giảm đáng kể hiệu suất của vật liệu hoặc thậm chí gây ra hiện tượng gãy giòn. Do đó, các chiến lược ngăn ngừa và kiểm soát hiệu quả đòi hỏi phải quản lý toàn diện qua nhiều giai đoạn-bao gồm lựa chọn điện cực, tối ưu hóa thông số hàn và-xử lý sau mối hàn-với việc kiểm soát chính xác nhiệt đầu vào đóng vai trò là đầu mối quan trọng.