Laseigenschappen van austenitisch roestvast staal: Er treden aanzienlijke elastische en plastische spanningen en spanningen op tijdens het lassen, maar koudscheuren komen zelden voor. Lasverbindingen vertonen geen uithardingszones- of aanzienlijke vergroving van de korrels, wat resulteert in een hoge treksterkte voor de lasnaad.
Belangrijke problemen bij het lassen van austenitisch roestvast staal: Aanzienlijke lasvervorming; gevoeligheid voor warmscheuren als gevolg van korrelgrenskarakteristieken en gevoeligheid voor bepaalde sporen van onzuiverheden (zoals S en P).
Afbeelding
Afbeelding
Vijf belangrijke lasproblemen en verzachtende maatregelen voor austenitisch roestvast staal
01
De vorming van chroomcarbiden vermindert de weerstand van de lasverbinding tegen intergranulaire corrosie.
Intergranulaire corrosie: Volgens de chroom{0}}depletietheorie slaan chroomcarbiden neer op de korrelgrenzen wanneer de lasnaad en de door hitte{1}}getroffen zone (HAZ) worden verwarmd binnen het sensibiliseringstemperatuurbereik van 450 graden –850 graden. Hierdoor ontstaan chroom-verarmde zones aan de grenzen, waardoor deze niet meer effectief bestand zijn tegen corrosie.
(1) De volgende maatregelen kunnen worden genomen om interkristallijne corrosie in de lasnaad en corrosie in de sensibiliseringszone van het basismetaal te verminderen:
A. Verminder het koolstofgehalte in zowel het basismetaal als het lasmetaal. Voeg stabiliserende elementen (zoals Ti of Nb) toe aan het basismetaal om bij voorkeur carbiden van het MC--type te vormen, waardoor de vorming van Cr₂₃C₆ wordt voorkomen.
B. Creëer een tweefasige microstructuur in de lasnaad, bestaande uit austeniet en een kleine hoeveelheid ferriet. De aanwezigheid van ferriet verfijnt de korrelstructuur en vergroot het totale korrelgrensgebied, waardoor de hoeveelheid chroomcarbideprecipitatie per oppervlakte-eenheid van de korrelgrens wordt verminderd.
Chroom heeft een hogere oplosbaarheid in ferriet, dus Cr₂₃C₆ vormt bij voorkeur binnen de ferrietfase in plaats van chroom uit te putten aan de austenietkorrelgrenzen. Bovendien fungeert ferriet, verspreid in de austenietmatrix, als een barrière, waardoor wordt voorkomen dat corrosie zich langs de korrelgrenzen in het materiaal voortplant.
C. Controleer de verblijftijd binnen het bereik van de sensibiliseringstemperatuur. Pas de thermische lascyclus aan om de tijd tussen 600 graden en 1000 graden te minimaliseren; Voor dit doel kunnen lasmethoden met hoge-energie-dichtheid (zoals plasmabooglassen) worden geselecteerd. Gebruik een lagere laswarmte-inbreng; reinig de achterkant van de las met argon of gebruik een koperen achterkant om de afkoelsnelheid van de lasverbinding te verhogen; minimaliseer het aantal boogstarts en -stops om herhaalde verhitting te voorkomen; en, bij meervoudige lassen, las het oppervlak dat in contact komt met het corrosieve medium zoveel mogelijk als laatste.
D. Voer een post-lasoplossingbehandeling uit of stabiliserend gloeien (850 graden –900 graden), gevolgd door luchtkoeling om volledige carbideprecipitatie te garanderen en de chroomdiffusie te versnellen.
Afbeelding
(2) Meslijnaantasting- (een vorm van plaatselijke corrosie) in lasverbindingen; de volgende preventieve maatregelen kunnen worden genomen:
Vanwege de hoge diffusiviteit van koolstof segregeert het tijdens het afkoelen aan de korrelgrenzen, waardoor een oververzadigde toestand ontstaat, terwijl Ti en Nb in de korrels blijven vanwege hun lage diffusiviteit. Wanneer de lasverbinding opnieuw wordt verwarmd binnen het sensibiliseringstemperatuurbereik, slaat de oververzadigde koolstof aan de korrelgrenzen neer in de vorm van Cr₂₃C₆.
A. Verminder het koolstofgehalte. Voor roestvrij staal dat stabiliserende elementen bevat, mag het koolstofgehalte niet hoger zijn dan 0,06%.
B. Pas geschikte lasprocedures toe. Selecteer een lagere warmte-inbreng bij het lassen om de verblijftijd van de oververhitte zone bij hoge temperaturen te verkorten, en zorg ervoor dat u tijdens het lassen "tussentemperatuur-sensibilisatie" vermijdt.
Bij dubbelzijdig-lassen moet de lasrups die in contact komt met het corrosieve medium als laatste worden neergeslagen (dit is de reden waarom intern lassen wordt uitgevoerd na extern lassen voor dik-gelaste buizen met een grote- diameter). Als dit niet haalbaar is, moeten de lasparameters en de lasgeometrie worden aangepast om de oververhitting van de oververhitte zone die in contact komt met het corrosieve medium te minimaliseren.
C. Warmtebehandeling na-het lassen. Voer een oplossingsbehandeling of stabilisatiebehandeling uit na het lassen.
Afbeelding
02
Spanningscorrosiescheuren
Om spanningscorrosie te voorkomen kunnen de volgende maatregelen worden genomen:
A. Correcte materiaalkeuze en juiste aanpassing van de lassamenstelling. Hoog-zuiver Cr-Ni austenitisch roestvrij staal, hoog-silicium Cr-Ni austenitisch roestvrij staal, ferritisch-austenitisch roestvrij staal en hoog-chroom ferritisch roestvrij staal vertonen een goede weerstand tegen spanningscorrosie; lasmetaal met een austeniet-ferriet duplexstructuur biedt ook een goede weerstand.
B. Elimineer of verminder reststress. Voer een warmtebehandeling na-lasspanning- uit en gebruik mechanische methoden zoals polijsten, kogelstralen en hameren (hameren) om de restspanning van het oppervlak te verminderen.
C. Rationeel structureel ontwerp om aanzienlijke spanningsconcentraties te vermijden.
Afbeelding
03
Lassen van hete scheuren (lasstollingsscheuren, door hitte-vervloeiingsscheuren in de zone)
De gevoeligheid voor warmscheuren hangt voornamelijk af van de chemische samenstelling, microstructuur en eigenschappen van het materiaal. Nikkel (Ni) vormt gemakkelijk verbindingen met een laag-smeltpunt- of eutectica met onzuiverheden zoals zwavel (S) en fosfor (P); de segregatie van elementen zoals boor (B) en silicium (Si) bevordert ook heetscheuren.
Lasnaden hebben de neiging grove kolomvormige korrelstructuren te vormen met een sterke richtingsgevoeligheid, wat de scheiding van schadelijke onzuiverheden en elementen vergemakkelijkt. Dit bevordert de vorming van continue intergranulaire vloeistoffilms, waardoor de gevoeligheid voor heet kraken toeneemt. Niet-uniforme verwarming tijdens het lassen kan aanzienlijke trekspanningen veroorzaken, waardoor de vorming van hete scheuren verder wordt bevorderd.
Preventieve maatregelen:
A. Controleer strikt het gehalte aan schadelijke onzuiverheden zoals S en P.
B. Pas de microstructuur van het lasmetaal aan. Lassen met een duplex (twee-fasen) microstructuur vertonen een goede scheurweerstand; de delta (δ) fase in de las verfijnt de korrels, elimineert de directionaliteit van austeniet met één- fase, en vermindert de segregatie van schadelijke onzuiverheden aan de korrelgrenzen. Bovendien kan de δ-fase grotere hoeveelheden S en P oplossen en de grensvlakenergie verlagen, waardoor de vorming van intergranulaire vloeistoffilms wordt geremd.
C. Pas de legeringssamenstelling van het lasmetaal aan. Door het gehalte aan Mn, C en N in enkel{2}}fase austenitisch staal op de juiste manier te verhogen en sporenelementen toe te voegen zoals cerium (Ce), zirkonium (Zr) of tantaal (Ta)-die de microstructuur van de las verfijnen en de korrelgrenzen zuiveren-kan de gevoeligheid voor heetscheuren worden verminderd.
D. Procesmaatregelen. Minimaliseer oververhitting van het smeltbad om de vorming van grove kolomvormige korrels te voorkomen; gebruik een lage warmte-inbreng (lage lineaire energie) en lasrupsen met kleine-dwars-doorsnede.
Austenitische staalsoorten van het type 25-20 zijn bijvoorbeeld gevoelig voor scheuren door vloeibaar maken. Maatregelen om dit te verzachten zijn onder meer het strikt beperken van het onzuiverheidsgehalte en de korrelgrootte in het basismetaal, het gebruik van lasmethoden met hoge-energiedichtheid, het gebruik van een lage warmte-inbreng en het verhogen van de afkoelsnelheid van de verbinding. Afbeelding
04
Verbrossing van lasverbindingen
Voor hitte{0}}bestendige staalsoorten moet de ductiliteit van de lasverbindingen worden gewaarborgd om verbrossing bij hoge- temperaturen te voorkomen; voor staalsoorten met lage-temperaturen is een goede taaiheid bij lage-temperaturen vereist om brosse breuk van de lasverbindingen bij lage temperaturen te voorkomen.
Afbeelding
05
Aanzienlijke lasvervorming
Vanwege de lage thermische geleidbaarheid en de hoge thermische uitzettingscoëfficiënt is de vervorming bij het lassen vaak aanzienlijk; Om dit te voorkomen kunnen armaturen worden gebruikt. Selectie van lasmethoden en materialen voor austenitisch roestvast staal:
Austenitisch roestvrij staal kan worden gelast met behulp van methoden zoals Tungsten Inert Gas (TIG) lassen, Metal Inert Gas (MIG) lassen, Plasma Arc Welding (PAW) en Submerged Arc Welding (SAW).
Austenitisch roestvrij staal heeft een laag smeltpunt, lage thermische geleidbaarheid en hoge elektrische weerstand; daarom worden lagere lasstromen gebruikt. Er moeten smalle lasnaden en smalle lasrupsen worden gebruikt om de verblijftijd bij hoge -temperaturen te minimaliseren, carbideprecipitatie te voorkomen, de krimpspanning van de las te verminderen en de gevoeligheid voor heetscheuren te verminderen.
De samenstelling van lastoevoegmaterialen-vooral legeringselementen zoals Cr en Ni-moet hoger zijn dan die van het basismetaal. Er worden lastoevoegmaterialen gebruikt die een kleine hoeveelheid (4%–12%) ferriet bevatten om een goede scheurweerstand (tegen koudscheuren, warmscheuren en spanningscorrosie) in de lasnaad te garanderen.
Wanneer de aanwezigheid van een ferrietfase in de lasnaad verboden of onmogelijk is, moet worden gekozen voor lastoevoegmaterialen die legeringselementen zoals Mo en Mn bevatten.
De niveaus van C, S, P, Si en Nb in lastoevoegmaterialen moeten zo laag mogelijk worden gehouden; Terwijl Nb stollingsscheuren kan veroorzaken in volledig austenitische lasnaden, kan de aanwezigheid van een kleine hoeveelheid ferriet in de lasnaad dit effectief voorkomen.
Lastoevoegmaterialen die Nb bevatten, worden doorgaans geselecteerd voor gelaste constructies die na-lasstabilisatie of spanningsverlichting- een behandeling vereisen. Ondergedompeld booglassen wordt gebruikt voor platen met gemiddelde dikte; het afbrandverlies van Cr en Ni kan worden gecompenseerd door de overdracht van legeringselementen uit het vloeimiddel en de lasdraad.
Vanwege de diepe penetratie moet erop worden gelet dat hete scheuren in het midden van de lasnaad worden voorkomen en dat de corrosieweerstand in de door hitte-beïnvloede zone (HAZ) wordt verminderd. Er moet aandacht worden besteed aan het selecteren van dunnere lasdraden en een lagere warmte-inbreng; de lasdraad moet een laag Si-, S- en P-gehalte hebben.
Het ferrietgehalte in hitte-bestendige roestvrijstalen lasnaden mag niet hoger zijn dan 5%. Voor austenitisch roestvast staal met een Cr- en Ni-gehalte van meer dan 20% moeten lasdraad met een hoog-mangaangehalte (6%–8%) en een basische of neutrale flux worden gebruikt; dit voorkomt het opnemen van silicium in de las en verbetert de scheurweerstand.
Fluxen die specifiek zijn ontworpen voor austenitisch roestvast staal resulteren in een minimale opname van silicium en kunnen legeringselementen in de las overbrengen om te compenseren voor afbrandverliezen, waardoor wordt voldaan aan de vereisten voor laseigenschappen en chemische samenstelling.
