Нержавеющая сталь (нержавеющая сталь)Это аббревиатура от «нержавеющая кислотостойкая сталь», а марки стали, устойчивые к слабым коррозионным средам, таким как воздух, пар, вода, или обладающие нержавеющими свойствами, называются нержавеющей сталью.
Термин "нержавеющая стальПод этим термином подразумевается не просто один вид нержавеющей стали, а более ста видов промышленной нержавеющей стали, каждый из которых демонстрирует хорошие эксплуатационные характеристики в своей конкретной области применения.
Все они содержат от 17 до 22% хрома, а в более качественных марках стали также содержится никель. Добавление молибдена может дополнительно улучшить устойчивость к атмосферной коррозии, особенно к коррозии в средах, содержащих хлориды.
I. Классификация нержавеющей стали
1. Что такое нержавеющая сталь и кислотостойкая сталь?
Ответ: Нержавеющая сталь — это аббревиатура от «нержавеющая кислотостойкая сталь», которая устойчива к слабым коррозионным средам, таким как воздух, пар, вода, или имеет свойства нержавеющей стали. Корродированные марки стали называются кислотостойкими сталями.
Из-за различий в химическом составе эти два материала обладают разной коррозионной стойкостью. Обычная нержавеющая сталь, как правило, не устойчива к коррозии в химических средах, в то время как кислотостойкая сталь обычно является нержавеющей.
2. Как классифицировать нержавеющую сталь?
Ответ: В зависимости от организационной структуры, сталь можно разделить на мартенситную, ферритную, аустенитную, аустенитно-ферритную (дуплексную) нержавеющую сталь и нержавеющую сталь с дисперсионным упрочнением.
(1) Мартенситная сталь: высокая прочность, но плохая пластичность и свариваемость.
Наиболее распространенными марками мартенситной нержавеющей стали являются 1Cr13, 3Cr13 и др. Благодаря высокому содержанию углерода она обладает высокой прочностью, твердостью и износостойкостью, но имеет несколько низкую коррозионную стойкость. Она используется для изготовления деталей с высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью, таких как пружины, лопатки паровых турбин, гидравлические клапаны и т.д.
Этот тип стали используется после закалки и отпуска, а отжиг необходим после ковки и штамповки.
(2) Ферритная сталь: от 15% до 30% хрома. Ее коррозионная стойкость, ударная вязкость и свариваемость увеличиваются с увеличением содержания хрома, а ее устойчивость к хлоридной коррозии под напряжением лучше, чем у других типов нержавеющей стали, таких как Cr17, Cr17Mo2Ti, Cr25, Cr25Mo3Ti, Cr28 и др.
Благодаря высокому содержанию хрома, сталь обладает относительно хорошей коррозионной и окислительной стойкостью, но её механические свойства и технологические характеристики оставляют желать лучшего. Она в основном используется для кислотостойких конструкций с низкими напряжениями, а также в качестве антиоксидантной стали.
Этот тип стали устойчив к коррозии в атмосфере, азотной кислоте и солевых растворах, обладает хорошей стойкостью к высокотемпературному окислению и малым коэффициентом теплового расширения. Он используется в оборудовании для азотно-кислотных заводов и пищевой промышленности, а также может применяться для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, таких как детали газовых турбин и т. д.
(3) Аустенитная сталь: содержит более 18% хрома, а также около 8% никеля и небольшое количество молибдена, титана, азота и других элементов. Обладает хорошими общими характеристиками, устойчива к коррозии в различных средах.
Как правило, применяется термическая обработка, то есть сталь нагревают до 1050-1150 °C, а затем охлаждают водой или воздухом для получения однофазной аустенитной структуры.
(4) Аустенитно-ферритная (дуплексная) нержавеющая сталь: Она обладает преимуществами как аустенитной, так и ферритной нержавеющей стали, а также обладает сверхпластичностью. На долю аустенита и феррита приходится примерно половина нержавеющей стали.
В случае низкого содержания углерода содержание хрома составляет от 18% до 28%, а содержание никеля — от 3% до 10%. Некоторые стали также содержат легирующие элементы, такие как молибден, медь, кремний, ниобий, титан и азот.
Этот тип стали сочетает в себе характеристики как аустенитных, так и ферритных нержавеющих сталей. По сравнению с ферритом, она обладает более высокой пластичностью и ударной вязкостью, не имеет хрупкости при комнатной температуре, значительно улучшена межкристаллитная коррозионная стойкость и свариваемость, при этом сохраняя хрупкость при температуре 475 °C, высокую теплопроводность и сверхпластичность.
По сравнению с аустенитной нержавеющей сталью, она обладает высокой прочностью и значительно улучшенной устойчивостью к межкристаллитной коррозии и хлоридной коррозии под напряжением. Дуплексная нержавеющая сталь имеет превосходную стойкость к точечной коррозии, а также является никельсодержащей нержавеющей сталью.
(5) Нержавеющая сталь, упрочняемая осаждением: матрицей является аустенит или мартенсит, а наиболее часто используемые марки нержавеющей стали, упрочняемой осаждением, — это 04Cr13Ni8Mo2Al и так далее. Это нержавеющая сталь, которую можно упрочнить (закалить) путем упрочнения осаждением (также известного как старение).
В зависимости от состава, она подразделяется на хромоникелевую нержавеющую сталь, хромоникелевую нержавеющую сталь и хромомарганцево-азотистую нержавеющую сталь.
(1) Хромовая нержавеющая сталь обладает определенной коррозионной стойкостью (к окисляющим кислотам, органическим кислотам, кавитации), термостойкостью и износостойкостью и обычно используется в качестве материала оборудования для электростанций, химической и нефтяной промышленности. Однако ее свариваемость низкая, поэтому следует уделять внимание процессу сварки и условиям термообработки.
(2) В процессе сварки хромоникелевая нержавеющая сталь подвергается многократному нагреву для осаждения карбидов, что снижает коррозионную стойкость и механические свойства.
(3) Прочность, пластичность, ударная вязкость, формуемость, свариваемость, износостойкость и коррозионная стойкость хромомарганцевой нержавеющей стали хорошие.
II. Сложные проблемы сварки нержавеющей стали и ознакомление с материалами и оборудованием.
1. Почему сварка нержавеющей стали представляет собой сложную задачу?
Ответ: (1) Термочувствительность нержавеющей стали относительно высока, а время выдержки в диапазоне температур 450-850 °C немного больше, что серьезно снижает коррозионную стойкость сварного шва и зоны термического воздействия;
(2) склонны к образованию термических трещин;
(3) Плохая защита и сильное окисление при высоких температурах;
(4) Коэффициент линейного расширения велик, и легко возникает большая деформация при сварке.
2. Какие эффективные технологические меры можно предпринять для сварки аустенитной нержавеющей стали?
Ответ: (1) Строго выбирайте сварочные материалы в соответствии с химическим составом основного металла;
(2) Быстрая сварка с малым током и малой линейной энергией снижает тепловое воздействие;
(3) Сварочная проволока тонкого диаметра, сварочный пруток, без колебаний, многослойная многопроходная сварка;
(4) Принудительное охлаждение сварного шва и зоны термического воздействия для сокращения времени пребывания при температуре 450-850°C;
(5) Защита аргоном обратной стороны сварного шва TIG;
(6) Сварные швы, контактирующие с коррозионной средой, окончательно свариваются;
(7) Пассивационная обработка сварного шва и зоны термического воздействия.
3. Почему следует выбирать сварочную проволоку и электроды серии 25-13 для сварки аустенитной нержавеющей стали, углеродистой стали и низколегированной стали (сварка разнородных сталей)?
Ответ: При сварке разнородных сталей, соединяющих аустенитную нержавеющую сталь с углеродистой сталью и низколегированной сталью, в качестве наплавленного металла необходимо использовать сварочную проволоку серии 25-13 (309, 309L) и сварочный пруток (аустенитная сталь 312, аустенитная сталь 307 и др.).
При использовании других сварочных материалов для нержавеющей стали на линии сплавления со стороны углеродистой и низколегированной стали появятся мартенситная структура и холодные трещины.
4. Почему при сварке сплошной нержавеющей стальной проволоки используется защитный газ 98% Ar + 2% O2?
Ответ: При MIG-сварке сплошной проволоки из нержавеющей стали, если в качестве защитного газа используется чистый аргон, поверхностное натяжение расплавленной ванны высокое, и сварной шов получается плохо сформированным, приобретая форму «горба». Добавление 1-2% кислорода может снизить поверхностное натяжение расплавленной ванны, и сварной шов будет гладким и красивым.
5. Почему поверхность сварного шва из цельной нержавеющей стали, полученного методом MIG-сварки, чернеет? Как решить эту проблему?
Ответ: Скорость MIG-сварки сплошной нержавеющей стальной проволоки относительно высока (30-60 см/мин). Когда защитный газовый сопло достигает передней зоны расплавленной ванны, сварочный шов остается в раскаленном высокотемпературном состоянии, легко окисляется воздухом, и на поверхности образуются оксиды. Сварные швы чернеют. Метод травления позволяет удалить черную пленку и восстановить первоначальный цвет поверхности нержавеющей стали.
6. Почему для обеспечения струйной сварки и сварки без разбрызгивания при использовании цельной сварочной проволоки из нержавеющей стали необходим импульсный источник питания?
Ответ: При сварке MIG-сваркой твердой проволокой из нержавеющей стали, используя сварочную проволоку φ1,2, при токе I ≥ 260 ~ 280 А, возможен струйный переход; при значении тока меньше этого порога происходит короткое замыкание, и брызги большие, поэтому такой способ сварки обычно не рекомендуется.
Только при использовании импульсного источника питания MIG можно добиться перехода от малых размеров капли к большим (выберите минимальное или максимальное значение в зависимости от диаметра проволоки), что обеспечивает сварку без разбрызгивания.
7. Почему при сварке порошковой проволокой из нержавеющей стали используется защита от воздействия CO2, а не импульсного источника питания?
Ответ: В настоящее время широко используется порошковая сварочная проволока для нержавеющей стали (например, 308, 309 и т. д.). Формула сварочного флюса в проволоке разрабатывается в соответствии с химическими металлургическими реакциями сварки под защитой CO2, поэтому, как правило, нет необходимости в импульсном источнике питания (импульсный источник питания обычно использует газовую смесь). Если необходимо предварительно обеспечить каплевидный переход, можно также использовать импульсный источник питания или обычную модель сварки в защитной газовой среде с использованием газовой смеси.
Дата публикации: 24 марта 2023 г.