12.02.2018

Частный пример: правильный выбор присадочного материала аустенитной нержавеющей стали


Рассматриваемый частный случай является примером того, как можно использовать диаграмму WRC-1992 для прогнозирования характера кристаллизации аустенитной нержавеющей стали и избежать кристаллизационных трещин сварного шва. Инженер-сварщик пытается сварить нержавеющую сталь марки 320 со сталью 316L. Первоначально он выбирает присадочный металл марки 316L, но сталкивается с сильным растрескиванием по центру шва. Какой присадочный металл следует использовать для этой комбинации, чтобы предотвратить образование трещины?

Нержавеющая сталь марки 320 имеет очень высокое содержание никеля. Сварной шов, выполненный электродами 316L, не содержит феррита в корневом проходе вследствие перехода никеля из основного металла стали 320. Отсутствие феррита способствует чувствительности металла шва к кристаллизационным трещинам. В табл. 6,17 приведен типичный химический состав основного металла нержавеющей стали марок 320 и 316L, а также покрытого электрода марки 316L.
При использовании покрытых электродов общая доля участия основного металла в сумме составляет 30 % из каждой стороны свариваемых деталей. Таким образом, химический состав металла корневого прохода будет состоять из основного металла; 15 % стали 320, 15 % стали 316L и 70 % присадочного металла 316L. Рассчитанный химический состав металла корневого прохода включен в табл. 6.17. В эту таблицу также включены эквиваленты хрома Сrэк и никеля Niэк и рассчитанное с помощью диаграммы WRC-1992 ферритное число FN для каждого химического состава.

Присадочный металл марки 320, который не может содержать феррит вследствие высокого содержания никеля, — не лучший вариант по сравнению с присадочным металлом марки 316L. Можно рассмотреть другие марки присадочных материалов. Наиболее подходящие — аустенитные марки 309L, 309LMo (309MoL) и 312 или дуплексная марка 2209. Среди указанных марка 312 является хорошим выбором для многих разнородных сочетаний металлов, но поскольку обе детали сварного соединения содержат небольшое количество углерода, в то время как марка 312 содержит его примерно 0,08 %, то такой выбор делать не следует во избежание снижения коррозионной стойкости сварного соединения. Три других кандидата в присадочные материалы интересны для изучения с помощью анализа, примененного ранее (см. табл. 6.17). Результаты такого анализа приведены в табл. 6.18, причем доля участия основного металла составляет 30 %, при этом половина из стали 316L, а другая половина из стали 320.
Согласно табл. 6.18 корневой проход, выполненный посредством присадочного материала марки 309L, имеет недостаточное содержание феррита (1,6 FN), поэтому можно ожидать образования кристаллизационных трещин. Корневой проход, выполненный посредством присадочного материала марки 309LMo (3,5 FN), на первый взгляд выглядит приемлемым, но не в этом случае. Для понимания данного факта необходимо обратиться к диаграмме WRC-1992 (рис. 6.62), чтобы видеть, где лежат оба химических состава металла каждого корневого прохода. Химический состав 320 находится полностью вне диаграммы, существенно выше максимума Niэк, равного 18. Химический состав металла корневых проходов, выполненных посредством марок 309L и 309 MoL, расположен слегка выше максимума Niэк, равного 18 (также вне диаграммы), но достаточно близко к 18 для того, чтобы правильно выявить ситуацию.
He существует единого "магического" ферритного числа, которое на диаграмме WRC-1992 отделяет химические составы металлов, чувствительных к кристаллизационным трещинам от нечувствительных. Однако на диаграмме имеется пунктирная линия, отделяющая составы: кристаллизующиеся в первичный аустенит (область AF), чувствительные к кристаллизационным трещинам, кристаллизующиеся в первичный феррит (область FA) и не чувствительные к растрескиванию. Эта пунктирная линия проходит под небольшим углом к изоферритным линиям. В нижнем левом углу этой линии ферритное число примерно равно 1 FN. В верхнем правом углу ферритное число более 5 FN.

Приступая к разработке технологии сварки, следует выбрать ферритное число более 3 FN или 4 FN, что возможно предотвратит образование кристаллизационных трещин. Эта особенность диаграммы WRC-1992 хорошо согласуется с опытом. Например, известно, что металл химического состава 16-8-2 (по стандарту AWS А5.4), у которого ферритное число менее 2 FN, на диаграмме WRC-1992 расположен на нижнем левом конце указанной пунктирной линии (области PA) и не склонен к кристаллизационному растрескиванию. Ho металл химического состава марки 317LM, который имеет ферритное число немного большее 4 FN, попадает в область AF верхнего правого конца пунктирной линии и чувствителен к образованию кристаллизационных трещин, причем требуется значение ферритного числа не менее 5 FN, чтобы этот присадочный металл не был чувствительным.

Таким образом, согласно проведенному анализу ни марка 309L, ни 309MoL не являются безопасным выбором для сварки соединений из разнородных металлов — нержавеющих сталей марок 320 и 3161. Ho совершенно противоположным выбором является дуплексная нержавеющая сталь марки 2209. Высокое содержание феррита в этой марке обеспечивает для металла корневого прохода ферритное число, равное 9, что, по-видимому, соответствует безопасной области FA от пунктирной линии на диаграмме WRC-1992. Химический состав металла корневого прохода, выполненного маркой 2209, соответствует или несколько превосходит химический состав обоих основных металлов по содержанию молибдена, что также делает его привлекательным. Стойкость к коррозии и прочность при растяжении присадочного металла 2209 выше, чем у основного металла 316L.

Следует настоятельно рекомендовать инженеру-сварщику выбрать присадочный металл марки 2209 для сварки сталей 320 и 316L. Единственное возражение такого выбора имеется, если сварное соединение будет работать в среде, где недопустим феррит, а именно:

1) производство мочевины, при котором выборочно подвергается коррозии феррит;

2) работа при повышенных температурах, когда возможно образование сигма-фазы и может произойти охрупчивание;

3) работа в условиях криогенных температур, когда требуется определенный уровень ударной вязкости.





Яндекс.Метрика