Nhạy cảm với 304L: Các phương pháp hàn tốt nhất để ngăn chặn sự ăn mòn giữa các hạt - Kiến thức

Làm thế nào để ngăn chặn sự nhạy cảm khi hàn thép không gỉ 304L?

Sử dụng hàm lượng carbon thấp vốn có của 304L (tối đa nhỏ hơn hoặc bằng 0,03%) làm tuyến phòng thủ đầu tiên, sau đó kiểm soát nhiệt đầu vào và nhiệt độ giữa các lớp để mối hàn và kim loại vùng bị ảnh hưởng nhiệt-dành ít thời gian nhất có thể trong phạm vi nhạy cảm 800–1500 độ F (425–815 độ ). Trong thực tế, điều này có nghĩa là phải kết hợp kim loại độn ER308L/E308L có hàm lượng cacbon thấp-, duy trì nhiệt độ giữa các lớp bằng hoặc thấp hơn khoảng 350–450 độ F tùy thuộc vào độ dày tiết diện, giảm thiểu số lần gia nhiệt lại và đối với các tiết diện nặng hoặc mối hàn nhiều mối hàn có khả năng làm nguội chậm, hãy xác minh kết quả bằng thử nghiệm ASTM A262 thay vì giả sử chỉ cấp L{14}}đảm bảo khả năng miễn dịch.

304L Sensitization

Nhạy cảm là sự kết tủa của cacbua crom dọc theo ranh giới hạt khithép 304Lđược giữ trong phạm vi 800–1500 độ F (425–815 độ), loại bỏ cục bộ crom khỏi kim loại liền kề và để lại một dải hẹp xung quanh mỗi ranh giới hạt với lượng crom ít hơn 10,5% cần thiết cho lớp thụ động ổn định. Dải bị cạn kiệt đó chứ không phải phần bên trong hạt mới là thứ bị ăn mòn.

Hàn tạo ra chính xác tình trạng này mà không cần xử lý nhiệt có chủ ý. Khi vũng hàn nguội đi và khi vùng ảnh hưởng nhiệt-(HAZ) liền kề với nó nguội đi, một dải vật liệu sẽ đi qua phạm vi nhiệt độ hình thành cacbua-trên đường trở về nhiệt độ phòng. Nếu dải đó tồn tại đủ lâu trong vùng nguy hiểm, cacbua crom sẽ hình thành ở các ranh giới hạt, sự khuếch tán crom đến ranh giới không thể theo kịp tốc độ khuếch tán nhanh hơn của cacbon và một đường dẫn crom-bị cạn kiệt liên tục sẽ được để lại dọc theo mạng lưới ranh giới.

Hậu quả thực tế là sự ăn mòn giữa các hạt (IGC): trong môi trường chứa clorua-, axit- hoặc chất oxy hóa-, ranh giới cạn kiệt sẽ bị ăn mòn có chọn lọc trong khi phần thân hạt vẫn còn nguyên vẹn. Các trường hợp nâng cao cho thấy các hạt dường như rơi hoàn toàn ra khỏi bề mặt - một dạng lỗi đôi khi được gọi là "có đường" vì bề mặt có kết cấu dạng hạt, giống như đường-.

304L làm giảm đáng kể rủi ro nhưng không loại bỏ được nó. Hàm lượng carbon, chứ không phải chính hậu tố L{2}}, kiểm soát lượng thời gian có sẵn trước khi xảy ra kết tủa cacbua có hại và mức tối đa 0,03% carbon của 304L (so với 0,08% đối với 304 tiêu chuẩn) làm dịch chuyển đường cong nhạy cảm thời gian-nhiệt độ-(TTS) sang bên phải - nhưng đường cong vẫn ở đó.

Hành vi nhạy cảm theo thời gian{0}}nhiệt độ{1}}giải thích trực tiếp cơ chế: đối với bất kỳ nhiệt độ nhất định nào trong dải nguy hiểm, sẽ có "thời gian nhạy cảm" tối thiểu. Hàm lượng carbon thấp hơn đẩy thời gian tối thiểu đó từ phút (tiêu chuẩn 304) đến giờ (304L), thường dài hơn thời gian hàn một lần để làm nguội trong phạm vi. Hàn nhiều lớp trên các phần dày sẽ làm thay đổi tính toán đó, bởi vì mỗi lần hàn tiếp theo sẽ làm nóng lại HAZ cơ bản và bổ sung một cách hiệu quả mức tiếp xúc khác vào phạm vi nhạy cảm. Một mối nối sẽ an toàn sau một lần vượt qua có thể tích lũy đủ tổng thời gian trong dải nguy hiểm sau sáu hoặc tám lần vượt qua để nhạy cảm ngay cả ở mức 0,03% carbon.

Why Does 304L Still Sensitize Despite Being a Low-Carbon Grade

Ý nghĩa thực tiễn

304L là cấp độ-giảm thiểu rủi ro, không phải là cấp độ-loại bỏ rủi ro. Kiểm soát nhiệt đầu vào và kỷ luật nhiệt độ giữa các đường hàn vẫn cần thiết đối với các mối hàn dịch vụ có tiết diện dày,-có độ bền-cao hoặc có tính ăn mòn cao{6}}ngay cả khi kim loại cơ bản và chất độn đều là cấp L{7}}.

Cấp	Cacbon tối đa (ASTM A240)	Xấp xỉ. Thời gian nhạy cảm ở 1250 độ F (677 độ)	Ý nghĩa hàn điển hình
304 (tiêu chuẩn)	0.08%	Phút	Một lần truyền qua phần mỏng có thể nhạy cảm; Cấp PWHT hoặc L{0}}thường được chỉ định cho dịch vụ ăn mòn
304L	0.03%	Vài giờ	Các mối hàn một chiều thường an toàn; phần dày nhiều lớp vẫn cần kiểm soát đầu vào nhiệt
321 (Ti{1}}ổn định)	0.08%	Kháng - Ti liên kết carbon	Ưu tiên tạo thành cacbua titan, tiết kiệm crom; được sử dụng khi-không thể tránh khỏi việc xử lý nhiệt sau hàn
347 (Nb-ổn định)	0.08%	Kháng - Nb liên kết carbon	Ưu tiên hình thành cacbua niobi; phổ biến ở-đường ống xử lý nhiệt độ cao yêu cầu PWHT

Bảng 1. Khả năng chống nhạy cảm theo cơ chế: pha loãng carbon (cấp L{1}}) so với ổn định cacbua (cấp Ti/Nb). Giá trị là phạm vi đại diện để so sánh, không thay thế cho dữ liệu TTS-cụ thể của dự án.

Giữ lượng nhiệt đầu vào ở mức vừa phải và được kiểm soát thay vì theo đuổi một lượng nhiệt đầu vào quá mức - phổ biến duy nhất làm chậm tốc độ làm mát trong phạm vi 800–1500 độ F và là biến số lớn nhất có thể kiểm soát được về rủi ro mẫn cảm. Theo hướng dẫn làm việc, hầu hết hàn ống và tấm 304L được thực hiện trong phạm vi khoảng 30–65 kJ/in (1,2–2,6 kJ/mm), với đầu dưới được ưu tiên cho các phần nặng hơn, nơi dự kiến sẽ làm mát chậm hơn từ khối lượng kim loại xung quanh.

Đầu vào nhiệt (kJ/in)=(Vôn × Amps × 60) / (Tốc độ di chuyển tính bằng in/phút × 1000)

Bởi vì nhiệt đầu vào và nhiệt độ trung gian hoạt động cùng nhau - cả hai đều làm chậm hoặc tăng tốc độ làm mát thông qua phạm vi nhạy cảm - nên hai biến số này phải được kiểm soát dưới dạng một cặp thay vì độc lập và cả hai phải được khóa trong WPS đủ tiêu chuẩn thay vì để người vận hành phán đoán.

Giới hạn nhiệt độ giữa các lớp thấp hơn giúp mối hàn và HAZ có biên độ nhiệt lớn hơn trước khi lớp tiếp theo làm nóng chúng, điều này giúp giữ cho thời gian tích lũy trong phạm vi nhạy cảm được rút ngắn qua mối nối nhiều lớp. Nhiệt độ giữa các đường cắt được đo ngay trước khi chạm vào vòng cung tiếp theo, tại điểm trên mối nối nơi hạt tiếp theo sẽ bắt đầu.

Độ dày phần	Nhiệt độ giao thoa tối đa điển hình	Cơ sở lý luận
Nhỏ hơn hoặc bằng 1/2 inch (12,7 mm)	≈ 350–400 độ F (175–205 độ )	Các phần mỏng tự nguội nhanh chóng; giới hạn vừa phải thường là đủ
1/2–1 inch (12,7–25 mm)	≈ 300–350 độ F (150–175 độ )	Khối lượng nhiệt lớn hơn làm chậm quá trình làm mát tự nhiên; kiểm soát chặt chẽ hơn sẽ bù đắp điều này
>1 in (25 mm) / hạn chế cao	≈ 250–300 độ F (120–150 độ )	Các khớp nặng, bị hạn chế giữ nhiệt lâu nhất và tích lũy mức độ tiếp xúc nhạy cảm nhất trên các đường chuyền

Bảng 2. Hướng dẫn nhiệt độ giữa các lớp đại diện cho hàn nhiều lớp 304L. Giới hạn thực tế phải được đặt ra bởi WPS đủ điều kiện cho thiết kế chung, môi trường dịch vụ và quy tắc xây dựng cụ thể (ví dụ: ASME Mục IX, AWS D1.6).

Kiểm soát đường ngang quan trọng nhất đối với các mối nối dịch vụ bị hạn chế,{0}}dày hoặc có tính ăn mòn cao-; ống đo nhẹ-đơn-pass 304L được hàn nhanh chóng bằng thiết bị GTAW hiện đại hiếm khi cần kỷ luật tương tự vì tổng thời gian trong dải nguy hiểm vốn đã ngắn.

GTAW (TIG) cung cấp khả năng kiểm soát chặt chẽ nhất đối với nhiệt đầu vào và tốc độ làm mát, đồng thời là quy trình ưu tiên dành cho công việc nhạy cảm-304L nhạy cảm, đặc biệt là trên ống, ống và tấm có thành-mỏng nơi độ chính xác quan trọng hơn tốc độ lắng đọng. Các quy trình đầu vào-nhiệt-cao hơn không bị loại - chúng chỉ yêu cầu quản lý đường đi có chủ ý hơn để bù đắp cho quá trình làm mát tự nhiên chậm hơn.

Which Welding Processes Minimize Sensitization Ris

Quá trình	Đầu vào nhiệt tương đối	Tốc độ làm mát	Hồ sơ rủi ro nhạy cảm	Trường hợp sử dụng 304L điển hình
GTAW (TIG)	Thấp	Nhanh	Đầu vào nhiệt thấp, chính xác, có thể kiểm soát được - thấp nhất	Ống/ống thành mỏng, đường dẫn rễ, hàn quỹ đạo, thực phẩm/dược phẩm
SMAW (Gậy)	Vừa phải	Vừa phải	Trung bình - có thể quản lý được bằng kỷ luật	Sửa chữa hiện trường, kết cấu, chế tạo tổng hợp
GMAW (MIG)	Vừa phải	Vừa phải	Truyền phun - vừa phải làm tăng nhiệt đầu vào	Sản xuất hàn, độ dày vừa phải
CÁI CƯA	Cao	Chậm	Các bể hàn lớn - cao nhất nguội dần trong phạm vi nguy hiểm	Tấm nặng, đường nối thẳng dài, ứng dụng có độ lắng đọng cao

Bảng 3. Lựa chọn quy trình và hồ sơ rủi ro nhạy cảm đối với 304L. Xếp hạng rủi ro phản ánh hành vi làm mát và đầu vào nhiệt điển hình chứ không phải là sự cấm tuyệt đối đối với bất kỳ quy trình nào được liệt kê.

SAW không nằm ngoài-giới hạn đối với 304L -, nó thường thấy trên tấm nặng - nhưng vũng hàn vốn đã lớn và làm mát chậm có nghĩa là nhiệt độ giữa các đường hàn và tốc độ di chuyển cần được giám sát chặt chẽ hơn so với trên đường dẫn gốc GTAW.

So khớp hàm lượng cacbon của kim loại phụ với hàm lượng cacbon của kim loại cơ bản: sử dụng chất độn ER308L (GTAW/GMAW) hoặc E308L (SMAW) trên 304L, không bao giờ sử dụng ER308/E308 tiêu chuẩn vì tấm đế có hàm lượng cacbon thấp-được hàn bằng chất độn cacbon-tiêu chuẩn vẫn tạo ra cặn hàn dễ bị nhạy cảm-.

Chất độn 308L được chỉ định thay vì chất độn phù hợp 304L-vì cặn lắng loạt 308-mang hàm lượng ferit được kiểm soát (thường là 5–15 FN) chống lại vết nứt do đông đặc (nóng) trong bể hàn austenit - một cơ chế khiếm khuyết riêng biệt khỏi hiện tượng nhạy cảm, nhưng cơ chế mà việc lựa chọn chất độn cũng phải giải quyết. Hậu tố "L" trên ký hiệu chất độn giới hạn hàm lượng carbon ở mức tối đa 0,03%, phản ánh hạn chế kim loại cơ bản và giữ toàn bộ mối nối - kim loại cơ bản, HAZ và cặn hàn - trên cùng một nền tảng có hàm lượng carbon thấp.

Đối với các mối nối khác nhau (304L với thép cacbon hoặc 304L với một loại không gỉ khác), việc lựa chọn chất độn tuân theo yêu cầu khắt khe hơn của hai kim loại cơ bản và nằm ngoài phạm vi của quy trình thẩm định thẳng từ 304L-đến-304L được đề cập ở đây.

Mỗi đường chuyền bổ sung sẽ làm nóng HAZ của các đường chuyền bên dưới nó và nếu quá trình hâm nóng đó sẽ đưa kim loại bên dưới quay trở lại phạm vi 800–1500 độ F thì mức phơi sáng sẽ tích lũy thay vì đặt lại -, đây là lý do tại sao phần-dày, các mối nối có số lượng đường chuyền-cao-cao là mối hàn-có nguy cơ cao nhất 304L mặc dù mỗi đường chuyền riêng lẻ có thể trông giống với nguy cơ{8}}thấp mối hàn đơn-.

Ba yếu tố có thể kiểm soát được xác định mức độ rủi ro tích lũy mà khớp nối nhiều đường mang lại:

Số lượng đường hàn ít hơn -, đường chuyền lớn hơn (trong giới hạn chất lượng mối hàn chấp nhận được) đồng nghĩa với việc ít chu kỳ gia nhiệt lại hơn
Nhiệt độ giữa các giai đoạn - cho phép mỗi giai đoạn trôi qua nguội hơn trước khi giai đoạn tiếp theo bắt đầu làm giảm sự đóng góp về thời gian-ở-nhiệt độ của mỗi chu kỳ
Trình tự và kỹ thuật - kỹ thuật quản lý vị trí hạt và thời gian chờ giữa các đường chuyền (bao gồm, trong một số quy trình, làm mát-không khí hoặc nước cưỡng bức giữa các đường chuyền) hạn chế sự tiếp xúc tích lũy trên các khớp dày, bị hạn chế cao
Thiết kế mối nối tạo nên hiệu ứng: các phần dày ở mức hạn chế cao (mối hàn vòi phun-đến-vỏ, mối nối mặt bích dày-đến-ống) kết hợp khả năng làm mát tự nhiên chậm với số lượng đường chuyền cao, đó là lý do tại sao các mối nối này nhận được giới hạn đường đi qua chặt chẽ nhất trong Bảng 2.

Không thường xuyên. Các mối hàn 304L được thực hiện đúng cách - kim loại gốc cacbon thấp-, chất độn ER308L/E308L, nhiệt đầu vào được kiểm soát và nhiệt độ giữa các lớp - được thiết kế để tránh hiện tượng nhạy cảm ngay từ đầu, đây là toàn bộ lý do cơ bản để chỉ định cấp L-thay vì tiêu chuẩn 304 cộng với PWHT. PWHT là giải pháp tiêu chuẩn cho các loại cacbon{10}}tiêu chuẩn (304, 316) và cho các ứng dụng cần giảm bớt ứng suất sau hàn vì những lý do không liên quan đến mẫn cảm.

Is Post-Weld Heat Treatment or Solution Annealing Required for 304L

Việc ủ giải pháp trở nên phù hợp trong hai tình huống cụ thể: khi kiểm tra hoặc thử nghiệm ASTM A262 cho thấy hiện tượng nhạy cảm đã xảy ra (do mối hàn nằm ngoài quy trình, sự thay thế vô tình của chất độn cacbon-tiêu chuẩn hoặc số lần vượt qua cao bất thường trên một phần nặng) hoặc khi cần giảm ứng suất hoàn toàn và phục hồi cấu trúc hạt cho điều kiện sử dụng bất kể trạng thái nhạy cảm.

Quá trình xử lý làm nóng thành phần đến khoảng 1900–2050 độ F (1040–1120 độ ), giữ thành phần đủ lâu để cacbua crom hòa tan lại vào nền austenit, sau đó làm nguội nhanh chóng -, thường bằng cách làm nguội bằng nước trên các thành phần nhỏ hơn - để ngăn cacbua tái kết tủa trên đường quay trở lại phạm vi nguy hiểm.

Giải pháp ủ các tổ hợp chế tạo lớn rất tốn kém và có thể gây ra biến dạng, đó chính là lý do tại sao-điều khiển đầu vào nhiệt và đường giao nhau trong quá trình hàn là chiến lược ưu tiên cho 304L: nó được thiết kế để làm cho việc hiệu chỉnh sau mối hàn-không cần thiết thay vì khắc phục hiện tượng nhạy cảm sau thực tế.

ASTM A262 là phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để phát hiện tính nhạy cảm với sự tấn công giữa các hạt trong thép không gỉ austenit và Thực hành A và E là hai phương pháp được chỉ định phổ biến nhất cho hàn 304L.

Thực hành A (thử ăn mòn axit oxalic) - một thử nghiệm sàng lọc ăn mòn điện phân nhanh nhằm phân loại cấu trúc vi mô thành cấu trúc bậc, kép hoặc mương; được sử dụng để sàng lọc vật liệu được chấp nhận rõ ràng và xác định các mẫu cần thử nghiệm chính xác hơn

Thực hành E (Thử nghiệm Strauss) - thử nghiệm ngâm đồng-đồng sunfat-axit sunfuric với đánh giá độ uốn; phép thử đạt/không đạt cuối cùng thường được quy định cho các mối hàn trong môi trường ăn mòn

Thực hành C (thử nghiệm Huey) - ngâm axit nitric sôi, chủ yếu được sử dụng khi môi trường dịch vụ thực tế đang bị oxy hóa (dịch vụ axit nitric) chứ không phải là màn hình-nhạy cảm cho mục đích chung

Để biết cách xử lý đầy đủ hơn về cách thức hoạt động của các thử nghiệm này và thời điểm mỗi thử nghiệm được chỉ định, hãy xem bài viết liên quan về thử nghiệm ASTM A262 được liên kết ở cuối phần này; Điểm thực tế để phát triển quy trình hàn là việc sàng lọc Thực hành A sau đó là xác nhận Thực hành E trên phiếu chứng nhận chất lượng là phương pháp tiêu chuẩn để chứng minh WPS có khả năng chống nhạy cảm-trước khi nó được đưa vào hàn sản xuất.

Danh sách kiểm tra bên dưới hợp nhất các biện pháp kiểm soát nêu trên thành một tài liệu tham khảo về quá trình sản xuất và chứng nhận-quy trình duy nhất.

Chỉ định kim loại cơ bản 304L (Nhỏ hơn hoặc bằng 0,03% C) được xác nhận bằng báo cáo thử nghiệm của nhà máy, không được giả định chỉ từ việc đánh dấu cấp
Ghép kim loại phụ với ER308L (GTAW/GMAW) hoặc E308L (SMAW) - xác minh chứng nhận, không bao giờ thay thế tiêu chuẩn 308
Đặt đầu vào nhiệt trong WPS đủ tiêu chuẩn, thường ở phạm vi 30–65 kJ/in, thiên về đầu dưới đối với các phần nặng
Đặt và thực thi các giới hạn nhiệt độ giữa các lần vượt qua từ Bảng 2, được đo ngay trước mỗi lần vượt qua
Ưu tiên GTAW cho các mối nối dịch vụ có-tường mỏng,-cao hoặc có tính ăn mòn-trong đó khả năng kiểm soát làm mát quan trọng nhất
Giảm thiểu số lần vượt qua phù hợp với chất lượng mối hàn có thể chấp nhận được trên các mối nối dày hoặc bị hạn chế cao
Tránh hâm nóng không cần thiết - lần mài và sửa chữa được tính là chu trình nhiệt bổ sung
Đạt tiêu chuẩn WPS bằng sàng lọc ASTM A262 Thực hành A và xác nhận Thực hành E cho các ứng dụng dịch vụ ăn mòn-
Dự trữ dung dịch ủ cho các yêu cầu giảm bớt căng thẳng hoặc mẫn cảm đã được xác nhận hoặc{0}}không phải là một bước thông thường

Hỏi: Phạm vi nhiệt độ nào gây ra hiện tượng mẫn cảm ở thép không gỉ 304L?

Trả lời: Kết tủa cacbua crom xảy ra khi kim loại được giữ ở nhiệt độ 800–1500 độ F (425–815 độ). Mối hàn đi qua phạm vi này hai lần - một lần khi làm nóng, một lần khi làm mát - và chính thời gian tích lũy ở đó chứ không chỉ đơn giản là đi qua nó, sẽ xác định nguy cơ nhạy cảm.

Hỏi: 304L vẫn có thể nhạy cảm nếu sử dụng đúng kim loại phụ?

Đáp: Có, trên phần-dày hoặc các mối nối có số lượng đường chuyền-thông qua-cao mà nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ giữa các đường chuyền không được kiểm soát, ngay cả kim loại cơ bản 304L chính xác hoàn toàn và tổ hợp chất độn ER308L/E308L cũng có thể tích lũy đủ thời gian trong phạm vi nhạy cảm để nhạy cảm hóa. Việc lựa chọn chất độn là cần thiết nhưng không đủ cho công việc có tính chất-có tính kiềm chế cao hoặc phần{8}}nặng.

Hỏi: 304L có bao giờ cần-xử lý nhiệt sau hàn để chống mẫn cảm không?

Đáp: Không phải thường xuyên - đó là mục đích của việc chỉ định điểm L{1}}. Quá trình ủ dung dịch theo hướng PWHT- được dành riêng cho những trường hợp thử nghiệm xác nhận đã xảy ra hiện tượng nhạy cảm hoặc khi cần giảm căng thẳng vì những lý do không phụ thuộc vào khả năng chống ăn mòn.

Hỏi: Sự khác biệt giữa 304L và 321 để tránh mẫn cảm là gì?

Trả lời: 304L chống lại sự nhạy cảm do pha loãng cacbon, giúp mối hàn có nhiều thời gian hơn trước khi lượng kết tủa cacbua có hại trở nên đáng kể. 321 chống lại nó bằng cách ổn định, sử dụng titan để ưu tiên tạo thành cacbua titan và crom dự phòng ở ranh giới hạt, điều này khiến nó trở thành lựa chọn tốt hơn khi thành phần sẽ có thời gian sử dụng-nhiệt độ cao kéo dài sau khi hàn thay vì chỉ dựa vào kiểm soát tốc độ làm mát-.

Câu hỏi: GTAW có cần thiết cho hàn 304L chống nhạy cảm- không?

Đáp: Không. GTAW cung cấp khả năng kiểm soát nhiệt đầu vào tốt nhất và được ưu tiên cho công việc có-tường mỏng và{2}}cao, nhưng SMAW, GMAW và SAW đều được sử dụng thành công trên 304L khi nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ giữa các khe được kiểm soát theo độ dày và mức giới hạn của mối nối.

Hỏi: Mối hàn 304L được kiểm tra độ nhạy sau khi chế tạo như thế nào?

A: ASTM A262 Thực hành A (ăn mòn axit oxalic) được sử dụng làm thử nghiệm sàng lọc nhanh, với Thực hành E (thử nghiệm Strauss) được áp dụng làm xác nhận đạt/không đạt dứt khoát cho các mối nối dành cho dịch vụ ăn mòn.