Độ giòn pha Sigma trong phòng chống thép không gỉ song công trong quá trình hàn và xử lý nhiệt

Pha Sigma là một liên kim loại cứng, giòn hình thành ởthép không gỉ song côngkhi chúng được giữ ở nhiệt độ 600-900 độ C; nó phá hủy độ dẻo dai và khả năng chống rỗ. Ngăn chặn điều này bằng cách giữ nhiệt đầu vào hàn ở mức thấp (khoảng 0,5-2,5 kJ/mm), kiểm soát nhiệt độ giữa các đường hàn dưới 150 độ C, làm nguội nhanh qua vùng nguy hiểm và không bao giờ giảm căng thẳng ở dải 600-900 độ C - thay vào đó hãy sử dụng phương pháp ủ toàn bộ dung dịch (khoảng 1020-1100 độ C) cộng với làm nguội nhanh.

Tóm lại một câu: pha sigma là một khiếm khuyết trong quá trình hàn và xử lý nhiệt-có thể ngăn ngừa được - nếu bạn kiểm soát thời gian và nhiệt độ trong cửa sổ 600-900 độ C, thép không gỉ song công vẫn bền và chống ăn mòn.

Bài học chính

• Pha Sigma hình thành trong phạm vi 600-900 độ C, nhanh nhất khoảng 700-800 độ C; nó là một kim loại giòn giàu crom-molypden.
• Nó làm giảm mạnh độ bền va đập và độ dẻo và làm cạn kiệt crom/molypden khỏi nền, làm giảm khả năng chống rỗ.
• Ngăn ngừa hàn: hạn chế nhiệt đầu vào (0,5-2,5 kJ/mm), giữ nhiệt độ giữa các đường hàn dưới 150 độ C, tránh làm nóng lại cùng một vùng.
• Ngăn ngừa xử lý nhiệt: không bao giờ giảm căng thẳng-ở dải nhiệt độ 600-900 độ C; chỉ ủ dung dịch ở 1020-1100 độ C sau đó làm nguội bằng nước/làm nguội nhanh.
• Cấu trúc song công-hợp kim cao hơn (2507) và-ferit cao có xu hướng sigma-cao hơn; giữ ferrite trong khoảng 35-65% và xác minh.
• Phát hiện sigma bằng phương pháp đo độ lệch phạm vi ferrite, phương pháp luyện kim hoặc thử nghiệm tác động Charpy trước khi bộ phận được đưa vào sử dụng.

Giai đoạn Sigma trong thép không gỉ song công là gì?

Pha Sigma là một hợp chất kim loại cứng, giòn, giàu crom và molypden (công thức gần đúng Fe-Cr-Mo) kết tủa từ pha ferit của thép không gỉ song công khi chúng tiếp xúc với nhiệt độ sai trong thời gian quá dài.

Thép không gỉ song là sự kết hợp khoảng 50/50 của austenite và ferrite. Pha ferrite, chứa nhiều crom và molypden, là nguồn gốc của sigma. Trong các điều kiện đúng (sai), ferit bị phân hủy và sigma kết tủa dưới dạng các hạt dạng khối, dạng tấm-ở ranh giới hạt và bên trong các đảo ferit. Bởi vì sigma vừa cứng vừa giòn nên nó hoạt động giống như các vết nứt đang chờ xảy ra - nó loại bỏ độ dẻo và đóng vai trò là điểm khởi đầu cho sự đứt gãy và ăn mòn.

Giai đoạn Sigma hình thành ở phạm vi nhiệt độ nào?

Pha Sigma hình thành trong khoảng từ 600 độ C đến 900 độ C, với sự hình thành nhanh nhất khoảng 700-800 độ C. Dưới 600 độ C, quá chậm để tạo thành vật chất trong chế tạo thông thường; trên khoảng 900-950 độ C nó lại hòa tan trở lại cấu trúc.

Thời gian cũng quan trọng như nhiệt độ. Ở nhiệt độ cao nhất (khoảng 750-800 độ C), sigma có thể bắt đầu xuất hiện trong vòng vài phút đến một giờ nếu giữ liên tục. Ở gần rìa của phạm vi (600 độ C hoặc 900 độ C), quá trình hình thành mất nhiều giờ. Đây là lý do tại sao việc làm mát chậm qua cửa sổ 600-900 độ C hoặc ngâm mình trong dải nhiệt độ đó trong thời gian dài để giảm căng thẳng là rất nguy hiểm.

Tại sao giai đoạn Sigma có hại?

Pha Sigma gây tổn hại cho thép không gỉ song công theo hai cách cùng một lúc: nó làm cho thép trở nên giòn (độ dẻo dai thấp, độ dẻo thấp) và làm cho nó có khả năng chống ăn mòn kém hơn (vì crom và molypden bị kéo ra khỏi ma trận xung quanh).

Thiệt hại cơ học

Độ bền va đập giảm mạnh Giá trị khía - Charpy V{1}}có thể giảm từ 50% trở lên.

Độ dẻo và độ giãn dài giảm; thép có thể bị nứt dưới tải trọng hoặc tác động nhẹ.

Độ bền mỏi và độ bền gãy giảm.

Thiệt hại ăn mòn

Bản thân Sigma có khả năng chống ăn mòn-nhưng lớp nền bên cạnh nó đã cạn kiệt crom và molypden.

Kết quả: khả năng chống rỗ cục bộ (PREN) giảm xuống, đặc biệt là ở vùng{0}}bị ảnh hưởng nhiệt.

Khả năng kháng kẽ hở và clorua bị ảnh hưởng ở vùng bị giòn.

Hàn gây ra sự hình thành Sigma như thế nào?

Hàn gây ra sigma chủ yếu thông qua hai cơ chế: chu trình nhiệt hàn làm nóng lại kim loại đã lắng đọng trước đó vào vùng nguy hiểm 600-900 độ C trong mỗi lần hàn tiếp theo và quá trình làm nguội quá-chậm (hoặc nhiệt độ giữa các lượt quá cao) giữ kim loại trong vùng đó đủ lâu để sigma kết tủa.

Mỗi đường hàn mới sẽ làm nóng đường hàn liền kề đến một phạm vi nhiệt độ. Dải hẹp của mối hàn trước đó nằm trong cửa sổ 600-900 độ C trong quá trình hâm nóng đó có thể tăng sigma nếu nó ở đó đủ lâu. Lượng nhiệt đầu vào cao, nhiệt độ giữa các đường chuyền cao và nhiều đường chuyền chồng chéo đều làm tăng thời gian tích lũy trong vùng nguy hiểm. Những đoạn đường dày và các mối nối bị bó buộc cần đi qua nhiều là nguy cơ cao nhất.

Cách ngăn chặn pha Sigma trong quá trình hàn

Giữ kim loại ở ngoài vùng 600-900 độ C càng nhiều càng tốt và giảm thiểu thời gian ở đó: sử dụng nhiệt lượng đầu vào thấp, kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp, thích làm mát nhanh và tránh hâm nóng lại cùng một khu vực.

Quy tắc hàn thực tế

• Nhiệt lượng đưa vào: giữ ở mức khoảng 0,5-2,5 kJ/mm; sử dụng đầu dưới cho 2507 / phần dày.
• Nhiệt độ giữa các đường: giữ dưới 150 độ C (đo bằng Tempilstik hoặc IR).
• Quy trình: GTAW (TIG) root và hot-pass, sau đó GMAW/FCAW điền các tham số được kiểm soát; tránh vòng cung dài.
• Trình tự vượt qua: tránh hâm nóng lại cùng một vùng; cho phép làm mát giữa các lần đi.
• Làm mát: không cách nhiệt hoặc làm chậm-các mối hàn song công trong vùng nguy hiểm; để chúng được thông gió-làm mát nhanh chóng ở nhiệt độ 600-900 độ C.
• Lựa chọn chất độn: sử dụng chất độn song công tổng thể (ER2209 cho 2205, ER2594 cho 2507) để duy trì cân bằng pha.
• Mối hàn sau{0}}: nếu nghi ngờ có sigma, dung dịch ủ (1020-1100 độ C) cộng với chất làm nguội sẽ khôi phục độ dẻo dai; tẩy/thụ động phục hồi khả năng chống ăn mòn.

Cách ngăn chặn pha Sigma trong quá trình xử lý nhiệt

Đừng bao giờ căng thẳng-giảm bớt thép không gỉ song công ở dải 600-900 độ C. Nếu cần xử lý nhiệt, hãy thực hiện ủ toàn bộ dung dịch ở khoảng 1020-1100 độ C, sau đó làm nguội nhanh (nước hoặc không khí cưỡng bức), làm tan mọi sigma và hình thành lại cấu trúc song công cân bằng.

Lưu ý: không giống như thép cacbon, thép không gỉ song công không được cải thiện bằng cách giảm ứng suất-ở nhiệt độ trung gian. Phương pháp xử lý nhiệt hữu ích duy nhất là ủ dung dịch ở nhiệt độ cao-và làm nguội nhanh.

Sigma so với 475 độ C Độ giòn: Sự khác biệt là gì?

Pha Sigma và độ giòn ở nhiệt độ 475 độ C là hai khuyết tật riêng biệt. Sigma hình thành ở nhiệt độ 600-900 độ C và là một kim loại liên kim Fe-Cr-Mo; Độ giòn 475 độ C hình thành gần 400-500 độ C (đỉnh khoảng 475 độ C) và được gây ra bởi các hạt alpha-prime giàu crom trong ferit. Họ cần kiểm soát nhiệt độ khác nhau.

Cách phát hiện pha Sigma

Phát hiện sigma bằng cách kết hợp- phép đo ferrite không phá hủy (độ lệch so với giá trị dự kiến), kiểm tra kim loại (cấu trúc vi mô bị khắc) và thử nghiệm tác động Charpy (giảm độ dẻo dai). Đối với các bộ phận quan trọng, thử nghiệm phá hủy là đáng tin cậy nhất.

• Phạm vi ferrite: sigma hình thành từ ferrite, do đó % ferrite đo được giảm xuống dưới dải 35-65% dự kiến ​​- một chỉ báo trường hữu ích.
• Phương pháp kim loại học: khắc axit (ví dụ, ferricyanide kiềm hoặc Behara biến tính) cho thấy sigma là các hạt khối sẫm màu ở ranh giới hạt và trong ferit.
• Tác động khía cạnh Charpy V{0}}: năng lượng hấp thụ giảm mạnh so với tiêu chí chấp nhận báo hiệu sự giòn.
• Kiểm tra ăn mòn: ASTM A923 (phương pháp ngăn chặn) hoặc ASTM G48 có thể gắn cờ vật liệu dễ bị ảnh hưởng.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Nhiệt độ nào gây ra pha sigma trong song công?

Trả lời: Sigma hình thành trong khoảng 600-900 độ C, nhanh nhất khoảng 700-800 độ C. Giữ kim loại trong cửa sổ đó quá lâu và sigma sẽ kết tủa.

Hỏi: Pha sigma có thể đảo ngược được không?

Đ: Vâng. Dung dịch ủ trên khoảng 900-950 độ C (thường là 1020-1100 độ C đối với 2205, 1050-1150 độ C đối với 2507), sau đó làm nguội nhanh sẽ hòa tan sigma và khôi phục cấu trúc song công.

Hỏi: Thép không gỉ song công giảm căng thẳng có an toàn không?

Đáp: Không có - phương pháp giảm căng thẳng thông thường ở nhiệt độ 600-900 độ C gây ra sigma. Chỉ có giải pháp ủ cộng với làm nguội đầy đủ là an toàn; nếu không thì tránh xử lý nhiệt.

Hỏi: 316L có nhận được pha sigma không?

Đ: Hiếm khi. Sigma cần ferrite và 316L hoàn toàn là austenit. Lean{3}}duplex, 2205, 2507 và cast duplex (CD3MN, v.v.) là những vật liệu-có nguy cơ gặp rủi ro.

Hỏi: Làm cách nào để xác minh không có sigma hình thành trong mối hàn của tôi?

Đáp: Sử dụng kính hiển vi ferit để sàng lọc, phương pháp kim loại học để xác nhận và thử nghiệm tác động Charpy để xác nhận độ bền trên các bộ phận quan trọng.

Hỏi: Tại sao nhiệt độ giữa các đường truyền bị giới hạn ở 150 độ C?

Đáp: Giữ nhiệt độ đường nối dưới 150 độ C đảm bảo mối nối nguội nhanh chóng qua vùng nguy hiểm 600-900 độ C giữa các đường chuyền, giảm thiểu thời gian hình thành sigma.

Phần kết luận

Sự giòn pha Sigma là một khiếm khuyết có thể phòng ngừa được trong thép không gỉ song công. Nó chỉ hình thành khi kim loại được giữ trong cửa sổ nhiệt độ 600-900 độ C đủ lâu để các kim loại giàu crom-molypden-kết tủa - và nó vừa làm thép giòn vừa làm giảm khả năng chống rỗ của thép. Về nguyên tắc, việc bảo vệ rất đơn giản: kiểm soát thời gian và nhiệt độ.

Nguyên tắc chung: mối hàn với nhiệt lượng đầu vào thấp và đường giao nhau dưới 150 độ C; không bao giờ bị căng thẳng-giảm bớt căng thẳng ở dải nhiệt độ 600-900 độ C; nếu cần xử lý nhiệt, ủ dung dịch ở 1020-1100 độ C và làm nguội nhanh. Giữ ferrite trong cửa sổ 35-65% và xác minh bằng kính hiển vi ferrite, phép đo kim loại hoặc thử nghiệm tác động.

Cần giúp đỡ về việc chỉ định hoặc hàn song công bằng thép không gỉ? JN Alloy cung cấp Duplex 2205 và Super Duplex 2507 trong đường ống, tấm, thanh, mặt bích và phụ kiện với các chứng chỉ ISO 9001, ASME U và PED/CE, báo cáo thử nghiệm vật liệu đầy đủ và hệ thống hàn. Liên hệ với kỹ sư của chúng tôi: Market@jnalloy.com|+86-193-3990-0211|www.jnalloy.com.