4.3 Thép không gỉ Austenit (Mạng fcc)
4.2.1 Khái quát
Thép
không gỉ Austenit là nhóm thép không gỉ có tổ chức Austenit ngay cả ở nhiệt độ
thấp hơn nhiệt độ thường nhờ việc tăng hàm lượng Ni trong thép đến mức thích
hợp.
Thép không gỉ Austenit chứa 16-26% Cr, 8-24% Ni +
Mn, lên đến 0.40%
C và một lượng nhỏ một vài nguyên tố khác
như Mo, Ti, Nb (Cb) và Ta. Sự cân bằng giữa Cr và Ni + Mn thường được điều chỉnh để cung cấp một cấu
trúc vi mô 90-100% Austenit.
Các hợp kim này được đặc trưng bởi
độ
bền tốt và độ dẻo dai cao trên một phạm vi nhiệt độ rộng và khả năng chống oxy hóa tới trên 1000°F (538°C). Nhóm này theo ASM bao gồm các
loại 302, 304, 310, 316, 321 và 347.
Các ưu điểm chính của nhóm thép này:
• Tính chống ăn mòn
cao: hoàn toàn ổn định trong môi trường nước ngọt, nước mặn, trong hơi nước bão
hòa và quá nhiệt, trong các dung dịch muối. Trong môi trường axit: ổn định
trong axit HNO3 với mọi nồng độ và nhiệt độ, trong axit H2SO4
nguội, trong axit HCl loãng. Vì vậy, chúng được dụng trong công nghiệp sản xuất
axit, hóa dầu, thực phẩm và các chi tiết chịu nhiệt tới 900 ~ 1000 °C.
• Tính dẻo cao (độ
biến dạng 40 ~ 60%) nên dễ cán, dập, gò ở trạng thái nguội, thích hợp để chế
tạo các loại bình, ống .. Cũng do có cấu trúc mạng lập phương tâm mặt nên nó
không bị giòn ngay cả khi hạt lớn (do quá nung) và nhất là không có điểm chuyển
biến dẻo – giòn. Vì vậy, chúng có thể dùng ở nhiệt độ rất thấp như ở vùng băng
giá, làm bình chứa khí hóa lỏng và trong kỹ thuật lạnh.
• Cơ tính đảm bảo:
mặc dù không hóa bền được bằng phương pháp nhiệt luyện (do không có chuyển biến
pha) nhưng lại hóa bền mạnh bằng biến dạng dẻo nguội. Nguyên nhân là do phần
lớn Austenit ở vùng bị biến dạng mạnh đã chuyển thành Martensit (gọi là Martensit
biến dạng). Cũng vì nguyên nhân này, thép bị biến cứng rất nhanh sau mỗi lần
biến dạng, để có thể biến dạng tiếp thì cần phải được ủ ở nhiệt độ thích hợp.
Những nhược điểm chính:
• Đắt tiền: do có
chứa nhiều Ni, có thể giảm giá thành bằng cách dùng Mn thay thế cho Ni (như các
trong các loại thép 201, 202) để chế tạo chi tiết làm việc trong môi trường ăn
mòn yếu (axit hữu cơ, muối, kiềm) trong công nghiệp hóa thực phẩm.
• Khó gia công cắt
gọt: do dẻo quánh, phôi khó gãy. Có thể cải thiện bằng cách cho thêm selen hoặc
tăng hàm lượng lưu huỳnh nhưng sẽ làm giảm chút ít khả năng chống ăn mòn của
thép.
• Bị ăn mòn trong
một số trường hợp cụ thể: bị ăn mòn biên hạt ở vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn
hoặc khi chi tiết phải thường xuyên làm việc ở vùng nhiệt độ 400 ~ 800 °C, bị
ăn mòn tập trung (ăn mòn điểm), ăn mòn dưới ứng suất và các hiệu ứng tích lũy
do ăn mòn và mỏi … vì có sự tiết pha cacbit crom ở vùng biên hạt làm nghèo crom
ở vùng liền kề và khiến chúng bị ăn mòn nhanh hơn. Có thể khắc phục bằng cách
giảm lượng cacbon đến mức thấp nhất có thể hoặc hợp kim hóa thêm các nguyên tố
tạo cacbit mạnh hơn Cr như Ti, Nb, Ta, Mo.
Các thép Austenit được sử dụng trong ngành chế tạo máy
móc hệ thống hóa chất, chế tạo máy móc thiết bị và chế tạo máy, trong nghành
công nghiệp thực phẩm và kỹ thuật biển ở các nhiệt độ thấp nhất và cao nhất
cũng như dưới tải ăn mòn và tải nhiệt đáng kể.
Bảng 13 : Phạm vi áp
dụng các thép không gỉ Austenit
Phạm
vi áp dụng các thép Austenit
|
Ví
dụ
|
- Các
thép chịu nhiệt, bền nóng và bền cháy
|
Hệ
thống CrNi 13/13, 16/13 hoặc 25/20 với Molybden đến 7 % và một phần hàm lượng
Si đồng thời với C tới 0,15 %.
|
- Các
thép không gỉ
|
Hệ
thống CrNi 18/10, CrNiMo 17/12/2 với 0,02 tới 0,1 % C
|
- các
thép dai lạnh
|
Hệ
thống CrNi 18/10 với 0,02 tới 0,1 % C
|
4.3.2 Các loại thép không gỉ Austenit
Bên cạnh các nguyên tố hợp kim Cr và Ni, các hợp kim
sẽ được hợp kim thêm trước tiên là Mo (khả năng bền ăn mòn), Si-Al (khả năng
bền cháy và bền nóng), N (tăng độ bền), Nb và Ti (ổn định chống ăn mòn giữa các
tinh thể). Sự khác biệt trong các thép hoàn toàn Austenit và trong các thép Austenit
với một phần Ferrit (1 - 10 % d-Ferrit),
đó là các thép hoàn toàn Austenit cho thấy ở bất kỳ nhiệt độ nào cấu trúc là 100
% Austenit .
Bảng 14 : Các thép
Austenit hoàn toàn và Austenit bình thường
Cấu
trúc
|
C
(%)
|
Cr (%)
|
Ni (%)
|
Mo (%)
|
khác
(%)
|
|
Austenit
(hoàn toàn và Super Austenit)
|
(100%)
|
0,01 - 0,04
0,12 - 0,15 |
20 - 31
25 - 36 |
18 - 32
16 - 32 |
1 - 7
- |
-
Si = 1 - 7 |
Austenit
với một phần d-Ferrit
|
+
(1 -10%) |
0,02 - 0,06
0,02 - 0,12 |
17 - 19
17 - 19 |
7 - 15
5 |
2 - 5
- |
-
Mn = 7 - 9 |
Hệ thống hợp kim phổ biến nhất các thép Austenit với
một phần d-Ferrit
là hệ thống CrNi18-10 (V2A) cũng như CrNiMo17-12-2. (V4A). Tại hệ thống hợp kim
cao hơn áp dụng: Để có được cấu trúc hoàn toàn Austenit hàm lượng Ni phải được
tăng lên, nếu hàm lượng Cr/ hàm lượng Mo tăng hoặc hàm lượng C giảm. Theo hàm
lượng Carbon và các nguyên tố hợp kim các thép Austenit có thể được phân loại
như sau :
Ø Các
thép Austenit không có Molybden (
ví dụ theo ASM: 304 và 304L)
Các thép này là các loại thông dụng nhất, vì biểu
hiện sự hài hòa giữa giá thành và khả năng bền ăn mòn. Gia công chúng khó khăn
hơn so với gia công các loại Ferriti và Martensit.
Ø Các
thép Austenit có Molybden (ví dụ
theo ASM: 316, 316L, 317L và 904L)
Bổ sung
thêm Molybden cải thiện chủ yếu khả năng bền ăn mòn, đặc biệt chống ăn mòn lỗ
và ăn mòn nứt ứng suất nguyên nhân do Chloride. Trong môi trường axit nitric và
trong khí nitơ bổ sung Molypden là khá bất lợi.
Các thép không gỉ Austenit có và không
có molypden
có cấu
trúc micro Austenit (a), có thể, một hàm
lượng thấp của delta-Ferrite (d). Các nguyên
tố hợp kim chính là
crom (17 - 20%)
và Nickel (8-13%). Việc bổ sung các molypden (2-3%) tăng khả
năng chống ăn mòn lỗ rỗ.
Ø Các
thép Austenit với hợp kim Carbon đặc biệt thấp (các thép - ELC)
Một phương pháp để tránh ăn mòn giữa các hạt là sản
xuất thép với 0,030
% Carbon. Trong trường hợp này, Carbon tồn tại trong dung dịch rắn và do đó
không tự liên kết với chrom hình thành kết tủa Carbidee chrom.
Ø Các
thép ổn định Austenit (ví dụ
theo ASM: 321, 321H và 316Ti)
Các thép không gỉ Austenit được ổn định có bổ sung của Titan hoặc Niobi tỷ
lệ với số lượng Carbon và nitơ (thường tối thiểu 10 x C). Sự ổn định này ngăn ngừa sự
kết tủa của Carbidee crôm khi tới nhiệt độ quá 400°C. Hơn nữa, các thép được ổn định có độ
bền và khả năng chống trườn
dão đến khoảng 600°C.
Việc bổ sung Titan và/hoặc Niobi ngăn cản kết tủa Carbidee
Chrom khi xử lý nhiệt và/hoặc hàn. Ngoài ra các thép này biểu hiện tính chất độ
bền tốt tới khoảng 600 °C.
Ø SuperAustenit
Các
thép này có hàm lượng Chrom và Molybden tăng cao và biểu hiện cấu trúc hoàn
toàn Austenit do hàm lượng Nickel và Nitơ cao hơn. Chúng có khả năng chống ăn
mòn tuyệt với trong môi trường xâm thực.
Thép không gỉ hoàn toàn Austenit thường được hợp kim với crom rất
cao (20 - 25%), niken (18
- 35%) và nitơ (lên đến 0,4%). Cấu trúc Austenit
được ổn định bằng việc bổ sung các nguyên tố hình thành Austenit như
Carbon, niken, mangan, nitơ
và đồng.
Sự xuất
hiện cấu trúc đặc trưng các thép Austenit cán được gọi là „Sự hình thành kép“
trong cấu trúc micro (mài). Austenit đúc thường cho thấy cấu trúc hình cầu.
Các
thép với hàm lượng Cr/Ni thấp nằm ở ranh giới cấu trúc hỗn hợp A (Austenit) và M
(Martensit). Trong phạm vi ranh giới này có thể có chuyển hóa một phần Austenit
hoặc hoàn toàn Martensit (khi làm nguội sâu hoặc biến dạng nguội).
Trong trường hợp biến dạng nguội được gọi là Martensit
biến dạng. Tuy nhiên Martensit biến dạng được tạo thành là tương đối dẻo dai. Sự
ổn định Austenit có thể được tăng lên thông qua bổ sung C, Ni, Mn, N và Cu (tạo
Austenit).
· Các
thép Austenit là không có từ tính. Từ tính chỉ là một phần cấu trúc a (Martensit – Martensit
biến dạng) và d-Ferrit.
· Các
thép Austenit so với tất cả các loại thép khác có sự giãn nở nhiệt lớn hơn
nhiều đồng thời khả năng dẫn nhiệt thấp hơn.
· Các
thép Austenit là không chuyển hóa và do đó không có khả năng tôi cứng.
· Các
thép Austenit có xu hướng tăng cường biến cứng nguội.
4.3.4 Các tính chất cơ học
Các thép không gỉ Austenit được đặc trưng chủ yếu bởi độ dẻo tuyệt
vời của chúng, ngay cả ở nhiệt độ thấp. Không Ferrit, các thép không gỉ hoàn
toàn Austenit với một hàm lượng nitơ cao có độ bền va đập rất tốt và do đó rất thích hợp cho
các ứng dụng đông lạnh. Đặc biệt
đối với các thép được hợp kim nitơ, giới hạn chảy và độ bền kéo thường cao. Các thép
không gỉ Austenitc không thể được làm cứng bằng xử lý nhiệt, chúng thường được cung cấp trong điều kiện tôi luyện (tôi ram).
Cấu
trúc hạt mịn ở các thép không gỉ Austenit được điều chỉnh thông qua tái kết
tinh trong hoặc sau khi tạo hình nóng. Xử lý nhiệt cuối cùng là nung hòa tan
giữa 1000 và 1150 °C với làm nguội kết thúc nhanh hơn bằng nước hoặc không khí.
Nhiệt độ cần thiết được điều chỉnh phụ thuộc vào Liên kết/Carbidee các Phase/Hợp
chất liên kim loại và có thể là nằm trên 1150 °C ở các Phase hợp kim cao.
Hình 4.3 : Cấu trúc micro của thép không gỉ Austenit.
Giá
trị độ bền của cấu trúc austenit tinh khiết nằm dưới đáng kể giá trị độ bền của
các thép d-Martensit,
a-Martensit hoặc các thép
Nickel-Martensit. Các biện pháp làm tăng độ bền sẽ được sử dụng đó là : tăng
bền tinh thể hỗn hợp (Solid solution strengthening
/Mischkristallverfestigung) bằng cách tăng hàm lượng N, C, Cu ...; biến
cứng nguội (cold hardening/Kaltverfestigung)
được thực hiện qua biến dạng nguội: cán và kéo ở các tiết diện nhỏ và nhiệt độ
phòng cũng như cán hoặc rèn ở T £ 800 °C khi tiết diện lớn; và
tăng bền qua sự hình thành Carbidee hoặc Nitrid (hàm lượng cao hơn N và C). Thông
thường hợp kim với N; do đó nhiệt độ kết tinh lại được tăng lên. Vì lý do cải
thiện khả năng gia công cơ các tiết diện mỏng được cung cấp ở trạng thái biến
dạng nguội. Khi gia công cắt gọt giá trị độ bền do biến cứng nguội không tăng
lên đáng kể.
Ký
hiệu
|
C700
|
C850
|
C1000
|
C1150
|
C1300
|
Độ
bền N/mm²
|
700...850
|
850...1000
|
1000...1150
|
1150...1300
|
1300...1500
|
Để cải thiện khả năng gia công cơ cũng có thể bổ
sung thêm S. Do đó khả năng chống ăn mòn nói chung giảm đáng kể.
Các thép Austenit đáp ứng độ dẻo dai tới nhiệt độ
thấp nhất (< - 200 °C) và an toàn phá hủy giòn. Sụt giảm độ bền ở các nhiệt
độ cao (tới 600 °C) là ít. Tuy nhiên, từ 600 °C hầu hết các thép không gỉ Austenit
cho thấy cải thiện các tính chất cơ học tốt hơn so với các thép không hợp kim,
hợp kim thấp và các thép hợp kim cao (a;
d; d + g).
Vì các tính chất ”dẻo dai lạnh” và ”bền nóng” hoàn hảo của Austenit, do đó các
vật liệu Austenit được ưa thích sử dụng.
Bảng 15 : Các tính chất
cơ học
Austenit,
được
nung hòa tan
|
Austenit,
được
hợp kim N
|
Austenit,
biến
cứng nguội (40%)
|
|
Rp0,2 (N/mm2)
|
175 - 230
|
250 - 400
|
bis 1100
|
Rm
(N/mm2)
|
450 - 750
|
550 - 850
|
bis 1200
|
A (%)
|
40 - 45
|
35 - 40
|
ca. 30
|
KV
(RT)
|
> 100
|
100
|
< 90
|
Diễn
biến tăng bền một số loại thép không gỉ và sự ảnh hưởng của các nguyên tố hợp
kim tới giới hạn chảy Rp0,2 (0,2 %) của các thép Austenit cho thấy ở
biểu đồ sau:
Hình
4.4 : Các Đặc tính cơ học và công nghệ phụ thuộc vào biến dạng
nguội (kéo căng dọc).
Hình
4.5 : Sự ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới giới hạn chảy Rp0,2.
Hình
4.6 : Biểu đồ Ứng suất-Biến dạng của thép kết cấu Ferrit-Perlit và thép Austenit
CrNi.
Hình
4.7 : Nhiệt độ bắt đầu hình thành Martensit phụ thuộc vào hàm lượng Cr.
Hình
4.8 : Độ bền của các thép không hợp
kim và các thép hợp kim cao.
4.3.5 Khả năng chống ăn mòn
Các thép không gỉ Austenit được đặc trưng bởi năng chống ăn mòn tuyệt vời.
Nhiều loại thép không gỉ Austenit có hàm lượng Carbon thấp (<
0.030%). Điều này làm cho chúng có sức kháng cự với sự nhạy cảm (tức là khuynh hướng ăn
mòn giữa các hạt) được sinh ra bởi các tiếp xúc
nhiệt ngắn liên
quan với làm nguội sau khi ram, làm giảm ứng suất hoặc hàn.
Ảnh hưởng của hàm lượng Carbon gấp đôi cho phép ở các nhiệt độ nhất định được thể hiện trong hình 4.
Các thép được
hợp kim crom và niken chứng minh
khả
năng chống ăn mòn nói chung tốt trong môi trường ẩm ướt. Sức đề kháng nói
chung tăng lên với sự tăng
hàm lượng crôm, niken, vonfram và nitơ. Để có được sức đề kháng tốt với ăn mòn lỗ rỗ và ăn mòn khe hở trong môi trường có
chứa clorua, loại thép Cr-Ni-Mo (ví dụ như 316, hoặc
với một hàm lượng molypden thậm chí cao hơn) là cần thiết.
Để cải thiện khả năng chống nứt nóng
và khả năng hàn tốt hơn, thép không gỉ Austenit (ví
dụ 316) thường được sản xuất
với một số Ferrit. Trong môi trường nhất định, các loại thép này có thể bị suy giảm khả năng chống ăn mòn chọn lọc. Như vậy, trong các ứng dụng như sản xuất phân đạm hoặc axit axetic, các tấm không Ferrit và các mối hàn
không Ferrit thường
được yêu cầu.
Các loại thép 304 và 316 là rất nhạy
cảm ăn mòn nứt
ứng suất. Tuy nhiên, khả năng chống ăn mòn nứt
ứng suất nứt tăng lên cùng với
sự tăng
hàm lượng niken và molypden. Các thép không gỉ Austenitc được hợp kim
cao có sức đề kháng rất tốt.
Ngược
lại với các thép Ferriten (d và a) là ở các thép Austenit
không có sự phát triển hạt rõ nét (mặc dù cấu trúc hạt mịn) và cũng không tính
đến hóa giòn 475°.
Các quá trình biến dạng nguội
được đề cập bên trên làm tăng sự thích hợp kết tủa, tăng tốc độ hình thành kết
tủa và làm giảm thời gian hình thành kết tủa của các vật liệu Austenit. Tiếp
theo cần phải chú ý, về cơ bản d-Ferrit hình thành kết tủa sớm
hơn là cấu trúc cơ bản Austenit. Sự hình thành kết tủa có thể là lớn, tùy theo
hợp kim, các thép hoàn toàn Austenit cũng có thể hóa giòn hoặc mất đi khả năng
chống ăn mòn của chúng. Diễn biến kết tủa của một thép có ảnh hưởng trực tiếp tới:
Þ
Các tính chất độ bền và độ dẻo dai,
Þ
Khả năng chống ăn mòn giữa các hạt,
Þ
Khả năng chống ăn mòn lỗ,
Þ
Khả năng chống ăn mòn khe,
Þ
Khả năng chống ăn mòn nói chung mức độ thấp hơn.
Với sự hình thành s-Phase
có thể được dự kiến trong tất cả các loại thép Austenit với một phần Ferrite. Sự
hình thành Chi-Phase hoặc Laves-Phase đã được đưa ra trong tài liệu. Thành phần
của Cr, Mo, Si, Al, Nb và Ti đặc biệt cao sẽ mở rộng phạm vi s-Phase (®
hoàn toàn Austenit được hợp kim cao). Tăng hàm lượng d-Ferrit
làm tăng tốc độ tạo mầm và tốc độ phát triển s-Phase
(® các
thép Austenit với một phần Ferrit > 10 %). Sự tham gia của d-Ferrit làm giảm năng lượng hoạt hóa đối
với kết tủa Carbide và thúc đẩy quá trình phân tách (làm giàu CrSiMo hoặc SiMo làm
cạn kiệt Cr).
Sự hình thành Chrom Carbide thúc đẩy sự nhạy cảm ăn
mòn giữa các hạt (Cr-cạn kiệt do hình thành Cr23C6 ở biên giới hạt). Các thép chống lại ăn mòn
giữa các hạt với C £
0,03 % hoặc được ổn định (Ti/C = 4:1; Nb/C = 8:1) tới 0,08 % C. Nguyên tố ổn
định (Ti, Nb cũng như Ta và V) sẽ làm thay đổi nhiệt độ hình thành Carbide
xuống phía dưới và kéo dài thời gian hình thành Carbide. Carbide M23C6 cũng xuất hiện khi hàm lượng C rất thấp (các
thép ELC) và cũng bị hóa giòn ở mức độ ít và bị nhạy cảm ăn mòn giữa các hạt.
Nguy cơ hình thành nứt nóng mạnh ở các thép hoàn
toàn Austenit rõ ràng dựa trên sự cô lập (tích tụ) tinh thể (Sự phân tách các
nguyên tố hợp kim trong hạt). Nguy cơ này cũng sẽ được tăng cường do các nguyên
tố P, S và Si.
Để tránh các Phase nóng chảy thấp trong vùng bị cô
lập hoặc tại các biên giới hạt của các hạt bị cô lập và loại bỏ nguy cơ nứt
nóng, hàm lượng Nb (£
1 %), Si (£ 0,5 %)
và å P/S (khuyến
nghị £ 0,01
%) phải được giữ thấp. Phần d-Ferrit
từ 4 - 10 % làm giảm nguy cơ nóng nứt đáng kể, vì d-Ferrit
có khả năng hòa tan đối với P/S/Si cao hơn so với g.
d-Ferrit
là mềm hơn (đàn hồi hơn) so với g
và như vậy loại bỏ các ứng suất do biến dạng dễ dàng hơn.
Các hạt d
sơ cấp khi bắt đầu phân bố mịn có tác dụng như các mầm; các màng mỏng biên giới
hạt (Carbide...) được hình thành mỏng hơn trên cơ sở các hạt mịn và như vậy đàn
hồi hơn. Phần d-Ferrit
cao hơn 10% sau đó thúc đẩy một lần nữa sự hình thành s-Phase
và làm giảm khả năng chống ăn mòn giữa các hạt.
Austenit ổn định hơn làm giảm nguy cơ ăn mòn ứng
suất nứt. Đặc biệt nguy cơ thúc đẩy do halogenua Cl hoặc các halogenua khác, vì
hệ thống CrNi18-8 có vị trí ở phạm vi ranh giới A / A+M+F / A+F / A+M (Austenit
không ổn định).
4.3.7 Sự nhạy cảm
Nhạy cảm dẫn đến ăn mòn giữa các hạt tinh thể trong vùng bị ảnh hưởng nhiệt như
thể hiện trong hình 4.10a và 4.10b. Sự nhạy cảm là do sự hình thành crom Carbide và sự
kết tủa tại ranh giới hạt trong vùng
bị ảnh hưởng nhiệt khi nung nóng trong phạm vi nhiệt
độ 800-1600°F (427-871°C). Do nhiều nhất Carbon được hình thành gần các ranh giới hạt, hình thành crom
Carbide loại bỏ một số lượng crom bị hòa
tan gần các
ranh giới, do đó làm giảm khả năng chống ăn mòn của các khu vực cục bộ này. Vấn
đề này có thể được khắc phục
bằng cách sử dụng vật liệu
cơ bản và vật liệu điền đầy Carbon thấp để làm
giảm lượng Carbon có sẵn để kết hợp với crom. Các mối hàn phải
được thực hiện không có làm nóng trước và với nhiệt cung cấp
vào tối thiểu để rút ngắn thời gian trong
phạm vi nhiệt độ nhạy cảm.
Mức độ Carbide kết tủa tăng theo:
1. Hàm lượng Carbon cao hơn (ví dụ, bởi vì các cấp độ 301 và
302 có một hàm lượng Carbon tối đa 0,15%
chúng nhạy cảm nhiều
hơn với sự
kết tủa Carbon
so với cấp độ 304 có một hàm lượng tối đa chỉ có 0,08%).
2. Thời gian tại các phạm vi nhiệt độ giữa tới hạn - một vài
giây ở 1200°F (649°C) có thể làm thiệt
hại nhiều hơn so với vài phút ở 850°F (454°C) hoặc 1450°F (788°C).
Hàn tạo ra một gradient nhiệt độ trong thép. Nó có phạm vi nhiệt độ từ nhiệt độ nóng chảy tại mối hàn tới nhiệt độ phòng ở các khoảng cách xa mối hàn. Một vùng hẹp ở mỗi bên cạnh của mối hàn vẫn tồn tại trong phạm vi nhiệt độ nhạy cảm để có đủ thời gian cho kết tủa xảy ra. Nếu được sử dụng
trong điều kiện ăn mòn nghiêm trọng, các
đường ăn mòn gây tổn hại xuất hiện bên cạnh
dọc theo mối hàn.
4.3.8 Kiểm soát sự kết tủa Carbide
Số lượng kết tủa Carbide được giảm
bằng cách đẩy mạnh làm nguội nhanh. Các thanh đồng dẫn nhiệt và các
kỹ thuật khác cần thiết để kiểm
soát sự biến dạng trong tấm kim loại giúp giảm lượng
kết tủa Carbide. Ram các kết cấu hàn tại
nhiệt độ 1900°F (1038°C) hoặc cao
hơn, tiếp theo là tôi bằng nước, loại bỏ lượng kết
tủa Carbide, nhưng đây là một
qui
trình tốn kém và thường không thực tế. Vì vậy, khi các kết cấu hàn hoạt động trong các ứng
dụng ăn mòn nghiêm trọng hoặc
trong phạm vi nhiệt độ nhạy cảm, khi đó hoặc sử dụng các cấp độ ELC (Extra Low Carbon – Carbon
thấp hơn thông thường) hoặc các
cấp độ được ổn định là cần
thiết.
Biện pháp khắc phục khác
là sử dụng kim loại cơ bản và các bổ xung
hàn bằng thép không gỉ được
ổn định có chứa các nguyên tố sẽ phản ứng với Carbon, bỏ lại toàn bộ crom trong sự hòa tan để cung cấp
khả năng chống ăn mòn. Loại 321 có chứa titan và Loại 347 có chứa
niob (columbium) và tantal,
tất cả đều là định hình Carbide mạnh hơn so với crom.
Các cấp độ
- Carbon thấp hơn thông thường (ELC – Extra Low Carbon) (304L, 308L)
Hàm lượng Carbon tối đa 0,04%
của cấp độ ELC giúp loại bỏ sự kết tủa Carbide được gây ra bởi hàn.
Các cấp độ này thường
được sử dụng cho các kết cấu hàn hoạt động trong điều kiện ăn mòn nghiêm trọng ở các nhiệt độ dưới 800°F (427°C).
Các thép ELC thường được hàn với điện cực ELC,
AWS E308L-XX. Mặc dù các điện cực được AWS E347-XX được ổn định kết
quả các mối hàn chống
lại kết tủa Carbide và
các tính chất cơ học giống
nhau, các mối hàn điện cực ELC có xu hướng ít nhạy
cảm nứt ở
các mặt cắt lớn và có độ dẻo dai rãnh
khía nhiệt độ thấp hơn.
Hàm lượng Carbon thấp trong các cấp độ ELC để lại
nhiều crom để cung cấp khả năng chống lại ăn mòn giữa các hạt.
Các cấp độ
được ổn định (321, 347, 348)
Các cấp độ được ổn định chứa một lượng nhỏ titan (321), niobi (columbi)
(347), hoặc sự kết hợp của niobi và tantali (347,
348). Những nguyên tố này có
ái lực (giống về cấu trúc) đối với Carbon mạnh hơn so
với crom, vì vậy chúng kết hợp với Carbon để lại
crom để cung cấp khả
năng chống ăn mòn.
Các cấp độ này thường được sử dụng trong điều kiện ăn mòn khắc nghiệt khi các nhiệt độ làm việc đạt tới phạm vi nhạy cảm. Chúng được hàn
với các điện cực ổn định niobi, AWS E347-XX.
Dạng các điện cực
321 thường không được thực hiện vì titan bị mất trong hồ
quang. AWS E347-XX thường là khá
thỏa đáng để liên kết loại kim loại cơ bản 321.
Các cấp độ
Molybden (316, 316L, 317, 317L, D319)
Molypden trong thép không gỉ làm tăng khả năng chống ăn mòn cục bộ đối với nhiều hóa chất. Những loại thép này đặc biệt có hiệu quả trong việc
chống lại sự ăn mòn lỗ loét. Việc sử dụng
thường xuyên nhất của chúng là trong
các thiết bị công nghiệp chế biến. 316 và 316L được hàn với
các điện cực AWS E316L-XX.
316L và 317L là các cấp độ ELC phải
được hàn với loại điện cực ELC để duy trì khả năng chống
lại với kết
tủa Carbide. 317 và 317L thường được
hàn với các điện cực E317 hoặc E317L tương ứng. Chúng
có thể được hàn với điện cực AWS E316-XX, nhưng các mối hàn
có
hàm lượng molypden thấp hơn không đáng kể so với kim
loại cơ bản với khả năng chống ăn mòn tương ứng thấp hơn.
Khi gặp
phải trong dịch vụ các axit oxy hóa nóng, các mối hàn E316, E316L, E317 hoặc E317L có thể chống ăn mòn kém
trong điều kiện khi được hàn. Trong trường hợp này, các điện cực E309 hoặc
E309Cb có thể là tốt hơn. Có thể chọn khả
năng, xử lý nhiệt sau
đó sẽ khôi
phục lại khả năng chống ăn mòn cho các mối hàn:
1.
Đối với 316 hoặc 317 – ram ủ đầy đủ tại 1950-2050°F (1066-1121°C).
2.
Đối với 316L và 317L – khử ứng suất tại 1600°F (871°C).
Các cấp độ nhiệt độ cao (302B, 304H,
309, 309S, 310, 310S)
Các cấp độ hợp kim cao
này
duy trì độ bền ở nhiệt độ cao và có khả
năng chống lại sự tróc vảy tốt. Chúng chủ yếu được sử dụng trong thiết bị công nghiệp
ở nhiệt độ làm việc cao -
đôi khi hơn 2000°F (1093°C).
Các điện cực AWS
E310-XX cần thiết để phù hợp với các đặc tính nhiệt độ cao và khả
năng chống lại sự tróc vảy của các cấp độ 310 và 310S.
Các cấp độ 302B và
309 thường được hàn với
các điện cực E309-XX. 304H thường được hàn với các điện cực E308H-XX. Các điện cực E310-XX có thể
được sử dụng trên tấm mỏng. Các mối hàn E310-XX
trên tấm dày có xu hướng bị nhạy cảm nứt nhiều hơn so với các kim loại
hàn E309-XX.
Các cấp độ không gia công cắt gọt (303,
303Se)
Hàn sản
xuất của các cấp độ này không được khuyến khích vì lưu huỳnh hoặc selen và phốt pho gây
ra rỗ khí rất mãnh liệt và nứt
ngắn nóng.
Nếu cần thiết phải
hàn, các điện cực đặc biệt E312-XX-XX hoặc E309 được khuyến nghị bởi vì Ferrit cao
của chúng làm giảm xu hướng nứt. Sử dụng
các
kỹ thuật giảm sự pha
trộn của kim loại cơ
bản vào
trong kim loại hàn và thực
hiện các hình dạng đường hàn lồi.
4.3.9 Nứt nóng
Nứt nóng được gây ra bởi các
vật liệu nóng chảy thấp như các hợp chất
kim loại của lưu huỳnh và phốt pho có xu hướng xâm nhập các biên giới hạt. Khi các hợp chất
này có mặt trong mối
hàn hoặc vùng bị ảnh hưởng nhiệt,
chúng sẽ thâm nhập vào các ranh giới hạt và các vết nứt sẽ xuất hiện khi mối hàn nguội đi và các ứng suất co ngót phát triển.
Nứt nóng có thể được
ngăn ngừa bằng cách điều chỉnh các thành phần của kim loại cơ bản và kim loại điền
đầy để có được một cấu trúc micro với một lượng nhỏ Ferrit trong
mạng tinh thể Austenit. Ferrit cung cấp cho các ranh giới hạt Ferrit-Austenit mà chúng cho
phép điều khiển các hợp chất lưu huỳnh
và phốt pho vì vậy chúng không cho phép nứt nóng. Vấn đề này
có thể tránh được bằng cách giảm hàm lượng S và
P tới lượng rất thấp, nhưng điều này sẽ làm tăng đáng kể giá thành sản xuất thép.
Thông thường mức
độ tối thiểu Ferrit 4 FN được khuyến nghị để ngăn ngừa nứt nóng. Hàm lượng Ferrit tốt nhất là được xác định bằng cách đo bằng một thiết
bị từ hóa được hiệu chuẩn theo AWS A4.2 hoặc ISO 8249. Nó cũng có thể được ước tính từ các thành phần của vật liệu cơ bản và vật liệu điền đầy với việc sử dụng
bất kỳ một số biểu
đồ thiết lập cấu trúc khác nhau. Lâu
đời nhất trong số này là biểu đồ Schaeffler năm 1948. Đương lượng Cr (% Cr +% Mo + 1,5 x% Si + 0,5 x% Cb) được vẽ trên trục ngang
và đương
lượng niken (% Ni + 30 x%
C + 0,5 x%
Mn) được
vẽ trên trục thẳng đứng. Mặc dù đã được sử dụng lâu, biểu đồ Schaeffler hiện tại là lỗi
thời vì nó không xem xét tác dụng của nitơ và bởi vì nó không thực hiện
được việc chứng minh thiết lập thỏa
thuận giữa một số dụng cụ đo phần trăm Ferrit trong một
kim loại hàn nhất định.
Một cải tiến trên biểu đồ Schaeffler là biểu đồ WRC-DeLong năm 1973, nó có thể được sử dụng để ước lượng mức độ Ferrit. Sự khác biệt chính đó là biểu đồ DeLong bao gồm cả nitơ (N) trong đương lượng Ni (Ni% + 30 x% C x 30 x% N + 0,5
x% Mn) và cho thấy số lượng Ferrit bổ xung thêm "phần trăm Ferrit". Số Ferrit ở các mức độ thấp có
thể gần đúng "phần trăm
Ferrite". Biểu đồ gần đây nhất, biểu đồ WRC-1992, hình 2, được coi là biểu đồ tiên
đoán chính xác nhất hiện nay.
Biểu đồ WRC-1992
đã thay thế biểu đồ WRC-DeLong
trong Code ASME với công bố vào mùa đông 1994-1995. Đương lượng Ni (% Ni + 35 x% C + 20 x% N + 0,25 Cu) và đương
lượng Cr (% Cr +% Mo + 0,7 x% Cb) khác với của Schaeffler và
WRC-DeLong.
Số Ferrite có thể được ước tính bằng
cách vẽ một đường ngang trên
sơ đồ từ số đương
lượng niken và một đường thẳng đứng từ số đương
lượng crom. Số Ferrite
được chỉ định bởi các đường chéo đi qua các giao
điểm của các đường ngang và dọc.
Dự đoán bằng các biểu đồ WRC-1992 và WRC-DeLong cho các cấp
độ phổ biến như 308 là tương
tự như nhau, nhưng sơ đồ
WRC-1992 nói chung là chính xác hơn đối với các cấp độ hợp kim cao
hơn và các
cấp độ ít phổ biến hơn như các thép không gỉ Austenit mangan cao
hoặc
các thép không gỉ
duplex Ferrit-Austenit.
Số Ferrite có thể được đo trực tiếp trên mối hàn kết tủa từ các đặc tính có tính chất từ của
Ferrit. Một số dụng cụ đo có sẵn thương
mại, bao gồm dụng cụ đo từ, dụng cụ đo giám sát và phạm vi Ferrit (Ferrite scope) có thể được hiệu chuẩn bằng AWS A4.2 hoặc ISO 8249 và cung cấp các kết
quả số Ferrit.
Số lượng Ferrite thường không được lớn hơn mức cần thiết để ngăn chặn nứt nóng
với một số dự trữ an toàn. Sự hiện diện của Ferrit có thể làm giảm khả
năng chống ăn mòn trong môi trường nhất định và Ferrit dư thừa có
thể làm giảm độ dẻo và độ dẻo dai.
Hình 4.11 : Biểu đồ WRC 1992 mới bao
gồm các ranh giới chế độ đông đặc.
(Updated from T.A. Siewert, C.N. Mc Cowan
and D.L. Olson – Welding Journal,
December
1988 by D.J. Kotecki and T.A. Siewert – Welding Journal, May 1992.)
4.3.10 Các tiêu chuẩn cho các
thép không gỉ Austenit
Do
sự đa dạng của tiêu chuẩn hóa, các thép Austenit được tríc dẫn từ các vật liệu
được tiêu chuẩn hóa.
Bảng 16 : Các thép
không gỉ Austenit theo EN 10088
Tên
ngắn
|
Nr.
|
Cấu
trúc
|
Rp0,2 (N/mm²)
|
Rm (N/mm²)
|
A (%) t 3 mm
|
X10CrNi18-8
|
1.4310
|
A + M + 20%F
|
250
|
600...950
|
40
|
X2CrNiN18-7
|
1.4318
|
A +10%F
|
330...350
|
630...850
|
40...45
|
X2CrNi18-9
|
1.4307
|
A +20%F
|
200...220
|
500...670
|
45
|
X2CrNi19-11
|
1.4306
|
A +10%F
|
200...220
|
500...670
|
45
|
X2CrNiN18-10
|
1.4311
|
A+5%F+M
|
270...290
|
550...750
|
40
|
X5CrNi18-10
|
1.4301
|
A+20%F
|
210...230
|
520...750
|
45
|
X8CrNiS18-9
|
1.4305
|
A+20%F
|
190
|
500...700
|
35
|
X6CrNiTi18-10
|
1.4541
|
A+20%F
|
200...220
|
500...720
|
40
|
X4CrNi18-12
|
1.4303
|
A+20%F
|
220
|
500...650
|
45
|
X2CrNiMo17-12-2
|
1.4404
|
A+10%F
|
220...240
|
520...680
|
40...45
|
X2CrNiMoN17-11-2
|
1.4406
|
A
|
280...300
|
580...780
|
40
|
X5CrNiMo17-12-2
|
1.4401
|
A+10%F
|
220...240
|
520...680
|
40...45
|
X5CrNiMoTi17-12-2
|
1.4571
|
A+10%F
|
220...240
|
520...690
|
40
|
X2CrNiMo17-12-3
|
1.4432
|
A+20%F
|
220...240
|
520...700
|
40...45
|
X2CrNiMo18-14-3
|
1.4435
|
A
|
220...240
|
520...700
|
40...45
|
X2CrNiMoN17-13-5
|
1.4439
|
A
|
270...290
|
580...780
|
35...40
|
X1NiCrMoCu25-20-5
|
1.4539
|
A
|
220.240
|
520...730
|
35
|
X1CrNi25-21
|
1.4335
|
A
|
200
|
470...670
|
40
|
X6CrNiNb18-10
|
1.4550
|
A+20%F
|
200...220
|
500...720
|
40
|
X1CrNiMoN25-22-2
|
1.4466
|
A
|
250
|
540...740
|
40
|
X6CrNiMoNb17-12-2
|
1.4580
|
A+20%F
|
220
|
520...720
|
40
|
X2CrNiMoN17-13-3
|
1.4429
|
A
|
280...300
|
580...780
|
35...40
|
X3CrNiMo17-13-3
|
1.4436
|
A+20%F
|
220...240
|
530...700
|
40
|
X2CrNiMoN18-12-4
|
1.4434
|
A+5%F
|
270...290
|
540...770
|
35...40
|
X2CrNiMo18-15-4
|
1.4438
|
A
|
220...240
|
520...720
|
35...40
|
X1CrNiSi18-15-4
|
1.4361
|
A
|
220
|
530...730
|
40
|
X12CrMnNiN17-7-5
|
1.4372
|
A+20%F+M
|
330...350
|
750...950
|
40...45
|
X2CrMnNiN17-7-5
|
1.4371
|
A+5%F+M
|
280...300
|
630...850
|
35...40
|
X12CrMnNiN18-9-5
|
1.4373
|
A+20%F
|
320...340
|
600...880
|
35...45
|
X1NiCrMoCu31-27-4
|
1.4563
|
A
|
220
|
500...700
|
40
|
X1CrNiMoCuN25-25-2
|
1.4537
|
A
|
290
|
600...800
|
40
|
X1CrNiMoCuN20-18-7
|
1.4547
|
A
|
300...320
|
650...850
|
35...40
|
X1NiCrMoCuN25-20-7
|
1.4529
|
A
|
300
|
650...850
|
40
|
Trạng thái có thể cung cấp: C = Cán nguội; H = Cán
nóng.
|
|||||
Bảng 17 : Các thép
không gỉ Austenit theo SEW 400
X5CrNiN19-9
|
1.4315
|
X2CrNiMnMoNbN25-18-5-4
|
1.4565
|
X6CrNiMoTi18-13-2
|
1.4561
|
X3CrNiMoTi25-25
|
1.4577
|
X1NiCrMoCu32-28-7
|
1.4562
|
X1CrNiMoN25-25-2
|
1.4465
|
X1CrNiMoCuN33-32-1
|
1.4591
|
X2CrNiMoN22-5-3
|
1.4462
|
X1NiCrMoCu25-20-5
|
1.4539
|
X2NiCrAlTi32-20
|
1.4558
|
X4NiCrMoCuNb20-18-2
|
1.4505
|
Bảng 18 : Các thép
không gỉ Austenit theo SEW 470
X12CrNiTi18-9
|
1.4878
|
X15CrNiSi25-20
|
1.4841
|
X15CrNiSi20-12
|
1.4828
|
X12CrNiSi36-16
|
1.4864
|
X7CrNi23-14
|
1.4833
|
X10NiCrAlTi32-20
|
1.4876
|
X12CrNi25-21
|
1.4845
|
Bảng 19 : Các thành phần
hóa học danh nghĩa của các thép không gỉ Austenit theo ASM
Loại
|
UNS
Number
|
Thành phần hóa học – Phần trăm *
|
Khác
|
||||||
C
|
Mn
|
Si
|
Cr
|
Ni
|
P
|
S
|
|||
201
|
S20100
|
0.15
|
5.5-7.5
|
1.00
|
16.0-18.0
|
3.5-5.5
|
0.06
|
0.03
|
0.25 N
|
202
|
S20200
|
0.15
|
7.5-10.0
|
1.00
|
17.0-19.0
|
4.0-6.0
|
0.06
|
0.03
|
0.25 N
|
205
|
S20500
|
0.12-0.25
|
14.0-15.5
|
1.00
|
16.5-18.0
|
1.0-1.75
|
0.06
|
0.03
|
0.32-0.40 N
|
216
|
S21600
|
0.08
|
7.5-9.0
|
1.00
|
17.5-22.0
|
5.0-7.0
|
0.045
|
0.03
|
2.0-3.0 Mo;
0.25-0.5 N
|
301
|
S30100
|
0.15
|
2.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
6.0-8.0
|
0.045
|
0.03
|
|
302
|
S30200
|
0.15
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
8.0-10.0
|
0.045
|
0.03
|
|
302B
|
S30215
|
0.15
|
2.00
|
2.0-3.0
|
17.0-19.0
|
8.0-10.0
|
0.045
|
0.03
|
|
303**
|
S30300
|
0.15
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
8.0-10.0
|
0.20
|
0.15 min.
|
0.6 Mo
|
303Se**
|
S30323
|
0.15
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
8.0-10.0
|
0.20
|
0.06
|
0.15 min. Se
|
304
|
S30400
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
18.0-20.0
|
8.0-10.5
|
0.045
|
0.03
|
|
304H
|
S30409
|
0.04-0.10
|
2.00
|
1.00
|
18.0-20.0
|
8.0-10.5
|
0.045
|
0.03
|
|
304L
|
S30403
|
0.03
|
2.00
|
1.00
|
18.0-20.0
|
8.0-12.0
|
0.045
|
0.03
|
|
304LN
|
S30453
|
0.03
|
2.00
|
1.00
|
18.0-20.0
|
8.0-10.5
|
0.045
|
0.03
|
0.10-0.15 N
|
S30430
|
S30430
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
8.0-10.0
|
0.045
|
0.03
|
3.0-4.0 Cu
|
304N
|
S30451
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
18.0-20.0
|
8.0-10.5
|
0.045
|
0.03
|
0.10-0.16 N
|
304HN
|
S30452
|
0.04-0.10
|
2.00
|
1.00
|
18.0-20.0
|
8.0-10.5
|
0.045
|
0.03
|
0.10-0.16 N
|
305
|
S30500
|
0.12
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
10.5-13.0
|
0.045
|
0.03
|
|
308
|
S30800
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
19.0-21.0
|
10.0-12.0
|
0.045
|
0.03
|
|
308L
|
0.03
|
2.00
|
1.00
|
19.0-21.0
|
10.0-12.0
|
0.045
|
0.03
|
||
309
|
S30900
|
0.20
|
2.00
|
1.00
|
22.0-24.0
|
12.0-15.0
|
0.045
|
0.03
|
|
309S
|
S30908
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
22.0-24.0
|
12.0-15.0
|
0.045
|
0.03
|
|
309S Cb
|
S30940
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
22.0-24.0
|
12.0-15.0
|
0.045
|
0.03
|
8x%C - Nb(Cb)
|
309 Cb + Ta
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
22.0-24.0
|
12.0-15.0
|
0.045
|
0.03
|
8x%C (Nb(Cb) +
Ta)
|
|
310
|
S31000
|
0.25
|
2.00
|
1.50
|
24.0-26.0
|
19.0-22.0
|
0.045
|
0.03
|
|
310S
|
S31008
|
0.08
|
2.00
|
1.50
|
24.0-26.0
|
19.0-22.0
|
0.045
|
0.03
|
|
312
|
0.15
|
2.00
|
1.00
|
30.0 nom.
|
9.0 nom.
|
0.045
|
0.03
|
||
254SMo
|
S31254
|
0.020
|
1.00
|
0.80
|
19.5-20.5
|
17.50-18.5
|
0.03
|
0.010
|
6.00-6.50Mo;
0.18-0.22N; Cu=0.5-1.00
|
314
|
S31400
|
0.25
|
2.00
|
1.5-3.0
|
23.0-26.0
|
19.0-22.0
|
0.045
|
0.03
|
|
316
|
S31600
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
10.0-14.0
|
0.045
|
0.03
|
2.0-3.0 Mo
|
316F**
|
S31620
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
10.0-14.0
|
0.20
|
0.10 min.
|
1.75-2.5 Mo
|
316H
|
S31609
|
0.04-0.10
|
2.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
10.0-14.0
|
0.045
|
0.03
|
2.0-3.0 Mo
|
316L
|
S31603
|
0.03
|
2.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
10.0-14.0
|
0.045
|
0.03
|
2.0-3.0 Mo
|
316LN
|
S31653
|
0.03
|
2.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
10.0-14.0
|
0.045
|
0.03
|
2.0-3.0 Mo;
0.10-0.30 N
|
316N
|
S31651
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
10.0-14.0
|
0.045
|
0.03
|
2.0-3.0 Mo;
0.10-0.16 N
|
317
|
S31700
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
18.0-20.0
|
11.0-15.0
|
0.045
|
0.03
|
3.0-4.0 Mo
|
317L
|
S31703
|
0.03
|
2.00
|
1.00
|
18.0-20.0
|
11.0-15.0
|
0.045
|
0.03
|
3.0-4.0 Mo
|
317M
|
S31725
|
0.03
|
2.00
|
1.00
|
18.0-20.0
|
12.0-16.0
|
0.045
|
0.03
|
4.0-5.0 Mo
|
321
|
S32100
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
9.0-12.0
|
0.045
|
0.03
|
5 x %C min. Ti
|
321H
|
S32109
|
0.04-0.10
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
9.0-12.0
|
0.045
|
0.03
|
5 x %C min. Ti
|
329
|
S32900
|
0.10
|
2.00
|
1.00
|
25.0-30.0
|
3.0-6.0
|
0.045
|
0.03
|
1.0-2.0 Mo
|
330
|
N08330
|
0.08
|
2.00
|
0.75-1.5
|
17.0-20.0
|
34.0-37.0
|
0.04
|
0.03
|
|
AL6-XN
|
N80367
|
0.030
|
2.00
|
1.00
|
20.0-22.0
|
23.5-25.5
|
0.04
|
0.03
|
6.00-7.00Mo; 0.18-0.25N;
Cu=0.75
|
330HC
|
0.40
|
1.50
|
1.25
|
19.0 nom.
|
35.0 nom.
|
||||
332
|
0.04
|
1.00
|
0.50
|
21.5 nom.
|
32.0 nom.
|
0.045
|
0.03
|
||
347
|
S34700
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
9.0-13.0
|
0.045
|
0.03
|
10 x %C min.
Nb(Cb) +Ta
|
347H
|
S34709
|
0.04-0.10
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
9.0-13.0
|
0.045
|
0.03
|
10 x %C min.
Nb(Cb) + Ta
|
348
|
S34800
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
9.0-13.0
|
0.045
|
0.03
|
0.2 Cu; 10x%C
min. Nb(Cb)
+ Ta(c)
|
348H
|
S34809
|
0.04-0.10
|
2.00
|
1.00
|
17.0-19.0
|
9.0-13.0
|
0.045
|
0.03
|
0.2 Cu; 10x%C
min. Nb(Cb)
+ Ta
|
384
|
S38400
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
15.0-17.0
|
17.0-19.0
|
0.045
|
0.03
|
|
Nitronic 32
|
S24100
|
0.10
|
12.0
|
0.50
|
18.0
|
1.6
|
0.35 N
|
||
Nitronic 33
|
S24000
|
0.06
|
13.0
|
0.5
|
18.0
|
3.0
|
0.30 N
|
||
Nitronic 40
|
S21900
|
0.08
|
8.0-10.0
|
1.00
|
18.0-20.0
|
5.0-7.0
|
0.06
|
0.03
|
0.15-0.40 N
|
Nitronic 50
|
S20910
|
0.06
|
4.0-6.0
|
1.00
|
20.5-23.5
|
11.5-13.5
|
0.04
|
0.03
|
1.5-3.0 Mo;
0.2-0.4 N;
0.1-0.3 Cb;
0.1-0.3 V
|
Nitronic 60
|
S21800
|
0.10
|
7.0-9.0
|
3.5-4.5
|
16.0-18.0
|
8.0-9.0
|
0.04
|
0.03
|
1.5-3.0 Mo;
0.2-0.4 N;
|
*Các
giá trị duy nhất là các giá trị lớn nhất.
**Các
cấp độ này thường được coi là không có khả năng hàn.
|
|||||||||
(Từ ASM
Metals Handbook, Ninth Edition, Volume 3)
Các thép không gỉ Austenitc nói chung là dễ hàn và thường không
yêu cầu bất kỳ gia nhiệt trước hoặc xử lý nhiệt sau
hàn.
Hai vấn đề có liên quan đến mối hàn trong các thép không
gỉ Austenit:
1.
Nhạy cảm của
khu vực bị ảnh hưởng nhiệt
mối hàn, và
2.
Nứt nóng
của kim loại hàn.
Các
vấn đề cần lưu ý khi hàn các thép Austenit
· Tèt
nhÊt lµ ®a nhiÖt lîng vµo thÊp (§iÖn
cùc nhá ,v©n hµn th¼ng ). C¸c ®iÖn cùc víi
18 % Cr, 8 % Ni vµ 6 % Mn lµ kh«ng nhËy
c¶m nøt nãng .Tuy nhiªn chÊt hµn lµ kh«ng bÒn nãng . C¸c vËt liÖu Austenit cæ
®iÓn cã mét phÇn Ferit thÝch hîp hµn
®îc rÊt tèt .
· Chú
ý! Tất
cả các vật liệu hoàn toàn Austenit có xu hướng hình thành nứt nóng ngược lại
với các thép Austenit với một phần Ferrit. Các bổ sung hàn ngày nay có độ tinh
khiết cao do đó nhạy cảm nứt nóng ít hơn. Tuy nhiên, chúng không bao giờ bảo
đảm loại bỏ nứt nóng một cách tuyệt đối. Để tránh nứt nóng tốt nhất nhiệt cung
cấp vào ít (điện cực nhỏ, vân hàn thẳng). Điện cực với
18 % Cr, 8 % Ni và 6 % Mn là không nhạy cảm nứt nóng. Tuy nhiên kim loại hàn
không bền nóng. Các vật liệu Austenit cổ điển với một phần d- Ferrit thích hợp hàn
rất tốt.
· Hệ
số giãn nở nhiệt nằm cao hơn khoảng 50 % so với các thép Ferrit. Do đó ứng suất
dư và biến dạng (cong vênh) sẽ thuận lợi hơn. Còn nữa, do khả năng biến dạng
tốt, độ dẻo dai tốt và giới hạn chảy thấp các vấn đề về nứt nguội và phá hủy
giòn không xảy ra. Vì điều này xử lý nhiệt khử ứng suất là không cần thiết.
· Lựa
chọn khoảng cách khe hở chuẩn bị mối hàn lớn hơn khoảng 40 % so với các thép
không hợp kim hoặc phải sử dụng nhiều vị trí hàn đính hơn.
· Tuy
nhiên xử lý nhiệt khử ứng suất có thể cần thiết do ăn mòn nứt ứng suất. Để loại
bỏ ăn mòn giữa các hạt, nên sử dụng các thép với hàm lượng C thấp hoặc các loại
được ổn định.
1. Nung hòa tan:
Nhiệt
độ nung hòa tan: 1000 tới 1100 °C (về nguyên tắc đối với các thép hoàn toàn Austenit
1050 °C tới 1100 °C, đối với các thép Austenit với một phần Ferrit 1000 °C tới
1050 °C), thời gian giữ 10 tới 30 phút, sau đó làm nguội nhanh trong nước (hoặc
không khí). Do đó Cr-Carbide và -Phase
sẽ hòa tan lại lần nữa. Cấu trúc hình thành sau đó là Austenit. Thông thường
phần Ferrit của các thép Austenit với một phần Ferrit sau đó sẽ bị mất đi.
2. xử lý nhiệt khử ứng suất :
Nhiệt
độ xử lý nhiệt khử ứng suất cho phép lớn nhất là 450 °C. Do nhiệt độ xử lý
nhiệt khử ứng suất thấp hiệu quả loại bỏ ứng suất là không nhiều, do đó xử lý
nhiệt khử ứng suất không được khuyến nghị sử dụng (EN 1011-3)
Liên quan đến khả năng hàn, các kim loại điền đầy được sử dụng để hàn các loại thép
có thể được chia thành hai nhóm:
1.
Điền đầy với min. 3% Ferrite (loại 308LSi, 316LSi và
347Si)
2.
Điền đầy với
không Ferrite (loại 904L và điền
đầy cơ sở niken như P12).
Các kim loại điền đầy cho các hợp
kim này thường phải phù hợp với kim loại cơ
bản nhưng đối với hầu hết các hợp kim, cung cấp một cấu trúc micro với một lượng Ferrit để tránh nứt nóng.
Để đạt được điều này, loại 308
được sử dụng cho loại 302 và 304, và loại 347 cho loại 321. Những loại khác nên
được hàn với kim
loại điền đầy đúng loại. Loại
347 cũng có thể được hàn với kim loại
điền đầy 308H. Các vật liệu điền đầy có sẵn như là các điện cực vỏ bọc, thanh
dây đặc và dây
hàn có lõi. Loại 321 có sẵn trên cơ sở bị
hạn chế như dây đặc và dây có lõi.
Các
vật liệu bổ sung hàn được lựa chọn là loại tương tự hoặc được hợp kim cao hơn.
Lựa
chọn các bổ sung hàn có hàm lượng C thấp hoặc có hàm lượng các nguyên tố ổn
định để không nhạy cảm với ăn mòn giữa các hạt.
Hình thành cấu trúc
|
Loại / Ký hiệu của điện cực, dây
|
Austenit
với một phần nhỏ Ferrit
(tới
10 %)
|
19 9 L, 19 9 Nb (1.4316, 1.4551)
19 12 3 L và 19 12 3 Nb (1.4430, 1.4576) 24 12 (1.4332) |
Austenit
|
Xem bên trên và 18 8 Mn (1.4370)
|
SuperAustenit
|
20 16 3 Mn L (1.4455)
|
(Dipl.Eng.IWE/EWE-Nguyễn Duy Ninh)
Các bài viết liên quan
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 1 : Khái quát chung
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 3 : Cơ sở luyện kim học
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 4 : Các thép không gỉ Ferrit
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 5 : Các thép không gỉ Martensit
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 6 : Các thép không gỉ Austenit
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 7 : Các thép không gỉ tôi cứng kết tủa và Duplex
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét