4.4 Các thép không gỉ tôi
cứng kết tủa
Có ba loại thép không gỉ tôi cứng kết tủa đó là
: Martensit, semi-Austenit và Austenit.
Các thép không gỉ Martensit có thể được tôi cứng bằng làm nguội nhanh từ nhiệt độ Austenit hóa [xung quanh 1900°F (1038°C)] sau đó hóa
già giữa 900-1150°F (482-621°C). Vì các loại thép
này
chứa ít hơn 0,07% Carbon, Martensit không phải là rất khó tôi cứng chính là thu được
từ phản
ứng hóa già (kết tủa). Ví dụ của nhóm này là 17-4PH,
15-5PH và
PH13-8Mo. Các thành phần danh nghĩa của các thép không
gỉ tôi
cứng kết tủa được liệt kê trong Bảng 21.
Các thép không gỉ semi-Austenit sẽ không chuyển biến
thành Martensit khi làm nguội từ nhiệt độ Austenit hóa bởi vì nhiệt độ chuyển biến Martensit là dưới nhiệt độ phòng. Những thép này phải được điều khiển
phản ứng xử lý trong đó
bao gồm nung nóng trong phạm khoảng 1350-1750°F
(732-954°C) để
kết tủa nguyên tố Carbon
và / hoặc các nguyên tố hợp kim thành Carbide hoặc các hợp chất đa kim loại. Điều này loại bỏ các nguyên tố hợp
kim từ hòa tan, do đó làm mất ổn định Austenit, điều này làm tăng nhiệt độ chuyển hóa Martensit như vậy cấu trúc Martensit sẽ đạt được khi làm nguội đến nhiệt độ phòng. Hóa
già thép giữa 850 và
1100°F (454-593°C) sẽ làm dịu ứng
suất và ram Martensit làm tăng độ dẻo dai, độ dẻo, độ cứng và
khả năng chống ăn mòn. Ví dụ của nhóm này là 17-7PH,
PH 15-7 Mo và AM
350.
Sự kết tủa Austenit các
thép không gỉ
tôi cứng vẫn còn
Austenit sau khi làm nguội nhanh từ nhiệt độ hòa tan ngay cả sau khi một số lượng lớn của công việc nguội. Chúng được cứng chỉ
bằng phản ứng hóa
già. Điều này sẽ bao
gồm điều khiển phản ứng xử
lý giữa 1800 và 2050°F (982-1121°C), tôi trong dầu hoặc nước và hóa
già ở 1300-1350°F (704-732°C) cho đến 24 giờ.
Ví dụ về các loại thép bao gồm A286 và 17-10P.
Nếu độ bền tối đa là
được yêu cầu trong các thép không gỉ tôi cứng kết tủa Martensit và semi-Austenit, phù hợp hoặc gần như phù hợp với kim loại điền đầy phải được sử dụng và các thành phần trước khi hàn, phải được
tôi luyện hoặc điều kiện tôi luyện hòa tan. Trong
nhiều trường hợp, dạng kim loại điền đầy 630 là gần như giống hệt với kim
loại cơ bản 17-4PH, được sử dụng cho
các
thép không gỉ Martensit và semi-Austenit PH. Sau khi hàn,
xử lý nhiệt hòa tan hoàn toàn cộng với một sự xử lý hóa già thích hợp. Nếu
xử lý nhiệt hòa tan sau hàn là không khả thi,
các thành phần cần được xử lý hòa tan trước khi hàn tiếp theo được hóa già sau khi hàn. Các mặt cắt dày của các bộ phận bị hạn chế kéo căng cao đôi
khi hàn trong điều kiện quá hóa già. Điều này phải yêu cầu xử lý nhiệt đầy đủ sau khi hàn để đạt được độ bền lớn nhất.
4.5 Thép không gỉ Austenit-Ferrit
(Duplex)
Các thép
không gỉ Austenit-Ferrit đông đặc như 100% Ferrit, nhưng khoảng một nửa của Ferrit
chuyển hóa thành Austenit trong khi nguội qua các nhiệt độ xấp xỉ bên trên
1900°F (1040°C). Vấn đề này được thực hiện bằng cách tăng Cr và giảm
Ni so với các
cấp độ Austenit. Nitơ
được chủ động cho vào để tăng tốc
độ hình thành Austenit trong khi nguội. Các thép không gỉ Duplex có tính sắt từ. Chúng kết hợp độ
bền cao hơn so với
các thép không gỉ Austenit với các đặc tính chế tạo tương tự như Austenit, và có khả
năng chống lại ăn mòn nứt ứng suất clorua của các thép không
rỉ Ferrit. Cấp
độ phổ biến nhất là 2205 (UNS S32205), bao gồm 22%Cr,
5%Ni, 3%Mo và 0,15%N.
Chúng
được sử dụng với số lượng nhiều ở những nơi các kết cấu thép bị tác động ăn mòn
cần phải giảm nhẹ như có thể và chiều dày thành được giữ nhỏ như có thể.
Bảng 20 : Phạm vi áp
dụng – Ví dụ
Phạm
vi áp dụng các thép Austenit-Ferrit
|
Các
ví dụ
|
Các
chi tiết cấu kiện chịu tác động hóa học và cơ học trong máy móc, thiết bị và
chế tạo máy; Công nghiệp lọc hóa dầu, kỹ thuật nước và nước thải, kỹ
thuật biển, công nghiệp hóa học, chế tạo bơm, chế tạo máy ly tâm và bồn bể, kỹ
thuật vận tải...
|
X2CrNiN23-4
X2CrNiMoN22-5-3 X3CrNiMoN27-5-2 X2CrNiMoCuWN25-7-4 |
Các thép Austenit-Ferrit bao gồm hai cấu trúc Phase
khác nhau (g + d) tùy theo thành phần hóa học khác nhau.
Vì sự hình thành cấu trúc lục giác (heterogene) tồn tại trong Austenit (g) bên cạnh d
-Ferrit, cũng như vẫn tồn tại ổn định kể cả nhiệt độ thấp, nên người ta thường
gọi là „các thép Duplex“ (hai Phase). Các thép này có hàm lượng Chrom cao và
hàm lượng Nickel thấp, với đặc điểm đặc trưng hình thành cấu trúc hai Phase ở
nhiệt độ phòng (hàm lượng Austenit khoảng 40 - 60 %). Như vậy tính chất của các
thép này bao gồm tính chất các thép Austenit tinh khiết và tính chất các thép Ferrit
tinh khiết tồn tại bên cạnh nhau trong vật liệu. Thành phần hợp kim chính là:
C
|
Cr
|
Ni
|
Mo
|
Và bổ sung
thêm
|
0,03 -0,05
|
21 -28
|
3,5 -7
|
2,5 -4
|
N, Cu, W, Nb hoặc
Ti
|
Khác với các thép hoàn toàn Austenit hoặc Ferrit,
việc xử lý nhiệt không chỉ phục vụ hòa tan các kết tủa, mà còn quan trọng hơn
là điều chỉnh sự phân bố lượng cấu trúc đã được xác định. Các nguyên tố hợp kim
cũng đóng góp vai trò trong việc xử lý nhiệt này, ví đương lượng Cr hoặc đương
lượng Ni không được chú ý, nên các thép này có thể không được đưa vào biểu đồ Schäffler.
Biểu đồ DeLong sử dụng như phương tiện trợ giúp.
4.5.1 Các tính chất vật lý
Tùy
thuộc vào lượng thành phần d-Ferrit các thép này có từ tính
mạnh hay yếu. Giãn nở nhiệt là ít hơn và khả năng dẫn nhiệt tốt hơn so với các
thép hoàn toàn Austenit. Các thép Duplex có xu hướng biến cứng nguội mạnh.
4.5.2 Các tính chất cơ
học
Rp0,2 (N/mm2)
|
Rm (N/mm2)
|
A (%)
|
KV (RT)
|
400 -750
|
500 -900
|
> 18
|
> 50
|
Các
thép Austenit-Ferrit là không có khả năng tôi luyện và thường được sử dụng
trong trạng thái làm nguội rất nhanh cũng như tôi cứng kết tủa.
4.5.4 Các
tiêu chuẩn cho các thép không gỉ Austenit-Ferrit
Bảng 21
: Các thành phần danh nghĩa của các thép không gỉ
tôi cứng kết tủa và Austenit-Ferrit (Duplex) theo ASM.
Loại
|
UNS
Number
|
Thành phần
hóa học – Phần trăm *
|
ASTM
Grade
|
Khác
|
||||||||
C
|
Mn
|
Si
|
Cr
|
Ni
|
P
|
S
|
||||||
Các loại
tôi cứng kết tủa
|
||||||||||||
PH 13-8 Mo
|
S13800
|
0.05
|
0.10
|
0.10
|
12.25-13.25
|
7.5-8.5
|
0.01
|
0.008
|
2.0-2.5 Mo;
0.90-1.35 Al;
0.01 N
|
|||
15-5 PH
|
S15500
|
0.07
|
1.00
|
1.00
|
14.0-15.5
|
3.5-5.5
|
0.04
|
0.03
|
2.5-4.5 Cu;
0.15-0.45 Nb(Cb)
+ Ta
|
|||
17-4 PH
|
S17400
|
0.07
|
1.00
|
1.00
|
15.5-17.5
|
3.0-5.0
|
0.04
|
0.03
|
630
|
3.0-5.0 Cu;
0.15-0.45 Nb(Cb)
+ Ta
|
||
17-7 PH
|
S17700
|
0.09
|
1.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
6.5-7.75
|
0.04
|
0.03
|
631
|
0.75-1.15 Al
|
||
PH 15-7Mo
|
S15700
|
0.09
|
1.00
|
1.00
|
14.0-16.0
|
6.5-7.75
|
0.04
|
0.03
|
2.0-3.0 Mo;
0.75-1.5 Al
|
|||
17-10 P
|
0.07
|
0.75
|
0.50
|
17.0
|
10.5
|
0.28
|
||||||
A286
|
S66286
|
0.08
|
2.00
|
1.00
|
13.5-16.0
|
24.0-27.0
|
0.040
|
0.030
|
660
|
1.0-1.5 Mo;
2 Ti; 0.3 V
|
||
AM350
|
S35000
|
0.07-0.11
|
0.5-1.25
|
0.50
|
16.0-17.0
|
4.0-5.0
|
0.04
|
0.03
|
2.5-3.25 Mo;
0.07-0.13 N
|
|||
AM355
|
S35500
|
0.10-0.15
|
0.5-1.25
|
0.50
|
15.0-16.0
|
4.0-5.0
|
0.04
|
0.03
|
2.5-3.25 Mo
|
|||
AM363
|
0.04
|
0.15
|
0.05
|
11.0
|
4.0
|
0.25 Ti
|
||||||
Custom 450
|
S45000
|
0.05
|
1.00
|
1.00
|
14.0-16.0
|
5.0-7.0
|
0.03
|
0.03
|
1.25-1.75 Cu;
0.5-1.0 Mo
8x%C - Nb(Cb)
|
|||
Custom 455
|
S45500
|
0.05
|
0.50
|
0.50
|
11.0-12.5
|
7.5-9.5
|
0.04
|
0.03
|
0.5 Mo;
1.5-2.5 Cu;
0.8-1.4 Ti;
0.1-0.5 Nb(Cb)
|
|||
Không gỉ W
|
S17600
|
0.08
|
1.00
|
1.00
|
16.0-17.5
|
6.0-7.5
|
0.04
|
0.03
|
0.4 Al;
0.4-1.2 Ti
|
|||
Các loại
Duplex
|
||||||||||||
2205
|
S32205
|
0.03
|
2.0
|
1.0
|
22.0
|
5.5
|
0.03
|
0.02
|
3.0 Mo; 0.18 N
|
|||
2304
|
S32304
|
0.03
|
2.5
|
1.0
|
23.0
|
4.0
|
0.1 N
|
|||||
255
|
0.04
|
1.5
|
1.0
|
25.5
|
5.5
|
3.0 Mo; 0.17 N;
2.0 Cu
|
||||||
NU744LN
|
0.067
|
1.7
|
0.44
|
21.6
|
4.9
|
2.4 Mo; 0.10 N;
0.2 Cu
|
||||||
2507
|
S32750
|
0.03
|
1.2
|
0.8
|
25
|
5.5
|
0.035
|
0.020
|
4 Mo; 0.28 N
|
|||
(Từ ASM
Metals Handbook, Ninth Edition, Volume 3)
Bảng 22 : Các thép
không gỉ Austenit-Ferrit theo EN 10088
Tên ngắn
|
Nr.
|
Rp0,2 (N/mm²)
|
Rm (N/mm²)
|
A(%) t 3 mm
|
X2CrNiN23-4
|
1.4362
|
400...420
|
600...850
|
20...25
|
X2CrNiMoN22-5-3
|
1.4462
|
460...480
|
640...950
|
25
|
X2CrNiMoCuN25-6-3
|
1.4507
|
490...510
|
690...940
|
17...25
|
X2CrNiMoN25-7-4
|
1.4410
|
530...550
|
730...1000
|
15...20
|
X2CrNiMoCuWN25-7-4
|
1.4501
|
530
|
730...930
|
25
|
Điều
kiện giao hàng có thể: C = Cán nguội; H = Cán nóng
|
||||
Các
giá trị được đưa ra trong bảng phụ thuộc vào chiều dày hình dạng bán sản phẩm
và đặc biệt bởi các điều kiện giao hàng. Trong một số loại thép để đạt được khả
năng gia công tốt hơn đôi khi cho phép hàm lượng S tăng cao. Tuy nhiên hàm
lượng S tăng cao bày sẽ làm giảm đáng kể khả năng chống ăn mòn.
· Do
sự biến dạng ít của d-Ferrit,
bởi vậy hàm lượng d-Ferrit
của kim loại hàn tinh khiết nên dưới 60% để ngăn ngừa hàm lượng d-Ferrit cao hơn do sự pha
trộn. Khi hàm lượng của d-Ferrit tăng lên (> 50 %) có
nguy cơ hình thành hạt thô và nguy cơ giòn
hóa do các kết tủa, các ứng suất dư cao và nứt do Hydro gây ra. Các thép được
hợp kim N có khả năng chống lại các kết tủa và sự hình thành hạt thô.
· Đối
với chiều dày thành trên 10 mm để hàn đính và hàn cần nung nóng trước đến 100
°C, đối với chiều dày thành trên 25 mm cần nung nóng trước đến 150 °C. Thời
gian làm nguội từ 1200 tới 800 °C không được nhỏ hơn 10 s. Ngoài ra làm nguội
quá nhanh bằng khí nén hoặc nước nên tránh.
· Nguy
cơ nứt nóng sẽ tăng lên khi hàm lượng Austenit tăng lên (> 50 %). Do đó
nhiệt độ lớp giữa, tùy theo hàm lượng Austenit, được giới hạn từ 200 °C tới 150
°C. Mối hàn được thực hiện hàn luôn luôn có bổ sung hàn.
· Do
co ngót mạnh khe hở hàn phải có khoảng cách lớn hơn.
· Xử
lý nhiệt (nung hòa tan và làm nguội nhanh) thường chỉ có thể thực hiện có điều
kiện do co ngót và các ứng suất dư xuất hiện.
· Đối
với X2CrNiMoN22-5-3 nhiệt đưa vào được khyến nghị trong phạm vi 6 - 25 kJ/cm.
· Các
vị trí hàn đính bị Oxy hóa, các vị trí bị cháy và các bắn tóe hàn phải được
loại bỏ, không cho phép hàn đè lên.
· Sự
biến đổi màu sắc mối hàn cần phải tránh; phương pháp tẩy rửa và phương pháp thụ
động, cũng như mài và chải phải thực hiện phù hợp với Austenit.
· Thực
hiện hàn chỉ được phép sử dụng thợ hàn được đào tạo đặc biệt và đáng tin cậy. Ngoài
ra thợ hàn này cần phải được tập luyện và được đào tạo cho mỗi loại thép cụ thể.
Nếu
các bổ sung hàn cùng loại được sử dụng, các thép Duplex đông đặc chủ yếu là Ferrit
và tiếp sau đó chuyển hóa một phần thành Austenit rất chậm, tương tự như trạng
thái nung hòa tan, để có được trạng thái cân bằng cấu trúc. Do đó các bổ sung
hàn thích hợp chỉ là „loại tương tự“ (các hàm lượng của các nguyên tố hợp kim
là tương đương, và hàm lượng các nguyên tố hợp kim hình thành Austenit như Ni hoặc
N tăng cao), để duy trì hàm lượng Ferrit từ 30 - 50 % trong kim loại hàn. Sự
pha trộn lớn (quá mức) của kim loại hàn được điều chỉnh đặc biệt với vật liệu
cơ bản phải tránh qua sự điều chỉnh các thông số hàn, để ngăn cản „sự pha loãng“
của kim loại hàn và do đó để ngăn chặn sự hạ thấp hàm lượng chất hình thành Austenit
trong kim loại hàn.
Vật liệu cơ
bản
|
Loại / Ký
hiệu của điện cực, dây
|
X2CrNiMoN22-5-2 (1.4462)
X3CrNiMoN27-5-2 (1.4460)
|
22 9 3 NL (1.4462)
|
Việc
lựa chọn các bổ sung hàn thương mại là ít. Đối với trường hợp sử dụng đặc biệt
cần phải lựa chọn bổ sung hàn tối ưu nên có sự trao đổi với nhà sản xuất.
Khi
hàn các tấm mỏng (chiều dày < 3 mm) có thể không nhất thiết sử dụng bổ sung
hàn.
(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