Нержавеющая сталь (Нержавеющая сталь)— аббревиатура нержавеющей кислотостойкой стали, а марки стали, устойчивые к слабым коррозионным средам, таким как воздух, пар, вода, или обладающие нержавеющими свойствами, называются нержавеющей сталью.
Термин "нержавеющая сталь«относится не просто к одному виду нержавеющей стали, а к более чем ста видам промышленной нержавеющей стали, каждый из которых обладает хорошими эксплуатационными характеристиками в своей конкретной области применения.
Все они содержат от 17 до 22% хрома, а более качественные марки стали также содержат никель. Добавление молибдена может дополнительно улучшить атмосферную коррозию, особенно стойкость к коррозии в хлоридсодержащих средах.
Классификация нержавеющей стали
1. Что такое нержавеющая сталь и кислотостойкая сталь?
Ответ: Нержавеющая сталь — это сокращение от «нержавеющая кислотостойкая сталь», которая устойчива к слабым коррозионным средам, таким как воздух, пар, вода, или имеет нержавеющую сталь. Корродированные марки стали называются кислотостойкими.
Из-за разницы в химическом составе этих двух материалов их коррозионная стойкость различна. Обычная нержавеющая сталь, как правило, не устойчива к коррозии в химических средах, в то время как кислотостойкая сталь, как правило, является нержавеющей.
2. Как классифицировать нержавеющую сталь?
Ответ: По организационному состоянию сталь можно разделить на мартенситную, ферритную, аустенитную, аустенитно-ферритную (дуплексную) нержавеющую сталь и дисперсионно-твердеющую нержавеющую сталь.
(1) Мартенситная сталь: высокая прочность, но плохая пластичность и свариваемость.
Наиболее распространенные марки мартенситной нержавеющей стали – 1Cr13, 3Cr13 и др. Благодаря высокому содержанию углерода, она обладает высокой прочностью, твердостью и износостойкостью, но имеет невысокую коррозионную стойкость. Она используется для изготовления деталей общего назначения, таких как пружины, лопатки паровых турбин, клапаны гидравлических прессов и т. д.
Этот тип стали применяется после закалки и отпуска, а после ковки и штамповки требуется отжиг.
(2) Ферритная сталь: от 15% до 30% хрома. Её коррозионная стойкость, вязкость и свариваемость повышаются с увеличением содержания хрома, а её стойкость к хлоридной коррозии под напряжением выше, чем у других типов нержавеющей стали, таких как Cr17, Cr17Mo2Ti, Cr25, Cr25Mo3Ti, Cr28 и т. д.
Благодаря высокому содержанию хрома, сталь обладает относительно высокой коррозионной стойкостью и стойкостью к окислению, но её механические свойства и технологические свойства невысокие. Она используется в основном для изготовления кислотостойких конструкций с низкими нагрузками и в качестве антиокислительной стали.
Эта сталь устойчива к коррозии в атмосфере, азотной кислоте и солевых растворах, обладает хорошей стойкостью к окислению при высоких температурах и малым коэффициентом теплового расширения. Она используется в оборудовании для производства азотной кислоты и пищевых продуктов, а также может использоваться для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, например, деталей газовых турбин и т. д.
(3) Аустенитная сталь: содержит более 18% хрома, а также около 8% никеля и небольшое количество молибдена, титана, азота и других элементов. Обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, устойчива к коррозии в различных средах.
Обычно применяют обработку на твердый раствор, то есть сталь нагревают до 1050-1150 °С, а затем охлаждают водой или воздухом для получения однофазной аустенитной структуры.
(4) Аустенитно-ферритная (дуплексная) нержавеющая сталь: обладает преимуществами как аустенитной, так и ферритной нержавеющей стали, а также сверхпластичностью. Аустенит и феррит составляют примерно половину массы нержавеющей стали.
В случае низкого содержания углерода содержание Cr составляет от 18% до 28%, а Ni — от 3% до 10%. Некоторые стали также содержат легирующие элементы, такие как Mo, Cu, Si, Nb, Ti и N.
Этот тип стали сочетает в себе характеристики как аустенитных, так и ферритных нержавеющих сталей. По сравнению с ферритными, он обладает более высокой пластичностью и вязкостью, отсутствием хрупкости при комнатной температуре, значительно улучшенной стойкостью к межкристаллитной коррозии и свариваемостью, сохраняя при этом железо. Корпусная нержавеющая сталь хрупкая при температуре 475°C, обладает высокой теплопроводностью и свойствами сверхпластичности.
По сравнению с аустенитной нержавеющей сталью, она обладает высокой прочностью и значительно улучшенной стойкостью к межкристаллитной коррозии и хлоридной коррозии под напряжением. Дуплексная нержавеющая сталь обладает превосходной стойкостью к точечной коррозии и является никельсберегающей нержавеющей сталью.
(5) Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь: матрица представляет собой аустенит или мартенсит. Обычно используются такие марки нержавеющей стали, как 04Cr13Ni8Mo2Al и т. д. Это нержавеющая сталь, которая может быть упрочнена (закалена) методом дисперсионного твердения (также известного как старение).
По составу она подразделяется на хромистую нержавеющую сталь, хромоникелевую нержавеющую сталь и хромомарганцево-азотистую нержавеющую сталь.
(1) Хромистая нержавеющая сталь обладает определённой коррозионной стойкостью (к воздействию кислот, органических кислот, кавитации), жаростойкостью и износостойкостью и обычно используется в качестве материала для оборудования электростанций, химической и нефтяной промышленности. Однако её свариваемость низкая, поэтому необходимо уделять особое внимание процессу сварки и условиям термообработки.
(2) Во время сварки хромоникелевая нержавеющая сталь подвергается многократному нагреву с целью выделения карбидов, что снижает коррозионную стойкость и механические свойства.
(3) Прочность, пластичность, вязкость, формуемость, свариваемость, износостойкость и коррозионная стойкость хромомарганцевой нержавеющей стали хорошие.
Сложные проблемы сварки нержавеющей стали и введение в использование соответствующих материалов и оборудования.
1. Почему сварка нержавеющей стали затруднена?
Ответ: (1) Термочувствительность нержавеющей стали относительно высока, а время выдержки в диапазоне температур 450-850 °C немного больше, а коррозионная стойкость сварного шва и зоны термического влияния будет серьезно снижена;
(2) склонны к термическим трещинам;
(3) Плохая защита и сильное высокотемпературное окисление;
(4) Коэффициент линейного расширения большой, и легко получить большую сварочную деформацию.
2. Какие эффективные технологические мероприятия можно предпринять при сварке аустенитной нержавеющей стали?
Ответ: (1) Строго подбирать сварочные материалы в соответствии с химическим составом основного металла;
(2) Быстрая сварка с малым током, малая энергия линии снижает тепловложение;
(3) Тонкая сварочная проволока, сварочный пруток, без качания, многослойная многопроходная сварка;
(4) Принудительное охлаждение сварного шва и зоны термического влияния для сокращения времени выдержки при температуре 450-850°С;
(5) Защита аргоном обратной стороны сварного шва TIG;
(6) Сварные швы, соприкасающиеся с коррозионной средой, окончательно завариваются;
(7) Пассивационная обработка сварного шва и зоны термического влияния.
3. Почему для сварки аустенитной нержавеющей стали, углеродистой стали и низколегированной стали (сварки разнородных сталей) следует выбирать сварочную проволоку и электроды серии 25-13?
Ответ: При сварке разнородных сталей, соединяющих аустенитную нержавеющую сталь с углеродистой и низколегированной сталью, в качестве наплавленного металла следует использовать сварочную проволоку серии 25-13 (309, 309L) и сварочный пруток (аустенитный 312, аустенитный 307 и т. д.).
При использовании других сварочных материалов для нержавеющей стали на линии сплавления со стороны углеродистой и низколегированной стали появится мартенситная структура и холодные трещины.
4. Почему для сварки сплошной нержавеющей стальной проволоки используется защитный газ 98%Ar+2%O2?
Ответ: При сварке MIG сплошной нержавеющей проволоки в качестве защитного газа используется чистый аргон, что приводит к высокому поверхностному натяжению расплавленной ванны и неровному шву, имеющему форму «горба». Добавление 1–2% кислорода может снизить поверхностное натяжение расплавленной ванны, и сварной шов получится гладким и красивым.
5. Почему поверхность сплошной нержавеющей сварочной проволоки при сварке MIG чернеет? Как решить эту проблему?
Ответ: Скорость сварки MIG сплошной проволокой из нержавеющей стали относительно высокая (30–60 см/мин). Когда сопло защитного газа достигает зоны расплавленного металла, сварной шов всё ещё находится в раскалённом состоянии, которое легко окисляется на воздухе, образуя оксиды на поверхности. Сварные швы имеют чёрный цвет. Метод пассивации травлением позволяет удалить чёрную плёнку и восстановить первоначальный цвет поверхности нержавеющей стали.
6. Почему для сплошной сварочной проволоки из нержавеющей стали необходимо использовать импульсный источник питания для достижения струйного перехода и сварки без брызг?
Ответ: При сварке MIG сплошной нержавеющей проволокой, сварочной проволокой φ1.2, когда ток I ≥ 260 ~ 280 А, может быть реализован струйный переход; при значении меньше этого значения происходит короткое замыкание капли и разбрызгивание большое, что, как правило, не рекомендуется.
Только при использовании источника питания MIG с импульсом возможен переход импульсной капли от маленькой спецификации к большой спецификации (выберите минимальное или максимальное значение в зависимости от диаметра проволоки), сварка без брызг.
7. Почему сварочная проволока с флюсовым сердечником из нержавеющей стали защищена газом CO2, а не импульсным источником питания?
Ответ: В настоящее время широко используется сварочная проволока с флюсовым сердечником из нержавеющей стали (например, 308, 309 и т. д.), формула сварочного флюса в сварочной проволоке разработана в соответствии с химико-металлургической реакцией сварки под защитой газа CO2, поэтому, как правило, нет необходимости в источнике питания для импульсной дуговой сварки (источник питания с импульсом в основном должен использовать смешанный газ), если вы хотите заранее ввести капельный переход, вы также можете использовать импульсный источник питания или обычную модель сварки в защитном газе со сваркой смешанным газом.
Время публикации: 24 марта 2023 г.