PWHT roostevabast terasest

Roostevaba terast kasutatakse tööstusseadmetes laialdaselt nende korrosioonikindluse ja keevitatavuse tõttu, kuid neid saab kasutada kõrge temperatuuriga töökeskkondades ainult siis, kui keevitusjärgne kuumtöötlus (PWHT) on tehtud sigmafaasi hapruse ja sellele järgneva pragunemise vältimiseks.

PWHT viiakse sageli läbi atmosfääris, näiteks argoonis või lämmastikus, et vähendada kahjulike faaside teket, mis põhjustavad korrosioonikindluse vähenemist ja mehaaniliste omaduste halvenemist aja jooksul.

Korrosioonikindlus

Kroom on roostevaba terase peamine element, mis loob kaitsva oksiidikihi edasise oksüdeerumise ja korrosiooni vastu. Muude legeerivate elementide, näiteks nikli (Ni) või molübdeeni (Mo) lisamine võib sõltuvalt keskkonnatingimustest ja rakendusvajadustest veelgi parandada korrosioonikindlust; klassid sõltuvad tavaliselt tööstuse vajadustest või rakendusvajadustest, mis määravad nende koostise.

Roostevaba teras ei sulata kõrgetel temperatuuridel nagu paljud teised metallid; siiski võivad keevitusprotsessid tekitada tugevat kuumust ja kiireid jahutustsükleid, mis põhjustavad selles mikrostruktuuri muutusi. Näiteks keevitusmetalli (HAZ) jämedamaks muutumine ja kroomkarbiidi sadestumine. Sellised muutused võivad kahjustada selle tugevust, plastilisust ja korrosioonikindlusvõimet.

Keevitamine võib põhjustada galvaanilist korrosiooni, mis tekib kahe metalli kokkupuutel. Näiteks võivad roostevabast terasest keevisõmblused korrodeeruda galvaanilise rünnaku tõttu, mida põhjustab keevitusmetallis olev vask (Cu), mis reageerib keevitusgaasist pärit hapnikuga.

Duplekssed roostevabad terased, nagu 17-4 ja PH13-8Mo, on korrosioonikindlamad kui austeniitsed klassid, nagu 304 ja 316, kuid nad võivad siiski olla tundlikud sensibiliseerumisele ja teradevahelisele korrosioonile. Selle probleemi ületamiseks tuleks roostevabast terasest duplekskeevisõmblused paigutada korrosioonivabasse keskkonda; alternatiivselt võib keevitusjärgne kuumtöötlus (PWHT) vähendada tundlikkust tundlikkuse suhtes ning soodustada head tõmbetugevust ja kõvadust pärast keevitamist.

Mehaanilised omadused

Roostevabad terased on üldiselt tugevad ja vastupidavad materjalid, kuid nad on keevitusprotsesside käigus muutustele vastuvõtlikud. Kui keevitusprotsesside ajal puutuvad keevitusmetall ja HAZ kokku äärmuslike temperatuuridega, võivad keevitusmetall ja HAZ muutuda hapraks, kuna kiire termiline tsüklilisus põhjustab mikrostruktuuri muutusi selle kangas ja keevitus-/HAZ-materjalides.

PWHT-d tuleks alati kasutada pärast keevitamist, et aidata kaitsta ja säilitada kokku keevitatud komponentide terviklikkust, kuigi nende vajalikkus sõltub suuresti keevitusdetaili tüübist ja selle ettenähtud kasutustingimustest.

Austeniitsed kroom-nikkeliklassid, mis on ette nähtud kasutamiseks rasketes korrosioonikeskkondades, võivad vajada PWHT-d, et minimeerida kõrgel temperatuuril toimuvat sensibiliseerimist, samas kui vähem agressiivseteks rakendusteks mõeldud või eelnevalt kuumtöödeldud klassid ei pruugi seda lisaprotsessi vajada.

Hiljutistes uuringutes on uuritud PWHT mõju plasmakaarkeevitatud 316L austeniitsest roostevabast terasest keevisõmbluse mikrostruktuurile ja mehaanilistele omadustele plasmatraadiga kuumtöötlemise (PWHT) ajal. Nad avastasid, et PWHT-temperatuuride kasvades suureneb ka ferriidi sisaldus; aga tõmbetugevus, murdumispinge, ühtlane ja kogupikendus vähenevad kõik PWHT-töötlemisaja kasvades.

Keevitusprotsess

Keevitamine võib avaldada märkimisväärset mõju roostevaba terase mehaanilistele omadustele ja korrosioonikindlusele, kuid sobivate keevitusparameetrite valimisega ja keevitusjärgse kuumtöötluse rakendamisega saavad insenerid ja keevitajad neid kõrvalmõjusid minimeerida ja selle potentsiaali maksimeerida.

Keevitatud roostevaba teras võib läbida keevitusjärgse kuumtöötluse (PWHT), et vähendada jääkpingeid ja parandada keevitatavust, eriti suuremate või paksemate materjalilõikude puhul. Kahjuks võib PWHT põhjustada ka keevisliidese moonutusi; selle võimaluse piiramiseks tuleks see jätta piisavalt lõdvaks, et selle paisumine ja kokkutõmbumine ei põhjustaks võtmeühenduste juures moonutusi.

PWHT ei vähenda mitte ainult pinget, vaid võib ka vähendada sigmafaasi hapruse ja kõrgendatud temperatuuril esinevate roomikukahjustuste vastuvõtlikkust, minimeerides temperatuurigradiendi pingevabastuse ja lahuse lõõmutamistemperatuuri vahel.

Erinevate keevitussoojuste puhul kasutati optilist mikroskoopiat, et hinnata keevitamise mõju keevisliidese mikrostruktuurile. Ferriidi sisaldus suurenes keevitussoojuse suurenemisel; see näitas, et deltaferriit oli sulatamise ajal eelistatult muundunud sigmaferriidiks, mis viis kaalukaotuse tekkimiseni, mida mõõdeti punktsioonikorrosioonikindluskatsete abil kunstlikus korrosioonikeskkonnas.

Nõuded

Roostevabast terasest keevitusjärgne kuumtöötlemine peaks säilitama nende mehaanilised omadused. See kehtib eelkõige austeniitiliste kvaliteediklasside puhul, kus kroomoksiidi sisaldava passiivse kihi moodustumisel tekkinud austeniitunud pinnakiht jääb pärast keevitamist stabiilseks, et vähendada korrosiooniprobleeme; PWHT-töötlus võib aga selle barjääri lammutada ja seega vähendada nende materjalide korrosioonikindlust.

Seetõttu on väga oluline, et inimesed teaksid, millal roostevaba teras vajab keevitusjärgset kuumtöötlemist või mitte. PWHT vajadus sõltub suuresti selle kvaliteediklassist, eeldatavatest kasutustingimustest ja keevitusmenetlusest.

Paljud tööstuslikud rakendused, kus kasutatakse roostevaba terast, ei vaja PWHT-d, näiteks keevisõmblused survetöötlusseadmetes. Selle põhjuseks võivad olla täiustatud keevitustehnikad, väiksemad keevisõmblused ja keskkond, kus ei esine teradevahelise korrosiooni probleeme.

On teatud keevisõmblused, mis vajavad PWHT, näiteks need, mis asuvad vaenulikes keskkondades või kõrge koormusega tingimustes. Terapiiride vedeliku pragunemine võib põhjustada märkimisväärset plastilisuse vähenemist ja suurenenud vastuvõtlikkust klooripinge korrosioonipragunemisele; PWHT toimib, kuumutades ühendust temperatuuridel, mis soodustavad peene nioobiumi või molübdeenkarbiidi moodustumist, samal ajal surudes maha sulami ferriidi osa, mida nimetatakse "sigmafaasiks", mida nimetatakse ka termomehaaniliseks stabiliseerimiseks.