PWHT rozsdamentes acél

A rozsdamentes acélokat korrózióállóságuk és hegeszthetőségük miatt széles körben használják az ipari berendezésekben, azonban magas hőmérsékletű üzemi környezetben csak akkor használhatók, ha a hegesztés utáni hőkezelést (PWHT) végzik a szigmafázisú ridegség és az azt követő repedés megelőzése érdekében.

A PWHT-t gyakran olyan légkörben végzik, mint az argon vagy a nitrogén, hogy minimalizálják a korrózióállóság csökkenését és a mechanikai tulajdonságok idővel történő romlását okozó káros fázisok kialakulását.

Korrózióállóság

A króm a rozsdamentes acél fő eleme, amely védő oxidréteget hoz létre a további oxidáció és korrózió ellen. Más ötvözőelemek, például nikkel (Ni) vagy molibdén (Mo) hozzáadása tovább javíthatja a korrózióállóságot a környezeti körülményektől és az alkalmazási igényektől függően; a minőségek összetételét jellemzően az ipari igények vagy az alkalmazási igények határozzák meg.

A rozsdamentes acél nem olvad meg magas hőmérsékleten, mint sok más fém; a hegesztési folyamatok azonban olyan intenzív hő- és gyors hűtési ciklusokat eredményezhetnek, amelyek mikroszerkezeti változásokat okoznak benne. Ilyen például a hegesztett fém (HAZ) durvulása és a krómkarbid kicsapódása. Ezek a változások veszélyeztethetik szilárdságát, alakíthatóságát és korrózióállósági képességeit.

A hegesztés hozzájárulhat a galvanikus korrózióhoz, amely két fém érintkezésekor következik be. Például a rozsdamentes acél hegesztési varratok korróziója galvanikus támadás miatt következhet be, amelyet a hegesztett fémben lévő réz (Cu) és a hegesztőgáz oxigénjének reakciója okoz.

Az olyan duplex rozsdamentes acélok, mint a 17-4 és a PH13-8Mo nagyobb korrózióállóságot biztosítanak, mint az ausztenites acélok, például a 304 és 316; azonban még mindig hajlamosak lehetnek az érzékenyítésre és a szemcsék közötti korrózióra. E probléma leküzdése érdekében a duplex rozsdamentes acélból készült hegesztéseket korróziómentes környezetbe kell helyezni; alternatívaként a hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) csökkentheti az érzékenységet, valamint elősegítheti a jó szakítószilárdságot és keménységet a hegesztés után.

Mechanikai tulajdonságok

A rozsdamentes acélok általában erős és rugalmas anyagok, azonban a hegesztési folyamatok során érzékenyek a változásokra. Ha a hegesztési folyamatok során szélsőséges hőmérsékletnek vannak kitéve, a hegesztett fém és a HAZ a gyors hőciklusos folyamatok miatt törékennyé válhat, ami mikroszerkezeti változásokat okoz a szövetében és a hegesztési/HAZ anyagokban.

A PWHT-t mindig hegesztés után kell alkalmazni, hogy segítsen megvédeni és megőrizni az egymáshoz hegesztett alkatrészek integritását, bár szükségességük nagymértékben függ a hegesztett alkatrész típusától és a tervezett üzemi körülményektől.

A súlyos korróziós környezetben való felhasználásra tervezett ausztenites króm-nikkel minőségeknél szükség lehet PWHT-ra a magas hőmérsékleten történő érzékenyítés minimalizálása érdekében, míg a kevésbé agresszív alkalmazásokra szánt vagy korábban hőkezelt minőségeknél nem feltétlenül szükséges ez a további eljárás.

A közelmúltban végzett vizsgálatok a PWHT hatását vizsgálták a plazmaíves hegesztésű 316L ausztenites rozsdamentes acél hegesztési mikroszerkezetére és mechanikai tulajdonságaira a plazmadrótos hőkezelés (PWHT) során. Megállapították, hogy a PWHT-hőmérséklet növekedésével a ferrittartalom is nő; a szakítószilárdság, a törési szívósság, az egyenletes és a teljes nyúlás azonban a PWHT-kezeléssel töltött idő növekedésével csökken.

Hegesztési folyamat

A hegesztés drámai hatással lehet a rozsdamentes acél mechanikai tulajdonságaira és korrózióállóságára, de a megfelelő hegesztési paraméterek megválasztásával és a hegesztés utáni hőkezelések alkalmazásával a mérnökök és hegesztők minimalizálhatják ezeket a mellékhatásokat és maximalizálhatják a benne rejlő lehetőségeket.

A hegesztett rozsdamentes acél hegesztés utáni hőkezelésnek (PWHT) vethető alá a maradó feszültségek enyhítése és a hegeszthetőség javítása érdekében, különösen a nagyobb vagy vastagabb anyagrészek esetében. Sajnos a PWHT a hegesztési szelvény torzulását is okozhatja; ennek a lehetőségnek a korlátozása érdekében elég lazán kell hagyni, hogy a tágulás és összehúzódás ne okozzon torzulást a kulcsfontosságú csatlakozásoknál.

A PWHT nemcsak a feszültséget csökkenti, hanem a feszültségmentesítés és az oldatlágyítás hőmérséklete közötti hőmérséklet-gradiens minimalizálásával a sigmafázisú ridegségre és az emelkedett hőmérsékletű kúszáskárosodásra való hajlamot is csökkentheti.

Különböző hegesztési hőbevitel mellett optikai mikroszkópiát alkalmaztak a hegesztésnek a hegesztési réteg mikroszerkezetére gyakorolt hatásának értékelésére. A ferrittartalom a hegesztési hőbevitel növekedésével nőtt; ez azt jelezte, hogy a delta-ferrit az olvadás során előnyösen átalakult szigma-ferritté, ami mesterséges korróziós környezetben végzett lyukkorrózióállósági vizsgálat során mért súlyveszteséghez vezetett.

Követelmények

A rozsdamentes acélok hegesztés utáni hőkezelésének meg kell őriznie mechanikai tulajdonságaikat. Ez különösen igaz az ausztenites fajtákra, ahol a króm-oxidot tartalmazó passzív réteg kialakulásával kialakult ausztenites felületi réteg a hegesztés után stabil marad, hogy minimalizálja a korróziós problémákat; a PWHT-kezelés azonban lebonthatja ezt a gátat, és ezáltal csökkentheti ezen anyagok korrózióállóságát.

Ezért nagyon fontos, hogy az egyének tudják, mikor van szükség a rozsdamentes acél hegesztés utáni hőkezelésre, és mikor nincs. A PWHT szükségessége nagymértékben függ a minőségtől, a várható üzemi körülményektől és a hegesztési eljárástól.

Számos ipari alkalmazásban, ahol rozsdamentes acélt használnak, nincs szükség PWHT-ra, például a nyomás alatt álló berendezésekben lévő hegesztési varratoknál. Ez a fejlett hegesztési technikáknak, a kisebb méretű hegesztési varratoknak és a szemcseközi korrózió problémái nélküli környezetnek tulajdonítható.

Vannak bizonyos hegesztési varratok, amelyeknél PWHT-t kell alkalmazni, például az ellenséges környezetben vagy nagy igénybevételnek kitett körülmények között. A szemcsehatár-lúgosodási repedés jelentős alakíthatósági veszteséghez és a kloridos feszültségkorróziós repedésre való fokozott hajlamhoz vezethet; a PWHT úgy működik, hogy a kötést olyan hőmérsékleten melegíti, amely elősegíti a finom niobium- vagy molibdénkarbid-képződést, miközben egyidejűleg elnyomja az ötvözet "szigmafázisnak" nevezett ferritrészének növekedését, más néven termomechanikai stabilizációt.