Kakisan Intergranular Selepas Kimpalan: Mengapa Pemekaan Berlaku dan Bagaimana ASTM A262 Mengujinya

Apakah Hakisan Intergranular, dan Mengapa Ia Mengikuti Kimpalan?

Hakisan antara butiran (IGC) ialah serangan setempat yang berjalan di sepanjang sempadan butiran keluli tahan karat atau aloi nikel sambil meninggalkan bahagian dalam bijirin sebahagian besarnya utuh, dan kimpalan merupakan pencetus tunggal yang paling biasa kerana haba-zon terjejas (HAZ) melalui julat suhu tempat mekanisme serangan terbentuk.

Tidak seperti kakisan umum, yang menipiskan permukaan secara sekata dan mudah dikesan melalui pengukuran-kehilangan dinding, kakisan antara butiran menyerang rangkaian sempadan yang sempit di bawah permukaan. Komponen boleh kelihatan utuh sepenuhnya dan masih kehilangan sebahagian besar kekuatan mekanikal dan kemulurannya di sepanjang rangkaian butiran, yang menjadikannya mod kegagalan akibat tinggi-di kilang penapisan, loji kimia dan kili paip dan bukannya kecacatan kosmetik.

Mekanismenya adalah metalurgi, bukan rawak: keluli tahan karat austenit bergantung pada filem pasif-kaya kromium berterusan untuk rintangan kakisan.Apabila kromium ditarik keluar daripada larutan pada sempadan butiran untuk membentuk karbida, sempadan itu sendiri kehilangan filem pasifnya secara tempatan, walaupun kandungan kromium pukal aloi tidak berubah. Kimpalan mencipta keadaan terma yang betul-betul menarik kromium daripada larutan dalam jalur sempit pada kedua-dua belah garisan gabungan - yang dipanggil oleh pakar metalurgi keadaan pemekaan.

Mengapa Kimpalan Menyebabkan Pemekaan?

Kimpalan menyebabkan pemekaan kerana haba-zon yang terjejas menghabiskan masa dalam julat kerpasan karbida 425-870 darjah (800-1600 darjah F) apabila ia memanas dan menyejuk, membolehkan karbon bergabung dengan kromium pada sempadan butiran lebih cepat daripada kromium yang boleh meresap masuk semula untuk mengisi semula zon yang habis.

Tiga syarat perlu diselaraskan untuk ini berlaku, dan memahami setiap satu adalah apa yang membolehkan jurutera kimpalan mengawalnya daripada hanya berharap ia tidak berlaku:

Karbon dalam larutan.Standard-gred austenit karbon (304, 316) memegang kira-kira 0.04-0.08% karbon dalam larutan pepejal pada suhu penyepuhlindapan. Karbon itu tersedia untuk bertindak balas sebaik sahaja aloi memasuki semula julat pemekaan.

Masa pada suhu.Kromium karbida (terutamanya Cr23C6) nukleus dan tumbuh pada sempadan butiran dalam tetingkap 425-870 darjah. Kitaran terma kimpalan pantas mengehadkan masa dalam julat ini; pas masukan haba-yang perlahan dan tinggi memanjangkannya.

Kelewatan penyebaran kromium.Kromium meresap melalui kekisi austenit jauh lebih perlahan daripada karbon. Pembentukan karbida jalur kromium dari zon sempadan hanya beberapa ratus nanometer lebar lebih cepat daripada kromium di sekeliling boleh berhijrah masuk untuk menggantikannya, supaya zon nipis boleh jatuh di bawah ~10.5-12% ambang kromium yang diperlukan untuk mengekalkan filem pasif, walaupun logam asas yang berada dalam jarak yang dekat kekal dilindungi sepenuhnya.

Hasil praktikal ialah sampul kromium-habis yang mengesan HAZ kimpalan pada kedua-dua belah garisan gabungan. Sampul surat itu, bukan logam kimpalan itu sendiri, biasanya di mana serangan antara butiran bermula dalam perkhidmatan.

Parameter Kimpalan Manakah yang Meningkatkan Risiko Pemekaan?

Input haba yang lebih tinggi, kadar penyejukan yang lebih perlahan, suhu interpass yang tinggi, dan beberapa hantaran kimpalan ke atas HAZ yang sama semuanya meningkatkan risiko pemekaan kerana setiap satu memanjangkan masa yang dihabiskan bahan dalam julat kerpasan 425-870 darjah.

Pembolehubah ini ialah yang sebenarnya dikawal oleh spesifikasi prosedur kimpalan (WPS), itulah sebabnya pemekaan paling baik dianggap sebagai masalah-kawalan proses dan bukannya kesan sampingan kimpalan yang tidak dapat dielakkan:

Input haba (kJ/mm atau kJ/in).Input haba yang lebih tinggi memperlahankan kadar penyejukan melalui julat pemekaan. Proses seperti SAW dan panas-lulus SMAW cenderung untuk menjalankan input haba yang lebih tinggi daripada pas akar GTAW, yang meningkatkan risiko pemekaan melainkan diberi pampasan di tempat lain.

Suhu antara laluan.Membenarkan suhu antara laluan naik pada kimpalan berbilang-laluan mengekalkan HAZ setiap pas berikutnya lebih panas, masa pengkompaunan-pada-suhu merentas sambungan.

Ketebalan bahagian dan sekatan sendi.Bahagian yang lebih tebal mengekalkan haba lebih lama dan menyejukkan lebih perlahan daripada-tiub dinding nipis, memanjangkan tetingkap pemekaan walaupun pada input haba yang setanding.

Bilangan hantaran dan kitaran pemanasan semula.Setiap hantaran seterusnya memanaskan semula HAZ bersebelahan daripada pas sebelumnya, jadi kimpalan berbilang-laluan dan kimpalan pembaikan boleh memekakan zon lebih daripada sekali.

Tiada satu pun daripada faktor ini perlu dihapuskan - ia perlu dibatasi oleh WPS/PQR yang layak (ASME Bahagian IX) yang mencerminkan tingkah laku pemekaan gred tertentu yang dikimpal.

Apakah Itu -Serangan Garis Pisau dan Mengapa Ia Masih Berlaku dalam Gred Stabil?

Serangan garisan pisau- ialah jalur sempit kakisan antara butiran yang terbentuk serta-merta bersebelahan dengan garisan gabungan dalam titanium- atau niobium-gred stabil (321, 347) apabila pas kimpalan suhu tinggi-melarutkan karbida penstabil dan suhu lebih rendah-seterusnya semula-mendakan kromium karbida sebelum penstabil boleh diubah suai.

Gred yang stabil biasanya tahan pemekaan-kerana titanium atau niobium lebih disukai terikat dengan karbon, menghalang kromium daripada-tindak balas membentuk karbida. Serangan garisan pisau-adalah pengecualian yang sempit: pas kimpalan-suhu yang sangat tinggi (berhampiran garisan gabungan) boleh melarutkan semula titanium/niobium karbida sedia ada ke dalam larutan. Semasa penyejukan, kromium karbida boleh berulang dalam jalur nipis itu sebelum-pembentuk karbida penstabil yang lebih perlahan-diwujudkan semula, meninggalkan garis pemekaan sempit yang menjejaki sempadan gabungan dan bukannya sampul HAZ yang luas. Anil penstabil, atau kawalan proses yang mengehadkan kitaran pemanasan semula pada garisan gabungan, menangani mod kegagalan khusus ini.

Bagaimanakah ASTM A262 Mengesan Pemekaan?

ASTM A262 mengesan pemekaan secara tidak langsung: ia mendedahkan spesimen kepada medium menghakis yang dipilih untuk menyerang sempadan butiran kromium-secara keutamaan, kemudian menilai hasilnya melalui mikroskop, kemuluran lenturan atau kehilangan jisim, dan bukannya mengukur kandungan kromium secara langsung.

ASTM A262, Amalan Piawai untuk Mengesan Kecenderungan kepada Serangan Antara Berbutir dalam Keluli Tahan Karat Austenitik, mentakrifkan lima amalan ujian - A, B, C, E, dan F - setiap satunya sesuai dengan keluarga aloi, bentuk produk atau tahap ketegasan yang berbeza. Tiada satu pun daripada mereka yang menyerupai persekitaran perkhidmatan tertentu; setiap satunya ialah ujian dipercepatkan piawai yang kriteria lulus/gagalnya berkait dengan-tingkah laku pemekaan dunia sebenar.

Sumber: ASTM A262, Amalan Standard untuk Mengesan Kecenderungan kepada Serangan Antara Berbutir dalam Keluli Tahan Karat Austenitik.

Dua mata penting bagi sesiapa yang menyatakan ujian ini. Pertama, Amalan A ialah alat penyaringan: struktur goresan yang menguntungkan boleh melayakkan banyak tanpa ujian lanjut, tetapi yang tidak menguntungkan tidak dengan sendirinya menolak bahan - ia mencetuskan-ujian kuantitatif susulan (biasanya B, C atau F). Kedua, amalan itu bukan pengganti yang boleh ditukar ganti; setiap satu menyasarkan gabungan kimia aloi dan mekanisme degradasi yang berbeza, itulah sebabnya A262 ditulis sebagai menu amalan dan bukannya ujian lulus/gagal tunggal.

Amalan A262 Yang Mana Perlu Anda Nyatakan untuk Permohonan Tertentu?

Nyatakan Amalan A untuk pemeriksaan rutin-bahan masuk bagi mana-mana gred austenit, Amalan E untuk prosedur kimpalan dan kelayakan produk kimpalan, dan Amalan C atau F apabila molibdenum-gred galas atau sigma-kebimbangan memerlukan keputusan kuantitatif yang lebih teliti.

Spesifikasi pembelian dan spesifikasi prosedur kimpalan hendaklah menyebut amalan itu melalui surat, bukan hanya memetik "ASTM A262" - amalan membawa logik lulus/gagal yang berbeza dan kriteria penerimaan projek (struktur etsa, had kadar kakisan atau hasil lentur) perlu sepadan dengan amalan yang sebenarnya dijalankan.

Bagaimana Anda Menghalang Pemekaan Semasa Fabrikasi?

Pencegahan yang paling boleh dipercayai ialah pemilihan bahan - yang menyatakan gred 'L' rendah-karbon atau gred stabil supaya terdapat sedikit atau tiada karbon tersedia untuk membentuk kromium karbida - disokong oleh input haba dan kawalan suhu interpass, dan pasca-rawatan haba kimpalan di mana aplikasi masih memerlukannya.

1. Tentukan Gred-Karbon 'L' Rendah

304L dan 316L memegang karbon pada 0.03% maksimum berbanding kira-kira 0.08% untuk gred standard. Dengan sedikit karbon yang ada, kadar pembentukan kromium karbida menurun cukup sehingga kebanyakan kitaran terma kimpalan fabrikasi tidak menghasilkan pemekaan yang bermakna, tanpa sebarang perubahan kepada prosedur kimpalan.

2. Tentukan Gred Stabil untuk -Suhu atau Berulang-Perkhidmatan Kimpalan

321 (titanium-distabilkan) dan 347 (niobium-distabilkan) mengikat karbon sebagai titanium atau niobium karbida semasa pemprosesan kilang, meninggalkan sedikit karbon bebas untuk bertindak balas dengan kromium semasa kimpalan berikutnya atau perkhidmatan suhu dinaikkan-. Ini ialah pilihan standard untuk komponen yang akan melihat perkhidmatan lanjutan melebihi 425 darjah , atau fabrikasi yang melibatkan berbilang kitaran kimpalan/kimpalan semula, di mana gred L-sahaja mungkin tidak mencukupi.

3. Kawal Input Haba dan Suhu Interpass

WPS yang mengehadkan input haba, mengehadkan suhu interpass dan mengutamakan proses input-haba{1}}yang lebih cepat dan lebih rendah untuk hantaran kritikal mengurangkan masa mana-mana titik dalam HAZ menghabiskan dalam julat 425-870 darjah. Ini adalah tuas kos yang lebih rendah daripada penggantian bahan dan biasanya digunakan bersamanya, bukan sebaliknya.

4. Gunakan Post-Rawatan Haba Kimpalan atau Penyepuhlindapan Penyelesaian Di Mana Diperlukan

Penyepuhlindapan larutan (pemanasan melebihi 1040 darjah dan penyejukan pantas) melarutkan semula karbida kromium dan memulihkan pengedaran kromium yang seragam merentasi sempadan butiran. Ia merupakan rawatan pembetulan yang paling lengkap tetapi tidak selalunya praktikal untuk pemasangan fabrikasi besar atau kimpalan medan, itulah sebabnya pemilihan gred dan kawalan proses adalah barisan pertahanan pertama dan PWHT digunakan di mana keadaan atau kod perkhidmatan memerlukannya.

Soalan Lazim

S: Adakah pemekaan menjadikan keluli tahan karat lebih lemah walaupun sebelum ia terhakis?

A: Bukan dengan sendirinya. Struktur mikro terpeka pada asasnya mempunyai sifat mekanikal pukal yang sama seperti yang tidak-dipekakan sehingga sempadan butiran kromium-terdedah kepada persekitaran yang menghakis; kemuluran dan kehilangan kekuatan berikutan serangan kakisan, bukan pemendakan karbida sahaja.

S: Bolehkah 316 atau 316L masih menjadi pemekaan walaupun ia mengandungi molibdenum?

A: Ya. Molibdenum meningkatkan ketahanan terhadap kakisan pitting dan celah, tetapi ia tidak menghalang pemendakan kromium karbida pada sempadan butiran. Itulah sebabnya gred galas molibdenum-diuji di bawah Amalan F ASTM A262 dan bukannya dianggap sebagai kepekaan-imun.

S: Adakah keputusan Amalan ASTM A262 A yang menggalakkan cukup untuk menerima bahan tanpa ujian lanjut?

J: Untuk kebanyakan spesifikasi pembelian, ya - satu langkah atau struktur goresan dwi biasanya diterima tanpa ujian lanjut. Struktur parit tidak menolak bahan secara automatik, tetapi ia memerlukan-amalan kuantitatif susulan (B, C atau F) untuk menentukan kebolehterimaan, mengikut spesifikasi pembelian yang mengawal.

S: Adakah PWHT sentiasa menghapuskan risiko pemekaan?

J: Anil larutan yang dilaksanakan dengan betul melarutkan semula kromium karbida dan menghilangkan keadaan terpeka, tetapi sebarang perkhidmatan kimpalan atau -suhu dinaikkan berikutnya boleh mensensitasikan semula bahan. PWHT menangani keadaan sensitif sedia ada; ia tidak menjadikan aloi kebal terhadap pemekaan masa hadapan.