Giáo trình công nghệ hàn điện nóng chảy (tập 2 ứng dụng) phần 2

CHƯONG 4: CÔNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM CAO Trang 4.1 Công nghệ hàn thép không gỉ crom 159 4.2 Công nghệ hàn thép không gỉ austenit 175 4.3 Công nghệ hàn thép không gỉ duplex 202 4.4 Công nghệ hàn thép không gỉ biến cứng kết tủa 217 4.5 Cơng nghệ hàn thép mactenzit hóa già 221 4.6 Cơng nghệ hàn thép austenit mangan 224 Sau kltiđọcxong • • chương này, hạn điêmàv tínhhàn cùa thuộccác austenit mangan.• Đ ặc nhải phương pháp pháp cô n g nghệ h ợ p với đ iều kiện nhóm thép khơng lựachọn vật liệu thé chê độ hàn đ ế đạt đượchàn vậnhành 157 CHƯƠNG 4: CỒNG NGHỆ HÀN THÉP HỢP KIM CAO Theo AISI, thép coi thép hợp kim cao tổng lượng nguyên tố hợp kim vượt 8% Tiêu chuẩn Nga GOST 5632-72 định nghĩa: thép hợp kim cao hợp kim sắt chứa 45% Fe, với tổng lượng nguyên tố hợp kim không nhỏ hon 10% hàm lượng nguyên tố họp kim khơng nhỏ 8% Trong chưong tìm hiểu cơng nghệ hàn loại thép hợp kim cao sau đây: thép không gỉ, thép mactenzit hóa già (thép maraging) thép austenit mangan Riêng thép khơng gỉ chia thành nhóm nhỏ là: • Thép không gỉ mactenzit • Thép không gỉ ferit • Thép không gi austenit • Thép không gỉ duplex (cịn gọi thép pha ferit - austenit) • Thép không gỉ biến cứng kết tủa Thép không gi ferit thép không gỉ mactenzit (kể thép không gỉ hỗn họp mactenzit - ferit) biết tên gọi chung thép không gỉ crom Thép không gỉ austenit cịn gọi thép khơng gỉ C r-N i Thông thường thép không gi, hàm lượng crom tối thiểu 10,5% Thép khơng gi có đặc tính khơng gi nhờ vào lớp oxit bề mặt giàu crom bền vững Các nguyên tố khác (Ni, Mo, Cu, Ti, Al, Si, Nb, N, s, Se) đưa vào thép không gỉ nhằm cải thiện số tính chất định thép Hàm lượng cacbon thép không gỉ thường từ 0,03% đến 1,0% (trong số loại thép không gỉ mactenzit) Cùng loại thép hợp kim cao sử dụng cho nhiều mục đích khác (chống ăn mịn, chịu nhiệt, bền nhiệt, V V ) , chế độ hàn khác 158 4.1 Cơng nghệ hàn thép không gỉ crom 4.1.1 Thành phần tính chất kim Thép khơng gỉ crom có nhiều loại Theo phân loại AISI, chúng thường biết đến tên gọi thép loạt 400, ví dụ, thép 410 (chứa 11,5 +13,5% Cr; tối đa 0,15% C ) , thép 430 (chứa 15+17% Cr; tối đa 0,12% C), thép 446 (chứa 27,5+29,5% Cr; tối đa 0,20% C) loại sử dụng rộng rãi công nghiệp Chúng dùng để chế tạo chi tiết dụng cụ mổ y tế, đồ ăn, bề mặt làm việc loại van, bom, ống xả xe hơi, chi tiết động phản lực, v.v Cũng sử dụng ký hiệu thép không gỉ crom theo thành phần hóa học, ví dụ, 08X13 (theo tiêu chuẩn GOST Nga), 08 hàm lượng cacbon (0,08%) 13 hàm lượng crom (13%) Crom có cấu trúc tinh thể lập phương thể tâm, đồng hình với or-ferit Do đó, họp kim hóa Fe bàng Cr, vùng dung dịch rắn ^austenit bị thu hẹp vùng ư-ferit mở rộng Crom hàm lượng 12% tạo thành màng oxit mang tính thụ động bề mặt thép, làm cho thép trở nên khơng gỉ nhiệt độ bình thường (để thép khơng gỉ nhiệt độ cao, hàm lượng Cr > 30%) Với oxi, crom tạo thành Cr2Ũ3 có nhiệt độ nóng chảy cao Crom có lực mạnh với cacbon, tạo thành cacbit Cr7C3 Cr23C6 Nó hịa tan cementit để thạo thành (Fe, Cr)3C tạo hỗn họp cacbit có hịa tan Fe (Fe, Cr)23C6 Cacbit crom 10 20 50 40 50 60 70 80 Cr%ng.t có tính ổn định nhiệt cao cementit: chúng bị hòa tan vào thép nhiệt độ cao q trình hịa tan xảy chậm hom (ờ thép cacbon bình thường, nhiệt độ A, 710 °c, cịn với thép khơng gi crom 900 °C) Otóỉữ Ỉ0 w t60 70 S0Cr,%kh.lg Trên giản đồ Hình 4-1Giản đồ trạng thái Fe Cr [2] trạng thái Fe - Cr (hình N 159 4-1 hình 4-2), vùng tồn dung dịch rắn y-austenit thép không gỉ crom thay đổi tùy theo hàm lượng crom cacbon số nguyên tổ khác niken, molybden, v.v Có thể thấy, hàm lượng 16% Cr 0,2% c , thép khơng cịn chứa ỵ - austenit hàm lượng nhiệt độ ực 1300 1100 900 0fi ụ ực/4 Hình 4-2 Vùng tồn dung dịch rắn ỵ-austenit theo hàm lượng cacbon crom [2] Crom thép làm trình phân hủy ỵ - a bị chậm lại, làm giảm đáng kể tốc độ nguội tới hạn (đẩy đường cong phân hủy austenit dạng chữ c sang bên phải) Do đó, xuất mactenzit thép không gỉ crom, kết q trình biến đổi pha khơng khuyếch tán từ austenit, lượng cacbon tương đổi nhỏ tốc độ nguội chậm (nhỏ chậm so với thép cacbon khơng hợp kim có hàm lượng cacbon) Khi lượng Cr > 12% (đường cong chữ c dịch chuyển nhiều phía bên phải), ổn định austenit lớn tới mức nhiệt độ ổn định cùa austenit (Tm = °70C), cần có khoảng thời gian tương đổi dài (300 5) phân hủy đẳng nhiệt Khi nguội liên tục điều kiện hàn, chí tốc độ nguội chậm thép vùng 800^650 °c (xung quanh nhiệt độ vào khoảng 0,2 °c/s tạo nên tổ chức hồn tồn mactenzit, xem hình 4-3 Để thép có tính tối ưu (độ bền cao kết hợp với tính dẻo tốt), trường hợp vậy, người ta phải tiến hành ram cao Thép khơng gỉ crom từ 10,5-^12% Cr, có chứa thêm nguyên tố Mo, w, Nb, V Ni, có khả bền nhiệt (chúng gọi thép bền nhiệt) lên đến 600 °c mặt tổ chức kim loại 160 (cấu trúc), thép không gỉ crom thuộc ba loại: mactenzit (M), mactenzit - ferit (M+F), ferit (F), xem hình 4-4 H ình -3 Thời g ia n so với loại thép khác p h â n hủy đẳng nhiệt thép ch ứ a crom h n [2] T h é p c ó h m lư ợ n g c ro m tố i đ a + % v c a cb o n tối th iể u ,0 + ,0 % có tổ c h ứ c M n h iệ t đ ộ th n g T rê n h ìn h -5 tổ c h ứ c té vi th é p th u ộ c n h ó m M T ại hàm lư ợ n g cro m c a o h n ( từ 16% C r ,0 % C ), tr o n g q u tr ìn h n u n g , th é p chuyển b iể n sang trạ n g thái a u s te n it v m ộ t lư ợ n g n h ò ferit c h a k ịp b iế n đ ổ i S au n g u ộ i, th é p c ó tổ c h ứ c M + F D n g th i v iệ c tă n g h m lư ợ n g c ro m tr o n g lư ợ n g cacbon m th é p tă n g N eu tỷ th é p (k h i h àm không đ ổ i) lệ p h a F tro n g tă n g hàm Hình 4-4 Tổ ch ứ c kim loại thép không gỉcrom theo hàm lư ợ n g crom ca cb o n [2] lư ợ n g c ro m h n n ữ a (ở h m lư ợ n g c a c b o n n h ỏ ) th ì th é p ( tro n g trạ n g th i rắ n ) c ó tổ c h ứ c F b ấ t kỳ n h iệ t độ v tố c đ ộ n g u ộ i n o S ự k h c n h a u CNHĐNC-11 161 lượng cacbit tương đối tiết Trên hình 4-6 tố chức tế vi thép thuộc nhóm F V ì v ậ y , v i h m lư ợ n g c a c b o n ,0 + ,0 % , th é p + % C r th u ộ c n h ó m M ; th é p + % C r th u ộ c n h ó m M + F v th é p có tr ê n % C r th u ộ c n h ó m F N ế u h m lư ợ n g c a c b o n tă n g lê n , cá c g iá trị tư n g ứ n g c ủ a h m lư ợ n g C r d ịc h c h u y ể n v ề p h ía c ó h m lư ợ n g c ro m c a o h n Hình 4-5 Tổ chức tế thép khơng gỉ crom cao mactemit Hình 4-6 Tổ chức tế thép khơng gỉ crom cao ferit B ả n g 4-1 c h o b iế t m ộ t số lo i th é p k h ô n g gỉ c ro m tiê u b iể u c ù a L iê n b a n g N g a Bảng 4-1Một sổ loại thép không gỉ crom Liên bang Nga Thành phần, % [2, 32] TỔ chức Công dụng 08X13 (EI 496)