Сварка нержавеющей стали

4. Рекомендуемые сваркаприсадочные материалы для одинаковых сварных швов

(1) Рекомендуемые сваркаприсадочные материалы для нержавеющей мартенситной и ферритной стали

Сваркаприсадочные материалы с химическим составом в основном идентичны материалам из основных металлов (См. Таблицу 5)

Сваркаприсадочные материалы типа 309 также можно использовать для хромовой нержавеющей стали. Однако в этом случае требуется осторожность в связи с риском возникновения термической усталости в термоциклах, т.к. коэффициенты теплового расширения основного металла и металла шва различны

Таблица 5 Рекомендуемые сваркаприсадочные материалы для нержавеющей мартенситной и ферритной стали

Марка стали JIS (AISI)	Рекомендуемые сваркаприсадочные материалы
	Покрытый электрод SMAW (электродуговая сварка покрытым металлическим электродом )	Сварочная проволока MAG (FCW)	Сварочная проволока TIG
SUS410 (410)	CR−40 NC−39*1	DW−410Cb DW−309*1	TG−S410 TG−S309*1
SUS410S (410S)	CR−40 NC−39*1	DW−410Cb DW−309*1	TG−S410 TG−S309*1
SUS405 (405)	CR−40Cb NC−39*1	DW−410Cb DW−309*1	TG−S410Cb TG−S309*1
SUS430 (430)	CR−43 NC−39*1	DW−309*1	TG−S309*1
SUS430LX (－)	CR−43Cb NC−39*1	DW−309*1	TG−S309*1
SUS444 (444)	NC−36L NC−39MoL	DW−316L DW−309MoL	TG−S316L TG−S309MoL
Примечание *1. Рекомендуется не использовать этот тип сваркаприсадочных материалов, там где сварная деталь находится в термоцикле или в Ni−чувствительной коррозийной среде

(2) Рекомендуемые сваркаприсадочные материалы для нержавеющей аустенитной стали

①

Сваркаприсадочные материалы с химическим составом в основном идентичны материалам из основных металлов (См. Таблицу 6)

②

Когда порошковая проволока применяется для сварки конструкции, состоящей из аустенитной нержавеющей стали марки SUS304 (AISI 304) или SUS316 (AISI 316) для температуры 500℃ и выше, рекомендуется использовать специальную проволоку для для высоких температур

③

Малоуглеродистые сваркаприсадочные материалы можно использовать для таких типов нержавеющей обычной углеродистой стали, как SUS304 (AISI 304) и SUS316 (AISI 316). Не рекомендуется использовать в среде, где требуется жаропрочность (ползучестойкость)

④

Такие типы малоуглеродистой нержавеющей стали, как SUS304L (AISI 304L) и SUS316L (AISI 316L) содержат не более 0.03% углерода, в то время как соответствующие сваркаприсадочные материалы содержат не более 0.04% углерода в соответствии с принятыми стандартами. В этой связи, когда одинаковое содержание углерода требуется как для металла швов, так и для основного металла, рекомендуется использоватьсваркаприсадочные материалы с пониженным содержанием углерода

Table 6 Recommended welding consumables for austenitic stainless steels

Марка стали JIS (AISI)	Рекомендуемые сваркаприсадочные материалы
	Покрытый электрод SMAW (электродуговая сварка покрытым металлическим электродом )	Сварочная проволока MAG (FCW)	Сварочная проволока TIG
SUS304 (304)	NC−38 NC−38H*1	DW−308 DW−308H*1	TG−S308
SUS304L (304L)	NC−38L	DW−308L    DW−308LH*2 DW−308LP*3    DW−T308L*4	TG−S308L
SUS304LN (304LN)	－	DW−308LN	－
SUS309S (309S)	NC−39	DW−309    DW−310*1 DW−309LP*3    DW−T309L*4	TG−S309
SUS310S (310S)	NC−30	DW−310	TG−S310
SUS316 (316)	NC−36	DW−316    DW−316LH*1 DW−316LP*3	TG−S316
SUS316L (316L)	NC−36L	DW−316L    DW−316LH*2 DW−316LP*3    DW−T316L*4	TG−S316L
SUS316LN (316LN)	NC−317L	DW−317L DW−317LP*3	TG−S317L
SUS317 (317)	NC−317L	DW−317L DW−317LP*3	TG−S317L
SUS317L (317L)	NC−317L	DW−317L DW−317LP*3	TG−S317L
SUS321 (321)	NC−37 NC−37L	DW−347	TG−S347
SUS347 (347)	NC−37 NC−37L	DW−347	TG−S347
SUS329J3L (31803,32205)	NC-2209	DW−2209*3 DW−329AP*3	TG−S2209
SUS329J4L (32250,32260)	NC-2594	DW−2594*3	TG−S2594
SUS630 (S17400)	－	－	TG−S630
(ПРИМЕЧАНИЕ) *1. Для высокотемпературной спецификации *2. Для SR-спецификации (отжиг для снятия напряжений) . *3. Для сварки во всех пространственных положениях *4. Для тонкой и толстой стали (в зависимости от сварочного тока)

Сварочные материалы для нержавеющей стали (только на английском)
Краткий справочник по сварочным материалам для нержавеющих сталей и никелевых сплавов
Сварочные материалы для дуплексной нержавеющей стали

5. Рекомендуемые сваркаприсадочные материалы для разнородных сварных соединений

Сварка двух типов стали с различным химическим содержанием называется сваркой разнородных металлов. Данный тип сварки предусматривает выбор сваркаприсадочных материалов с учётом трещиноустойчивости, коррозиоустойчивости и прочностных свойств в зависимости от комбинации основных металлов

В Таблице 7 представлены распространённые сваркаприсадочные материалы, используемые для сварки разнородных металлов. Такие сваркаприсадочные материалы рекомендуется использовать для поддержания прочностных свойств хотя бы одного металла в соединении.

Ниже представлены дополнительные комментарии к Таблице 7.

①

В сварке углеродистой стали с аустенитной нержавеющей сталью обычно используются сваркаприсадочные материалы типа 309 с повышенными хромом и никелем. Это вызвано тем, что при использовании сваркаприсадочных материалов типа 308 хром и никельмогут быть разжижены основным металлом углеродистой стали, что приведёт к формированию мартенситной структуры на базе металла шва (хрупкая структура)

②

В сварке углеродистой стали с аустенитной нержавеющей сталью, в связи с различными коэффициентами теплового расширения обоих металлов, рекомендуется использовать сваркаприсадочные материалы инконельного типа с высоким содержанием никеля со средним коэффициентом теплового расширения. В этом случае сварная деталь подвергается интенсивному термоциклу.

③

В сварке углеродистой стали с нержавеющей Cr-сталью могут использоваться сваркаприсадочные материалылюбого типа нержавеющей Cr-стали, аустенитной нержавеющей стали и высокопрочной Ni-стали, причём каждая категория материалов имеет собственные преимущества и недостатки. Материалы нержавеющей Cr-стали пригодны в случае интенсивных термоциклов или Ni−чувствительной коррозионной среды. При этом во избежание замедленного трещинообразования рекомендуются предварительный нагрев и термическая обработка после сварки.
Материалы аустенитной нержавеющей стали характеризуются высокой свариваемостью, но при этом вызывают термостресс в среде, где сварная деталь подвергается интенсивному термоциклу. Материалы высокопрочной Ni-стали дорогостоящие и подвержены трещинам. Вместе с тем, в связи с длительной выдержкой при интенсивных термоциклах, они пригодны для сварных деталей в ситуации, когда затруднительна термическая обработка после сварки и имеются интенсивные термоциклы.

④

Во время сварки разнородных металлов не рекомендуется использовать дуговую сварку под флюсом с повышенным коэффициентом разбавления

⑤

Когда во время сварки разнородных металлов применяются MIG and TIG-сварки, рекомендуется минимизировать поступление в углеродистую сталь

Таблица 7 Рекомендуемый тип сплава сварочных материалов для сварки неоднородных металлов

	основных металлов A*1	Углеродистая сталь Низколегированная сталь	Аустенитная нержавеющая сталь
основных металлов B*1			304	316L
Аустенитная нержавеющая сталь	SUS304 SUS316L	309, 309L Ni 6082 *2	308	316L
Ферритная нержавеющая сталь	SUS409L SUS430	309, 309L Ni 6082 *2	309	309LMo
Martensitic stainless steel	SUS410	309, 309L Ni 6082 *2	309	309LMo
Низколегированная дуплексная нержавеющая сталь	SUS821L1 SUS323L	309LMo 2209	309L, 309LMo 2209	309LMo 2209
Standard duplex stainless steel	SUS329J3L	309LMo 2209	309L, 309LMo 2209	309LMo 2209
Супердуплексная нержавеющая сталь	SUS327L1	309LMo 329J4L	309L, 309LMo 329J4L	309LMo 329J4L
Супераустенитная нержавеющая сталь	SUS312L SUS836L	Ni 6625	309LMo Ni 6625	309LMo 329J4L
Никелевый сплав	NCF625	Ni 6625	Ni 6625	Ni 6625
Никелевый сплав	NW0276	Ni 6276	Ni 6276	Ni 6276
(Note) *1 JIS G 4305, JIS G4902 *2 Если сварочное соединение будет использоваться при температурах около 400°C или выше, следует выбирать никелевый сплав.

Сварочные материалы для каждого типа сплавов

Тип сплава JIS/AWS	Welding Cosumables
	SMAW	GTAW	FCAW
308	NC-38	TG-S308	DW-308
309	NC-39	TG-S309	DW-309
309L	NC-39L	TG-S309L	DW-309L
309LMo	NC-39MoL	TG-S309MoL	DW-309MoL
316L	NC-36L	TG-S316L	DW-316L
2209	NC-2209	TG-S2209	DW-2209 DW-329AP
329J4L	NC-2594	TG-S2594	DW-2594
Ni 6082 (NiCr3)	(NI-C70A)*	TG-SN70NCb	DW-N82
Ni 6625 (NiCrMo3)	-	TG-SN625	DW-N625
Ni 6276 (NiCrMo4)	-	-	DW-NC276
(Note) * AWS A5.11 EniCrFe-1

Здесь можно найти СПРАВОЧНИК СВАРКИ KOBELCO

6. Подогрев и послесварочный отжиг

(1) Сварка идентичных металлов

В Таблице 4 - 8 представлены надлежащие условия подогрева и послесварочного отжига для сварки основных металлов с идентичным химическим составом. При контроле за сварочным процессом ключевым моментом является контроль за температурой, особенно при использовании ферритной и мартенситной нержавеющей стали (также известна как нержавеющая Cr-сталь). Контроль за температурой в ходе подогрева и послесварочного отжига во многом определяет результаты сварки

Таблица 8. Условия подогрева и послесварочного отжига для сварки идентичных металлов

	Мартенситная нержавеющая сталь	Ферритная нержавеющая сталь	Аустенитная нержавеющая сталь
Температура подогрева	200~400℃	100~200℃	Не требуется
Температура послесварочного отжига	700~760℃		Обычно не требуется
Цель подогрева	Предотвращает замедленное трещинообразование ① ・Защищает от затвердевания зону термического влияния ・Помогает удалить водород	Предотвращает замедленное трещинообразование ① ・Помогает удалить водород	Подогрев используется мало во избежание снижения коррозионной стойкости
Цель послесварочного отжига	Предотвращает замедленное трещинообразование ① ・Смягчение зоны термического влияния ・Удаление водорода ・Снижение остаточного напряжения ・Улучшение прочностных свойств	Предотвращает замедленное трещинообразование ① ・Удаление водорода ・Снижение остаточного напряжения ・Повышение ударной вязкости	・Повышение коррозионной стойкости и улучшение прочностных свойств (гомогенизация ②) ・Защита от трещинообразования от коррозии под напряжением (отжиг для снятия напряжений ③)
Пометки	・Затвердение стали ・Горячая трещина (в отливке) ④ ・Коррозионная стойкость зоны термического влияния ⑤	・Хрупкость при 475℃ ・Охрупчивание стали при высокой температуре (900℃ и выше) ・Охрупчивание стали сигма-фазой (600～ 800℃)	・Горячие трещины ④ ・ Коррозионная стойкость⑤
(ПРИМЕЧАНИЕ) *1. Послесварочный отжиг, рассмотренный в Таблице, применим для снятия напряжений (SR) и гомогенизации. Снятие напряжений должно проходить в печи сразу же после окончания сварки, до охлаждения сварной детали до комнатной температуры. Если это невозможно, сварную деталь рекомендуется разогреть до температуры 300～350℃ в течение 30～60 мин после окончания сварки, чтобы удалить водород из металла шва - это называется немедленным отжигом. *2. В случае с аустенитной сталью отжиг осуществляется только в особых случаях.

Ниже объяснены положения ①～⑤ Таблицы 8.

① Защита от замедленного трещинообразования

Замедленное трещинообразование случается после того, как сварная деталь охлаждена до температуры окружающей среды. Выделяются 3 основные причины: диффундирующий водород в металле шва, затвердение металла шва и зоны термического влияния , а также совместное сдерживание. Подогрев и отжиг для снятия напряжений эффективны при защите от замедленного трещинообразования. В связи с тем, что в ходе подогрева снижается скорость охлаждения сварной детали, замедляется затвердение металла шва и зоны термического влияния, и ускоряется процесс выхода диффундирующего водорода. Замедленное трещинообразование свойственно сварной детали скорее из нержавеющей Cr-стали, чем из нержавеющей аустенитной стали, т.к. деталь из аустенитной стали затвердевает в прямой зависимости от скорости охлаждения, а растворённый водород не становится диффундирующим. Следовательно, подогрев не рекомендуется при сварке нержавеющей аустенитной стали, иначе возникнет риск снижения коррозионной стойкости.

② Гомогенизация

Гомогенизация, осуществляемая в основном на сварных деталях из нержавеющей аустенитной стали, применяется во время сварки при температуре 1000～1150℃ в течение 2 мин. и более на 1 мм толщины плиты, после чего наступает быстрое охлаждение. Охлаждение должно пройти как можно скорее при температуре 500～800℃ во избежание образования карбида хрома. Во время сварки при температуре 1000～1150℃ карбид хрома, сигма-фаза и ферриты в металле шва разъединяются в матрице. С помощью гомогенизации возможно усиление коррозионной стойкости, вязкости и прочности, а также удаление внутренних напряжений, вызванных процессом сварки

③ Отжиг для снятия напряжений (SR)

SR предусматривает защиту от замедленного трещинообразования в сварных деталях из нержавеющей Cr-стали и повышение прочностных свойств. В то же время для сварных деталей из нержавеющей аустенитной стали основной задачей становится защита от трещинообразования от коррозии под напряжением. Однако применение SR во многом наносит вред, когда важна коррозионная стойкость или ускоряется образование сигмы-фазы, как в случае с металлом-швом типа 347 или 316. Следовательно, использование SR в случае со сварными деталями из нержавеющей аустенитной стали должно проводиться только после определения марки стали, анализа условий сварки и на основании предыдущего опыта.

④ Горячие трещины

Трещины в сварной детали из нержавеющей Cr-стали могут возникнуть при температуре окружающей среды и называются замедленными разрушенями. Трещины металла шва из нержавеющей аустенитной стали и высокого никелевого сплава в большинстве случаев могут возникнуть сразу же после затвердевания и называются горячими трещинами. Во избежание их возникновения, сваркаприсадочные материалы для нержавеющей аустенитной стали общего типа изготавливают с пониженным (до нескольких процентов) содержанием ферритических структур аустенитной матрицы в составе металла шва. Для измерения процентного содержания ферритических структур в металле шва используются несколько методов: диаграммы металлографической структуры, измерительные приборы и микроскоп. В отличие от трещин на сварных деталях из нержавеющей Cr-стали, трещин на сварных деталях из нержавеющей аустенитной стали нельзя избежать с помощью подогрева и послесварочной термообработки. Для этого необходимо выбрать подходящий сваркапосадочный материал с пониженным содержанием примесей и правильный тип сварки

⑤ Коррозионная стойкость зоны термического влияния

Нержавеющая аустенитная сталь производится с целью демонстрации уникальной коррозионной стойкости посредством гомогенизации. Однако в ходе сварки коррозионная стойкость зоны термического влияния снижается до уровня зоны с неизменённой структурой основного металла, т.к. карбиды ускоряются в зоне термического влияния. Эта зона ускорения карбидов называется зоной коррозии сварного шва, образующейся в ходе подогрева при сварке 500～800℃. В результате карбиды хрома ускоряются и понижают количество хрома в матрице, эффективного в усилении коррозионной стойкости. Следовательно, коррозионная стойкость зоны термического влияния разрушается. Хотя имеются случаи, когда коррозия сварного шва не наносила никакого вреда в повседневном использовании, некоторые меры защиты всё же рекомендуются, когда сварочная деталь используется в среде с межзеренной коррозией или возникает трещинообразование от коррозии под напряжением.

Существуют следующие превентивные меры против коррозии сварного шва :

(a)

Гомогенизация при температуре 1000～1150℃ после окончания сварки - чтобы расщепить карбиды хрома.

(b)

Превентивное ускорение карбидов хрома с помощью малоуглеродистой нержавеющей стали марки SUS304L (AISI 304L) или SUS316L (AISI 316L), или стабильной нержавеющей стали марки SUS321 (AISI 321) или SUS347 (AISI 347).

(c)

Переплавить поверхность HAZ с помощью TIG-сварки с минимальной погонной энергией

(2) Сварка разнородных металлов

Температура подогрева сварки разнородных металлов - высокая температура подогрева между двумя основными металлами определяется стандартно. Примеры таких температур подогрева представлены в Таблице 9. Требуется соблюдение мер предосторожности, т.к. слишком высокая температура во время сварки разнородных металлов может привести к превышению проплава и нарушению химического состава металла шва. Использование сваркапосадочных материалов для нержавеющей аустенитной стали приводит к снижению температуры подогрева во избежание коррозии сварного шва. Однако низкие температуры подогрева могут ослабить защиту от затвердевания зоны термического влияния

Примеры температур термической обработки после сварки (PWHT) разнородных металлов представлены в Таблице 10. Поскольку PWHT сварного шва разнородных металлов по-разному затрагивает оба основных металла и металл шва, рекомендуется тщательно изучить условия проведения PWHT и даже необходимость в ней.

Если для проведения термической обработки после сварки (PWHT) разнородных металлов выбирается средняя или высокая температура в сравнении с подходящей PWHT-температурой для каждого основного металла, она может превысить температуру превращения основного металла, чья PWHT-температура ниже (обычно это металл с менее легирующими элементами). Это может привести к полному изменению свойств металла. Следовательно, необходимо заранее определить PWHT-температуру.

Комбинация ферритных и аустенитных типов стали, наблюдаемая в месте сварного шва мягкой и нержавеющей аустенитной стали даёт возможность определить низкую PWHT-температуру из списка рекомендуемых температур для ферритной стали. Низкая температура необходима для минимизации перемещения углерода на поверхности контакта между свариваемыми деталями. Надо также знать, что эти PWHT-температуры наблюдаются там, где нержавеющая аустенитная сталь ускоряет карбиды и сигма-фазы.

Таблица 9: Температуры подогрева и металла шва перед наложением последующего слоя, для сварки разнородных металлов

Нержавеющая сталь	Нержавеющая аустенитная сталь (JIS : SUS304, 304L, 316, 316L, 347, 321, и т.д.) (AISI : 304, 304L, 316, 316L, 347, 321, и т.д.)	Мартенситная нержавеющая сталь (JIS : SUS410, и т.д.) (AISI : 410, и т.д.)	Ферритная нержавеющая сталь (JIS : SUS430, 405, и т.д.) (AISI : 430, 105, и т.д.)
Мягкая сталь, низколегированная сталь
Мягкая сталь	－	２００～４００℃	１００～２００℃
Сталь с молибденом 0.5 %	１００～２００℃	２００～４００℃	１００～２００℃
Сталь с хромом 1.25 % − молибденом 0.5 %	１００～２００℃	２００～４００℃	１００～２００℃
Сталь с хромом 2.25 % − молибденом 1 %	１００～２００℃	２００～４００℃	２００～３５０℃

Таблица 10: Температуры термической обработки после сварки (PWHT) для сварки разнородных металлов

Нержавеющая сталь	Нержавеющая аустенитная сталь (JIS : SUS304, 304L, 316, 316L, 347, 321, и т.д.) (AISI : 304, 304L, 316, 316L, 347, 321, и т.д.)*2	Мартенситная нержавеющая сталь (JIS : SUS410, и т.д.) (AISI : 410, и т.д.)*1	Ферритная нержавеющая сталь (JIS : SUS430, 405, и т.д.) (AISI : 430, 105, и т.д.)*1
Мягкая сталь, низколегированная сталь
Мягкая сталь	（５５０～６００℃）	６００～６５０℃	６００～６５０℃
Сталь с молибденом 0.5 %	（５５０～６００℃）	６００～６５０℃	６００～６５０℃
Сталь с хромом 1.25 % − молибденом 0.5 %	（５５０～６００℃）	６５０～７２０℃	６５０～７２０℃
Сталь с хромом 2.25 % − молибденом 1 %	（５５０～６００℃）	６８０～７５０℃	６８０～７５０℃
(ПРИМЕЧАНИЕ): *1. Во время сварки разнородных ферритной и мартенситной типов стали с мягкой / низколегированной сталью рекомендуется использовать самую высокую температуру из перечня низких PWHT-температур в рамках температур, рекомендуемых для индивидуального основного металла *2. Для разнородного сварного шва, одним из компонентов которого является нержавеющая аустенитная сталь, использование PWHT может ослабить её коррозионную стойкость. Необходимо заранее выяснить необходимость PWHT.

Верх страницы