KORSZERŰ KORRÓZIÓÁLLÓ ACÉLOK HEGESZTÉSE

2010.11.24.

Dr. Palotás Béla:

KORSZERŰ KORRÓZIÓÁLLÓ ACÉLOK HEGESZTÉSE

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Dunaújvárosi Főiskola Műszaki Intézet Anyagtudományi Tanszék

Anyagtudomány és Technológia Tanszék

Tartalom § Korrózió jelensége, n Korrózió fajtái, n Ferrites korrózióálló acélok és hegesztésük, n Martenzites korrózióálló acélok és hegesztésük, n Ausztenites korrózióálló acélok és hegesztésük, n Új fejlesztésű korrózióálló acélok és hegesztésük, n Hőálló acélok és hegesztésük. Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010

Korr. acélok hegesztése

2

1

2010.11.24.

A korrózió definíciója n

n

A korróziót általában úgy definiálják, hogy kémiai vagy elektrokémiai folyamat játszódik le adott anyag és a környezet között, amelynek következtében az anyag változása (leromlása), vagy tulajdonságainak változása játszódik le, A korrózió több formában is lejátszódhat.

Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


3

A vas korróziója vízcseppben



4

2

2010.11.24.

Pourbaix – diagram vasra (E – ph)



5

A korrózió tipikus fajtái n n n n n n

Egyenletes korrózió, Helyi korrózió, Metallurgiai hatásokra kialakuló korrózió, Mikrobiológiai hatásokra kialakuló korrózió, Mechanikai hatásokra lejátszódó leromlás, Környezeti hatásokra kialakuló repedések. Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


6

3

2010.11.24.

Általános korrózió n n

Víz alatti korrózió, Atmoszférikus korrózió.



7

Galván korrózió n

Galván korrózió akkor jöhet létre, ha két különböző fém (fémötvözet) vagy fém és elektromosan vezető nem fém találkozik ugyanabban az elektrolitban.



8

4

2010.11.24.

Kóbor áram okozta korrózió

A korrózió egy anódosan védett tartály és csővezeték között játszódott le. Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


9

Olvadt só okozta korrózió A Cr oldódott ki mind a négy esetben. (a) Microstructure of Hastelloy alloy N exposed to LiF-BeF2-ThF4-UF4 (68, 20, 11.7, 0.3 mol%, respectively) for 4741 h at 700 °C (b) Microstructure of Hastelloy alloy N after 2000 h exposure to LiF-BeF2-ThF4 (73, 2, 25 mol%, respectively) at 676 °C. (c) Microstructure of type 304L stainless steel exposed to LiF-BeF2-ZrF4-ThF4-UF4 (70, 23, 5, 1, 1 mol%, respectively) for 5700 h at 688 °C (1270 °F). (d) Microstructure of type 304L stainless steel exposed to LiF-BeF2-ZrF4-ThF4-UF4 (70, 23, 5, 1, 1 mol%, respectively) for 5724 h at 685 °C (1265 °F). Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


10

5

2010.11.24.

Folyékony fém okozta korrózió

Corrosion of type 316 stainless steel exposed to thermally convective lithium for 7488 h at the maximum loop temperature of 600 °C (1110 °F). (a) Light micrograph of polished and etched cross section. (b) SEM showing the top view of the porous surface. Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


11

Magas hőmérsékletű gáz okozta korrózió



12

6

2010.11.24.

A helyi korrózió kialakulása



13

Pontkorrózió (pitting)



14

7

2010.11.24.

Rés korrózió



15

„Fonal” korrózió n

n

Fém felületét ha szerves anyaggal vonják be, és azt egyenetlen vastagságban viszik fel, akkor alakulhat ki. A korrózió pl. lakkozott felületeken jön létre főleg ott ahol megsérül a bevonat. Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


16

8

2010.11.24.

Metallurgiai hatásokra kialakuló korrózió

Interkrisztallin = szemcsehatár menti korrózió Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


17

Korrózióálló acélok korróziója



18

9

2010.11.24.

Mechanikai hatásokra lejátszódó leromlás n n

Eróziós korrózió Bemaródásos korrózió

Bemaródásból kiinduló fáradt törés Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


19

Környezeti hatásokra kialakuló repedések

Feszültségi korrózió Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


20

10

2010.11.24.

Feszültségi korróziós repedés



21

Hidrogén okozta degradáció



22

11

2010.11.24.

Folyékony fém okozta ridegedés



23

Szilárd fém okozta ridegedés



24

12

2010.11.24.

Mikrobiológiai hatásokra kialakuló korrózió

Schematic of the anaerobic corrosion of iron and steel showing the action of sulfatereducing bacteria (SRB) in removing hydrogen from the surface to form FeS and H2S Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010

Schematic of pit initiation and tubercle formation due to an oxygen concentration cell under a biological deposit.


25

Korrózióvédelem az alapanyag oldaláról Jó korrózióálló anyagok Passzivitás Homogén szövetszerkezetű Felületi réteg Þ anyagok Cr2O3 Nemes Rezisztencia Þ Ötvözés legalább az szövetek keveréke I. rezisztencia Ferrites szintre Duplex Ausztenites Martenzites Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


26

13

2010.11.24.

Ötvözés legalább az I. rezisztencia szintre E 2/8 molnyi 1/8 molnyi

Ötvöző

II. Rez. szint I. Rezisztencia szint

ACÉLOKNÁL A KORRÓZIÓÁLLÓSÁGOT a Cr okozza, I. rezisztencia szint: 11,7 % II. 23,4% Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


27

Ferrites szövetszerkezet T

T A4

A4 g A3

a

A3

g

Mo, V, Ti, Nb, Si, stb.


a Cr ötv.


28

14

2010.11.24.

Ausztenites acélok T A4 g

A3

Ni, Mn, C, N, Cu



29

Martenzites acélok C ³ 0,22% T A3

Ausztenitesítés

Edzés vle ³ vkrit Kis hőmérsékletű megeresztés t



30

15

2010.11.24.

Új fejlesztésű acélok n n n n n

Szuper ferrites acélok, Szuper ausztenites acélok, Duplex acélok, Szuper duplex acélok, Kiválásosan keményíthető korrózióálló acélok.



31

Korrózióálló acélok helye a Schaeffler diagramon



32

16

2010.11.24.

Ferrites korrózióálló acélok n

Ötvözés n

n


Fő ötvöző a Cr Passzíváló hatás Ferritképző I. rezisztencia szint Si, Mn ≤ 1 % Ni ≤ 0,6 % C ≤ 0,1 %


33

Ferrites korrózióálló acélok (Rozsdaálló acél) n

Mechanikai tulajdonságok: n n

n

Re ≥ 250 – 300 MPa A5 ≥ 20 % Rm ≥ 450 – 500 MPa Nem a lágy ferrit!

Fő ötvözet csoportok, jellegzetes típusok n

n

X2 CrNi 12 X6 Cr 13 X6 Cr 17 X2 CrTi 17 X6 CrMo 17 – 1 X6 CrMoS 17 X2 CrMoTi 18 - 2 Mérsékelt, legfeljebb közepes korróziós igénybevétel esetén (tej-, sör,- szeszipar, kozmetikumok gyártása)



34

17

2010.11.24.

Ferrites korrózióálló acélok hegesztési szabályai Fő probléma a kis alakváltozó képesség ELŐMELEGÍTÉS 150 – 300 ºC-ra a hegesztési zsugorodásból származó keresztirányú repedések elkerülésére HEGESZTÉS • Homogén kötés • Heterogén kötés • Kombinált kötés Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010

UTÓLAGOS HŐKEZELÉS? Szükséges, 700 – 760 ºC, 1 órás hőntartással. (Vékony lemezeknél kis falvastagságnál elhagyható.) Korr. acélok hegesztése

35

Hegesztőanyag választás Homogén kötés n n

Hegesztés sajátanyaggal Probléma kis alakváltozó képesség miatti repedés érzékenység

Heterogén kötés n

Kombinált kötés n

A varrat ausztenites hegesztőanyaggal készül, de takarás a korróziós közeg oldaláról sajátanyaggal. Ez repedés mentes és korróziós probléma sincsen


n

Hegesztés ausztenites acél hegesztőanyaggal. Nem repedés érzékeny, de a korróziós tulajdonságok romlanak az inhomogenitás miatt.

Hőbevitel, hegesztési technika? n

Kis hőbevitel a szemcsedurvulás elkerülésére


36

18

2010.11.24.

Martenzites korrózióálló acélok (Rozsdaálló acél) Nagy szilárdság, nagy keménység mellett, T Ausztenitesítés mérsékelten korrózióálló A3 acél. Edzés vle ³ vkrit Edzéssel hozzák létre a martenzites szövetKis hőmérsékletű szerkezetet, de nemesített megeresztés állapotban is használják t

n

n



37

Martenzites acélok n

Alkalmazás: n Vegyipari- és élelmiszeripari kések, vágó- és forgácsoló szerszámok, darálók, szelepek, rugók, orvosi eszközök, fogok, kések stb.


n

Ötvözés Cr = 12 … 18 %, C = 0,1 … 1,2 %

n

Fő ötvözet csoportok Martenzites Félmartenzites

n

Jellegzetes típusok X12 Cr 13 X20 Cr 13 X30 Cr 13 X29 CrS 13 X39 Cr 13 X46 Cr 13 X50 CrMoV 15 X39 CrMo 17 - 1 X105 CrMo 17 X90 CrMoV 18 X5 CrNiCuNb 16 – 4 X5 CrNiMoCuNb 14 -5


38

19

2010.11.24.

Hegesztési problémák, a hegesztés szabályai n n

n

n

n

Fő probléma a kis alakváltozó képesség, így hegesztésnél rendkívül érzékeny a repedésekre. Előmelegítés? 240 … 400 ºC - os előmelegítés szükséges Hegesztőanyag választás? Hegesztés sajátanyaggal, vagy ausztenites hegesztőanyaggal. Hőbevitel, hegesztési technika? Nagy hőbevitellel kell hegeszteni. Utólagos hőkezelés? 740 … 800 ºC , 2 – 4 h hőntartással, az utólagos hőkezelést a darab lehűlése előtt el kell kezdeni. Saját anyagnál teljes keresztmetszetű, ausztenites acélnál helyi hőkezelés is elég lehet. Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


39

Ausztenites korrózióálló acélok (Saválló acélok) Alaptípus: 18/8, 18/10? A C %- tartalomtól függ: C = 0,1 – 0,12 % Akkor 18/8 ausztenites. C = 0,06 – 0,08 Akkor 18/9 ausztenites. C = 0,04 – 0,06 % Akkor 18/10 ausztenites.



40

20

2010.11.24.

Alaptípusok (Hegesztő anyagok) 19/9

18/8

19/12/3 17/12/2,5



41

Jellemző tulajdonságok n

n

Cr ötvözés az I. rezisztencia szint fölött van. A Cr okozta korrózióállóságot a Ni tovább javítja. Túlhűtött állapot, vízhűtéssel is ausztenites marad, mert Ms messze a szobahőmérséklet alatt van. Leglágyabb állapot edzéssel (ausztenites lágyítással) érhető el. Re ≥ 170 – 250 MPa Rm ≥ 440 – 500 MPa A5 ≥ 40 – 45 %



42

21

2010.11.24.

Fő ötvözők n n n n n n n n

Cr Ni Mn Si Mo Cu N C

Rezisztencia, passziválás, ferritképző, Ausztenitképző, korr. állóságot javít, Ausztenitképző, Hatfield-acél (12 - 16%), Hőállóságot növel, melegrepedést okoz, Helyi korrózióval szemben javít, Kénsavban javít, Szilárdságnövelő, ausztenitképző, Ausztenitképző, karbidkiválások és egyéb kiválások jöhetnek létre, mennyiségét korlátozni kell, max. 0,08 % (régebben: 0,12 %).



43

Típusok, fejlesztések X10 CrNi 18 - 8 X2 CrNi 19 - 11 X5 CrNi 18-10; X8CrNiS18 - 9 X6 CrNiTi 18-10; X6 CrNiNb ~ X4 CrNi 18 – 12; X1 CrNi 25 -21 X2 CrNiMo 17 - 12 - 2 X2 CrNiMo 17 – 12 - 3 X2 CrNiMoN 18 – 12 - 4 X3 CrNiCuMo 17 – 11 – 3 - 2 X1 NiCrMoCuN 25 - 20 - 7 Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


44

22

2010.11.24.

Hegesztési problémák n n

Melegrepedések (kristályosodási repedések) kialakulása, Kiválások létrejötte: - Szenzibilizáció, interkrisztallin korrózióra érzékennyé válik az anyag, - Különböző fázisok kiválása: - Khi fázis (c fázis), - Laves fázis (h fázis), - 475 °C – os elridegedés, - Nitridek, karbidok kiválása, - Delta ferrit kiválása az ausztenit szemcsén belül, - σ –fázis kiválása.



45

Melegrepedés oka n

n n n

Oka elsősorban a sziliciumhártya kialakulása a szemcsehatáron. A hártya kialakulásáért nem csak a Si felelős, de a S, P és O is elősegíti a melegrepedést. A hártya csökkenti a szemcsék közötti koherenciát. Durvaszemcsés anyag érzékenyebb a repedésre. Elkerülése úgy lehetséges, hogy a Si – ot oldjuk ferritben! Tehát a varratfémben mindig kell legyen ferrit (a lágy ferrittől megkülönböztetve d - ferritnek nevezzük).



46

23

2010.11.24.

Melegrepedés elkerülése n

Korszerű a WRC – diagramon kell beállítani a varrat összetételét, annak az az FA tartományba kell esnie. Hegesztőanyag részaránya

X a hegesztőanyag részaránya Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


47

Melegrepedés elkerülése n

A Schaeffler diagramon az (4 – 8 %) 5 -10 % - os ferrit sávba kell essen a varrat eredő kémiai összetétele. Hegesztőanyag részaránya

X: a hegesztőanyag részaránya Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


48

24

2010.11.24.

Interkrisztallin korróziós hajlam Krómkarbid kiválása a szemcsehatáron (Cr23C6) Szenzibilizációs diagram: Elkerülése: • C – tartalom korlátozásával (C £ 0,03%) • Stabilizálással: Ti = (4 … 6 ) x C % Nb = (8…10) x C % • Hőkezeléssel: Ausztenites edzéssel: INTERKRISZTALLIN 1050 – 1100 ºC KORRÓZIÓRA ÉRZÉKENNYÉ Vízhűtés VÁLIK Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


49

Kiválások a hő hatására n n n n

n

n

Szigma fázis (σ-fázis), Khi fázis (c fázis), Laves fázis (h fázis), 475 °C – os elridegedés, Nitridek, karbidok kiválása, Delta ferrit kiválása az ausztenit szemcsén belül.



50

25

2010.11.24.

Szigma fázis (σ-fázis) n

n

n n

A 21 % feletti Cr tartalom esetén kiváló σ – fázis hosszú távú szilárdoldat rendeződés, amely rendkívül rideg. Ha az anyag érzékeny a σ – fázisra, akkor elkerülni nem tudjuk az adott hőmérséklet tartományban, csak úgy kerülhető el, ha az anyagot 500 – 800 ºC tartományban nem üzemeltetik tartósan. A 25/20-as acél érzékeny, Napjainkban inkább 25/20-as acélokban a Ni a 25 % és a Cr a 20 %.



51

Hegesztési problémák összesítve



52

26

2010.11.24.

A hegesztés szabályai n

n

n

Figyelembe kell venni a nagy hőtágulást, a rossz hővezető képességet, a rossz villamos vezetőképességet. Előmelegítés? Nem szükséges, sőt az előmelegítés krómkarbid kiválást is okozhat. Hegesztőanyag választás? A varrat eredő δ - ferrit tartalma 4 – 8 % (5 – 10 %) legyen a melegrepedés elkerülése érdekében.



53

A hegesztés szabályai n

n

Hőbevitel, hegesztési technika? n Kis hőbevitellel kell hegeszteni. Bevonatos elektródát szokás átmérőben „aláválasztani”. n A tisztaságra ügyelni kell. Csöveknél a gyökvédelemre is gondolni kell védőgázas hegesztéseknél. n Ívelés nélkül kell hegeszteni, a végkrátert vissza kell tölteni. Utólagos hőkezelés? Természetesen az utólagos hőkezelés is kiválásokhoz vezethet.



54

27

2010.11.24.

Új fejlesztésű korrózióálló acélok n n n

n n

Szuper ferrites acélok, Szuper ausztenites acélok, Kiválásosan keményíthető korrózióálló acélok, Duplex acélok, Szuper duplex acélok. PREN= Cr + 3,3Mo + 16N



55

Legújabb fejlesztések n

Szuper-ausztenites acélok: C= 0,02 - 0,035 % Cr=20 – 26 % Mo= 4 – 7 % Cu= 0,5 – 0,6 % „6MOLY” n

n

Ni= 18 – 40% N= 0,1 – 0,3 %

PREN= 30 – 36

INCONEL 625-el hegesztik ( ENiCrMo-3)

Szuper-ferrites acélok:

Inconel 625 C = 0,03% Ni = 60 % Cr = 20 % Mo = 8,5 % Nb = 3,5 %

C= 0,005 - 0,025% Cr=18 – 29 % Ni= 1 – 4 % Mo= 1 – 4 % Ti és (Ti + Nb) stabilizálás n

Saját anyaggal, vagy INCONEL 625-el hegesztik



56

28

2010.11.24.

Kiválásosan keményíthető korrózióálló acélok n

n

Kiválásosan keményíthető korrózióálló acélok (precipitation hardening): Martenzites, félausztenites és ausztenites szövetszerkezet, kiválásokkal: nitrid- és karbid vegyület fázisokkal. Ezek szilárdsága így jelentősen növelhető (Rm = 1200 - 1700 Mpa). 15-5PH, 17-4PH martenzites; 17-7PH félausztenites Cr-Ni. Ausztenites: 15-25-1 (Cr-Ni-Mo) Hegesztésük: Előmelegítés nélkül, illeszkedő hegesztőanyaggal, utólagos hőkezelés alapanyag szerint.



57

Hőálló acélok n

n

A hőállóság definíciója: Hőálló az acél adott hőmérsékleten, ha az oxidációs (revésedési) sebesség maximum 1 g/m2h de a hőmérséklet 50 ºC-os növelése esetén sem nagyobb, mint 2 g/m2h.

Típusok: Ferrites C ≤0,12 %, Cr =12 %, 18 %, 25 %, Félferrites Cr = 25 %, Ni = 4 %, Si = 1,5 %, Ausztenites 18/8-as, 25/20-as, 18/35-ös.



58

29

2010.11.24.

Hőálló acélok 1. n

n

Ferrites hőálló acélok X10 CrAlSi 7

800 ºC

X10 CrAlSi 13

850 ºC

X10 CrAlSi 18 X3 CrAlTi 18 – 2

1000 ºC 1000 ºC

Si= 0,5 – 1,0 % Al= 0,5 – 1,0 % Si= 0,7 – 1,4 % Al = 0,7 – 1,2 %

Ausztenites – ferrites hőálló acélok X15 CrNiSi 25 – 4


1100 ºC – ig Si = 0,8 – 1,5 % Korr. acélok hegesztése

59

Hőálló acélok 2. n

Ausztenites hőálló acélok X8 CrNiTi 18 – 10 X9 CrNiSiNCe 21 – 11 – 2

850 ºC - ig Si = 1,5 – 2,5 % Ce = 0,03 – 0,08% X8 CrNi 25 – 21 (σ- fázis érzékeny!) X12 NiCrSi 35 – 16 1150 ºC - ig X10 NiCrAlTi 32 – 21 X25 CrMnNiN 25 – 9 – 7 1150 ºC – ig X6 CrNiSiNCe 19 – 10 X10 NiCrSiNb 35 - 22 Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


60

30

2010.11.24.

Hőálló acélok hegesztése n

Hegeszteni az adott szövetszerkezetnek megfelelően kell, úgy mint a korrózióálló acélokat. n

n

Ferrites és félferrites acélokat: Előmelegítéssel, kombinált kötéssel, utólagos hőkezeléssel. Ausztenites acélokat Előmelegítés és utólagos hőkezelés nélkül, nagyobb δ - ferrit tartalommal (8-10% legyen a varratban mert a Si több ezekben az acélokban). A 25/20-as acél érzékeny a σ - fázisra!



61

Köszönöm a figyelmüket! Az előadása nagy részében, „dr. Bödök Károly: Az ötvözetlen, gyengén és erősen ötvözött szerkezeti acélok korrózióállósága, különös tekintettel azok hegeszthetőségére CORWELD Kft. Budapest, 1997.” című szakkönyv felhasználásával készült. Messer Hungarogáz Szakmai nap 2010


62

31

KORSZERŰ KORRÓZIÓÁLLÓ ACÉLOK HEGESZTÉSE

Recommend Documents