Nghiên cứu vấn đề nứt nóng khi hàn thép không gỉ và hợp kim chịu nhiệt

Thép không gỉ và chịu nhiệt, hợp kim chống ăn mòn được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như dầu khí, hóa chất, hàng không, hàng không vũ trụ, năng lượng hạt nhân, luyện kim, điện, vận tải, dệt may, và điện tử. Những vật liệu này được đánh giá cao về khả năng chống gỉ, chống ăn mòn, chống oxy hóa, và đặc tính chịu nhiệt độ cao. Tuy nhiên, hàn những vật liệu này đặt ra những thách thức đáng kể, đặc biệt với vết nứt nóng.

Các loại vết nứt nóng

Các vết nứt nóng trong hàn thường được chia thành ba loại:

1. vết nứt đông đặc:
   • Xảy ra trong kim loại mối hàn.
   • Hình thành ở những khu vực có nhiệt độ cao, nơi pha lỏng và rắn cùng tồn tại.
2. vết nứt hóa lỏng:
   • Xảy ra ở vùng ảnh hưởng nhiệt hoặc vùng gia nhiệt của mối hàn nhiều lớp.
   • Cũng hình thành ở những khu vực có nhiệt độ cao với các pha lỏng và rắn chịu áp lực nhiệt.
3. Vết nứt có độ dẻo thấp:
   • Xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn.
   • Xuất hiện ở vùng hạt thô của vùng ảnh hưởng nhiệt và không liên quan đến pha lỏng.

Nhạy cảm với các vết nứt đông đặc

Trong hàn thép không gỉ, vết nứt đông đặc là mối quan tâm lớn. Độ nhạy của các vết nứt này phụ thuộc vào hàm lượng delta ferrite. Các vết nứt ít có khả năng xảy ra khi hàm lượng ferit nằm trong khoảng 5% Và 20%. Tuy nhiên, khi nội dung vượt quá 40%, độ nhạy vết nứt tăng đáng kể. Để ngăn chặn các vết nứt đông đặc, thành phần hóa học của kim loại mối hàn có thể được điều chỉnh để duy trì hàm lượng ferit trong khoảng vài phần trăm.

Hợp kim dựa trên niken

Hợp kim gốc niken, chẳng hạn như Connickel 625 hoặc 718, có phạm vi nhiệt độ giòn rộng hơn so với Hastelloy X hoặc C-276, làm cho chúng nhạy cảm hơn với các vết nứt đông đặc. Những hợp kim này chứa nhiều Nb hơn, hình thành nên NbC, pha gamma (Ni3Nb), và pha Laves. Trong quá trình hàn, Các eutectic pha γ/NbC hoặc γ/Laves hình thành ở vùng hóa rắn cuối cùng, dẫn đến các vết nứt đông đặc do điểm nóng chảy thấp. Các nguyên tố như C và Si cũng làm tăng độ nhạy nứt. Ngoài ra, NbC không hòa tan trong vật liệu gốc có thể dẫn đến các vết nứt hóa lỏng ở bề mặt tiếp xúc γ/NbC.

Các yếu tố ảnh hưởng đến vết nứt nóng

Sự xuất hiện các vết nứt nóng trên thép không gỉ và thép chịu nhiệt, hợp kim chống ăn mòn bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố:

• Thành phần và cấu trúc hợp kim:
  • Thành phần và cấu trúc hợp kim vốn có của vật liệu là những yếu tố quan trọng.
• Bao gồm và các yếu tố chất tan:
  • Các yếu tố như P, S, Pb, Sn, và Zn tạo ra các chất có nhiệt độ nóng chảy thấp bao phủ các ranh giới hạt, gây ra vết nứt dưới biến dạng nhiệt nhỏ.
• Nội dung Ferrite:
  • Đối với mối hàn thép không gỉ austenite-ferit, Hàm lượng ferit ảnh hưởng đáng kể đến độ nhạy vết nứt.
• Tạp chất:
  • Trong mối hàn thép không gỉ austenite nguyên chất, hàm lượng P+S thấp hơn làm giảm độ nhạy cảm với các vết nứt nóng.
• Hình thành Eutectics:
  • Trong hợp kim gốc niken, các phần tử như Nb, C, và Si tạo thành eutectics có nhiệt độ nóng chảy thấp, tăng độ nhạy vết nứt. Các tạp chất như P và S ở ranh giới hạt cũng góp phần gây ra các vết nứt nóng.

Tóm lại, nứt nóng khi hàn inox và chịu nhiệt, hợp kim chống ăn mòn bị ảnh hưởng bởi thành phần hợp kim, yếu tố cấu trúc, sự bao gồm, nguyên tố tan, và tạp chất. Kiểm soát các yếu tố này có thể giúp giảm thiểu nguy cơ nứt nóng.