Suvirinimas 17-4PH nerūdijantis plienas Kaip išvengti įtrūkimų nuo kritulių kietėjančiuose lydiniuose

• 17-4PH turi būti suvirintas tirpalu-apdorotas + sendintas būklės -, niekada tik tirpalu-, kurio pailgėjimas yra tik 2,5 %
• Įkaitinkite iki mažiausiai 150–200 laipsnių (300–400 laipsnių F), kad išvengtumėte vandenilio sukelto šalto įtrūkimo
• Naudokite ER630 / E630 užpildą, kad sujungtumėte tvirtumą; ER309L, skirtas suvirinti{4}}nepanašų į anglinio plieno metalą
• Po-suvirinimo terminis apdorojimas (PWHT) yra privalomas - pilnas tirpalo apdorojimas 1040 laipsnių, po to sendinimas 480–620 laipsnių kampu, atkuria vienodas mechanines savybes
• Karšto krekingo priežastis yra vario segregacija grūdelių ribose; šaltąjį krekingą lemia martensitinė transformacija ir vandenilio trapumas
• GTAW (TIG) yra tinkamiausias suvirinimo procesas kritinėms reikmėms dėl mažo vandenilio kiekio ir tikslaus šilumos valdymo

Šaltiniai: ASTM A564-19a; AMS 5604L; ASM vadovas, tomas. 1; „Fushun Special Steel“ (2025 m.); MaterialWelding.com; Lincoln Electric ER630 duomenų lapas.

Kuo 17-4PH skiriasi nuo kitų nerūdijančio plieno?

17-4PH(UNS S17400, ASTM A564, 630 tipas) yra martensitinis kritulių -kietėjimas (PH) nerūdijantis plienas. Skirtingai nuo įprastų austenitinių klasių, tokių kaip 304 arba 316, kurių stiprumas gaunamas tik šalto apdirbimo būdu, 17-4PH mechaninės savybės pasiekiamos naudojant dviejų-pakopų terminį apdorojimą: tirpalo atkaitinimą ir senėjimą. Tai sukuria nuo 790 MPa iki daugiau nei 1300 MPa takumo ribą – maždaug 3–5 kartus daugiau nei atkaitinto 304 nerūdijančio plieno.

Pagrindinis metalurgijos skirtumas yra nano{0}}masto vario-turinčių dalelių nusodinimas senstant. Šios dalelės trukdo dislokaciniam judėjimui, padidindamos stiprumą nepraranddamos atsparumo korozijai, dėl kurio žinomas nerūdijantis plienas. Tačiau tas pats kritulių -kietėjimo mechanizmas sukuria unikalius suvirinimo - iššūkius, kurie, netinkamai valdomi, tiesiogiai sukelia įtrūkimus.

Cheminė sudėtis

Šaltinis: ASTM A564-19a, Standartinė karštai -valcuoto ir šalto-apdirbto senėjimo kietėjimo nerūdijančio plieno strypų ir formų specifikacija.

Kodėl 17-4PH įtrūksta suvirinimo metu?

Įtrūkimai 17-4PH suvirinimo siūlėse atsiranda dėl dviejų skirtingų mechanizmų – karštojo įtrūkimo, kurį sukelia vario atskyrimas, ir šalto įtrūkimo, kurį sukelia martensitinė transformacija, kartu su liekamuoju įtempimu ir vandeniliu. Supratimas, kuris mechanizmas dominuoja tam tikrame scenarijuje, yra pirmasis žingsnis prevencijos link.

Karštas krekingas (kietėjimo krekingas)

Suvirinimo siūlės kietėjimo metu karštas įtrūkimas atsiranda esant temperatūrai, kuri yra šiek tiek žemesnė už kietąjį sluoksnį. 17-4PH pagrindinis kaltininkas yra varis. Maždaug 4 % masės vario kietėjimo metu skystoje fazėje išlieka ilgiau nei aplinkinėje geležies -chromo matricoje. Taip išilgai grūdelių ribos susidaro daug Cu{7} skystų plėvelių – plėvelių, kurios negali prisitaikyti prie tempimo deformacijų, atsirandančių dėl suvirinimo siūlės susitraukimo. Rezultatas: tarpkristaliniai įtrūkimai, dažnai matomi suvirinimo paviršiuje arba suvirinimo vidurinėje linijoje.

Įrodymai: „Fushun Special Steel“ (2025 m. gruodžio mėn.) paskelbtame tyrime apie išcentrinio liejimo 17-4PH vamzdžių jungiamąsias detales (sienos storis φ1100 mm × 60 mm) buvo užfiksuota, kad suvirinant tirpalu -apdorota būklė -, kai pailgėjimas yra tik 2,5–23 H16, o kietumas yra 03 %. - susidarė šiluminiai įtrūkimai, susitelkę V formos griovelio suvirinimo zonoje.

Šaltasis krekingas (vandenilio{0}}sukeltas krekingas / HIC)

Šaltas įtrūkimas paprastai atsiranda praėjus kelioms valandoms ar net dienoms po suvirinimo. Tam reikalingos trys sąlygos vienu metu: jautri martensitinė mikrostruktūra, pakankamai difuzinio vandenilio ir liekamasis tempimo įtempis. 17-4PH yra labai jautrus, nes jo martensito pradžios temperatūra (Ms ≈ 132 laipsniai ) ir pabaigos temperatūra (Mf ≈ 32 laipsniai ) reiškia, kad suvirinimo siūlės temperatūra santykinai žemesnėje vietoje {4} virsta kieta. kur vandenilis gali pasklisti.

132 laipsnių Ms temperatūra yra ypač reikšminga: suvirinimo siūlė virsta martensitu, kai ji jau susitraukė ir sukaupė didelį liekamąjį įtempį. Šioje kietoje martensito matricoje įstrigęs vandenilis gali sukelti katastrofišką uždelstą įtrūkimą.

Įtrūkimų tipų palyginimas

Šaltiniai: Fushun Special Steel (2025); Sindo Kou, suvirinimo metalurgija (3 leidimas, Wiley, 2021 m.); AWS D1.6/D1.6M:2017, konstrukcinio suvirinimo kodas - nerūdijantis plienas.

Kokia yra tinkama išankstinė{0}}17-4PH suvirinimo būklė?

17-4PH turi būti suvirintas visiškai termiškai-apdorotas (tirpalas-atkaitintas + sendintas) -, niekada ne kaip-užgesintas, apdorotas tik tirpalu-. Šis vienintelis sprendimas yra svarbiausias veiksnys siekiant išvengti suvirinimo įtrūkimų.

Duomenys nedviprasmiški. Tik tirpalo -apdoroto-būkle (A sąlyga) 17-4PH pailgėja tik 2,5–3,5 %, o plotas sumažėja tik 6–7 %. Tai yra trapios medžiagos plastiškumo vertės. Esant šiluminiams suvirinimo įtempiams, trapus netaurieji metalai tiesiog negali deformuotis, kad prisitaikytų prie suvirinimo siūlės susitraukimo – atsiranda ir plinta įtrūkimai.

Priešingai, po apdorojimo tirpalu 1040 laipsnių kampu, o po to sendinant 520 laipsnių kampu, pailgėjimas padidėja iki 14,0–14,5 %, o plotas sumažėja iki 35–40 % -, o elastingumas pagerėja 5 kartus. Senstant 620 laipsnių temperatūroje (H1150 būklė), pailgėjimas siekia 15,0–18,5%.

Išankstinė-Suvirinimo sąlyga: plastiškumo palyginimas

Šaltinis: „Fushun Special Steel Co., Ltd.“, „17-4PH nerūdijančio plieno vamzdžių jungiamųjų detalių karštojo pjovimo ir suvirinimo įtrūkimų analizė“ (2025 m. gruodžio mėn.). Duomenys patikrinti pagal ASTM A564 reikalavimus.

Kurį užpildą turėtumėte naudoti 17-4PH suvirinimui?

Tinkamų tvirtumo{0}}jungčių standartinis pasirinkimas yra ER630 (GTAW / GMAW) arba E630 (SMAW). Skirtingiems-metalų suvirinimo siūlėms pirmenybė teikiama ER309L, nes jame yra ferito ir atsparumo skiedimo įtrūkimams.

Užpildo metalo pasirinkimo vadovas

Šaltiniai: AWS A5.9/A5.9M:2017 (Nerūdijančio plieno suvirinimo elektrodai ir strypai); AWS A5.4/A5.4M: 2012 (Dengti nerūdijančio plieno elektrodai); Lincoln Electric ER630 duomenų lapas; „Washington Alloy ER630“ techniniai duomenys.

Kokie suvirinimo procesai geriausiai tinka 17-4PH?

Dujinis volframo lankinis suvirinimas (GTAW/TIG) yra tinkamiausias procesas kritinėms 17-4PH reikmėms dėl mažo vandenilio kiekio, tikslaus šilumos valdymo ir aukščiausios suvirinimo kokybės. GMAW (MIG) ir SMAW (Stick) yra priimtini mažiau svarbioms programoms. Plazminis lankinis suvirinimas (PAW) tinka storoms sekcijoms.

Suvirinimo proceso palyginimas

Šaltiniai: AWS D1.6/D1.6M:2017; ASM vadovas Vol. 6 - Suvirinimas, litavimas ir litavimas; Sindo Kou, Suvirinimo metalurgija (3 leidimas, 2021 m.).

Šilumos tiekimo gairės

17-4PH šilumos tiekimas turi būti reguliuojamas iki 0,8–2,0 kJ/mm. Per didelis šilumos patekimas grubina HAZ grūdelių struktūrą ir padidina suminkštintos zonos plotį. Nepakankamas šilumos įvedimas gali sukelti susiliejimo trūkumą ir greitą aušinimo greitį, dėl kurio susidaro pernelyg kietas martensitas. Daugiatakių suvirinimo siūlių temperatūra turi būti ne didesnė kaip 200 laipsnių.

Šaltinis: MaterialWelding.com, „Kaip suvirinti 17-4PH nerūdijantį plieną: visas vadovas“; ASM vadovas, tomas. 6.

Kokios išankstinio pašildymo ir tarpinės temperatūros reikia?

Visiems 17-4PH suvirinimui būtinas minimalus 150 laipsnių (300 laipsnių F) pašildymas, kad būtų išvengta vandenilio sukelto šalto įtrūkimo. Storoms pjūviams ir plazminiam pjovimui iš anksto pašildyti poreikiai gerokai padidėja.

Išankstinio pašildymo reikalavimai pagal taikymą

Šaltiniai: AWS D1.6/D1.6M:2017; „Fushun Special Steel“ (2025 m.); MaterialWelding.com (2025).

Tarpinė temperatūra

Tarptakio temperatūra turi būti palaikoma tarp minimalaus įkaitinimo ir 200 laipsnių (maksimalaus). Jei tarpinio srauto temperatūra nukrenta žemiau minimalaus išankstinio pašildymo, prieš tęsdami vėl{2}}pašildykite. Jei jis viršija 200 laipsnių, leiskite ruošiniui atvėsti prieš nusodindami kitą kartą. Viršijus 200 laipsnių tarpą, kyla pavojus, kad HAZ grūdelių struktūra gali pablogėti ir pabloginti suvirinimo mechanines savybes.

Kuris po{0}}suvirinimo terminis apdorojimas (PWHT) pašalina įtrūkimų riziką?

Siekiant optimalių rezultatų, rekomenduojamas pilnas tirpalo apdorojimas 1040 laipsnių (1900 laipsnių F), po to kontroliuojamas aušinimas ir paskesnis sendinimas esant tikslinei eksploatavimo temperatūrai. Mažiau svarbiems tikslams gali pakakti vieno sendinimo 480–620 laipsnių kampu -, bet tik tuo atveju, jei iš anksto -suvirintas netaurieji metalai buvo visiškai pasenę.

Standartinis PWHT grafikas 17-4PH suvirinimui

Šaltinis: ASTM A564-19a; AMS 5604L; ASM vadovas Vol{2}} terminis apdorojimas; Jacquet Metals 17-4PH techninis duomenų lapas (2025).

PWHT sprendimų matrica

Šaltiniai: ASTM A564-19a; NACE MR0175/ISO 15156-3 (skirta H₂S paslaugai); ASM vadovas, tomas. 4.

Kuo 17-4PH suvirinimas lyginamas su kitais PH nerūdijančiais plienais?

17-4PH siūlo geriausią kainos, prieinamumo ir suvirinamumo pusiausvyrą tarp kritulių-kietėjančio nerūdijančio plieno. 15-5PH užtikrina puikų skersinį atsparumą storoms pjūviams, o 13-8Mo – aukščiausią stiprumo ir kietumo santykį aviacijos ir kosmoso reikmėms.

Šaltiniai: ASTM A564-19a; AMS 5604L, AMS 5659, AMS 5629, AMS 5528; ASM vadovo tomas{5}} ypatybės ir pasirinkimas; „Seather Technology“, „17–4 PH vs 15–5 PH nerūdijantis plienas“ (2026).

Dažnai užduodami klausimai

Kl.: Ar galite suvirinti 17-4PH gavimo (sąlyga A) būsenoje?

A: Ne - ir tai yra dažniausia 17-4PH suvirinimo įtrūkimų priežastis. Būklė A (tik apdorota tirpalu) pailgėjimas yra tik 2,5–3,5 %, todėl medžiaga yra per trapi, kad atlaikytų suvirinimo įtempius. Visada pasendinkite medžiagą prieš suvirinimą (minimalus pailgėjimas Didesnis arba lygus 14%) arba atlikite pilną apdorojimą tirpalu + sendinkite po suvirinimo, jei gamybai reikalingas A sąlygos formavimas.

Kl .: Kokį užpildą turėčiau naudoti norint suvirinti 17-4PH prie anglinio plieno?

A: Naudokite ER309L (GTAW/GMAW) arba E309L (SMAW). ER309L sudėtyje yra maždaug 24 % Cr ir 13 % Ni, todėl yra pakankamai ferito (8–12 %), kad būtų atsparus skiedimo įtrūkimams, kai 17-}4PH ir anglinis plienas susimaišo suvirinimo baseine. Nenaudokite ER630 skirtingoms siūlėms - dėl praskiestos cheminės medžiagos gali susidaryti įtrūkimams jautri kompozicija.

Kl.: Ar 17-4PH iš anksto pašildymas tikrai būtinas?

A: Taip - pašildymas iki 150–200 laipsnių yra privalomas siekiant išvengti įtrūkimų. Be išankstinio pašildymo, suvirinimo siūlė ir HAZ greitai atvėsta iki žemesnės nei Ms temperatūros (132 laipsnių), sudarydami kietą, trapų martensitą, kuris sulaiko vandenilį. Greitas aušinimas taip pat sukuria didelį liekamąjį tempimo įtempį. Šie trys veiksniai - kietasis martensitas, įstrigęs vandenilis ir tempiamasis įtempis - yra klasikinė triguba šaltojo įtrūkimo sąlyga.

Kl.: Ar galiu praleisti po{0}}suvirinimo siūlės terminio apdorojimo, jei suvirinimo siūlė praeina vizualiai?

A: Ne. Net jei suvirintoje siūlėje nėra defektų, suvirintoje mikrostruktūroje yra neapdoroto martensito, kurio kietumas yra didelis (galbūt > 45 HRC) ir mažas. PWHT yra būtinas norint: (1) grūdinti martensitą, (2) nusodinti varį, kad atkurtų stiprumą, ir (3) sumažinti liekamuosius suvirinimo įtempius. Praleidus PWHT, jungtis gali uždelsti įtrūkimai ir trapus eksploatacijos gedimas.

K: Kuo skiriasi H900 ir H1150 suvirintam 17-4PH?

A: H900 (senstanti 482 laipsniais / 900 laipsnių F) užtikrina maksimalų stiprumą (1310 MPa UTS, 40–47 HRC), bet mažesnis atsparumas ir lankstumas - paprastai nerekomenduojamas suvirintoms konstrukcijoms, nes žema senėjimo temperatūra nepakankamai grūdina suvirinto martensito. H1150 (621 laipsnio / 1150 laipsnių F) pasižymi mažesniu stiprumu (1005 MPa UTS, 28–37 HRC), bet žymiai geresniu kietumu, lankstumu ir atsparumu įtempiams korozijai įtrūkimams -, todėl tai yra pageidaujama suvirintų gaminių, slėginių indų ir komponentų H5MRS01 (NACEMRS01) būklė.

Klausimas: Ar 17-4PH gali būti suvirintas prie 304 arba 316 nerūdijančio plieno?

A: Taip, naudojant ER309L užpildą. Suvirinimo siūlės stiprumas bus mažesnis nei 17-4PH netauriojo metalo (atitinka 304/316 pusę), bet puikus atsparumas korozijai. Tais atvejais, kai reikalingas visas 17-4PH stiprumas abiejose jungties pusėse, naudokite ER630 ir suprojektuokite jungtį taip, kad būtų izoliuotas nevienodo metalo perėjimas.

Kl .: Kodėl suvirinimo metu 17-4PH įtrūksta daugiau nei 304 nerūdijantis plienas?

A: 304 yra austenitinis nerūdijantis plienas su FCC kristalų struktūra, kuris išlieka plastiškas nuo kambario temperatūros iki lydymosi temperatūros - jame nėra kietosios -fazės transformacijos. 17-4PH aušinimo metu vyksta martensitinė transformacija (austenitas → martensitas, pradedant nuo 132 laipsnių), o tai sukuria vidinį įtempį3, (tai 1% tūrio): (2) kieta BCT martensito fazė, jautri vandenilio trapumui, ir (3) Cu segregacija kietėjimo metu. Dėl šių trijų veiksnių - nėra 304 -, todėl 17-4PH yra linkęs įtrūkti.