اخبار شرکت ترکیدن پس از درمان گرما؟ تله پنهان ترک مجدد جوش

01 تعاریف

فولادهای پر استحکام و سوپرآلیاژها حاوی عناصر تقویت‌کننده رسوبی (Al، Ti، Nb) – از جمله فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا، فولادهای مقاوم در برابر حرارت پرلیتی، سوپرآلیاژهای تقویت‌شده با رسوب و برخی از فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی – ممکن است در طول عملیات حرارتی پس از جوش، ترک‌های تسکین تنش (ترک‌های SR) ایجاد کنند، حتی اگر در ابتدا هیچ ترکی وجود نداشته باشد. به طور مشابه، برخی از سازه‌های جوش داده شده ممکن است در طول سرویس طولانی‌مدت در دمای بالا (به عنوان مثال، 500-600 درجه سانتی‌گراد) ترک‌هایی ایجاد کنند. در عمل مهندسی، این ترک‌ها – که در طول هر دو عملیات تسکین تنش و بهره‌برداری از سرویس رخ می‌دهند – به طور جمعی ترک‌های گرم‌شدگی مجدد نامیده می‌شوند.

02 ویژگی‌های اصلی ترک‌های گرم‌شدگی مجدد

(1) ترک خوردگی مجدد فقط در جوش‌های فلزی حاوی عناصر تقویت‌کننده رسوبی رخ می‌دهد و فولاد کربنی و مواد فلزی تقویت‌کننده محلول جامد معمولاً ترک خوردگی مجدد ایجاد نمی‌کنند.

(2) یک محدوده دمایی حساس وجود دارد که به دمای گرم‌شدگی مجدد و زمان آن مربوط می‌شود. محدوده حساس فولاد کم آلیاژ حدود 500 تا 700 درجه سانتی‌گراد است و محدوده حساس فولاد زنگ‌نزن آستنیتی و فولاد آلیاژی با دمای بالا 700 تا 900 درجه سانتی‌گراد است.

(3) مرز دانه آستنیت درشت دانه در ناحیه تحت تأثیر حرارت در امتداد خط جوش در سمت ماده پایه گسترش می‌یابد و ترک خوردگی بین دانه‌ای مشاهده می‌شود.

(4) باید تنش پسماند زیاد و تمرکز تنش در ناحیه جوش وجود داشته باشد.

03 عوامل موثر بر ترک خوردگی مجدد

(1) محتوای عناصر تشکیل‌دهنده کاربید (Cr، Mo، V، Ti، Nb) تأثیر قابل توجهی دارد. به عنوان مثال، محتوای V در فولاد مقاوم در برابر حرارت پرلیت، حساسیت ترک SR را به شدت افزایش می‌دهد.

(2) سرعت و زمان گرمایش بر محدوده دمایی حساس فولادهای مختلف تأثیر می‌گذارد.

(3) اندازه دانه تأثیر قابل توجهی بر تمایل به ترک خوردگی مجدد دارد، هرچه اندازه دانه بزرگتر باشد، تمایل بیشتر است.

(4) تفاوت در روش‌های جوشکاری: جوشکاری با ورودی حرارت زیاد تمایل به ایجاد درشتی دانه دارد و تمایل به ترک خوردگی مجدد جوشکاری زیر پودری بیشتر از جوشکاری قوس الکترود در گریدهای فولادی حساس به رشد دانه است، در حالی که تمایل به سخت شدن در گریدهای فولادی با تمایل به سخت شدن زیاد بیشتر است.

04 اقدامات پیشگیرانه در برابر ترک‌های گرم‌شدگی مجدد

(1) انتخاب مواد جوشکاری منطبق با استحکام کم;

(2) کنترل سرعت خنک‌سازی با استفاده از پیش‌گرمایش یا پس‌گرمایش;

(3) اجتناب از محدوده دمایی حساس یا کوتاه کردن زمان اقامت;

(4) کاهش تنش پسماند و اجتناب از تمرکز تنش;

(5) برخی از آلیاژها (به عنوان مثال، Incoloy 800HT که برای دماهای ≥538 درجه سانتی‌گراد طراحی شده است) نیاز به عملیات حرارتی تثبیت‌کننده پس از جوش دارند;

(6) آزمایش غیر مخرب باید به مواد با تمایل به ترک خوردگی مجدد پس از عملیات حرارتی اضافه شود.

05 مواد حساس به ترک خوردگی مجدد

15MnVR، 15MnNbR، 18MnMoNbR، 13MnMoNbR، 07MnCrMoVR، 07MnNiMoVDR، 17Cr1Mo1V و فولاد ژاپنی CF-62.

توجه: ترک‌های گرم‌شدگی مجدد، که پنهان هستند و می‌توانند به راحتی باعث حوادث ناگهانی شوند، ممکن است در طول عملیات حرارتی یا سرویس رخ دهند. طراحان، تولیدکنندگان و بازرسان مخازن تحت فشار باید از قبل خطرات ترک خوردگی مجدد را ارزیابی کرده و برنامه‌های پیشگیری و کنترل را توسعه دهند.

ترک خوردگی مجدد ناشی از عملیات حرارتی پس از جوش (به عنوان مثال، عملیات حرارتی تسکین تنش) است و عناصر Cr، Mo، V، Nb، Ti در فولاد تمایل به ترک خوردگی مجدد را تشدید می‌کنند.

06 مکانیسم ترک خوردگی مجدد

ترک خوردگی مجدد از هسته‌زایی ریزترک‌ها ناشی از لغزش ترجیحی مرزهای دانه ناشی می‌شود و مرز دانه ضعیف شده و دانه در عملیات حرارتی پس از جوش تقویت می‌شود.

(1) نظریه پیوند شیمیایی ضعیف در مرزهای دانه

عناصر ناخالص (به عنوان مثال، P، S) به دلیل جداسازی در مرزهای دانه شکننده هستند، در حالی که کربن/نیترید Cr، Mo، V، Nb و سایر عناصر با رسوب در دانه در طول گرمایش ثانویه تقویت می‌شوند. تغییر شکل تسکین تنش در مرزهای دانه متمرکز می‌شود و ترک ناشی از پلاستیسیته ناکافی است.

(2) نظریه تقویت درون بلوری (نظریه ترک خوردگی حالت)

رسوب درجا فاز تقویت‌کننده (کاربید کروم، وانادیوم، تیتانیوم، نیوبیم و غیره) در ناحیه نابجایی، تغییر شکل درون کریستالی را مهار می‌کند، تسکین تنش توسط مرز دانه تحمل می‌شود و تمرکز تنش منجر به ترک می‌شود.

(3) نظریه شکست خزش

رشد ترک در امتداد مرزهای دانه با تجمع آسیب خزش در طول فرآیند تسکین تنش تسریع می‌شود.

07 فرمول شناسایی حساسیت به ترک خوردگی مجدد

عوامل اصلی موثر بر ترک خوردگی مجدد، ترکیب شیمیایی فولاد (که مستقیماً بر پلاستیسیته ناحیه درشت دانه تأثیر می‌گذارد) و تنش پسماند در ناحیه جوش (به ویژه ناحیه تمرکز تنش) است.

△G＝Cr＋3.3Mo＋8.1V＋10C－2

وقتی △G<1.5، ترک خوردگی مجدد حساس نیست;

وقتی 1.5<△G<2، به طور کلی است;

وقتی △G>2، ترک خوردگی مجدد حساس است.

08 تجزیه و تحلیل کارشناسی

1: در طول عملیات حرارتی پس از جوش یا سرویس در دمای بالا، اتصالات جوش داده شده محدود ممکن است در مناطق تحت تأثیر حرارت خود دچار 'ترک‌های گرم‌شدگی مجدد' (که 'ترک‌های تسکین تنش' نیز نامیده می‌شوند) شوند. از نظر تاریخی، این ترک‌ها برای اولین بار توسط مهندسان نیروگاه در فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی شناسایی شدند. مطالعات متالورژیکی ارتباط نزدیک آنها را با رسوبات درون کریستالی تأیید می‌کند. اساساً، این رسوبات داخل دانه را تقویت می‌کنند و باعث می‌شوند کرنش مورد نیاز برای تسکین تنش به مرزهای دانه منتقل شود، در نتیجه شکل‌پذیری خزش کاهش می‌یابد و باعث شکست مرز می‌شود. این مکانیسم ترک خوردگی، به ویژه در مورد عوامل ریزساختاری و ترکیبی که بر تشکیل آن تأثیر می‌گذارند، هنوز به طور ناقص درک شده است.

2: تقویت رسوب مرز دانه تنها بخشی از علت را توضیح می‌دهد. اندازه دانه خیلی بزرگ است که منجر به تخریب شکل‌پذیری خزش و تجمع رسوب مرز دانه می‌شود. علاوه بر این، انقباض جوش، دانه درشت، لغزش مرز دانه را مهار می‌کند، افزایش ضخامت مواد و فرآیند جوشکاری وحشیانه تمایل به ترک را تشدید می‌کند.

دو نوع ترک خوردگی مجدد:

1) جوش در ابتدا ترک نخورد، اما در طول عملیات حرارتی تسکین تنش پس از جوش، ترک‌هایی ظاهر شد. این ترک‌ها، حساسیت به ترک خوردگی تسکین تنش (حساسیت به ترک خوردگی SR) نامیده می‌شوند.

2) پس از جوشکاری هیچ ترکی یافت نشد، اما پس از سرویس طولانی‌مدت در دمای معین ایجاد شدند.

ویژگی‌های ترک خوردگی مجدد:

1) منحصراً در جوش‌های فلزی حاوی عناصر تقویت‌کننده رسوب (Ti، Al) رخ می‌دهد.

2) فقط در یک محدوده دمایی معین رخ می‌دهد و ترک خوردگی مجدد به دمای گرم‌شدگی مجدد و زمان آن مربوط می‌شود، یک محدوده دمایی حساس برای ترک خوردگی مجدد وجود دارد. برای فولاد کم آلیاژ عمومی، محدوده دما حدود 500 تا 700 درجه سانتی‌گراد است. برای فولاد زنگ‌نزن آستنیتی و برخی از فولادهای آلیاژی با دمای بالا، محدوده دما 700 تا 900 درجه سانتی‌گراد است.

3) ترک در امتداد مرز دانه آستنیت در سمت جوش گسترش می‌یابد و جهت ترک بین دانه‌ای است.

4) باید تنش پسماند و تمرکز تنش در ناحیه جوش وجود داشته باشد.

مکانیسم تشکیل ترک خوردگی مجدد، اثر تضعیف رسوب ناخالصی در مرز دانه و اثر تقویت رسوب داخلی دانه است.