P: Nedavno smo počeli raditi na nekim poslovima koji zahtijevaju da neke komponente budu izrađene prvenstveno od nehrđajućeg čelika klase 304, koji je zavaren sam za sebe i za meki čelik. Imali smo problema s pucanjem na zavarenim spojevima nehrđajućeg čelika s nehrđajućim čelikom debljine do 3,8 cm. Spomenuto je da imamo nizak broj ferita. Možete li objasniti šta je to i kako to popraviti?
O: Ovo je dobro pitanje. Da, možemo vam pomoći da shvatite šta znači nizak broj ferita i kako to spriječiti.
Prvo, pogledajmo definiciju nehrđajućeg čelika (SS) i kako se ferit odnosi na zavarene spojeve. Crni čelik i legure sadrže više od 50% željeza. To uključuje sve ugljične i nehrđajuće čelike i druge definirane grupe. Aluminij, bakar i titan ne sadrže željezo, tako da su odlični primjeri legura obojenih metala.
Glavne komponente ove legure su ugljični čelik s najmanje 90% željeza i nehrđajući čelik (SS) s 70 do 80% željeza. Da bi se klasificirala kao nehrđajući čelik, mora imati najmanje 11,5% dodanog hroma. Nivoi hroma iznad ovog minimalnog praga potiču stvaranje filmova hromovog oksida na čeličnim površinama i sprječavaju stvaranje oksidacije poput hrđe (željezni oksid) ili korozije uzrokovane kemijskim djelovanjem.
Nehrđajući čelik (SS) se uglavnom dijeli u tri grupe: austenit, ferit i martenzit. Naziv im dolazi od kristalne strukture na sobnoj temperaturi koja ih čini. Druga uobičajena grupa su dupleks nehrđajući čelik (SS), koji predstavlja ravnotežu između ferita i austenita u kristalnoj strukturi.
Austenitne klase, serija 300, sadrže 16% do 30% hroma i 8% do 40% nikla, formirajući pretežno austenitnu kristalnu strukturu. Da bi se podstaklo formiranje odnosa austenita i ferita, tokom procesa proizvodnje čelika dodaju se stabilizatori poput nikla, ugljika, mangana i dušika. Neke uobičajene klase su 304, 316 i 347. Nudi dobru otpornost na koroziju; prvenstveno se koristi u prehrambenoj, hemijskoj, farmaceutskoj i kriogenoj industriji. Kontrola formiranja ferita pruža odličnu žilavost na niskim temperaturama.
Feritni nehrđajući čelik je klasa serije 400 koja je potpuno magnetska, sadrži 11,5% do 30% hroma i ima pretežno feritnu kristalnu strukturu. Da bi se podstaklo stvaranje ferita, stabilizatori uključuju hrom, silicijum, molibden i niobijum tokom proizvodnje čelika. Ove vrste nehrđajućeg čelika se obično koriste u automobilskim ispušnim sistemima i elektranama i imaju ograničenu primjenu na visokim temperaturama. Nekoliko često korištenih tipova su 405, 409, 430 i 446.
Martenzitne klase, također identificirane serijom 400 kao što su 403, 410 i 440, su magnetske, sadrže 11,5% do 18% hroma i imaju martenzit kao kristalnu strukturu. Ova kombinacija ima najniži sadržaj zlata, što ih čini najjeftinijima za proizvodnju. Pružaju određenu otpornost na koroziju; odličnu čvrstoću; i često se koriste u posuđu, stomatološkoj i hirurškoj opremi, posuđu i određenim vrstama alata.
Prilikom zavarivanja nehrđajućeg čelika, vrsta podloge i njena primjena u radu odredit će odgovarajući dodatni metal koji će se koristiti. Ako koristite proces zaštite plinom, možda ćete morati obratiti posebnu pažnju na smjese zaštitnih plinova kako biste spriječili određene probleme povezane sa zavarivanjem.
Za lemljenje čelika 304 sam za sebe, trebat će vam elektroda E308/308L. "L" označava nizak sadržaj ugljika, što pomaže u sprječavanju interkristalne korozije. Ove elektrode imaju sadržaj ugljika ispod 0,03%; sve iznad ovoga povećava rizik od taloženja ugljika na granicama zrna i kombiniranja s kromom u stvaranje kromovih karbida, što efektivno smanjuje otpornost čelika na koroziju. To postaje očigledno ako se korozija pojavi u zoni utjecaja topline (HAZ) zavarenih spojeva od nehrđajućeg čelika. Još jedno razmatranje za nehrđajući čelik klase L je da imaju nižu zateznu čvrstoću na povišenim radnim temperaturama od direktnih nehrđajućih čelika.
Budući da je 304 austenitni tip nehrđajućeg čelika, odgovarajući metal zavara će sadržavati većinu austenita. Međutim, sama elektroda će sadržavati feritni stabilizator, poput molibdena, kako bi se potaknulo stvaranje ferita u metalu zavara. Proizvođači obično navode tipičan raspon količina ferita za metal zavara. Kao što je ranije spomenuto, ugljik je jak austenitni stabilizator i iz tih razloga je ključno spriječiti njegovo dodavanje metalu zavara.
Feritni brojevi su izvedeni iz Schaefflerovog dijagrama i WRC-1992 dijagrama, koji koriste formule ekvivalentne niklu i hromu za izračunavanje vrijednosti, koje kada se prikažu na dijagramu daju normalizovani broj. Feritni broj između 0 i 7 odgovara volumskom procentu feritne kristalne strukture prisutne u metalu zavara; međutim, pri većim procentima, feritni broj se povećava brže. Imajte na umu da ferit u nehrđajućem čeliku nije isti kao ferit ugljičnog čelika, već faza koja se naziva delta ferit. Austenitni nehrđajući čelik nema fazne transformacije povezane s procesima na visokim temperaturama kao što je termička obrada.
Formiranje ferita je poželjno jer je duktilniji od austenita, ali se mora kontrolisati. Nizak broj ferita može proizvesti zavare s odličnom otpornošću na koroziju u nekim primjenama, ali je izuzetno sklon vrućim pukotinama tokom zavarivanja. Za opšte uslove upotrebe, broj ferita treba da bude između 5 i 10, ali za neke primjene mogu biti potrebne niže ili više vrijednosti. Feriti se mogu lako provjeriti na poslu pomoću indikatora ferita.
Budući da ste spomenuli da imate problema s pucanjem i nizak broj ferita, trebate pažljivo pogledati svoj dodatni metal i uvjeriti se da proizvodi dovoljno ferita - oko 8 bi trebalo pomoći. Također, ako koristite zavarivanje punjenom žicom (FCAW), ovi dodatni metali obično koriste zaštitni plin od 100% ugljičnog dioksida ili smjesu od 75% argona i 25% CO2, što može uzrokovati unos ugljika u zavar. Možda biste željeli preći na proces zavarivanja plinom i metalom (GMAW) i koristiti smjesu od 98% argona i 2% kisika kako biste smanjili mogućnost nakupljanja ugljika.
Za zavarivanje nehrđajućeg čelika s ugljičnim čelikom morate koristiti dodatni materijal E309L. Ovaj dodatni materijal se posebno koristi za zavarivanje različitih metala i formira određenu količinu ferita nakon što se ugljični čelik razrijedi u zavaru. Budući da će ugljični čelik apsorbirati određenu količinu ugljika, feritni stabilizatori se dodaju dodatnom materijalu kako bi se suprotstavili tendenciji ugljika da formira austenit. Ovo će pomoći u sprječavanju termičkog pucanja prilikom zavarivanja.
Ukratko, ako želite eliminirati vruće pukotine na zavarenim spojevima od austenitnog nehrđajućeg čelika, provjerite odgovarajuću količinu feritnog dodatnog materijala i slijedite dobre prakse zavarivanja. Održavajte unos topline ispod 50 kJ/inch, održavajte umjerene do niske međuslojne temperature i osigurajte da su lemljeni spojevi bez ikakve kontaminacije prije lemljenja. Koristite odgovarajući mjerač za provjeru količine ferita na zavarenom spoju, ciljajući na 5 do 10.
WELDER, ranije poznat kao Practical Welding Today, predstavlja stvarne ljude koji proizvode proizvode koje koristimo i s kojima radimo svaki dan. Ovaj časopis služi zajednici zavarivača u Sjevernoj Americi već preko 20 godina.
Sada s punim pristupom digitalnom izdanju časopisa The FABRICATOR, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Digitalno izdanje časopisa The Tube & Pipe Journal sada je u potpunosti dostupno, omogućavajući jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Iskoristite puni pristup digitalnom izdanju časopisa STAMPING, koji pruža najnovija tehnološka dostignuća, najbolje prakse i vijesti iz industrije za tržište štancanja metala.
Sada s punim pristupom digitalnom izdanju časopisa The Fabricator en Español, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.