Otázka: Nedávno jsme začali s prací, která vyžaduje, aby některé součásti byly vyrobeny převážně z nerezové oceli třídy 304, která je svařována sama k sobě a s nízkouhlíkovou ocelí. Vyskytly se nám problémy s praskáním u svarů nerezové oceli s nerezovou ocelí o tloušťce až 3,8 cm. Bylo zmíněno, že máme nízký počet feritů. Můžete vysvětlit, co to je a jak to opravit?
A: To je dobrá otázka. Ano, můžeme vám pomoci pochopit, co znamená nízký počet feritů a jak tomu předcházet.
Nejprve si zopakujeme definici nerezové oceli (SS) a jak se ferit vztahuje ke svarovým spojům. Černá ocel a slitiny obsahují více než 50 % železa. To zahrnuje všechny uhlíkové a nerezové oceli a další definované skupiny. Hliník, měď a titan železo neobsahují, takže jsou vynikajícími příklady neželezných slitin.
Hlavními složkami této slitiny jsou uhlíková ocel s alespoň 90 % železa a nerezová ocel se 70 až 80 % železa. Aby byla klasifikována jako nerezová ocel, musí mít přidaných alespoň 11,5 % chromu. Hladiny chromu nad touto minimální hranicí podporují tvorbu filmů oxidu chromu na ocelových površích a zabraňují oxidaci, jako je rez (oxid železa) nebo koroze způsobená chemickým napadením.
Nerezové oceli (SS) se dělí hlavně do tří skupin: austenit, ferit a martenzit. Jejich název pochází z krystalové struktury, která je tvoří při pokojové teplotě. Další běžnou skupinou jsou duplexní nerezové oceli, které představují rovnováhu mezi feritem a austenitem v krystalové struktuře.
Austenitické jakosti, řada 300, obsahují 16 % až 30 % chromu a 8 % až 40 % niklu, čímž tvoří převážně austenitickou krystalovou strukturu. Pro podporu tvorby austenito-feritového poměru se během procesu výroby oceli přidávají stabilizátory, jako je nikl, uhlík, mangan a dusík. Mezi běžné jakosti patří 304, 316 a 347. Nabízejí dobrou odolnost proti korozi; používají se především v potravinářství, chemických službách, farmaceutických a kryogenních aplikacích. Kontrola tvorby feritu poskytuje vynikající houževnatost při nízkých teplotách.
Feritická nerezová ocel je plně magnetická ocel řady 400, která obsahuje 11,5 % až 30 % chromu a má převážně feritickou krystalovou strukturu. Pro podporu tvorby feritu se během výroby oceli přidávají stabilizátory, jako je chrom, křemík, molybden a niob. Tyto typy nerezových ocelí se běžně používají ve výfukových systémech automobilů a elektrárnách a mají omezené využití při vysokých teplotách. Mezi běžně používané typy patří 405, 409, 430 a 446.
Martenzitické oceli, označované také řadou 400, jako například 403, 410 a 440, jsou magnetické, obsahují 11,5 % až 18 % chromu a mají martenzit jako krystalovou strukturu. Tato kombinace má nejnižší obsah zlata, což z nich činí nejméně nákladné na výrobu. Poskytují určitou odolnost proti korozi, vynikající pevnost a běžně se používají ve stolním nádobí, zubním a chirurgickém vybavení, kuchyňském náčiní a některých typech nástrojů.
Při svařování nerezové oceli určí typ substrátu a jeho použití v provozu vhodný přídavný materiál. Pokud používáte proces ochranného plynu, může být nutné věnovat zvláštní pozornost směsím ochranných plynů, abyste předešli určitým problémům souvisejícím se svařováním.
K pájení oceli 304 k sobě budete potřebovat elektrodu E308/308L. „L“ znamená nízký obsah uhlíku, což pomáhá předcházet mezikrystalové korozi. Tyto elektrody mají obsah uhlíku pod 0,03 %; cokoli nad tímto obsahem zvyšuje riziko vysrážení uhlíku na hranicích zrn a jeho kombinace s chromem za vzniku karbidů chromu, což účinně snižuje odolnost oceli proti korozi. To se projeví, pokud dojde ke korozi v tepelně ovlivněné zóně (HAZ) svařovaných spojů z nerezové oceli. Dalším faktorem, který je třeba u nerezové oceli třídy L zvážit, je, že má nižší pevnost v tahu při zvýšených provozních teplotách než nerezové oceli s přímým spojem.
Protože 304 je austenitický typ nerezové oceli, bude odpovídající svarový kov obsahovat většinu austenitu. Samotná elektroda však bude obsahovat feritový stabilizátor, jako je molybden, který podporuje tvorbu feritu ve svarovém kovu. Výrobci obvykle uvádějí typický rozsah množství feritu pro svarový kov. Jak již bylo zmíněno, uhlík je silný austenitický stabilizátor a z těchto důvodů je zásadní zabránit jeho přidávání do svarového kovu.
Feritová čísla jsou odvozena ze Schaefflerova diagramu a diagramu WRC-1992, které k výpočtu hodnoty využívají ekvivalentní vzorce pro nikl a chrom. Hodnota je po vynesení do diagramu normalizovaná. Feritové číslo mezi 0 a 7 odpovídá objemovému procentu feritové krystalové struktury přítomné ve svarovém kovu; při vyšších procentech se však feritové číslo zvyšuje rychleji. Nezapomeňte, že ferit v nerezové oceli není totéž co ferit uhlíkové oceli, ale fáze nazývaná delta ferit. Austenitická nerezová ocel nepodléhá žádným fázovým transformacím spojeným s vysokoteplotními procesy, jako je tepelné zpracování.
Tvorba feritu je žádoucí, protože je tvárnější než austenit, ale musí být kontrolována. Nízký počet feritů může v některých aplikacích vytvořit svary s vynikající odolností proti korozi, ale je extrémně náchylný k tvorbě trhlin za tepla během svařování. Pro běžné podmínky použití by počet feritů měl být mezi 5 a 10, ale pro některé aplikace mohou být vyžadovány nižší nebo vyšší hodnoty. Ferity lze snadno ověřit na pracovišti pomocí feritového indikátoru.
Protože jste zmínil/a, že máte problémy s praskáním a nízký počet feritů, musíte se pečlivě podívat na svůj přídavný materiál a ujistit se, že produkuje dostatečný počet feritů – kolem 8 by mělo pomoci. Také pokud používáte svařování plněnou trubičkou (FCAW), tyto přídavné materiály obvykle používají ochranný plyn se 100% oxidem uhličitým nebo směs 75% argonu a 25% CO2, což může způsobit absorpci uhlíku ve svarovém kovu. Možná budete chtít přejít na proces svařování v plynné atmosféře (GMAW) a použít směs 98% argonu a 2% kyslíku, abyste snížili možnost zachycení uhlíku.
Pro svařování nerezové oceli s uhlíkovou ocelí je nutné použít přídavný materiál E309L. Tento přídavný materiál se používá speciálně pro svařování odlišných kovů a po zředění uhlíkové oceli ve svarovém spoji tvoří určité množství feritu. Protože uhlíková ocel absorbuje určité množství uhlíku, přidávají se do přídavného materiálu feritové stabilizátory, které působí proti tendenci uhlíku tvořit austenit. To pomáhá předcházet tepelnému praskání při svařování.
Stručně řečeno, pokud chcete eliminovat horké trhliny na austenitických svarových spojích z nerezové oceli, ověřte dostatečné množství feritového přídavného materiálu a dodržujte správné svařovací postupy. Udržujte tepelný příkon pod 50 kJ/palec, udržujte střední až nízké mezivrstvé teploty a před pájením se ujistěte, že pájené spoje neobsahují žádnou kontaminaci. K ověření množství feritu na svarovém spoji použijte vhodný měřič, s cílem dosáhnout 5 až 10.
WELDER, dříve Practical Welding Today, představuje skutečné lidi, kteří vyrábějí produkty, které používáme a s nimiž pracujeme každý den. Tento časopis slouží svářečské komunitě v Severní Americe již více než 20 let.
Nyní s plným přístupem k digitálnímu vydání časopisu The FABRICATOR máte snadný přístup k cenným oborovým zdrojům.
Digitální vydání časopisu The Tube & Pipe Journal je nyní plně dostupné a poskytuje snadný přístup k cenným oborovým zdrojům.
Získejte plný přístup k digitálnímu vydání časopisu STAMPING Journal, který nabízí nejnovější technologický pokrok, osvědčené postupy a novinky z oboru lisování kovů.
Nyní s plným přístupem k digitálnímu vydání časopisu The Fabricator en Español máte snadný přístup k cenným oborovým zdrojům.