D: Recentemente abbiamo iniziato a lavorare su alcuni componenti che richiedono la realizzazione di componenti principalmente in acciaio inossidabile 304, saldato tra loro e con acciaio dolce. Abbiamo riscontrato alcuni problemi di cricche di saldatura tra acciaio inossidabile e acciaio inossidabile fino a 3,25 cm di spessore. È stato segnalato un basso livello di ferrite. Potete spiegarci di cosa si tratta e come risolverlo?
R: Ottima domanda. Sì, possiamo aiutarti a capire cosa significa bassa ferrite e come prevenirla.
Innanzitutto, diamo un'occhiata alla definizione di acciaio inossidabile (SS) e al rapporto tra ferrite e giunti saldati. L'acciaio nero e le sue leghe contengono oltre il 50% di ferro. Questo include tutti gli acciai al carbonio e gli acciai inossidabili, nonché alcuni altri gruppi. Alluminio, rame e titanio non contengono ferro, quindi sono ottimi esempi di leghe non ferrose.
I componenti principali di questa lega sono acciaio al carbonio con un contenuto di ferro di almeno il 90% e acciaio inossidabile con un contenuto di ferro dal 70 all'80%. Per essere classificata come SS, deve contenere almeno l'11,5% di cromo. Livelli di cromo superiori a questa soglia minima favoriscono la formazione di una pellicola di ossido di cromo sulle superfici dell'acciaio e prevengono la formazione di ossidazioni come la ruggine (ossido di ferro) o la corrosione da attacco chimico.
Gli acciai inossidabili si dividono principalmente in tre gruppi: austenitici, ferritici e martensitici. Il loro nome deriva dalla struttura cristallina a temperatura ambiente di cui sono composti. Un altro gruppo comune è l'acciaio inossidabile duplex, la cui struttura cristallina presenta un equilibrio tra ferrite e austenite.
I gradi austenitici della serie 300 contengono dal 16% al 30% di cromo e dall'8% al 40% di nichel, formando una struttura cristallina prevalentemente austenitica. Stabilizzanti come nichel, carbonio, manganese e azoto vengono aggiunti durante il processo di produzione dell'acciaio per favorire la formazione del rapporto austenite-ferrite. Alcuni gradi comuni sono 304, 316 e 347. Offrono una buona resistenza alla corrosione; sono utilizzati principalmente nell'industria alimentare, chimica, farmaceutica e criogenica. Il controllo della formazione di ferrite garantisce un'eccellente tenacità alle basse temperature.
L'acciaio inox ferritico è un grado della serie 400 completamente magnetico, che contiene dall'11,5% al ​​30% di cromo e presenta una struttura cristallina prevalentemente ferritica. Per favorire la formazione di ferrite, gli stabilizzanti includono cromo, silicio, molibdeno e niobio durante la produzione dell'acciaio. Questi tipi di acciaio inox sono comunemente utilizzati nei sistemi di scarico e nei gruppi propulsori per autoveicoli e hanno limitate applicazioni ad alte temperature. Diversi tipi comunemente utilizzati: 405, 409, 430 e 446.
I gradi martensitici, noti anche come serie 400, come 403, 410 e 440, sono magnetici, contengono dall'11,5% al ​​18% di cromo e hanno una struttura cristallina martensitica. Questa combinazione presenta il più basso contenuto di oro, il che li rende i meno costosi da produrre. Offrono una certa resistenza alla corrosione, una resistenza superiore e sono comunemente utilizzati in stoviglie, apparecchiature odontoiatriche e chirurgiche, pentole e alcuni tipi di utensili.
Quando si salda l'acciaio inossidabile, il tipo di substrato e la sua applicazione in servizio determineranno il metallo d'apporto appropriato da utilizzare. Se si utilizza un processo con gas di protezione, potrebbe essere necessario prestare particolare attenzione alle miscele di gas di protezione per prevenire determinati problemi di saldatura.
Per saldare il 304 a se stesso, è necessario un elettrodo E308/308L. "L" sta per basso tenore di carbonio, che aiuta a prevenire la corrosione intergranulare. Il contenuto di carbonio di questi elettrodi è inferiore allo 0,03%; superando questo valore, aumenta il rischio di deposizione di carbonio ai bordi dei grani e di legame del cromo con formazione di carburi di cromo, riducendo di fatto la resistenza alla corrosione dell'acciaio. Questo diventa evidente se la corrosione si verifica nella zona termicamente alterata (ZTA) delle saldature in acciaio inossidabile. Un'altra considerazione da tenere a mente per l'acciaio inossidabile di grado L è che presenta una resistenza alla trazione inferiore a temperature di esercizio elevate rispetto agli acciai inossidabili puri.
Poiché il 304 è un acciaio inossidabile austenitico, il metallo di saldatura corrispondente conterrà la maggior parte dell'austenite. Tuttavia, l'elettrodo stesso conterrà uno stabilizzante ferritico come il molibdeno per favorire la formazione di ferrite nel metallo di saldatura. I produttori di solito indicano un intervallo tipico per la quantità di ferrite per un metallo di saldatura. Come accennato in precedenza, il carbonio è un forte stabilizzante austenitico e per questi motivi è essenziale impedirne l'aggiunta al metallo di saldatura.
I numeri di ferrite derivano dalla carta di Scheffler e dalla carta WRC-1992, che utilizzano le formule equivalenti di nichel e cromo per calcolare il valore che, riportato sulla carta, fornisce un numero normalizzato. Un numero di ferrite compreso tra 0 e 7 corrisponde alla percentuale in volume della struttura cristallina ferritica presente nel metallo di saldatura; tuttavia, a percentuali più elevate, il numero di ferrite aumenta più rapidamente. Si ricordi che la ferrite nell'acciaio inossidabile non è la stessa della ferrite dell'acciaio al carbonio, ma una fase chiamata ferrite delta. L'acciaio inossidabile austenitico non subisce trasformazioni di fase associate a processi ad alta temperatura come il trattamento termico.
La formazione di ferrite è auspicabile perché è più duttile dell'austenite, ma deve essere controllata. Il basso contenuto di ferrite può conferire alle saldature un'eccellente resistenza alla corrosione in alcune applicazioni, ma sono estremamente soggette a cricche a caldo durante la saldatura. In condizioni d'uso generali, il numero di ferriti dovrebbe essere compreso tra 5 e 10, ma alcune applicazioni potrebbero richiedere valori inferiori o superiori. La ferrite può essere facilmente verificata sul posto di lavoro con un indicatore di ferrite.
Dato che hai menzionato problemi di cricche e bassi livelli di ferrite, dovresti esaminare attentamente il tuo metallo d'apporto e assicurarti che produca abbastanza ferrite: circa 8 dovrebbero essere sufficienti. Inoltre, se utilizzi la saldatura ad arco con anima in flusso (FCAW), questi metalli d'apporto in genere utilizzano un gas di protezione composto al 100% da anidride carbonica, oppure una miscela al 75% di argon e al 25% di CO2, che può causare l'assorbimento di carbonio nel metallo di saldatura. Puoi passare al processo di saldatura ad arco con metallo (GMAW) e utilizzare una miscela al 98% di argon e al 2% di ossigeno per ridurre la possibilità di depositi di carbonio.
Quando si salda acciaio inossidabile con acciaio al carbonio, è necessario utilizzare il materiale d'apporto E309L. Questo metallo d'apporto è utilizzato specificamente per la saldatura di metalli dissimili e forma una certa quantità di ferrite dopo che l'acciaio al carbonio si è disciolto nella saldatura. Poiché l'acciaio al carbonio assorbe una parte del carbonio, al metallo d'apporto vengono aggiunti stabilizzanti di ferrite per contrastare la tendenza del carbonio a formare austenite. Ciò contribuirà a prevenire la formazione di cricche termiche durante la saldatura.
Pertanto, se si desidera riparare cricche a caldo nelle saldature in acciaio inossidabile austenitico, è necessario controllare la consistenza del metallo d'apporto in ferrite e seguire le migliori pratiche di saldatura. Mantenere l'apporto termico al di sotto di 50 kJ/pollice, mantenere temperature di interpassata da moderate a basse e assicurarsi che i giunti di saldatura siano puliti prima della saldatura. Utilizzare un calibro appropriato per controllare la quantità di ferrite nella saldatura, concentrandosi su valori compresi tra 5 e 10.
WELDER, precedentemente chiamata Practical Welding Today, rappresenta le persone reali che realizzano i prodotti che utilizziamo e con cui lavoriamo ogni giorno. Questa rivista è al servizio della comunità di saldatura in Nord America da oltre 20 anni.
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