D: Abbiamo recentemente iniziato a lavorare su alcuni componenti che devono essere realizzati principalmente in acciaio inossidabile 304, saldato a se stesso e ad acciaio dolce. Abbiamo riscontrato problemi di cricche di saldatura tra acciaio inossidabile e acciaio inossidabile fino a 1,25 pollici di spessore. È stato segnalato che abbiamo bassi livelli di ferrite. Potreste spiegarci di cosa si tratta e come risolvere il problema?
A: Ottima domanda. Sì, possiamo aiutarvi a capire cosa significa un basso livello di ferritina e come prevenirlo.
Innanzitutto, esaminiamo la definizione di acciaio inossidabile (SS) e il rapporto tra ferrite e giunzioni saldate. L'acciaio nero e le sue leghe contengono oltre il 50% di ferro. Questo include tutti gli acciai al carbonio e 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 l'acciaio al carbonio con un contenuto di ferro di almeno il 90% e l'acciaio inossidabile con un contenuto di ferro compreso tra il 70 e l'80%. Per essere classificato come acciaio inossidabile, 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 ossidazione come la ruggine (ossido di ferro) o la corrosione da attacco chimico.
L'acciaio inossidabile si divide principalmente in tre gruppi: austenitico, ferritico e martensitico. Il loro nome deriva dalla struttura cristallina di cui sono composti a temperatura ambiente. Un altro gruppo comune è l'acciaio inossidabile duplex, che presenta un equilibrio tra ferrite e austenite nella struttura cristallina.
Gli acciai 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 contribuire a formare il rapporto austenite-ferrite. Alcuni tipi comuni sono il 304, il 316 e il 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 inossidabile ferritico è una lega della serie 400 completamente magnetica, contenente dall'11,5% al ​​30% di cromo e caratterizzata da una struttura cristallina prevalentemente ferritica. Per favorire la formazione di ferrite, durante la produzione dell'acciaio vengono aggiunti stabilizzanti quali cromo, silicio, molibdeno e niobio. Questi tipi di acciaio inossidabile sono comunemente utilizzati nei sistemi di scarico e nelle trasmissioni automobilistiche e trovano applicazione, seppur limitata, ad alte temperature. Alcuni tipi comunemente utilizzati sono: 405, 409, 430 e 446.
Gli acciai martensitici, noti anche come serie 400, come ad esempio il 403, il 410 e il 440, sono magnetici, contengono dall'11,5% al ​​18% di cromo e presentano una struttura cristallina martensitica. Questa combinazione ha il più basso contenuto di oro, il che li rende i più economici da produrre. Offrono una certa resistenza alla corrosione, una resistenza meccanica superiore e sono comunemente utilizzati in stoviglie, apparecchiature dentistiche e chirurgiche, pentole e alcuni tipi di utensili.
Quando si salda l'acciaio inossidabile, il tipo di substrato e la sua applicazione finale determinano il materiale d'apporto più adatto. Se si utilizza un processo di saldatura con gas di protezione, è necessario prestare particolare attenzione alla miscela di gas per prevenire alcuni problemi associati alla saldatura.
Per saldare l'acciaio inossidabile 304 a se stesso, è necessario un elettrodo E308/308L. La "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%; se questo valore viene superato, aumenta il rischio di deposizione di carbonio ai bordi dei grani e di legame del cromo con formazione di carburi di cromo, il che riduce 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 per l'acciaio inossidabile di grado L è che ha una minore resistenza alla trazione alle alte temperature di esercizio rispetto ai gradi di acciaio inossidabile standard.
Poiché il 304 è un acciaio inossidabile di tipo austenitico, il metallo di saldatura corrispondente conterrà la maggior parte dell'austenite. Tuttavia, l'elettrodo stesso conterrà uno stabilizzatore di ferrite, come il molibdeno, per favorire la formazione di ferrite nel metallo di saldatura. I produttori solitamente indicano un intervallo tipico per la quantità di ferrite nel metallo di saldatura. Come accennato in precedenza, il carbonio è un forte stabilizzatore austenitico e per questi motivi è essenziale impedirne l'aggiunta al metallo di saldatura.
I valori di ferrite sono ricavati dal diagramma di Scheffler e dal diagramma WRC-1992, che utilizzano formule equivalenti di nichel e cromo per calcolare il valore che, una volta riportato sul diagramma, fornisce un numero normalizzato. Un valore di ferrite compreso tra 0 e 7 corrisponde alla percentuale in volume di struttura cristallina ferritica presente nel metallo di saldatura; tuttavia, a percentuali più elevate, il valore di ferrite aumenta più rapidamente. È importante ricordare che la ferrite nell'acciaio inossidabile non è la stessa della ferrite dell'acciaio al carbonio, bensì 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. Un basso contenuto di ferrite può fornire saldature con un'eccellente resistenza alla corrosione in alcune applicazioni, ma sono estremamente soggette a cricche a caldo durante la saldatura. Per un utilizzo generale, il numero di ferrite dovrebbe essere compreso tra 5 e 10, ma alcune applicazioni possono richiedere valori inferiori o superiori. Il contenuto di ferrite può essere facilmente controllato sul posto di lavoro con un indicatore di ferrite.
Visto che hai menzionato problemi di cricche e bassi livelli di ferrite, dovresti esaminare attentamente il tuo materiale d'apporto e assicurarti che produca una quantità sufficiente di ferrite: circa 8 dovrebbero essere sufficienti. Inoltre, se utilizzi la saldatura ad arco con filo animato (FCAW), questi materiali d'apporto in genere utilizzano un gas di protezione composto al 100% da anidride carbonica o da una miscela di 75% argon e 25% CO2, che può causare l'assorbimento di carbonio da parte del metallo di saldatura. Puoi passare al processo di saldatura ad arco con elettrodo rivestito (GMAW) e utilizzare una miscela di 98% argon e 2% ossigeno per ridurre la possibilità di depositi di carbonio.
Quando si salda l'acciaio inossidabile all'acciaio al carbonio, è necessario utilizzare il materiale d'apporto E309L. Questo metallo d'apporto è specificamente utilizzato per la saldatura di metalli dissimili e, dopo la dissoluzione dell'acciaio al carbonio nella saldatura, forma una certa quantità di ferrite. Poiché l'acciaio al carbonio assorbe una certa quantità di carbonio, al materiale d'apporto vengono aggiunti stabilizzanti di ferrite per contrastare la tendenza del carbonio a formare austenite. Ciò contribuisce a prevenire la formazione di cricche termiche durante la saldatura.
In conclusione, se si desidera riparare cricche a caldo in saldature di acciaio inossidabile austenitico, verificare la presenza di una quantità sufficiente di materiale d'apporto ferritico e seguire buone pratiche di saldatura. Mantenere l'apporto termico al di sotto di 50 kJ/in, mantenere temperature tra le passate da moderate a basse e assicurarsi che i giunti di saldatura siano puliti prima di saldare. Utilizzare un calibro appropriato per controllare la quantità di ferrite sulla saldatura, puntando a un valore di 5-10.
WELDER, precedentemente nota come Practical Welding Today, rappresenta le persone comuni che realizzano i prodotti che utilizziamo e con cui lavoriamo ogni giorno. Questa rivista è al servizio della comunità dei saldatori in Nord America da oltre 20 anni.
Ora, con l'accesso completo all'edizione digitale di The FABRICATOR, è possibile accedere facilmente a preziose risorse del settore.
L'edizione digitale di The Tube & Pipe Journal è ora completamente accessibile, offrendo un facile accesso a preziose risorse del settore.
Ottieni l'accesso digitale completo alla rivista STAMPING Journal, che presenta le ultime tecnologie, le migliori pratiche e le notizie di settore per il mercato dello stampaggio dei metalli.
Ora, grazie all'accesso digitale completo a The Fabricator en Español, hai facile accesso a preziose risorse del settore.