V: We zijn onlangs begonnen met werkzaamheden waarbij sommige onderdelen voornamelijk van roestvrij staal van klasse 304 moeten worden gemaakt. Dit staal wordt aan zichzelf en aan zacht staal gelast. We hebben wat scheurproblemen ondervonden bij lassen van roestvrij staal op roestvrij staal met een dikte tot 1,25 inch. Er werd aangegeven dat we een laag ferrietgehalte hebben. Kunt u uitleggen wat dit is en hoe we dit kunnen oplossen?
A: Dat is een goede vraag. Ja, wij kunnen u helpen begrijpen wat een laag ferrietgehalte betekent en hoe u dit kunt voorkomen.
Laten we eerst de definitie van roestvast staal (SS) en de relatie van ferriet met lasverbindingen eens bekijken. Zwart staal en legeringen bevatten meer dan 50% ijzer. Dit omvat alle koolstof- en roestvaste staalsoorten en andere gedefinieerde groepen. Aluminium, koper en titanium bevatten geen ijzer en zijn daarom uitstekende voorbeelden van non-ferro legeringen.
De hoofdbestanddelen van deze legering zijn koolstofstaal met minimaal 90% ijzer en roestvrij staal met 70 tot 80% ijzer. Om als roestvrij staal te worden geclassificeerd, moet er minimaal 11,5% chroom aan zijn toegevoegd. Een chroomgehalte boven deze minimumdrempel bevordert de vorming van chroomoxidefilms op staaloppervlakken en voorkomt oxidatievorming zoals roest (ijzeroxide) of corrosie veroorzaakt door chemische aantasting.
SS wordt hoofdzakelijk onderverdeeld in drie groepen: austeniet, ferriet en martensiet. De naam is afgeleid van de kristalstructuur die ze vormen bij kamertemperatuur. Een andere veelvoorkomende groep is duplex SS, een balans tussen ferriet en austeniet in de kristalstructuur.
Austenitische kwaliteiten, de 300-serie, bevatten 16% tot 30% chroom en 8% tot 40% nikkel, waardoor een overwegend austenitische kristalstructuur ontstaat. Om de vorming van de austeniet-ferrietverhouding te bevorderen, worden tijdens het staalproductieproces stabilisatoren zoals nikkel, koolstof, mangaan en stikstof toegevoegd. Enkele veelvoorkomende kwaliteiten zijn 304, 316 en 347. Biedt een goede corrosiebestendigheid en wordt voornamelijk gebruikt in de voedingsmiddelen-, chemische, farmaceutische en cryogene sector. De beheersing van ferrietvorming zorgt voor een uitstekende taaiheid bij lage temperaturen.
Ferritisch roestvrij staal is een 400-seriekwaliteit die volledig magnetisch is, 11,5% tot 30% chroom bevat en een ferritische kristalstructuur heeft. Om de vorming van ferriet te bevorderen, bevatten stabilisatoren chroom, silicium, molybdeen en niobium tijdens de staalproductie. Deze soorten roestvrij staal worden veel gebruikt in uitlaatsystemen van auto's en energiecentrales en hebben beperkte toepassingen bij hoge temperaturen. Enkele veelgebruikte soorten zijn 405, 409, 430 en 446.
Martensitische typen, ook wel aangeduid met de 400-serie zoals 403, 410 en 440, zijn magnetisch, bevatten 11,5% tot 18% chroom en hebben martensiet als kristalstructuur. Deze combinatie heeft het laagste goudgehalte, waardoor ze het goedkoopst zijn om te produceren. Ze bieden enige corrosiebestendigheid, uitstekende sterkte en worden veel gebruikt in serviesgoed, tandheelkundige en chirurgische apparatuur, kookgerei en bepaalde soorten gereedschap.
Bij het lassen van roestvast staal bepalen het type substraat en de toepassing ervan welk toevoegmateriaal het meest geschikt is. Als u een gasafschermingsproces gebruikt, moet u mogelijk extra aandacht besteden aan de afschermgasmengsels om bepaalde problemen bij het lassen te voorkomen.
Om de 304 aan zichzelf te solderen, hebt u een E308/308L-elektrode nodig. De "L" staat voor koolstofarm, wat interkristallijne corrosie helpt voorkomen. Deze elektroden hebben een koolstofgehalte van minder dan 0,03%; alles daarboven verhoogt het risico dat koolstof neerslaat op de korrelgrenzen en zich met chroom verbindt tot chroomcarbiden, wat de corrosiebestendigheid van het staal effectief vermindert. Dit wordt duidelijk als corrosie optreedt in de warmtebeïnvloede zone (HAZ) van RVS-lasverbindingen. Een ander voordeel van RVS van klasse L is dat ze een lagere treksterkte hebben bij hogere bedrijfstemperaturen dan directe RVS-kwaliteiten.
Omdat 304 een austenitisch type roestvrij staal is, zal het overeenkomstige lasmetaal het meeste austeniet bevatten. De elektrode zelf bevat echter een ferrietstabilisator, zoals molybdeen, om de vorming van ferriet in het lasmetaal te bevorderen. Fabrikanten vermelden doorgaans een typisch bereik van ferriethoeveelheden voor het lasmetaal. Zoals eerder vermeld, is koolstof een sterke austenitische stabilisator en om deze redenen is het van cruciaal belang om te voorkomen dat het aan het lasmetaal wordt toegevoegd.
Ferrietgetallen zijn afgeleid van het Schaeffler-diagram en het WRC-1992-diagram, die gebruikmaken van equivalente formules voor nikkel en chroom om de waarde te berekenen. Wanneer deze in het diagram worden uitgezet, ontstaat een genormaliseerd getal. Het ferrietgetal tussen 0 en 7 komt overeen met het volumepercentage van de ferrietkristalstructuur dat aanwezig is in het lasmetaal; bij hogere percentages neemt het ferrietgetal echter sneller toe. Houd er rekening mee dat ferriet in roestvrij staal niet hetzelfde is als ferriet in koolstofstaal, maar een fase die deltaferriet wordt genoemd. Austenitisch roestvrij staal kent geen faseovergangen die verband houden met hogetemperatuurprocessen zoals warmtebehandeling.
De vorming van ferriet is wenselijk omdat het ductieler is dan austeniet, maar moet wel worden gecontroleerd. Een laag ferrietgehalte kan in sommige toepassingen lassen opleveren met een uitstekende corrosiebestendigheid, maar is extreem gevoelig voor warmscheuren tijdens het lassen. Voor algemene gebruiksomstandigheden moet het ferrietgehalte tussen de 5 en 10 liggen, maar voor sommige toepassingen kunnen lagere of hogere waarden vereist zijn. Ferrieten kunnen eenvoudig ter plekke worden gecontroleerd met een ferrietindicator.
Aangezien u aangaf dat u problemen hebt met scheuren en een laag ferrietgehalte, moet u uw toevoegmateriaal eens goed bekijken en ervoor zorgen dat het voldoende ferrietgehalte produceert - ongeveer 8 zou moeten helpen. Als u gebruikmaakt van gevulde booglassen (FCAW), gebruiken deze toevoegmaterialen doorgaans een beschermgas van 100% koolstofdioxide of een mengsel van 75% argon en 25% CO2, wat koolstofopname in het lasmetaal kan veroorzaken. U kunt overwegen om over te stappen op booglassen met gasmetaal (GMAW) en een mengsel van 98% argon en 2% zuurstof te gebruiken om de kans op koolstofopname te verkleinen.
Om RVS aan koolstofstaal te lassen, moet u E309L-toevoegmateriaal gebruiken. Dit toevoegmateriaal wordt speciaal gebruikt voor het lassen van verschillende metalen en vormt een bepaalde hoeveelheid ferriet nadat het koolstofstaal in de las is verdund. Omdat koolstofstaal een beetje koolstof absorbeert, worden ferrietstabilisatoren aan het toevoegmateriaal toegevoegd om de neiging van koolstof om austeniet te vormen tegen te gaan. Dit helpt thermische scheuren bij lastoepassingen te voorkomen.
Kortom, als u warmscheuren in austenitische RVS-lasverbindingen wilt voorkomen, controleer dan of er voldoende ferriet als toevoegmateriaal wordt gebruikt en volg goede laspraktijken. Houd de warmte-invoer onder de 50 kJ/inch, handhaaf matige tot lage interpass-temperaturen en zorg ervoor dat de soldeerverbindingen vrij zijn van verontreinigingen voordat u gaat solderen. Gebruik een geschikte meter om de hoeveelheid ferriet op de lasverbinding te controleren, streef naar 5 tot 10.
WELDER, voorheen Practical Welding Today, presenteert de echte mensen die de producten maken waarmee wij dagelijks werken en gebruiken. Dit tijdschrift is al meer dan 20 jaar bedoeld voor de lasgemeenschap in Noord-Amerika.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The FABRICATOR, eenvoudige toegang tot waardevolle bronnen uit de industrie.
De digitale editie van The Tube & Pipe Journal is nu volledig toegankelijk en biedt eenvoudige toegang tot waardevolle bronnen uit de sector.
Profiteer van volledige toegang tot de digitale editie van STAMPING Journal, met de nieuwste technologische ontwikkelingen, best practices en nieuws uit de branche voor de metaalstansmarkt.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The Fabricator en Español, eenvoudige toegang tot waardevolle bronnen uit de industrie.