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 problemen ondervonden met scheurvorming in roestvrijstalen lasverbindingen tot een dikte van 3,17 cm (1,25 inch). Er werd aangegeven dat we een laag ferrietgehalte hebben. Kunt u uitleggen wat dit is en hoe we dit kunnen verhelpen?
A: Dat is een goede vraag. Ja, we kunnen u helpen begrijpen wat een laag ferrietgehalte betekent en hoe u dit kunt voorkomen.
Laten we eerst de definitie van roestvrij staal (RVS) en de relatie tussen ferriet en lasverbindingen eens bekijken. Zwart staal en legeringen bevatten meer dan 50% ijzer. Dit omvat alle koolstof- en roestvrijstalen en andere gedefinieerde groepen. Aluminium, koper en titanium bevatten geen ijzer en zijn daarom uitstekende voorbeelden van non-ferro legeringen.
De belangrijkste componenten van deze legering zijn koolstofstaal met ten minste 90% ijzer en roestvast staal (SS) met 70 tot 80% ijzer. Om als roestvast staal te worden geclassificeerd, moet er ten minste 11,5% chroom aan worden toegevoegd. Chroomgehaltes boven deze minimumdrempel bevorderen de vorming van chroomoxidefilms op staaloppervlakken en voorkomen oxidatie zoals roest (ijzeroxide) of corrosie veroorzaakt door chemische aantasting.
Roestvast staal wordt hoofdzakelijk onderverdeeld in drie groepen: austeniet, ferriet en martensiet. Hun naam is afgeleid van de kristalstructuur die ze bij kamertemperatuur hebben. Een andere veelvoorkomende groep is duplex roestvast staal, dat een evenwichtige mix is ​​van ferriet en austeniet in de kristalstructuur.
Austenitische staalsoorten, de 300-serie, bevatten 16% tot 30% chroom en 8% tot 40% nikkel, waardoor een overwegend austenitische kristalstructuur ontstaat. Om de vorming van een austeniet-ferrietverhouding te bevorderen, worden stabilisatoren zoals nikkel, koolstof, mangaan en stikstof toegevoegd tijdens het staalproductieproces. Enkele veelvoorkomende soorten zijn 304, 316 en 347. Ze bieden een goede corrosiebestendigheid en worden voornamelijk gebruikt in de voedingsmiddelen-, chemische, farmaceutische en cryogene toepassingen. De beheersing van de ferrietvorming zorgt voor een uitstekende taaiheid bij lage temperaturen.
Ferritisch roestvast staal is een kwaliteit uit de 400-serie die volledig magnetisch is, 11,5% tot 30% chroom bevat en een overwegend ferritische kristalstructuur heeft. Om de vorming van ferriet te bevorderen, worden tijdens de staalproductie stabilisatoren zoals chroom, silicium, molybdeen en niobium toegevoegd. Deze soorten roestvast staal worden veel gebruikt in uitlaatsystemen van auto's en energiecentrales en zijn slechts beperkt geschikt voor toepassingen bij hoge temperaturen. Enkele veelgebruikte typen zijn 405, 409, 430 en 446.
Martensitische staalsoorten, 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 te produceren zijn. Ze bieden enige corrosiebestendigheid, uitstekende sterkte en worden veel gebruikt in serviesgoed, tandheelkundige en chirurgische instrumenten, kookgerei en bepaalde soorten gereedschap.
Bij het lassen van roestvrij staal bepalen het type substraat en de toepassing ervan welk toevoegmateriaal geschikt is. Als u een gasbeschermingsproces gebruikt, moet u mogelijk speciale aandacht besteden aan de samenstelling van het beschermgas om bepaalde problemen tijdens het lassen te voorkomen.
Om 304 aan zichzelf te solderen, heb je een E308/308L-elektrode nodig. De "L" staat voor laag koolstofgehalte, wat intergranulaire 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 combineert met chroom tot chroomcarbiden, waardoor de corrosiebestendigheid van het staal effectief afneemt. Dit wordt duidelijk als er corrosie optreedt in de warmtebeïnvloede zone (HAZ) van roestvrijstalen lasverbindingen. Een ander aandachtspunt voor roestvrij staal van L-kwaliteit is dat het een lagere treksterkte heeft bij hogere bedrijfstemperaturen dan roestvrij staal van directe kwaliteit.
Omdat 304 een austenitisch roestvast staal is, zal het bijbehorende lasmetaal voornamelijk uit austeniet bestaan. 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 ferrietgehaltes voor het lasmetaal. Zoals eerder vermeld, is koolstof een sterke austenitische stabilisator, en daarom is het cruciaal om te voorkomen dat het aan het lasmetaal wordt toegevoegd.
Ferrietgetallen worden afgeleid van het Schaeffler-diagram en het WRC-1992-diagram, die gebruikmaken van formules voor nikkel- en chroomequivalenten om de waarde te berekenen. Wanneer deze waarden in het diagram worden uitgezet, ontstaat een genormaliseerd getal. Een ferrietgetal tussen 0 en 7 komt overeen met het volumepercentage van de ferrietkristalstructuur in het lasmetaal; bij hogere percentages neemt het ferrietgetal echter sneller toe. Houd er rekening mee dat ferriet in roestvast staal niet hetzelfde is als ferriet in koolstofstaal, maar een fase die deltaferriet wordt genoemd. Austenitisch roestvast staal ondergaat geen faseovergangen bij processen op hoge temperatuur, zoals warmtebehandeling.
De vorming van ferriet is wenselijk omdat het buigzamer is dan austeniet, maar moet wel gecontroleerd worden. Een laag ferrietgehalte kan in sommige toepassingen lassen opleveren met een uitstekende corrosiebestendigheid, maar maakt ze 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 nodig zijn. Ferriet kan eenvoudig op de werkplek worden gecontroleerd met een ferrietindicator.
Aangezien u melding maakt van scheurvorming en een laag ferrietgehalte, moet u uw lasvulmetaal nauwkeurig controleren en ervoor zorgen dat het voldoende ferriet bevat – een ferrietgehalte van ongeveer 8 zou voldoende moeten zijn. Als u gebruikmaakt van gevuld draadlassen (FCAW), wordt bij deze lasvulmetalen doorgaans een beschermgas van 100% koolstofdioxide of een mengsel van 75% argon en 25% CO2 gebruikt, wat kan leiden tot koolstofopname in het lasmetaal. U kunt overwegen over te stappen op gasbooglassen (GMAW) met een mengsel van 98% argon en 2% zuurstof om de kans op koolstofopname te verkleinen.
Om roestvrij staal aan koolstofstaal te lassen, moet je E309L-vulmetaal gebruiken. Dit vulmetaal is speciaal ontwikkeld voor het lassen van ongelijksoortige metalen en vormt een bepaalde hoeveelheid ferriet nadat het koolstofstaal in de las is opgelost. Omdat koolstofstaal koolstof absorbeert, worden ferrietstabilisatoren aan het vulmetaal toegevoegd om de neiging van koolstof tot austenietvorming tegen te gaan. Dit helpt thermische scheurvorming tijdens het lassen te voorkomen.
Samenvattend, om hete scheuren in austenitische roestvrijstalen lasverbindingen te voorkomen, moet u controleren of er voldoende ferrietvulmetaal aanwezig is en goede laspraktijken volgen. Houd de warmte-inbreng onder de 50 kJ/inch, handhaaf matige tot lage tussentemperaturen en zorg ervoor dat de soldeerverbindingen vrij zijn van verontreinigingen vóór het solderen. Gebruik een geschikte meter om de hoeveelheid ferriet op de lasverbinding te controleren, met een streefwaarde van 5 tot 10.
WELDER, voorheen Practical Welding Today, laat de mensen zien die de producten maken waarmee we dagelijks werken. Dit tijdschrift bedient de lasgemeenschap in Noord-Amerika al meer dan 20 jaar.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The FABRICATOR, heeft u eenvoudig toegang tot waardevolle branchebronnen.
De digitale editie van The Tube & Pipe Journal is nu volledig toegankelijk en biedt gemakkelijke toegang tot waardevolle branchebronnen.
Geniet van volledige toegang tot de digitale editie van STAMPING Journal, met de nieuwste technologische ontwikkelingen, beste praktijken en branchenieuws voor de metaalstempelmarkt.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The Fabricator en Español, eenvoudig toegang tot waardevolle branchebronnen.