P: Ostatnio zaczęliśmy wykonywać pewne prace, które wymagają, aby niektóre elementy były wykonane głównie ze stali nierdzewnej 304, która jest spawana do siebie i do stali miękkiej. Mieliśmy pewne problemy z pękaniem spoin między stalą nierdzewną a stalą nierdzewną o grubości do 1,25 cala. Wspomniano, że mamy niski poziom ferrytu. Czy możesz wyjaśnić, co to jest i jak to naprawić?
A: To dobre pytanie. Tak, możemy pomóc ci zrozumieć, co oznacza niski poziom ferrytu i jak temu zapobiegać.
Najpierw przyjrzyjmy się definicji stali nierdzewnej (SS) i temu, jak ferryt odnosi się do połączeń spawanych. Czarna stal i stopy zawierają ponad 50% żelaza. Obejmuje to wszystkie stale węglowe i nierdzewne, a także niektóre inne grupy. Aluminium, miedź i tytan nie zawierają żelaza, więc są doskonałymi przykładami stopów metali nieżelaznych.
Głównymi składnikami tego stopu są stal węglowa o zawartości żelaza co najmniej 90% i stal nierdzewna o zawartości żelaza od 70 do 80%. Aby zostać sklasyfikowanym jako SS, musi mieć co najmniej 11,5% dodanego chromu. Poziomy chromu powyżej tego minimalnego progu sprzyjają tworzeniu się warstwy tlenku chromu na powierzchniach stali i zapobiegają tworzeniu się utleniania, takiego jak rdza (tlenek żelaza) lub korozja chemiczna.
Stal nierdzewna dzieli się głównie na trzy grupy: austenityczną, ferrytyczną i martenzytyczną. Ich nazwa pochodzi od struktury krystalicznej w temperaturze pokojowej, z której się składają. Inną powszechną grupą jest stal nierdzewna duplex, która jest równowagą między ferrytem i austenitem w strukturze krystalicznej.
Gatunki austenityczne, seria 300, zawierają od 16% do 30% chromu i od 8% do 40% niklu, tworząc przeważnie austenityczną strukturę krystaliczną. Stabilizatory, takie jak nikiel, węgiel, mangan i azot, są dodawane w procesie produkcji stali, aby pomóc w uformowaniu stosunku austenitu do ferrytu. Niektóre powszechne gatunki to 304, 316 i 347. Zapewnia dobrą odporność na korozję; stosowany głównie w przemyśle spożywczym, chemicznym, farmaceutycznym i kriogenicznym. Kontrola tworzenia ferrytu zapewnia doskonałą wytrzymałość w niskich temperaturach.
Stal nierdzewna ferrytyczna to gatunek serii 400, który jest całkowicie magnetyczny, zawiera od 11,5% do 30% chromu i ma przeważnie ferrytyczną strukturę krystaliczną. Aby promować tworzenie ferrytu, stabilizatory obejmują chrom, krzem, molibden i niob podczas produkcji stali. Tego typu stal nierdzewna jest powszechnie stosowana w układach wydechowych i układach napędowych samochodów i ma ograniczone zastosowania w wysokich temperaturach. Kilka powszechnie stosowanych typów: 405, 409, 430 i 446.
Gatunki martenzytyczne, zwane również serią 400, takie jak 403, 410 i 440, są magnetyczne, zawierają od 11,5% do 18% chromu i mają martenzytyczną strukturę krystaliczną. Ta kombinacja ma najniższą zawartość złota, co czyni je najtańszymi w produkcji. Zapewniają pewną odporność na korozję, wyższą wytrzymałość i są powszechnie stosowane w zastawach stołowych, sprzęcie stomatologicznym i chirurgicznym, naczyniach kuchennych i niektórych rodzajach narzędzi.
Podczas spawania stali nierdzewnej rodzaj podłoża i jego zastosowanie w eksploatacji określą odpowiedni materiał wypełniający, który należy zastosować. Jeśli stosujesz proces z gazem osłonowym, możesz musieć zwrócić szczególną uwagę na mieszanki gazów osłonowych, aby zapobiec pewnym problemom ze spawaniem.
Aby przylutować 304 do siebie, potrzebna będzie elektroda E308/308L. „L” oznacza niski węgiel, co pomaga zapobiegać korozji międzykrystalicznej. Zawartość węgla w tych elektrodach wynosi mniej niż 0,03%, gdy ta wartość zostanie przekroczona, ryzyko osadzania się węgla na granicach ziaren i wiązania chromu w celu utworzenia węglików chromu wzrasta, co skutecznie zmniejsza odporność stali na korozję. Staje się to oczywiste, gdy korozja występuje w strefie wpływu ciepła (HAZ) spoin ze stali nierdzewnej. Innym czynnikiem branym pod uwagę w przypadku stali nierdzewnej klasy L jest to, że mają one niższą wytrzymałość na rozciąganie w podwyższonych temperaturach roboczych niż zwykłe gatunki stali nierdzewnej.
Ponieważ 304 jest austenitycznym typem stali nierdzewnej, odpowiadający mu metal spoiny będzie zawierał większość austenitu. Jednak sama elektroda będzie zawierała stabilizator ferrytu, taki jak molibden, aby promować tworzenie się ferrytu w metalu spoiny. Producenci zazwyczaj podają typowy zakres ilości ferrytu dla metalu spoiny. Jak wspomniano wcześniej, węgiel jest silnym stabilizatorem austenitycznym i z tych powodów konieczne jest zapobieganie jego dodawaniu do metalu spoiny.
Liczby ferrytu pochodzą z wykresu Schefflera i wykresu WRC-1992, które wykorzystują wzory równoważników niklu i chromu do obliczenia wartości, która po naniesieniu na wykres daje znormalizowaną liczbę. Liczba ferrytu pomiędzy 0 a 7 odpowiada objętościowemu procentowi struktury krystalicznej ferrytu obecnej w metalu spoiny, jednak przy wyższych procentach liczba ferrytu wzrasta szybciej. Należy pamiętać, że ferryt w stali nierdzewnej nie jest tym samym, co ferryt stali węglowej, ale fazą zwaną ferrytem delta. Austenityczna stal nierdzewna nie ulega przemianom fazowym związanym z procesami wysokotemperaturowymi, takimi jak obróbka cieplna.
Tworzenie się ferrytu jest pożądane, ponieważ jest bardziej ciągliwe niż austenit, ale musi być kontrolowane. Niska zawartość ferrytu może zapewnić spoiny o doskonałej odporności na korozję w niektórych zastosowaniach, ale są one wyjątkowo podatne na pękanie na gorąco podczas spawania. W przypadku ogólnych warunków użytkowania liczba ferrytów powinna wynosić od 5 do 10, ale niektóre zastosowania mogą wymagać niższych lub wyższych wartości. Ferryty można łatwo sprawdzić w miejscu pracy za pomocą wskaźnika ferrytu.
Ponieważ wspomniałeś, że masz problemy z pękaniem i niskim ferrytem, ​​powinieneś dokładnie przyjrzeć się swojemu spoiwu i upewnić się, że wytwarza wystarczająco dużo ferrytu – około 8 powinno wystarczyć. Ponadto, jeśli używasz spawania łukowego z rdzeniem topnikowym (FCAW), te spoiwa zazwyczaj wykorzystują gaz osłonowy składający się w 100% z dwutlenku węgla lub mieszaninę 75% argonu i 25% CO2, co może powodować, że metal spoiny pochłonie węgiel. Możesz przejść na proces spawania łukiem metalowym (GMAW) i użyć mieszanki 98% argonu/2% tlenu, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo osadzania się węgla.
Podczas spawania stali nierdzewnej ze stalą węglową należy użyć materiału wypełniającego E309L. Ten materiał wypełniający jest specjalnie używany do spawania różnych metali i tworzy pewną ilość ferrytu po rozpuszczeniu stali węglowej w spoinie. Ponieważ stal węglowa pochłania część węgla, do materiału wypełniającego dodaje się stabilizatory ferrytu, aby przeciwdziałać tendencji węgla do tworzenia austenitu. Pomoże to zapobiec pękaniu termicznemu podczas spawania.
Tak więc, jeśli chcesz naprawić gorące pęknięcia w spoinach ze stali nierdzewnej austenitycznej, sprawdź spoiwo ferrytowe pod kątem spójności i postępuj zgodnie z najlepszymi praktykami spawalniczymi. Utrzymuj ciepło wejściowe poniżej 50 kJ/cal, utrzymuj umiarkowane do niskich temperatur międzywarstwowych i upewnij się, że spoiny lutownicze są czyste przed lutowaniem. Użyj odpowiedniego wskaźnika, aby sprawdzić ilość ferrytu w spoinie, skupiając się na 5-10.
WELDER, dawniej nazywany Practical Welding Today, reprezentuje prawdziwych ludzi, którzy tworzą produkty, których używamy i z którymi pracujemy każdego dnia. Ten magazyn służy społeczności spawaczy w Ameryce Północnej od ponad 20 lat.
Teraz, dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego The FABRICATOR, masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Cyfrowa edycja czasopisma The Tube & Pipe Journal jest już w pełni dostępna, umożliwiając łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Uzyskaj pełny dostęp cyfrowy do czasopisma STAMPING Journal, w którym znajdziesz najnowsze technologie, najlepsze praktyki i wiadomości branżowe na temat rynku tłoczenia metali.
Dzięki pełnemu dostępowi cyfrowemu do The Fabricator en Español masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.