P: Niedawno rozpoczęliśmy prace, które wymagają, aby niektóre elementy były wykonane głównie ze stali nierdzewnej klasy 304, która jest zespawana ze sobą i ze stalą miękką. Doświadczyliśmy problemów z pękaniem spoin łączących stal nierdzewną ze stalą nierdzewną o grubości do 1,25 cala. Wspomniano, że mamy niską zawartość ferrytu. Czy może Pan wyjaśnić, co się z tym wiąże i jak to naprawić?
O: To dobre pytanie. Tak, możemy pomóc Ci zrozumieć, co oznacza niska liczba ferrytów i jak temu zapobiegać.
Najpierw przyjrzyjmy się definicji stali nierdzewnej (SS) i temu, jak ferryt odnosi się do połączeń spawanych. Stal czarna i stopy zawierają ponad 50% żelaza. Dotyczy to wszystkich stali węglowych i nierdzewnych oraz innych zdefiniowanych grup. Aluminium, miedź i tytan nie zawierają żelaza, więc są doskonałymi przykładami stopów metali nieżelaznych.
Głównymi składnikami tego stopu są stal węglowa zawierająca co najmniej 90% żelaza oraz stal nierdzewna zawierająca 70–80% żelaza. Aby stop mógł zostać sklasyfikowany jako stal nierdzewna, musi zawierać co najmniej 11,5% chromu. Zawartość chromu powyżej tego minimalnego progu sprzyja tworzeniu się warstw tlenku chromu na powierzchniach stali i zapobiega powstawaniu utleniania, takiego jak rdza (tlenek żelaza) lub korozja spowodowana atakiem substancji chemicznych.
Stale nierdzewne dzieli się głównie na trzy grupy: austenit, ferryt i martenzyt. Nazwa pochodzi od struktury krystalicznej, która występuje w temperaturze pokojowej. Inną powszechną grupą jest stal nierdzewna dupleksowa, która stanowi równowagę między ferrytem i austenitem w strukturze krystalicznej.
Gatunki austenityczne, seria 300, zawierają od 16% do 30% chromu i od 8% do 40% niklu, tworząc strukturę krystaliczną o charakterze głównie austenitycznym. Aby wspomóc kształtowanie się stosunku austenitu do ferrytu, w procesie produkcji stali dodawane są stabilizatory, takie jak nikiel, węgiel, mangan i azot. Niektóre popularne gatunki to 304, 316 i 347. Charakteryzują się dobrą odpornością na korozję; stosowane są głównie w przemyśle spożywczym, chemicznym, farmaceutycznym i kriogenicznym. Kontrola tworzenia się 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 dominującą strukturę krystaliczną ferrytyczną. Aby wspomóc tworzenie się ferrytu, podczas produkcji stali stosuje się stabilizatory zawierające chrom, krzem, molibden i niob. Tego typu stal nierdzewna jest powszechnie stosowana w układach wydechowych samochodów i elektrowniach, a jej zastosowania w wysokich temperaturach są ograniczone. Do najczęściej stosowanych typów należą 405, 409, 430 i 446.
Gatunki martenzytyczne, oznaczane również serią 400, takie jak 403, 410 i 440, są magnetyczne, zawierają od 11,5% do 18% chromu i mają strukturę krystaliczną składającą się z martenzytu. Ta kombinacja ma najniższą zawartość złota, co sprawia, że ​​jest najtańsza w produkcji. Zapewniają pewną odporność na korozję, doskonałą wytrzymałość i są powszechnie stosowane w zastawie stołowej, sprzęcie chirurgicznym i stomatologicznym, naczyniach kuchennych oraz niektórych rodzajach narzędzi.
Podczas spawania stali nierdzewnej, rodzaj podłoża i jego zastosowanie decydują o wyborze odpowiedniego spoiwa. Jeżeli stosujesz osłonę gazową, musisz zwrócić szczególną uwagę na mieszanki gazów osłonowych, aby zapobiec pewnym problemom związanym ze spawaniem.
Do zlutowania stali 304 ze sobą potrzebna będzie elektroda E308/308L. Litera „L” oznacza niską zawartość węgla, co pomaga zapobiegać korozji międzykrystalicznej. Elektrody te mają zawartość węgla poniżej 0,03%; powyżej tej wartości zwiększa się ryzyko wytrącania się węgla na granicach ziaren i łączenia się z chromem w celu tworzenia węglików chromu, co skutecznie zmniejsza odporność stali na korozję. Staje się to oczywiste, gdy korozja występuje w strefie wpływu ciepła (HAZ) spawanych złączy ze stali nierdzewnej. Kolejną kwestią dotyczącą stali nierdzewnej klasy L jest to, że ma ona niższą wytrzymałość na rozciąganie w podwyższonych temperaturach roboczych niż bezpośrednie gatunki stali nierdzewnej.
Ponieważ 304 jest stalą austenityczną, odpowiadający jej metal spoiny będzie zawierał większość austenitu. Jednak sama elektroda będzie zawierała stabilizator ferrytu, taki jak molibden, który wspomaga 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 tego powodu niezwykle ważne jest, aby nie dopuścić do jego dodania do metalu spoiny.
Liczby ferrytu pochodzą z diagramu Schaefflera i diagramu WRC-1992, które wykorzystują wzory równoważników niklu i chromu do obliczenia wartości, które po naniesieniu na diagram dają liczbę znormalizowaną. Liczba ferrytu pomiędzy 0 i 7 odpowiada objętościowemu procentowemu udziałowi struktury krystalicznej ferrytu w metalu spoiny; jednak przy wyższych procentach liczba ferrytu rośnie szybciej. Należy pamiętać, że ferryt w stali nierdzewnej nie jest tym samym, co ferryt w stali węglowej, ale fazą zwaną ferrytem delta. Austenityczna stal nierdzewna nie ma przemian fazowych związanych z procesami wysokotemperaturowymi, takimi jak obróbka cieplna.
Tworzenie się ferrytu jest pożądane, ponieważ jest on bardziej ciągliwy niż austenit, ale musi być kontrolowane. Niska liczba ferrytu może zapewnić spoiny o doskonałej odporności na korozję w niektórych zastosowaniach, ale jest wyjątkowo podatna na pękanie na gorąco podczas spawania. W przypadku ogólnych warunków użytkowania liczba ferrytu powinna wynosić od 5 do 10, ale w niektórych zastosowaniach mogą być wymagane niższe lub wyższe wartości. Obecność ferrytu można łatwo sprawdzić w miejscu pracy za pomocą wskaźnika ferrytu.
Ponieważ wspomniałeś, że masz problemy z pękaniem i niską zawartość ferrytu, musisz dokładnie przyjrzeć się materiałowi spawalniczemu i upewnić się, że wytwarza on wystarczającą ilość ferrytu – około 8 powinno wystarczyć. Ponadto, jeśli stosujesz spawanie łukowe drutem rdzeniowym (FCAW), te materiały spawalnicze zazwyczaj wykorzystują gaz osłonowy składający się w 100% z dwutlenku węgla lub mieszankę 75% argonu i 25% CO2, co może powodować wychwytywanie węgla przez metal spoiny. Możesz rozważyć przejście na proces spawania łukowego elektrodą metalową w osłonie gazowej (GMAW) i użycie mieszanki 98% argonu i 2% tlenu, aby zmniejszyć ryzyko wychwytywania węgla.
Do spawania stali nierdzewnej ze stalą węglową należy użyć spoiwa E309L. Spoiwo to jest specjalnie stosowane do spawania różnych metali i tworzy pewną ilość ferrytu po rozpuszczeniu stali węglowej w spoinie. Ponieważ stal węglowa pochłania pewną ilość węgla, do spoiwa dodaje się stabilizatory ferrytu, aby przeciwdziałać tendencji węgla do tworzenia austenitu. Pomaga to zapobiec pękaniu termicznemu podczas spawania.
Podsumowując, jeśli chcesz wyeliminować pęknięcia na gorąco w spawanych złączach ze stali austenitycznej, sprawdź, czy spoiwo ferrytowe jest odpowiednie i postępuj zgodnie z dobrą praktyką spawalniczą. Utrzymuj ciepło dopływowe poniżej 50 kJ/cal, utrzymuj umiarkowane lub niskie temperatury międzywarstwowe i upewnij się, że złącza lutowane są wolne od zanieczyszczeń przed lutowaniem. Użyj odpowiedniego miernika, aby sprawdzić ilość ferrytu w spawanym złączu, starając się, aby mieściła się w zakresie od 5 do 10.
WELDER, dawniej Practical Welding Today, przedstawia prawdziwych ludzi, którzy tworzą produkty, których używamy i z którymi pracujemy na co dzień. Czasopismo to 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.
Cyfrowe wydanie czasopisma The Tube & Pipe Journal jest już w pełni dostępne, dzięki czemu można łatwo zapoznać się z cennymi zasobami branżowymi.
Uzyskaj pełny dostęp do wydania cyfrowego czasopisma STAMPING Journal, w którym znajdziesz najnowsze osiągnięcia technologiczne, najlepsze praktyki i wiadomości branżowe dla rynku tłoczenia metali.
Teraz, dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego The Fabricator w języku hiszpańskim, masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.