P: Niedawno rozpoczęliśmy prace, które wymagają, aby niektóre komponenty były wykonane głównie ze stali nierdzewnej klasy 304, która jest zespawana ze sobą i ze stalą miękką. Doświadczyliśmy pewnych 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 to jest i jak to naprawić?
O: To dobre pytanie. Tak, możemy pomóc Ci zrozumieć, co oznacza niska liczba ferrytów i jak temu zapobiegać.
Najpierw przeanalizujmy definicję stali nierdzewnej (SS) i związek ferrytu ze spawanymi połączeniami. 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 i 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 chemicznym.
Stale nierdzewne dzieli się głównie na trzy grupy: austenit, ferryt i martenzyt. Nazwa pochodzi od ich struktury krystalicznej 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 przeważająco austenityczną strukturę krystaliczną. Aby wspomóc tworzenie 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. Oferują dobrą odporność na korozję; stosowane 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 w pełni 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 oraz ma ograniczone zastosowanie w wysokich temperaturach. Kilka powszechnie stosowanych typów to 405, 409, 430 i 446.
Gatunki martenzytyczne, oznaczane również symbolem serii 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 ​​są najtańsze w produkcji. Zapewniają pewną odporność na korozję, doskonałą 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 decydują o wyborze odpowiedniego spoiwa. Jeżeli stosujesz osłonę gazową, może być konieczne zwrócenie szczególnej uwagi na mieszanki gazów osłonowych, aby zapobiec pewnym problemom związanym ze spawaniem.
Aby przylutować stal 304 do siebie, 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 widoczne, gdy korozja występuje w strefie wpływu ciepła (HAZ) spawanych połączeń ze stali nierdzewnej. Inną kwestią w przypadku stali nierdzewnej klasy L jest to, że mają one niższą wytrzymałość na rozciąganie w podwyższonych temperaturach roboczych niż bezpośrednie gatunki stali nierdzewnej.
Ponieważ 304 jest austenitycznym rodzajem stali nierdzewnej, odpowiadający mu stopiwo będzie zawierał większość austenitu. Jednak sama elektroda będzie zawierała stabilizator ferrytowy, taki jak molibden, który wspomaga tworzenie się ferrytu w stopiwie. Producenci zazwyczaj podają typowy zakres ilości ferrytu dla stopiwa. Jak wspomniano wcześniej, węgiel jest silnym stabilizatorem austenitycznym i z tego powodu niezwykle ważne jest, aby nie dopuścić do jego dodania do stopiwa.
Liczby ferrytowe 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 ferrytowa pomiędzy 0 a 7 odpowiada objętościowemu procentowi struktury krystalicznej ferrytu obecnej w metalu spoiny; jednak przy wyższych procentach liczba ferrytowa rośnie 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 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 dawać 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 zweryfikować w miejscu pracy za pomocą wskaźnika ferrytu.
Ponieważ wspomniałeś, że masz problemy z pękaniem i niską zawartość ferrytu, musisz dokładnie przyjrzeć się swojemu stopowi spawalniczemu i upewnić się, że wytwarza wystarczającą ilość ferrytu – około 8 powinno wystarczyć. Ponadto, jeśli używasz spawania łukowego z rdzeniem topnikowym (FCAW), te spoiwa zazwyczaj wykorzystują gaz osłonowy w 100% z dwutlenku węgla lub mieszankę 75% argonu/25% CO2, co może powodować wchłanianie węgla przez metal spoiny. Możesz chcieć przejść na proces spawania łukowego elektrodą metalową w osłonie gazu (GMAW) i używać mieszanki 98% argonu/2% tlenu, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo wchłaniania węgla.
Aby zespawać stal nierdzewną ze stalą węglową, należy użyć spoiwa E309L. Spoiwo to jest specjalnie używane do spawania różnych metali i tworzy pewną ilość ferrytu po rozcieńczeniu stali węglowej w spoinie. Ponieważ stal węglowa pochłania część węgla, do spoiwa dodaje się stabilizatory ferrytu, aby przeciwdziałać tendencji węgla do tworzenia austenitu. Pomoże 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 doprowadzone poniżej 50 kJ/cal, utrzymuj umiarkowane lub niskie temperatury międzywarstwowe i upewnij się, że złącza lutowane są wolne od zanieczyszczeń przed lutowaniem. Użyj odpowiedniego wskaźnika, 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.
Cyfrowa edycja czasopisma The Tube & Pipe Journal jest już w pełni dostępna, umożliwiając łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Ciesz się pełnym dostępem do cyfrowej wersji 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.