P: Niedawno rozpoczęliśmy prace, które wymagają wykonania niektórych komponentów głównie ze stali nierdzewnej 304, która jest spawana ze sobą i ze stalą miękką. Wystąpiły problemy z pękaniem spoin między stalą nierdzewną a stalą nierdzewną o grubości do 1,25 cala (3,8 cm). Wspomniano, że mamy niski poziom ferrytu. Czy możesz wyjaśnić, co to jest i jak to naprawić?
O: 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 wpływa na połączenia spawane. Stal czarna i stopy zawierają ponad 50% żelaza. Dotyczy to wszystkich stali węglowych i nierdzewnych, a także niektórych innych grup. 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% oraz stal nierdzewna o zawartości żelaza od 70 do 80%. Aby stop mógł zostać sklasyfikowany jako stal nierdzewna, musi zawierać co najmniej 11,5% dodatku chromu. Zawartość chromu powyżej tego minimalnego progu sprzyja tworzeniu się warstwy tlenku chromu na powierzchniach stali i zapobiega powstawaniu utleniania, takiego jak rdza (tlenek żelaza) lub korozja chemiczna.
Stale nierdzewne dzieli się głównie na trzy grupy: austenityczną, ferrytyczną i martenzytyczną. Ich nazwa pochodzi od struktury krystalicznej, z której się składają w temperaturze pokojowej. Inną popularną grupą jest stal nierdzewna dupleksowa, która stanowi równowagę między ferrytem a 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. Stabilizatory, takie jak nikiel, węgiel, mangan i azot, są dodawane w procesie produkcji stali, aby pomóc w uzyskaniu odpowiedniego stosunku austenitu do ferrytu. Niektóre popularne gatunki to 304, 316 i 347. Zapewniają 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, w pełni magnetyczny, zawierający od 11,5% do 30% chromu i charakteryzujący się głównie ferrytyczną strukturą krystaliczną. Aby wspomóc tworzenie ferrytu, podczas produkcji stali stosuje się stabilizatory zawierające chrom, krzem, molibden i niob. Tego typu stal nierdzewna jest powszechnie stosowana w samochodowych układach wydechowych i układach napędowych, a jej zastosowania w wysokich temperaturach są ograniczone. Kilka powszechnie stosowanych gatunków: 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 charakteryzuje się najniższą zawartością złota, co czyni je najtańszymi w produkcji. Zapewniają one pewną odporność na korozję, doskonałą wytrzymałość i są powszechnie stosowane w zastawie stołowej, sprzęcie stomatologicznym i chirurgicznym, naczyniach kuchennych oraz niektórych rodzajach narzędzi.
Podczas spawania stali nierdzewnej, rodzaj podłoża i jego zastosowanie decydują o wyborze odpowiedniego spoiwa. W przypadku spawania w osłonie gazów ochronnych, należy zwrócić szczególną uwagę na mieszanki gazów osłonowych, aby uniknąć niektórych problemów związanych ze spawaniem.
Do lutowania stali 304 potrzebna jest elektroda E308/308L. „L” oznacza niską zawartość węgla, co pomaga zapobiegać korozji międzykrystalicznej. Zawartość węgla w tych elektrodach wynosi mniej niż 0,03%. Jeśli ta wartość zostanie przekroczona, wzrasta ryzyko osadzania się węgla na granicach ziaren i wiązania chromu w węgliki chromu, co skutecznie obniża odporność stali na korozję. Staje się to oczywiste, gdy korozja występuje w strefie wpływu ciepła (HAZ) spoin stali nierdzewnej. Inną kwestią 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 stal 304 jest austenitycznym rodzajem stali nierdzewnej, odpowiadający jej stopiwo będzie zawierało większość austenitu. Jednak sama elektroda będzie zawierała stabilizator ferrytu, taki jak molibden, który wspomaga tworzenie się ferrytu w stopiwie. Producenci zazwyczaj podają typowy zakres zawartości ferrytu w stopiwie. Jak wspomniano wcześniej, węgiel jest silnym stabilizatorem austenitu i z tego powodu konieczne jest zapobieganie jego dodawaniu do stopiwa.
Liczby ferrytu pochodzą z wykresu Schefflera i wykresu WRC-1992, które wykorzystują wzory równoważnikowe niklu i chromu do obliczenia wartości, która po naniesieniu na wykres daje wartość znormalizowaną. Liczba ferrytu w zakresie od 0 do 7 odpowiada objętościowemu udziałowi struktury krystalicznej ferrytu w metalu spoiny, jednak przy wyższych procentach liczba ferrytu rośnie szybciej. Należy pamiętać, że ferryt w stali nierdzewnej to nie to samo, co ferryt w stali węglowej, lecz faza zwana ferrytem delta. Austenityczna stal nierdzewna nie ulega przemianom fazowym związanym z procesami wysokotemperaturowymi, takimi jak obróbka cieplna.
Tworzenie się ferrytu jest pożądane, ponieważ jest on bardziej ciągliwy 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. Do ogólnego użytku liczba ferrytów powinna wynosić od 5 do 10, ale w niektórych zastosowaniach może być wymagana niższa lub wyższa wartość. Ferryty można łatwo sprawdzić w miejscu pracy za pomocą wskaźnika ferrytu.
Ponieważ wspomniałeś o problemach z pękaniem i niską zawartością ferrytu, powinieneś dokładnie przyjrzeć się spoiwu i upewnić się, że wytwarza wystarczającą ilość ferrytu – około 8% powinno wystarczyć. Ponadto, jeśli stosujesz spawanie łukowe drutem rdzeniowym (FCAW), spoiwa te zazwyczaj wykorzystują gaz osłonowy składający się w 100% z dwutlenku węgla lub w 75% z argonu i w 25% z CO2, co może powodować absorpcję węgla przez spoinę. Możesz przejść na spawanie łukowe elektrodą otuloną (GMAW) i użyć mieszanki 98% argonu i 2% tlenu, aby zmniejszyć ryzyko powstawania osadów węglowych.
Podczas spawania stali nierdzewnej ze stalą węglową należy użyć spoiwa E309L. Spoiwo to jest specjalnie stosowane do spawania metali różnych, ponieważ po rozpuszczeniu stali węglowej w spoinie tworzy pewną ilość ferrytu. Ponieważ stal węglowa absorbuje 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 naprawić pęknięcia na gorąco w spoinach ze stali nierdzewnej austenitycznej, sprawdź, czy spoiwo ferrytowe jest wystarczające i postępuj zgodnie z dobrą praktyką spawalniczą. Utrzymuj ciepło dopływu poniżej 50 kJ/cal, utrzymuj umiarkowane lub niskie temperatury międzywarstwowe i upewnij się, że spoiny lutownicze są czyste przed lutowaniem. Użyj odpowiedniego miernika, aby sprawdzić ilość ferrytu w spoinie, celując w 5-10.
WELDER, dawniej 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.
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 cyfrowy do czasopisma STAMPING Journal, w którym znajdziesz najnowsze technologie, najlepsze praktyki i wiadomości branżowe dotyczące rynku tłoczenia metali.
Dzięki pełnemu dostępowi cyfrowemu do The Fabricator en Español możesz teraz łatwo korzystać z cennych zasobów branżowych.