P: Recentemente, começamos a fazer alguns trabalhos que exigem que alguns componentes sejam feitos principalmente de aço inoxidável grau 304, que é soldado a si mesmo e ao aço carbono. Tivemos alguns problemas de rachaduras em soldas de aço inoxidável com aço inoxidável de até 1,25" de espessura. Foi mencionado que temos baixas contagens de ferrite. Você pode explicar o que é isso e como consertar?
R: Essa é uma boa pergunta. Sim, podemos ajudar você a entender o que significa baixa contagem de ferrite e como preveni-la.
Primeiro, vamos revisar a definição de aço inoxidável (SS) e como a ferrita se relaciona com juntas soldadas. O aço preto e suas ligas contêm mais de 50% de ferro. Isso inclui todos os aços carbono e inoxidáveis ​​e outros grupos definidos. O alumínio, o cobre e o titânio não contêm ferro, por isso são excelentes exemplos de ligas não ferrosas.
Os principais componentes dessa liga são aço carbono com pelo menos 90% de ferro e aço inoxidável com 70 a 80% de ferro. Para ser classificado como aço inoxidável, ele deve ter pelo menos 11,5% de cromo adicionado. Níveis de cromo acima desse limite mínimo promovem a formação de filmes de óxido de cromo nas superfícies do aço e previnem a formação de oxidação, como ferrugem (óxido de ferro) ou corrosão causada por ataque químico.
O SS é dividido principalmente em três grupos: austenita, ferrita e martensita. Seu nome vem da estrutura cristalina em temperatura ambiente que os compõe. Outro grupo comum é o SS duplex, que é um equilíbrio entre ferrita e austenita na estrutura cristalina.
Os graus austeníticos, a série 300, contêm de 16% a 30% de cromo e de 8% a 40% de níquel, formando uma estrutura cristalina predominantemente austenítica. Para promover a formação da relação austenita-ferrita, estabilizadores como níquel, carbono, manganês e nitrogênio são adicionados durante o processo de fabricação de aço. Alguns graus comuns são 304, 316 e 347. Oferece boa resistência à corrosão; usado principalmente em aplicações alimentícias, de serviços químicos, farmacêuticas e criogênicas. O controle da formação de ferrita proporciona excelente tenacidade em baixas temperaturas.
O aço inoxidável ferrítico é um grau da série 400 que é totalmente magnético, contém de 11,5% a 30% de cromo e tem uma estrutura cristalina predominantemente ferrítica. Para promover a formação de ferrita, os estabilizadores incluem cromo, silício, molibdênio e nióbio durante a produção de aço. Esses tipos de aço inoxidável são comumente usados ​​em sistemas de exaustão automotivos e usinas de energia e têm aplicações limitadas em altas temperaturas. Vários tipos comumente usados ​​são 405, 409, 430 e 446.
Os graus martensíticos, também identificados pela série 400, como 403, 410 e 440, são magnéticos, contêm de 11,5% a 18% de cromo e têm martensita como estrutura cristalina. Essa combinação tem o menor teor de ouro, o que os torna os mais baratos de produzir. Eles oferecem alguma resistência à corrosão; excelente resistência; e são comumente usados ​​em utensílios de mesa, equipamentos odontológicos e cirúrgicos, utensílios de cozinha e certos tipos de ferramentas.
Ao soldar aço inoxidável, o tipo de substrato e sua aplicação em serviço determinarão o metal de enchimento apropriado a ser usado. Se você usar um processo de proteção a gás, talvez seja necessário prestar atenção especial às misturas de gases de proteção para evitar certos problemas relacionados à soldagem.
Para soldar o 304 a si mesmo, você precisará de um eletrodo E308/308L. O "L" significa baixo carbono, o que ajuda a prevenir a corrosão intergranular. Esses eletrodos têm um teor de carbono abaixo de 0,03%; qualquer valor acima disso aumenta o risco de precipitação do carbono nos contornos dos grãos e combinação com o cromo para formar carbonetos de cromo, reduzindo efetivamente a resistência à corrosão do aço. Isso se torna aparente se ocorrer corrosão na zona afetada pelo calor (ZTA) das juntas soldadas de aço inoxidável. Outra consideração para o aço inoxidável de grau L é que eles têm menor resistência à tração em temperaturas de serviço elevadas do que os graus de aço inoxidável diretos.
Como o 304 é um tipo austenítico de SS, o metal de solda correspondente conterá a maior parte da austenita. No entanto, o próprio eletrodo conterá um estabilizador de ferrita, como molibdênio, para promover a formação de ferrita no metal de solda. Os fabricantes geralmente listam uma faixa típica de quantidades de ferrita para o metal de solda. Como mencionado anteriormente, o carbono é um forte estabilizador austenítico e, por essas razões, é fundamental evitar que ele seja adicionado ao metal de solda.
Os números de ferrite são derivados do diagrama de Schaeffler e do diagrama WRC-1992, que utilizam fórmulas equivalentes de níquel e cromo para calcular o valor, que quando plotado no diagrama produz um número normalizado. O número de ferrite entre 0 e 7 corresponde à porcentagem de volume da estrutura cristalina de ferrite presente no metal de solda; no entanto, em porcentagens mais altas, o número de ferrite aumenta em uma taxa mais rápida. Lembre-se de que a ferrite em SS não é a mesma coisa que a ferrite de aço carbono, mas uma fase chamada ferrite delta. O SS austenítico não tem transformações de fase associadas a processos de alta temperatura, como tratamento térmico.
A formação de ferrita é desejável porque é mais dúctil que a austenita, mas deve ser controlada. Baixas contagens de ferrita podem produzir soldas com excelente resistência à corrosão em algumas aplicações, mas são extremamente propensas a trincas a quente durante a soldagem. Para condições gerais de uso, a contagem de ferrita deve estar entre 5 e 10, mas para algumas aplicações, valores menores ou maiores podem ser necessários. As ferritas podem ser facilmente verificadas no trabalho usando um indicador de ferrita.
Como você mencionou que tem problemas de rachaduras e baixa contagem de ferrite, é preciso dar uma olhada mais de perto no seu metal de adição e certificar-se de que ele produz contagem de ferrite suficiente — cerca de 8 deve ajudar. Além disso, se você estiver usando soldagem a arco com núcleo de fluxo (FCAW), esses metais de adição normalmente usam um gás de proteção de 100% dióxido de carbono ou uma mistura de 75% argônio/25% CO2, o que pode causar absorção de carbono no metal de solda. Você pode querer mudar para um processo de soldagem a arco com metal a gás (GMAW) e usar uma mistura de 98% argônio/2% oxigênio para reduzir a possibilidade de absorção de carbono.
Para soldar aço inoxidável ao aço carbono, você deve usar o material de adição E309L. Esse metal de adição é usado especialmente para soldar metais diferentes e forma uma certa quantidade de ferrita depois que o aço carbono é diluído na solda. Como parte do carbono é absorvido no aço carbono, estabilizadores de ferrita são adicionados ao metal de adição para neutralizar a tendência do carbono de formar austenita. Isso ajudará a evitar rachaduras térmicas em aplicações de soldagem.
Em resumo, se você quiser eliminar trincas quentes em juntas soldadas de aço inoxidável austenítico, verifique se há metal de adição de ferrite adequado e siga as boas práticas de soldagem. Mantenha a entrada de calor abaixo de 50 kJ/polegada, mantenha temperaturas de interpasse moderadas a baixas e garanta que as juntas soldadas estejam livres de qualquer contaminação antes da soldagem. Use um medidor apropriado para verificar a quantidade de ferrite na junta soldada, visando de 5 a 10.
WELDER, anteriormente Practical Welding Today, apresenta as pessoas reais que fabricam os produtos que usamos e com os quais trabalhamos todos os dias. Esta revista atende à comunidade de soldagem na América do Norte há mais de 20 anos.
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