В: Недавно мы начали выполнять работу, которая требует, чтобы некоторые компоненты были изготовлены в основном из нержавеющей стали 304, которая сваривается сама с собой и с мягкой сталью. У нас возникли некоторые проблемы с трещинами при сварке между нержавеющей сталью и нержавеющей сталью толщиной до 1,25 дюйма. Было упомянуто, что у нас низкий уровень феррита. Можете ли вы объяснить, что это такое и как это исправить?
A: Это хороший вопрос. Да, мы можем помочь вам понять, что означает низкий феррит и как его предотвратить.
Сначала давайте рассмотрим определение нержавеющей стали (SS) и то, как феррит связан со сварными соединениями. Черная сталь и сплавы содержат более 50% железа. Сюда входят все углеродистые и нержавеющие стали, а также некоторые другие группы. Алюминий, медь и титан не содержат железа, поэтому они являются прекрасными примерами цветных сплавов.
Основными компонентами этого сплава являются углеродистая сталь с содержанием железа не менее 90% и нержавеющая сталь с содержанием железа от 70 до 80%. Для классификации как SS, в него должно быть добавлено не менее 11,5% хрома. Уровни хрома выше этого минимального порога способствуют образованию пленки оксида хрома на стальных поверхностях и предотвращают образование окисления, такого как ржавчина (оксид железа) или химическая коррозия.
Нержавеющая сталь в основном делится на три группы: аустенитную, ферритную и мартенситную. Их название происходит от кристаллической структуры при комнатной температуре, из которой они состоят. Другая распространенная группа — дуплексная нержавеющая сталь, которая представляет собой баланс между ферритом и аустенитом в кристаллической структуре.
Аустенитные марки, серия 300, содержат от 16% до 30% хрома и от 8% до 40% никеля, образуя преимущественно аустенитную кристаллическую структуру. Стабилизаторы, такие как никель, углерод, марганец и азот, добавляются в процессе производства стали, чтобы помочь сформировать соотношение аустенита и феррита. Некоторые распространенные марки — 304, 316 и 347. Обеспечивает хорошую коррозионную стойкость; в основном используется в пищевой, химической, фармацевтической и криогенной промышленности. Контроль образования феррита обеспечивает отличную прочность при низких температурах.
Ферритная нержавеющая сталь — это марка 400-й серии, которая полностью магнитная, содержит от 11,5% до 30% хрома и имеет преимущественно ферритную кристаллическую структуру. Для содействия образованию феррита стабилизаторы включают хром, кремний, молибден и ниобий во время производства стали. Эти типы нержавеющей стали обычно используются в автомобильных выхлопных системах и силовых агрегатах и ​​имеют ограниченное применение при высоких температурах. Несколько часто используемых типов: 405, 409, 430 и 446.
Мартенситные марки, также называемые серией 400, такие как 403, 410 и 440, являются магнитными, содержат от 11,5% до 18% хрома и имеют мартенситную кристаллическую структуру. Эта комбинация имеет самое низкое содержание золота, что делает их наименее дорогими в производстве. Они обеспечивают некоторую коррозионную стойкость, превосходную прочность и обычно используются в столовых приборах, стоматологическом и хирургическом оборудовании, кухонной посуде и некоторых типах инструментов.
При сварке нержавеющей стали тип подложки и ее применение в эксплуатации определят подходящий присадочный металл для использования. Если вы используете процесс с защитным газом, вам может потребоваться уделить особое внимание смесям защитного газа, чтобы предотвратить определенные проблемы сварки.
Чтобы спаять 304 с самим собой, вам понадобится электрод E308/308L. «L» означает низкий уровень углерода, что помогает предотвратить межкристаллитную коррозию. Содержание углерода в этих электродах составляет менее 0,03%, при превышении этого значения увеличивается риск отложения углерода на границах зерен и связывания хрома с образованием карбидов хрома, что эффективно снижает коррозионную стойкость стали. Это становится очевидным, если коррозия возникает в зоне термического влияния (ЗТВ) сварных швов из нержавеющей стали. Еще одним соображением для нержавеющей стали марки L является то, что они имеют более низкую прочность на растяжение при повышенных рабочих температурах, чем простые марки нержавеющей стали.
Поскольку 304 является аустенитным типом нержавеющей стали, соответствующий металл шва будет содержать большую часть аустенита. Однако сам электрод будет содержать ферритный стабилизатор, такой как молибден, для содействия образованию феррита в металле шва. Производители обычно указывают типичный диапазон количества феррита для металла шва. Как уже упоминалось ранее, углерод является сильным аустенитным стабилизатором, и по этим причинам важно не допускать его добавления в металл шва.
Ферритные числа выводятся из диаграммы Шеффлера и диаграммы WRC-1992, которые используют формулы эквивалента никеля и хрома для расчета значения, которое при нанесении на диаграмму дает нормализованное число. Ферритное число от 0 до 7 соответствует объемному проценту ферритной кристаллической структуры, присутствующей в металле сварного шва, однако при более высоких процентах ферритное число увеличивается быстрее. Помните, что феррит в нержавеющей стали — это не то же самое, что феррит углеродистой стали, а фаза, называемая дельта-ферритом. Аустенитная нержавеющая сталь не претерпевает фазовых превращений, связанных с высокотемпературными процессами, такими как термическая обработка.
Образование феррита желательно, поскольку он более пластичен, чем аустенит, но его необходимо контролировать. Низкое содержание феррита может обеспечить сварным швам отличную коррозионную стойкость в некоторых применениях, но они чрезвычайно склонны к образованию горячих трещин во время сварки. Для общих условий использования количество ферритов должно быть от 5 до 10, но для некоторых применений могут потребоваться более низкие или более высокие значения. Ферриты можно легко проверить на рабочем месте с помощью ферритового индикатора.
Поскольку вы упомянули, что у вас проблемы с растрескиванием и низким содержанием феррита, вам следует внимательно изучить ваш присадочный металл и убедиться, что он производит достаточно феррита — около 8 должно хватить. Кроме того, если вы используете дуговую сварку с флюсовым сердечником (FCAW), эти присадочные металлы обычно используют защитный газ из 100% углекислого газа или смеси 75% аргона и 25% CO2, что может привести к поглощению углерода металлом шва. Вы можете перейти на процесс дуговой сварки металлическим электродом (GMAW) и использовать смесь 98% аргона/2% кислорода, чтобы снизить вероятность образования углеродистых отложений.
При сварке нержавеющей стали с углеродистой сталью необходимо использовать присадочный материал E309L. Этот присадочный металл специально используется для сварки разнородных металлов и образует определенное количество феррита после растворения углеродистой стали в сварном шве. Поскольку углеродистая сталь поглощает некоторое количество углерода, в присадочный металл добавляют стабилизаторы феррита, чтобы противодействовать тенденции углерода образовывать аустенит. Это поможет предотвратить термическое растрескивание во время сварки.
Итак, если вы хотите исправить горячие трещины в сварных швах из аустенитной нержавеющей стали, проверьте ферритный присадочный металл на однородность и следуйте лучшим методам сварки. Поддерживайте тепловложение ниже 50 кДж/дюйм, поддерживайте умеренные или низкие температуры между проходами и убедитесь, что паяные соединения чистые перед пайкой. Используйте соответствующий измерительный прибор для проверки количества феррита в сварном шве, сосредоточившись на 5-10.
WELDER, ранее называвшийся Practical Welding Today, представляет реальных людей, которые производят продукцию, которую мы используем и с которой работаем каждый день. Этот журнал обслуживает сообщество сварщиков в Северной Америке уже более 20 лет.
Теперь с полным доступом к цифровому изданию The FABRICATOR вы получите легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Электронная версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Получите полный цифровой доступ к журналу STAMPING, в котором представлены новейшие технологии, передовой опыт и отраслевые новости для рынка штамповки металлов.
Теперь, имея полный цифровой доступ к The Fabricator на испанском языке, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.