В: Недавно мы начали работу, в ходе которой некоторые компоненты изготавливаются преимущественно из нержавеющей стали марки 304, свариваемой между собой и с низкоуглеродистой сталью. Мы столкнулись с проблемой растрескивания сварных швов между нержавеющими стальными деталями толщиной до 1,25 дюйма. Было отмечено, что у нас низкий уровень феррита. Можете ли вы объяснить, в чем причина и как это исправить?
А: Хороший вопрос. Да, мы можем помочь вам понять, что означает низкое содержание феррита и как этого избежать.
Для начала рассмотрим определение нержавеющей стали (НС) и связь феррита со сварными соединениями. Черная сталь и сплавы содержат более 50% железа. Это включает все углеродистые и нержавеющие стали, а также некоторые другие группы. Алюминий, медь и титан не содержат железа, поэтому они являются отличными 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 нержавеющая сталь необходимо добавить не менее 11,5% хрома. Уровни хрома выше этого минимального порога способствуют образованию пленки оксида хрома на поверхности стали и предотвращают образование окисления, такого как ржавчина (оксид железа) или химическая коррозия.
Нержавеющая сталь в основном делится на три группы: аустенитная, ферритная и мартенситная. Их название происходит от кристаллической структуры, из которой они состоят при комнатной температуре. Другая распространенная группа — дуплексная нержавеющая сталь, представляющая собой баланс феррита и аустенита в кристаллической структуре.
Аустенитные марки стали серии 300 содержат от 16% до 30% хрома и от 8% до 40% никеля, образуя преимущественно аустенитную кристаллическую структуру. В процессе выплавки стали добавляются стабилизаторы, такие как никель, углерод, марганец и азот, для улучшения соотношения аустенита и феррита. К распространенным маркам относятся 304, 316 и 347. Обеспечивает хорошую коррозионную стойкость; в основном используется в пищевой, химической, фармацевтической и криогенной промышленности. Контроль образования феррита обеспечивает превосходную ударную вязкость при низких температурах.
Ферритная нержавеющая сталь — это марка 400-й серии, полностью магнитная, содержащая от 11,5% до 30% хрома и имеющая преимущественно ферритную кристаллическую структуру. Для стимулирования образования феррита в процессе производства стали используются стабилизаторы, такие как хром, кремний, молибден и ниобий. Эти типы нержавеющей стали широко используются в автомобильных выхлопных системах и силовых агрегатах и ​​имеют ограниченное применение при высоких температурах. Несколько распространенных типов: 405, 409, 430 и 446.
Мартенситные марки, также известные как серия 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 затратными в производстве. Они обеспечивают некоторую коррозионную стойкость, превосходную прочность и широко используются в столовых приборах, стоматологическом и хирургическом оборудовании, кухонной утвари и некоторых видах инструментов.
При сварке нержавеющей стали тип обрабатываемого материала и область его применения определяют выбор подходящего присадочного металла. При использовании процесса сварки в защитной среде может потребоваться уделить особое внимание составам защитных газов для предотвращения определенных проблем при сварке.
Для пайки стали марки 304 вам понадобится электрод E308/308L. Буква «L» означает низкое содержание углерода, что помогает предотвратить межкристаллитную коррозию. Содержание углерода в этих электродах составляет менее 0,03%, и при превышении этого значения возрастает риск отложения углерода на границах зерен и образования хромовых связей с образованием карбидов хрома, что эффективно снижает коррозионную стойкость стали. Это становится очевидным, если коррозия происходит в зоне термического воздействия (ЗТВ) сварных швов из нержавеющей стали. Еще одним важным моментом для нержавеющей стали марки L является то, что она имеет более низкую прочность на растяжение при повышенных рабочих температурах, чем обычные марки нержавеющей стали.
Поскольку сталь 304 является аустенитным типом нержавеющей стали, соответствующий сварочный шов будет содержать большую часть аустенита. Однако сам электрод будет содержать стабилизатор феррита, такой как молибден, для стимулирования образования феррита в сварочном шве. Производители обычно указывают типичный диапазон количества феррита в сварочном шве. Как уже упоминалось, углерод является сильным стабилизатором аустенита, и по этим причинам крайне важно избегать его добавления в сварочный шов.
Ферритные числа определяются по диаграммам Шеффлера и WRC-1992, которые используют формулы эквивалентов никеля и хрома для расчета значения, которое при нанесении на диаграмму дает нормированное число. Ферритное число от 0 до 7 соответствует объемной доле ферритной кристаллической структуры, присутствующей в сварном шве, однако при более высоких процентах ферритное число увеличивается быстрее. Следует помнить, что феррит в нержавеющей стали — это не то же самое, что феррит углеродистой стали, а фаза, называемая дельта-ферритом. Аустенитная нержавеющая сталь не подвергается фазовым превращениям, связанным с высокотемпературными процессами, такими как термообработка.
Образование феррита желательно, поскольку феррит обладает большей пластичностью, чем аустенит, но его необходимо контролировать. Низкое содержание феррита может обеспечить сварные швы с превосходной коррозионной стойкостью в некоторых областях применения, но они чрезвычайно подвержены горячему растрескиванию во время сварки. Для общих условий эксплуатации количество ферритов должно составлять от 5 до 10, но в некоторых областях применения могут потребоваться меньшие или большие значения. Феррит легко проверить на рабочем месте с помощью индикатора феррита.
Поскольку вы упомянули о проблемах с растрескиванием и низким содержанием феррита, вам следует внимательно изучить присадочный материал и убедиться, что он производит достаточное количество феррита – около 8 должно быть достаточно. Кроме того, если вы используете дуговую сварку порошковой проволокой (FCAW), в качестве защитного газа обычно используется 100% диоксид углерода или смесь 75% аргона и 25% CO2, что может привести к поглощению углерода сварочным металлом. Вы можете перейти на дуговую сварку металл-металл (GMAW) и использовать смесь 98% аргона и 2% кислорода, чтобы уменьшить вероятность образования углеродных 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 склонности углерода к образованию аустенита. Это поможет предотвратить термическое растрескивание во время сварки.
Итак, если вы хотите устранить горячие трещины в сварных швах из аустенитной нержавеющей стали, проверьте однородность ферритного присадочного металла и следуйте лучшим практикам сварки. Поддерживайте тепловую мощность ниже 50 кДж/дюйм, поддерживайте умеренные или низкие температуры между проходами и убедитесь, что паяные соединения чистые перед пайкой. Используйте соответствующий калибр для проверки количества феррита в сварном шве, ориентируясь на калибры 5-10.
Журнал WELDER, ранее называвшийся Practical Welding Today, представляет реальных людей, которые производят продукцию, которую мы используем и с которой работаем каждый день. Этот журнал более 20 лет служит интересам сварочного сообщества Северной Америки.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The FABRICATOR, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Цифровая версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Получите полный цифровой доступ к журналу STAMPING Journal, в котором представлены новейшие технологии, лучшие практики и новости отрасли для рынка штамповки металла.
Теперь, благодаря полному цифровому доступу к The Fabricator en Español, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.