В: Недавно мы начали выполнять работу, требующую изготовления некоторых компонентов в основном из нержавеющей стали марки 304, которая сваривается сама с собой и с мягкой сталью. У нас возникли проблемы с растрескиванием сварных швов между нержавеющими сталями толщиной до 1,25 дюйма. Было упомянуто, что у нас низкое содержание феррита. Можете ли вы объяснить, что это такое и как это исправить?
A: Это хороший вопрос. Да, мы можем помочь вам понять, что означает низкое содержание феррита и как этого избежать.
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 другие определенные 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%. Чтобы быть классифицированным как нержавеющая сталь, в нее должно быть добавлено не менее 11,5% хрома. Уровни хрома выше этого минимального порогового значения способствуют образованию пленок оксида хрома на стальных поверхностях и предотвращают образование окислений, таких как ржавчина (оксид железа) или коррозия, вызванная химическим воздействием.
Нержавеющая сталь в основном делится на три группы: аустенит, феррит и мартенсит. Их название происходит от кристаллической структуры, которая их образует при комнатной температуре. Другая распространенная группа — дуплексная нержавеющая сталь, которая представляет собой баланс между ферритом и аустенитом в кристаллической структуре.
Аустенитные марки серии 300 содержат от 16% до 30% хрома и от 8% до 40% никеля, образуя преимущественно аустенитную кристаллическую структуру. Для улучшения соотношения аустенита и феррита в процессе производства стали добавляются стабилизаторы, такие как никель, углерод, марганец и азот. Некоторые распространенные марки — 304, 316 и 347. Обладает хорошей коррозионной стойкостью; в основном используется в пищевой, химической, фармацевтической и криогенной промышленности. Контроль образования феррита обеспечивает отличную низкотемпературную вязкость.
Ферритная нержавеющая сталь — это марка стали серии 400, которая полностью магнитная, содержит от 11,5% до 30% хрома и имеет преобладающую ферритную кристаллическую структуру. Для содействия образованию феррита в процессе производства стали в качестве стабилизаторов используются хром, кремний, молибден и ниобий. Эти типы нержавеющей стали обычно используются в автомобильных выхлопных системах и на электростанциях и имеют ограниченное применение при высоких температурах. Несколько наиболее часто используемых типов — 405, 409, 430 и 446.
Мартенситные марки, также обозначаемые серией 400, например, 403, 410 и 440, являются магнитными, содержат от 11,5% до 18% хрома и имеют мартенситную структуру в качестве кристалла. Эта комбинация имеет самое низкое содержание золота, что делает их наименее дорогими в производстве. Они обеспечивают некоторую коррозионную стойкость, отличную прочность и обычно используются в столовых приборах, стоматологическом и хирургическом оборудовании, кухонной утвари и некоторых типах инструментов.
При сварке нержавеющей стали тип подложки и ее применение в процессе эксплуатации определяют подходящий присадочный металл. Если вы используете процесс газовой защиты, вам, возможно, придется уделять особое внимание смесям защитных газов, чтобы предотвратить определенные проблемы, связанные со сваркой.
Чтобы спаять 304 сам с собой, вам понадобится электрод E308/308L. «L» означает низкий уровень углерода, что помогает предотвратить межкристаллитную коррозию. Содержание углерода в этих электродах ниже 0,03%; все, что выше этого значения, увеличивает риск осаждения углерода на границах зерен и соединения с хромом с образованием карбидов хрома, что эффективно снижает коррозионную стойкость стали. Это становится очевидным, если коррозия возникает в зоне термического влияния (ЗТВ) сварных соединений нержавеющей стали. Еще одним соображением в отношении нержавеющей стали марки L является то, что она имеет более низкую прочность на разрыв при повышенных рабочих температурах, чем прямые 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 способствования образованию феррита в металле шва. Производители обычно указывают типичный диапазон количества феррита для металла шва. Как упоминалось ранее, углерод является сильным аустенитным стабилизатором, и по этим причинам крайне 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 более быстрыми темпами. Помните, что феррит в нержавеющей стали — это не то же самое, что феррит углеродистой стали, а фаза, называемая дельта-ферритом. Аустенитная нержавеющая сталь не имеет 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 сварные швы с превосходной коррозионной стойкостью в некоторых областях применения, но чрезвычайно подвержено образованию горячих трещин во время сварки. Для общих условий использования количество феррита должно быть от 5 до 10, но для некоторых областей применения 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 есть проблемы с растрескиванием и низкое количество ферритов, вам нужно внимательно изучить ваш присадочный металл и убедиться, что он обеспечивает достаточное количество ферритов — около 8 должно помочь. Кроме того, если вы используете дуговую сварку порошковой проволокой (FCAW), эти присадочные металлы обычно используют защитный газ из 100% углекислого газа или смесь 75% аргона/25% CO2, что может привести к поглощению углерода в металле сварного шва. Вы можете перейти на процесс дуговой сварки металлическим электродом в защитном газе (GMAW) и использовать смесь 98% аргона/2% кислорода, чтобы снизить вероятность захвата углерода.
Для сварки 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 того, как углеродистая сталь растворяется 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 при сварке.
Подводя итог, можно сказать, что если вы хотите исключить появление горячих трещин на сварных соединениях из аустенитной нержавеющей стали, проверьте наличие достаточного количества ферритного присадочного металла и следуйте передовой практике сварки. Поддерживайте тепловложение ниже 50 кДж/дюйм, поддерживайте умеренную или низкую температуру между проходами и убедитесь, что паяные соединения не содержат никаких загрязнений перед пайкой. Используйте соответствующий измерительный прибор для проверки количества феррита на сварном соединении, ориентируясь на 5–10.
Журнал WELDER, ранее называвшийся Practical Welding Today, знакомит нас с реальными людьми, которые производят продукцию, с которой мы работаем и используем ее каждый день. Этот журнал обслуживает сообщество сварщиков в Северной Америке уже более 20 лет.
Теперь с полным доступом к цифровой версии The FABRICATOR вы можете легко получить доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Электронная версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Воспользуйтесь полным доступом к цифровому изданию журнала STAMPING, в котором представлены новейшие технологические достижения, передовой опыт и отраслевые новости для рынка штамповки металлов.
Теперь с полным доступом к цифровой версии The Fabricator на испанском языке вы получите легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.