Otázka: Nedávno sme začali s prácou, ktorá vyžaduje, aby niektoré komponenty boli vyrobené prevažne z nehrdzavejúcej ocele 304, ktorá je zvarená sama so sebou a s mäkkou oceľou. Zaznamenali sme problémy s praskaním zvarov medzi nehrdzavejúcou oceľou a nehrdzavejúcou oceľou do hrúbky 3,8 cm. Bolo spomenuté, že máme nízke hladiny feritu. Môžete vysvetliť, čo to je a ako to opraviť?
A: To je dobrá otázka. Áno, môžeme vám pomôcť pochopiť, čo znamená nízky obsah feritu a ako tomu predchádzať.
Najprv sa pozrime na definíciu nehrdzavejúcej ocele (SS) a na to, ako ferit súvisí so zvarovými spojmi. Čierna oceľ a zliatiny obsahujú viac ako 50 % železa. Patria sem všetky uhlíkové a nehrdzavejúce ocele, ako aj niektoré ďalšie skupiny. Hliník, meď a titán neobsahujú železo, takže sú vynikajúcimi príkladmi neželezných zliatin.
Hlavnými zložkami tejto zliatiny sú uhlíková oceľ s obsahom železa najmenej 90 % a nehrdzavejúca oceľ s obsahom železa 70 až 80 %. Aby bola klasifikovaná ako nehrdzavejúca oceľ, musí mať pridaných najmenej 11,5 % chrómu. Hladiny chrómu nad touto minimálnou hranicou podporujú tvorbu filmu oxidu chrómu na oceľových povrchoch a zabraňujú tvorbe oxidácie, ako je hrdza (oxid železa) alebo chemická korózia.
Nerezová oceľ sa delí hlavne na tri skupiny: austenitická, feritická a martenzitická. Ich názov pochádza z kryštálovej štruktúry, z ktorej sa skladajú pri izbovej teplote. Ďalšou bežnou skupinou sú duplexné nerezové ocele, ktoré predstavujú rovnováhu medzi feritom a austenitom v kryštálovej štruktúre.
Austenitické triedy, séria 300, obsahujú 16 % až 30 % chrómu a 8 % až 40 % niklu, čím tvoria prevažne austenitickú kryštálovú štruktúru. Počas procesu výroby ocele sa pridávajú stabilizátory, ako je nikel, uhlík, mangán a dusík, ktoré pomáhajú vytvárať pomer austenitu a feritu. Medzi bežné triedy patria 304, 316 a 347. Poskytujú dobrú odolnosť proti korózii; používajú sa hlavne v potravinárskom, chemickom, farmaceutickom a kryogénnom priemysle. Kontrola tvorby feritu poskytuje vynikajúcu húževnatosť pri nízkych teplotách.
Feritická nerezová oceľ je trieda série 400, ktorá je plne magnetická, obsahuje 11,5 % až 30 % chrómu a má prevažne feritickú kryštálovú štruktúru. Na podporu tvorby feritu sa počas výroby ocele pridávajú stabilizátory ako chróm, kremík, molybdén a niób. Tieto typy nerezových oceľových konštrukcií sa bežne používajú vo výfukových systémoch a hnacích ústrojenstvách automobilov a majú obmedzené využitie pri vysokých teplotách. Niekoľko bežne používaných typov: 405, 409, 430 a 446.
Martenzitické triedy, označované aj ako séria 400, ako napríklad 403, 410 a 440, sú magnetické, obsahujú 11,5 % až 18 % chrómu a majú martenzitickú kryštálovú štruktúru. Táto kombinácia má najnižší obsah zlata, vďaka čomu sú najlacnejšie na výrobu. Poskytujú určitú odolnosť voči korózii, vynikajúcu pevnosť a bežne sa používajú v stolovom riade, zubnom a chirurgickom vybavení, kuchynskom riade a niektorých typoch nástrojov.
Pri zváraní nehrdzavejúcej ocele bude typ podkladu a jeho použitie určovať vhodný prídavný materiál, ktorý sa má použiť. Ak používate proces s ochranným plynom, možno budete musieť venovať osobitnú pozornosť zmesiam ochranných plynov, aby ste predišli určitým problémom spojeným so zváraním.
Na spájkovanie ocele 304 k sebe budete potrebovať elektródu E308/308L. „L“ znamená nízky obsah uhlíka, čo pomáha predchádzať medzikryštalickej korózii. Obsah uhlíka v týchto elektródach je menší ako 0,03 %. Ak sa táto hodnota prekročí, zvyšuje sa riziko usadzovania uhlíka na hraniciach zŕn a viazania chrómu za vzniku karbidov chrómu, čo účinne znižuje odolnosť ocele proti korózii. Toto sa prejaví, ak dôjde ku korózii v tepelne ovplyvnenej zóne (HAZ) zvarov nehrdzavejúcej ocele. Ďalším faktorom, ktorý treba zvážiť pri nehrdzavejúcej oceli triedy L, je, že má nižšiu pevnosť v ťahu pri zvýšených prevádzkových teplotách ako rovné nehrdzavejúce ocele.
Keďže 304 je austenitický typ nehrdzavejúcej ocele, zodpovedajúci zvarový kov bude obsahovať väčšinu austenitu. Samotná elektróda však bude obsahovať feritový stabilizátor, ako je molybdén, na podporu tvorby feritu vo zvarovom kove. Výrobcovia zvyčajne uvádzajú typický rozsah množstva feritu vo zvarovom kove. Ako už bolo spomenuté, uhlík je silný austenitický stabilizátor a z týchto dôvodov je nevyhnutné zabrániť jeho pridávaniu do zvarového kovu.
Feritové čísla sú odvodené zo Schefflerovho grafu a grafu WRC-1992, ktoré používajú vzorce ekvivalentu niklu a chrómu na výpočet hodnoty, ktorá po vynesení do grafu udáva normalizované číslo. Feritové číslo medzi 0 a 7 zodpovedá objemovému percentuálnemu podielu feritickej kryštálovej štruktúry prítomnej vo zvarovom kove, avšak pri vyšších percentách sa feritové číslo zvyšuje rýchlejšie. Pamätajte, že ferit v nehrdzavejúcej oceli nie je to isté ako ferit uhlíkovej ocele, ale fáza nazývaná delta ferit. Austenitická nehrdzavejúca oceľ nepodlieha fázovým premenám spojeným s vysokoteplotnými procesmi, ako je tepelné spracovanie.
Tvorba feritu je žiaduca, pretože je tvárnejšia ako austenit, ale musí byť kontrolovaná. Nízky obsah feritu môže v niektorých aplikáciách poskytnúť zvarom vynikajúcu odolnosť proti korózii, ale sú extrémne náchylné na praskanie za tepla počas zvárania. Pre všeobecné použitie by mal byť počet feritov medzi 5 a 10, ale niektoré aplikácie môžu vyžadovať nižšie alebo vyššie hodnoty. Ferity sa dajú ľahko skontrolovať na pracovisku pomocou feritového indikátora.
Keďže ste spomenuli, že máte problémy s praskaním a nízkym obsahom feritov, mali by ste sa dôkladne pozrieť na prídavný materiál a uistiť sa, že produkuje dostatok feritov – približne 8 by malo stačiť. Ak používate zváranie plnením (FCAW), tieto prídavné materiály zvyčajne používajú ochranný plyn zo 100 % oxidu uhličitého alebo zmes 75 % argónu a 25 % CO2, čo môže spôsobiť absorpciu uhlíka zvarovým kovom. Môžete prejsť na proces zvárania elektrickým oblúkom (GMAW) a použiť zmes 98 % argónu a 2 % kyslíka, aby ste znížili možnosť usadenín uhlíka.
Pri zváraní nehrdzavejúcej ocele s uhlíkovou oceľou sa musí použiť prídavný materiál E309L. Tento prídavný materiál sa používa najmä na zváranie rôznych kovov, pričom po rozpustení uhlíkovej ocele vo zvare vytvára určité množstvo feritu. Keďže uhlíková oceľ absorbuje určité množstvo uhlíka, do prídavného materiálu sa pridávajú feritové stabilizátory, ktoré pôsobia proti tendencii uhlíka tvoriť austenit. To pomáha predchádzať tepelnému praskaniu počas zvárania.
Záverom možno povedať, že ak chcete opraviť horúce trhliny vo zvaroch austenitickej nehrdzavejúcej ocele, skontrolujte dostatok feritového prídavného materiálu a dodržiavajte osvedčené zváračské postupy. Udržiavajte tepelný príkon pod 50 kJ/in, udržiavajte mierne až nízke medziprechodové teploty a pred spájkovaním sa uistite, že spájkované spoje sú čisté. Na kontrolu množstva feritu na zvare použite vhodný merač, pričom sa snažte o 5-10.
Časopis WELDER, predtým známy ako Practical Welding Today, predstavuje skutočných ľudí, ktorí vyrábajú produkty, ktoré používame a s ktorými pracujeme každý deň. Tento časopis slúži zváračskej komunite v Severnej Amerike už viac ako 20 rokov.
Teraz s plným prístupom k digitálnej edícii The FABRICATOR, jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Digitálne vydanie časopisu The Tube & Pipe Journal je teraz plne dostupné a poskytuje jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Získajte plný digitálny prístup k časopisu STAMPING, ktorý obsahuje najnovšie technológie, osvedčené postupy a novinky z odvetvia lisovania kovov.
Teraz s plným digitálnym prístupom k The Fabricator en Español máte jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.