F: Vi har nyligen börjat utföra arbete som kräver att vissa komponenter huvudsakligen är tillverkade av rostfritt stål av klass 304, som svetsas till sig självt och till kolstål. Vi har upplevt problem med sprickbildning i svetsfogar mellan rostfritt stål och rostfritt stål upp till 3,8 cm tjocka. Det nämndes att vi har låga ferritvärden. Kan du förklara vad detta är och hur man åtgärdar det?
A: Det här är en bra fråga. Ja, vi kan hjälpa dig att förstå vad låga ferritvärden betyder och hur du kan förhindra det.
Låt oss först granska definitionen av rostfritt stål (SS) och hur ferrit relaterar till svetsade fogar. Svart stål och legeringar innehåller mer än 50 % järn. Detta inkluderar alla kol- och rostfria stål och andra definierade grupper. Aluminium, koppar och titan innehåller inte järn, så de är utmärkta exempel på icke-järnlegeringar.
Huvudkomponenterna i denna legering är kolstål med minst 90 % järn och rostfritt stål med 70 till 80 % järn. För att klassificeras som rostfritt stål måste det ha minst 11,5 % tillsatt krom. Kromnivåer över denna minimigräns främjar bildandet av kromoxidfilmer på stålytor och förhindrar oxidationsbildning såsom rost (järnoxid) eller korrosion orsakad av kemiska angrepp.
SS delas huvudsakligen in i tre grupper: austenit, ferrit och martensit. Deras namn kommer från den rumstemperaturerade kristallstrukturen som de består av. En annan vanlig grupp är duplex SS, som är en balans mellan ferrit och austenit i kristallstrukturen.
Austenitiska stålsorter, 300-serien, innehåller 16 % till 30 % krom och 8 % till 40 % nickel, vilket bildar en övervägande austenitisk kristallstruktur. För att främja bildandet av austenit-ferritförhållandet tillsätts stabilisatorer som nickel, kol, mangan och kväve under ståltillverkningsprocessen. Några vanliga stålsorter är 304, 316 och 347. Erbjuder god korrosionsbeständighet; används främst inom livsmedel, kemiska tjänster, läkemedel och kryogena tillämpningar. Kontroll av ferritbildning ger utmärkt seghet vid låg temperatur.
Ferritisk rostfritt stål är en stålsort i 400-serien som är helt magnetisk, innehåller 11,5 % till 30 % krom och har en ferritisk kristallstruktur. För att främja bildandet av ferrit används stabilisatorer som krom, kisel, molybden och niob under stålproduktion. Dessa typer av rostfritt stål används ofta i bilavgassystem och kraftverk och har begränsade högtemperaturapplikationer. Flera vanliga typer är 405, 409, 430 och 446.
Martensitiska stålsorter, även identifierade av 400-serien såsom 403, 410 och 440, är ​​magnetiska, innehåller 11,5 % till 18 % krom och har martensit som kristallstruktur. Denna kombination har den lägsta guldhalten, vilket gör dem billigast att producera. De ger viss korrosionsbeständighet, utmärkt styrka och används ofta i porslin, tandvårds- och kirurgisk utrustning, köksredskap och vissa typer av verktyg.
När du svetsar rostfritt stål avgör typen av substrat och dess användning vilket tillsatsmaterial som är lämpligt att använda. Om du använder en gasskyddsprocess kan du behöva vara särskilt uppmärksam på skyddsgasblandningarna för att förhindra vissa svetsrelaterade problem.
För att löda fast 304-stålet behöver du en E308/308L-elektrod. "L" står för låg kolhalt, vilket hjälper till att förhindra interkristallin korrosion. Dessa elektroder har en kolhalt under 0,03 %; allt över detta ökar risken för att kol fälls ut till korngränser och kombineras med krom för att bilda kromkarbider, vilket effektivt minskar stålets korrosionsbeständighet. Detta blir uppenbart om korrosion uppstår i den värmepåverkade zonen (HAZ) i rostfria svetsfogar. En annan faktor att beakta för L-kvalitet rostfria stål är att de har lägre draghållfasthet vid förhöjda driftstemperaturer än direkta rostfria stålsorter.
Eftersom 304 är en austenitisk typ av rostfritt stål, kommer motsvarande svetsgods att innehålla det mesta av austeniten. Själva elektroden kommer dock att innehålla en ferritstabilisator, såsom molybden, för att främja bildandet av ferrit i svetsgodset. Tillverkare listar vanligtvis ett typiskt intervall av ferritmängder för svetsgodset. Som tidigare nämnts är kol en stark austenitisk stabilisator, och av dessa skäl är det avgörande att förhindra att det tillsätts svetsgodset.
Ferrittal härleds från Schaeffler-diagrammet och WRC-1992-diagrammet, som använder nickel- och kromekvivalentformler för att beräkna värdet, vilket, när det plottas i diagrammet, ger ett normaliserat tal. Ferrittalet mellan 0 och 7 motsvarar volymprocenten av ferritkristallstrukturen som finns i svetsgodset; vid högre procentandelar ökar dock ferrittalet snabbare. Kom ihåg att ferrit i rostfritt stål inte är samma sak som kolstålsferrit, utan en fas som kallas deltaferrit. Austenitiskt rostfritt stål har inga fasomvandlingar förknippade med högtemperaturprocesser såsom värmebehandling.
Bildningen av ferrit är önskvärd eftersom den är mer duktil än austenit, men måste kontrolleras. Låga ferritvärden kan producera svetsar med utmärkt korrosionsbeständighet i vissa tillämpningar, men är extremt benägna att spricka i värme under svetsning. För allmänna användningsförhållanden bör ferritvärdet ligga mellan 5 och 10, men för vissa tillämpningar kan lägre eller högre värden krävas. Ferriter kan enkelt verifieras på jobbet med hjälp av en ferritindikator.
Eftersom du nämnde att du har problem med sprickbildning och ett lågt ferritvärde, måste du titta noga på ditt tillsatsmaterial och se till att det producerar tillräckligt med ferritvärden – runt 8 borde hjälpa. Om du använder flusskärnsvetsning (FCAW) använder dessa tillsatsmaterial vanligtvis en skyddsgas med 100 % koldioxid eller en blandning med 75 % argon/25 % CO2, vilket kan orsaka kolupptag i svetsmaterialet. Du kanske vill byta till gasmetallsvetsning (GMAW) och använda en blandning med 98 % argon/2 % syre för att minska risken för kolupptagning.
För att svetsa rostfritt stål till kolstål måste du använda tillsatsmaterial E309L. Detta tillsatsmaterial används speciellt för svetsning av olika metaller och bildar en viss mängd ferrit efter att kolstålet har spätts ut i svetsen. Eftersom en del kol absorberas i kolstål tillsätts ferritstabilisatorer till tillsatsmaterialet för att motverka kolets tendens att bilda austenit. Detta hjälper till att förhindra termisk sprickbildning i svetsapplikationer.
Sammanfattningsvis, om du vill eliminera heta sprickor på austenitiska rostfria svetsfogar, kontrollera att det finns tillräckligt med ferritfyllnadsmaterial och följ god svetspraxis. Håll värmetillförseln under 50 kJ/tum, bibehåll måttliga till låga mellansträngstemperaturer och se till att lödfogarna är fria från kontaminering före lödning. Använd en lämplig mätare för att verifiera mängden ferrit på svetsfogen, med sikte på 5 till 10.
WELDER, tidigare Practical Welding Today, visar upp de riktiga människorna som tillverkar de produkter vi använder och arbetar med varje dag. Denna tidskrift har betjänat svetsbranschen i Nordamerika i över 20 år.
Nu med full tillgång till den digitala utgåvan av The FABRICATOR, enkel tillgång till värdefulla branschresurser.
Den digitala utgåvan av The Tube & Pipe Journal är nu helt tillgänglig och ger enkel tillgång till värdefulla branschresurser.
Få fullständig tillgång till den digitala utgåvan av STAMPING Journal, som ger de senaste tekniska framstegen, bästa praxis och branschnyheter för metallstämplingsmarknaden.
Nu med full tillgång till den digitala utgåvan av The Fabricator på spanska, enkel åtkomst till värdefulla branschresurser.