F: Vi har nyligen börjat utföra arbete som kräver att vissa komponenter huvudsakligen tillverkas av 304 rostfritt stål, som svetsas till sig självt och till kolstål. Vi har upplevt problem med svetssprickbildning mellan rostfritt stål och rostfritt stål upp till 1,25 tum tjockt. Det nämndes att vi har låga ferritnivåer. Kan du förklara vad det är och hur man åtgärdar det?
A: Det är en bra fråga. Ja, vi kan hjälpa dig att förstå vad låg ferritnivå innebär och hur man kan förhindra det.
Låt oss först titta på definitionen av rostfritt stål (SS) och hur ferrit relaterar till svetsade fogar. Svart stål och legeringar innehåller över 50 % järn. Detta inkluderar alla kolstål och rostfria stål, såväl som vissa andra grupper. Aluminium, koppar och titan innehåller inte järn, så de är utmärkta exempel på icke-järnlegeringar.
Huvudkomponenterna i denna legering är kolstål med en järnhalt på minst 90 % och rostfritt stål med en järnhalt på 70 till 80 %. För att klassificeras som rostfritt stål måste det ha minst 11,5 % tillsatt krom. Kromnivåer över denna minimigräns främjar bildandet av en kromoxidfilm på stålytor och förhindrar bildandet av oxidation såsom rost (järnoxid) eller kemisk korrosion.
Rostfritt stål delas huvudsakligen in i tre grupper: austenitiskt, ferritiskt och martensitiskt. Deras namn kommer från den kristallstruktur vid rumstemperatur som de är sammansatta av. En annan vanlig grupp är duplex rostfritt stål, 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. Stabilisatorer som nickel, kol, mangan och kväve tillsätts under ståltillverkningsprocessen för att bidra till att forma austenit-ferritförhållandet. Några vanliga stålsorter är 304, 316 och 347. Ger god korrosionsbeständighet; används främst inom livsmedels-, kemi-, läkemedels- och kryogenindustrier. Kontroll av ferritbildning ger utmärkt seghet vid låga temperaturer.
Ferritisk rostfritt stål är en stålsort i 400-serien som är helt magnetisk, innehåller 11,5 % till 30 % krom och har en övervägande 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 drivlinor och har begränsade högtemperaturapplikationer. Flera vanliga typer finns: 405, 409, 430 och 446.
Martensitiska stålsorter, även kallade 400-serien, såsom 403, 410 och 440, är ​​magnetiska, innehåller 11,5 % till 18 % krom och har en martensitisk kristallstruktur. Denna kombination har den lägsta guldhalten, vilket gör dem billigast att producera. De ger viss korrosionsbeständighet, överlägsen 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 tillämpning vilket tillsatsmaterial som är lämpligt. Om du använder en skyddsgasprocess kan du behöva vara särskilt uppmärksam på skyddsgasblandningarna för att förhindra vissa problem i samband med svetsning.
För att löda fast 304-elektroden behöver du en E308/308L-elektrod. "L" står för låg kolhalt, vilket hjälper till att förhindra interkristallin korrosion. Kolhalten i dessa elektroder är mindre än 0,03 %, och om detta värde överskrids ökar risken för kolavsättning vid korngränserna och krombindning 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 rostfritt stål av klass L är att de har lägre draghållfasthet vid förhöjda driftstemperaturer än raka rostfria stålkvaliteter.
Eftersom 304 är en austenitisk typ av rostfritt stål, kommer motsvarande svetsgods att innehålla det mesta av austeniten. Elektroden i sig kommer dock att innehålla en ferritstabilisator, såsom molybden, för att främja bildandet av ferrit i svetsgodset. Tillverkare listar vanligtvis ett typiskt intervall för mängden ferrit för en svetsgods. Som tidigare nämnts är kol en stark austenitisk stabilisator och av dessa skäl är det viktigt att förhindra att det tillsätts svetsgodset.
Ferrittalen härleds från Scheffler-diagrammet och WRC-1992-diagrammet, som använder nickel- och kromekvivalentformler för att beräkna värdet som, när det plottas i diagrammet, ger ett normaliserat tal. Ett ferrittal mellan 0 och 7 motsvarar volymprocenten av ferritisk kristallstruktur som finns i svetsgodset, men vid högre procentandelar ökar ferrittalet snabbare. Kom ihåg att ferrit i rostfritt stål inte är samma sak som kolstålsferrit, utan en fas som kallas deltaferrit. Austenitiskt rostfritt stål genomgår inte fasomvandlingar i samband med högtemperaturprocesser såsom värmebehandling.
Ferritbildning är önskvärt eftersom det är mer duktilt än austenit, men måste kontrolleras. Den låga ferrithalten kan ge svetsar utmärkt korrosionsbeständighet i vissa tillämpningar, men de är extremt benägna att få sprickbildning i värme under svetsning. För allmän användning bör antalet ferriter vara mellan 5 och 10, men vissa tillämpningar kan kräva lägre eller högre värden. Ferriter kan enkelt kontrolleras på arbetsplatsen med en ferritindikator.
Eftersom du nämnde att du har problem med sprickbildning och låga ferriter, bör du titta noga på ditt tillsatsmaterial och se till att det producerar tillräckligt med ferriter – runt 8 borde räcka. Om du använder flusskärnsvetsning (FCAW) använder dessa tillsatsmaterial vanligtvis en skyddsgas av 100 % koldioxid eller en blandning av 75 % argon och 25 % CO2, vilket kan få svetsmaterialet att absorbera kol. Du kan byta till metallbågsvetsning (GMAW) och använda en blandning av 98 % argon/2 % syre för att minska risken för kolavlagringar.
Vid svetsning av rostfritt stål med kolstål måste tillsatsmaterialet E309L användas. Detta tillsatsmaterial används speciellt för svetsning av olika metaller, där det bildas en viss mängd ferrit efter att kolstålet har lösts upp i svetsen. Eftersom kolstålet absorberar en del kol, tillsätts ferritstabilisatorer till tillsatsmaterialet för att motverka kolets tendens att bilda austenit. Detta hjälper till att förhindra termisk sprickbildning under svetsning.
Sammanfattningsvis, om du vill reparera heta sprickor i svetsfogar av austenitiskt rostfritt stål, kontrollera att det finns tillräckligt med ferritfyllnadsmaterial och följ god svetspraxis. Håll värmetillförseln under 50 kJ/tum, håll måttliga till låga temperaturer mellan svetsrören och se till att lödfogarna är rena före lödning. Använd en lämplig mätare för att kontrollera mängden ferrit i svetsfogen, sikta på 5-10.
WELDER, tidigare kallat Practical Welding Today, representerar 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 åtkomst till värdefulla branschresurser.
Den digitala utgåvan av The Tube & Pipe Journal är nu helt tillgänglig och ger enkel tillgång till värdefulla branschresurser.
Få fullständig digital tillgång till STAMPING Journal, med den senaste tekniken, bästa praxis och branschnyheter för metallpräglingsmarknaden.
Nu med fullständig digital åtkomst till The Fabricator på spanska har du enkel tillgång till värdefulla branschresurser.