З: Нещодавно ми почали виконувати роботу, яка вимагає виготовлення деяких компонентів переважно з нержавіючої сталі марки 304, яка зварюється сама з нержавіючою сталлю та з низьковуглецевою сталлю. Ми зіткнулися з деякими проблемами з розтріскуванням на зварних швах нержавіючої сталі з нержавіючою сталлю товщиною до 1,25 дюйма. Було зазначено, що у нас низький вміст фериту. Чи можете ви пояснити, що це таке і як це виправити?
В: Це гарне питання. Так, ми можемо допомогти вам зрозуміти, що означає низький рівень фериту та як цьому запобігти.
Спочатку давайте розглянемо визначення нержавіючої сталі (НС) та те, як ферит пов'язаний зі зварними з'єднаннями. Чорна сталь та сплави містять понад 50% заліза. Це включає всі вуглецеві та нержавіючі сталі, а також інші визначені групи. Алюміній, мідь та титан не містять заліза, тому вони є чудовими прикладами кольорових сплавів.
Основними компонентами цього сплаву є вуглецева сталь з вмістом заліза щонайменше 90% та нержавіюча сталь з вмістом заліза від 70 до 80%. Щоб класифікуватися як нержавіюча сталь, вона повинна містити щонайменше 11,5% доданого хрому. Рівень хрому вище цього мінімального порогу сприяє утворенню плівок оксиду хрому на сталевих поверхнях та запобігає утворенню окислення, такого як іржа (оксид заліза) або корозія, спричинена хімічним впливом.
Нержавіючі сталі в основному поділяються на три групи: аустеніт, ферит і мартенсит. Їхня назва походить від кристалічної структури, яка їх утворює при кімнатній температурі. Ще однією поширеною групою є дуплексні нержавіючі сталі, які являють собою баланс між феритом і аустенітом у кристалічній структурі.
Аустенітні марки, серія 300, містять від 16% до 30% хрому та від 8% до 40% нікелю, утворюючи переважно аустенітну кристалічну структуру. Для сприяння формуванню співвідношення аустеніт-ферит під час виробництва сталі додають стабілізатори, такі як нікель, вуглець, марганець та азот. Деякі поширені марки - 304, 316 та 347. Має хорошу корозійну стійкість; переважно використовується в харчовій, хімічній, фармацевтичній та кріогенній промисловості. Контроль утворення фериту забезпечує чудову низькотемпературну в'язкість.
Феритна нержавіюча сталь – це повністю магнітна сталь серії 400, яка містить від 11,5% до 30% хрому та має переважно феритну кристалічну структуру. Для сприяння утворенню фериту стабілізатори включають хром, кремній, молібден та ніобій під час виробництва сталі. Ці типи нержавіючої сталі зазвичай використовуються в автомобільних вихлопних системах та на електростанціях і мають обмежене застосування при високих температурах. Кілька поширених типів – це 405, 409, 430 та 446.
Мартенситні марки, також позначені серією 400, такі як 403, 410 та 440, є магнітними, містять від 11,5% до 18% хрому та мають мартенсит як кристалічну структуру. Ця комбінація має найнижчий вміст золота, що робить їх найдешевшими у виробництві. Вони забезпечують певну стійкість до корозії; відмінну міцність; і зазвичай використовуються у посуді, стоматологічному та хірургічному обладнанні, кухонному посуді та деяких типах інструментів.
Під час зварювання нержавіючої сталі тип основи та її застосування в процесі експлуатації визначатимуть відповідний присадний метал. Якщо ви використовуєте процес газового захисту, вам може знадобитися звернути особливу увагу на захисні газові суміші, щоб запобігти певним проблемам, пов'язаним зі зварюванням.
Щоб припаяти сталь 304 сама до себе, вам знадобиться електрод E308/308L. «L» означає низький вміст вуглецю, що допомагає запобігти міжкристалічній корозії. Ці електроди мають вміст вуглецю нижче 0,03%; будь-що вище цього збільшує ризик осадження вуглецю на межах зерен та його поєднання з хромом з утворенням карбідів хрому, що ефективно знижує корозійну стійкість сталі. Це стає очевидним, якщо корозія відбувається в зоні термічного впливу (ЗТВ) зварних з'єднань нержавіючої сталі. Ще одним міркуванням щодо нержавіючої сталі марки L є те, що вона має нижчу міцність на розтяг при підвищених робочих температурах, ніж нержавіючі марки без подачі.
Оскільки 304 є аустенітним типом нержавіючої сталі, відповідний зварний метал міститиме більшу частину аустеніту. Однак сам електрод міститиме феритовий стабілізатор, такий як молібден, для сприяння утворенню фериту в зварному металі. Виробники зазвичай вказують типовий діапазон кількостей фериту для зварного металу. Як згадувалося раніше, вуглець є сильним аустенітним стабілізатором, і з цих причин критично важливо запобігти його додаванню до зварного металу.
Феритові числа виводяться з діаграми Шеффлера та діаграми WRC-1992, на яких використовуються еквівалентні формули нікелю та хрому для розрахунку значення, яке при нанесенні на діаграму дає нормалізоване число. Феритове число від 0 до 7 відповідає об'ємному відсотку кристалічної структури фериту, присутньої в зварному металі; однак, при вищих відсотках феритове число збільшується швидше. Пам'ятайте, що ферит у нержавіючій сталі - це не те саме, що ферит вуглецевої сталі, а фаза, яка називається дельта-феритом. Аустенітна нержавіюча сталь не має фазових перетворень, пов'язаних з високотемпературними процесами, такими як термічна обробка.
Утворення фериту є бажаним, оскільки він більш пластичний, ніж аустеніт, але його необхідно контролювати. Низький вміст фериту може створювати зварні шви з відмінною корозійною стійкістю в деяких випадках, але він надзвичайно схильний до гарячого розтріскування під час зварювання. Для загальних умов використання вміст фериту повинен бути від 5 до 10, але для деяких застосувань можуть знадобитися нижчі або вищі значення. Ферити можна легко перевірити на робочому місці за допомогою феритового індикатора.
Оскільки ви згадали про проблеми з розтріскуванням та низький вміст фериту, вам потрібно уважно перевірити свій присадний метал і переконатися, що він містить достатню кількість фериту – близько 8 має допомогти. Також, якщо ви використовуєте дугове зварювання порошковою стружкою (FCAW), ці присадні метали зазвичай використовують захисний газ зі 100% вуглекислого газу або суміш 75% аргону та 25% CO2, що може спричинити поглинання вуглецю зварним металом. Ви можете перейти на процес дугового зварювання в газовому металі (GMAW) та використовувати суміш 98% аргону та 2% кисню, щоб зменшити ймовірність поглинання вуглецю.
Для зварювання нержавіючої сталі з вуглецевою сталлю необхідно використовувати присадний матеріал E309L. Цей присадний метал спеціально використовується для зварювання різнорідних металів і утворює певну кількість фериту після того, як вуглецева сталь розчиняється у зварному шві. Оскільки деяка кількість вуглецю поглинається вуглецевою сталлю, до присадного металу додають феритові стабілізатори, щоб протидіяти схильності вуглецю до утворення аустеніту. Це допоможе запобігти термічному розтріскуванню під час зварювання.
Підсумовуючи, якщо ви хочете усунути гарячі тріщини на зварних з'єднаннях аустенітної нержавіючої сталі, перевірте достатню кількість феритового присадного металу та дотримуйтесь належної практики зварювання. Тримайте підведену теплоту нижче 50 кДж/дюйм, підтримуйте помірні або низькі міжпрохідні температури та переконайтеся, що паяні з'єднання не забруднені перед паянням. Використовуйте відповідний калібр для перевірки кількості фериту на зварному з'єднанні, прагнучи до 5-10.
WELDER, раніше відомий як Practical Welding Today, демонструє реальних людей, які виготовляють продукцію, яку ми використовуємо та з якою працюємо щодня. Цей журнал служить зварювальній спільноті Північної Америки вже понад 20 років.
Тепер із повним доступом до цифрового видання The FABRICATOR, легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Цифрове видання журналу «The Tube & Pipe Journal» тепер повністю доступне, забезпечуючи легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Насолоджуйтесь повним доступом до цифрового видання журналу STAMPING, який містить найновіші технологічні досягнення, передовий досвід та новини галузі для ринку штампування металу.
Тепер із повним доступом до цифрового видання The Fabricator en Español, легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.