Hỏi: Gần đây chúng tôi bắt đầu thực hiện một số công việc yêu cầu một số bộ phận phải được làm chủ yếu từ thép không gỉ loại 304, được hàn với chính nó và với thép mềm. Chúng tôi đã gặp một số vấn đề nứt vỡ trên các mối hàn thép không gỉ với thép không gỉ có độ dày lên đến 1,25 inch. Có người nói rằng hàm lượng ferit của chúng tôi thấp. Ông/Bà có thể giải thích hiện tượng này là gì và cách khắc phục không?
A: Đây là một câu hỏi hay. Vâng, chúng tôi có thể giúp bạn hiểu ý nghĩa của hàm lượng ferrite thấp và cách ngăn ngừa nó.
Trước tiên, chúng ta hãy xem lại định nghĩa về thép không gỉ (SS) và mối liên hệ giữa ferit với các mối hàn. Thép đen và hợp kim chứa hơn 50% sắt. Điều này bao gồm tất cả các loại thép cacbon và thép không gỉ cũng như các nhóm khác được định nghĩa. Nhôm, đồng và titan không chứa sắt, vì vậy chúng là những ví dụ tuyệt vời về hợp kim không chứa sắt.
Các thành phần chính của hợp kim này là thép cacbon với ít nhất 90% sắt và thép không gỉ (SS) với 70 đến 80% sắt. Để được phân loại là SS, nó phải được bổ sung ít nhất 11,5% crom. Hàm lượng crom vượt quá ngưỡng tối thiểu này thúc đẩy sự hình thành màng oxit crom trên bề mặt thép và ngăn ngừa sự hình thành các quá trình oxy hóa như gỉ sét (oxit sắt) hoặc ăn mòn do tác động hóa học.
Thép không gỉ (SS) chủ yếu được chia thành ba nhóm: austenit, ferit và martensit. Tên gọi của chúng xuất phát từ cấu trúc tinh thể ở nhiệt độ phòng tạo nên chúng. Một nhóm phổ biến khác là thép không gỉ song pha (duplex SS), là sự cân bằng giữa ferit và austenit trong cấu trúc tinh thể.
Các mác thép Austenit, thuộc dòng 300, chứa từ 16% đến 30% crom và từ 8% đến 40% niken, tạo thành cấu trúc tinh thể chủ yếu là Austenit. Để thúc đẩy sự hình thành tỷ lệ Austenit-Ferit, các chất ổn định như niken, cacbon, mangan và nitơ được thêm vào trong quá trình sản xuất thép. Một số mác thép thông dụng là 304, 316 và 347. Chúng có khả năng chống ăn mòn tốt; chủ yếu được sử dụng trong thực phẩm, hóa chất, dược phẩm và các ứng dụng đông lạnh. Việc kiểm soát sự hình thành Ferrit giúp đạt được độ dẻo dai tuyệt vời ở nhiệt độ thấp.
Thép không gỉ Ferritic là loại thép thuộc dòng 400, có từ tính hoàn toàn, chứa từ 11,5% đến 30% crom và có cấu trúc tinh thể chủ yếu là ferit. Để thúc đẩy sự hình thành ferit, các chất ổn định bao gồm crom, silic, molypden và niobi trong quá trình sản xuất thép. Loại thép không gỉ này thường được sử dụng trong hệ thống ống xả ô tô và nhà máy điện, và có ứng dụng hạn chế ở nhiệt độ cao. Một số loại thường được sử dụng là 405, 409, 430 và 446.
Thép mactenxit, còn được ký hiệu bằng dãy 400 như 403, 410 và 440, có từ tính, chứa từ 11,5% đến 18% crom và có cấu trúc tinh thể mactenxit. Sự kết hợp này có hàm lượng vàng thấp nhất, khiến chúng có giá thành sản xuất thấp nhất. Chúng có khả năng chống ăn mòn tốt; độ bền tuyệt vời; và thường được sử dụng trong đồ dùng ăn uống, thiết bị nha khoa và phẫu thuật, dụng cụ nấu nướng và một số loại dụng cụ nhất định.
Khi hàn thép không gỉ, loại vật liệu nền và ứng dụng thực tế của nó sẽ quyết định loại que hàn phù hợp cần sử dụng. Nếu bạn sử dụng quy trình hàn có khí bảo vệ, bạn cần đặc biệt chú ý đến hỗn hợp khí bảo vệ để ngăn ngừa một số sự cố liên quan đến hàn.
Để hàn thép không gỉ 304 với chính nó, bạn cần dùng que hàn E308/308L. Chữ “L” viết tắt cho hàm lượng carbon thấp, giúp ngăn ngừa ăn mòn giữa các hạt. Các que hàn này có hàm lượng carbon dưới 0,03%; bất cứ hàm lượng nào cao hơn mức này đều làm tăng nguy cơ carbon kết tủa tại ranh giới hạt và kết hợp với crom để tạo thành cacbua crom, làm giảm hiệu quả khả năng chống ăn mòn của thép. Điều này trở nên rõ ràng nếu xảy ra ăn mòn trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) của các mối hàn thép không gỉ. Một điểm cần lưu ý khác đối với thép không gỉ loại L là chúng có độ bền kéo thấp hơn ở nhiệt độ hoạt động cao so với các loại thép không gỉ thông thường.
Vì thép không gỉ 304 là loại thép không gỉ austenit, nên kim loại mối hàn tương ứng sẽ chứa phần lớn austenit. Tuy nhiên, bản thân que hàn sẽ chứa chất ổn định ferit, chẳng hạn như molypden, để thúc đẩy sự hình thành ferit trong kim loại mối hàn. Các nhà sản xuất thường liệt kê phạm vi lượng ferit điển hình cho kim loại mối hàn. Như đã đề cập trước đó, cacbon là một chất ổn định austenit mạnh, và vì những lý do này, việc ngăn chặn việc thêm cacbon vào kim loại mối hàn là rất quan trọng.
Chỉ số ferit được suy ra từ biểu đồ Schaeffler và biểu đồ WRC-1992, sử dụng các công thức tương đương niken và crom để tính toán giá trị, khi được biểu diễn trên biểu đồ sẽ tạo ra một con số chuẩn hóa. Chỉ số ferit từ 0 đến 7 tương ứng với phần trăm thể tích của cấu trúc tinh thể ferit có trong kim loại mối hàn; tuy nhiên, ở tỷ lệ phần trăm cao hơn, chỉ số ferit tăng với tốc độ nhanh hơn. Cần nhớ rằng ferit trong thép không gỉ không giống với ferit trong thép cacbon, mà là một pha gọi là delta ferit. Thép không gỉ Austenit không có sự biến đổi pha nào liên quan đến các quá trình ở nhiệt độ cao như xử lý nhiệt.
Sự hình thành ferit là điều mong muốn vì nó dẻo hơn austenit, nhưng cần phải được kiểm soát. Hàm lượng ferit thấp có thể tạo ra các mối hàn có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong một số ứng dụng, nhưng lại cực kỳ dễ bị nứt nóng trong quá trình hàn. Đối với điều kiện sử dụng thông thường, hàm lượng ferit nên nằm trong khoảng từ 5 đến 10, nhưng đối với một số ứng dụng, có thể cần các giá trị thấp hơn hoặc cao hơn. Có thể dễ dàng kiểm tra hàm lượng ferit tại chỗ bằng cách sử dụng chất chỉ thị ferit.
Vì bạn đã đề cập đến vấn đề nứt vỡ và hàm lượng ferit thấp, bạn cần kiểm tra kỹ kim loại phụ và đảm bảo nó tạo ra đủ hàm lượng ferit – khoảng 8 là đủ. Ngoài ra, nếu bạn đang sử dụng hàn hồ quang lõi thuốc (FCAW), các kim loại phụ này thường sử dụng khí bảo vệ 100% carbon dioxide hoặc hỗn hợp 75% argon/25% CO2, có thể gây ra hiện tượng hấp thụ carbon trong kim loại mối hàn. Bạn có thể cân nhắc chuyển sang quy trình hàn hồ quang kim loại khí (GMAW) và sử dụng hỗn hợp 98% argon/2% oxy để giảm khả năng hấp thụ carbon.
Để hàn thép không gỉ với thép cacbon, bạn phải sử dụng que hàn E309L. Que hàn này được sử dụng đặc biệt để hàn các kim loại khác loại và tạo ra một lượng ferit nhất định sau khi thép cacbon được hòa tan vào mối hàn. Vì một lượng cacbon nhất định được hấp thụ vào thép cacbon, chất ổn định ferit được thêm vào que hàn để chống lại xu hướng tạo thành austenit của cacbon. Điều này sẽ giúp ngăn ngừa nứt do nhiệt trong các ứng dụng hàn.
Tóm lại, nếu bạn muốn loại bỏ các vết nứt nóng trên các mối hàn thép không gỉ Austenit, hãy kiểm tra xem kim loại phụ ferit có đủ hay không và tuân thủ các quy trình hàn tốt. Giữ lượng nhiệt đầu vào dưới 50 kJ/inch, duy trì nhiệt độ giữa các lớp hàn ở mức vừa phải đến thấp, và đảm bảo các mối hàn không bị nhiễm bẩn trước khi hàn. Sử dụng thước đo thích hợp để kiểm tra lượng ferit trên mối hàn, mục tiêu là từ 5 đến 10.
Tạp chí WELDER, trước đây là Practical Welding Today, giới thiệu những người thợ hàn thực thụ, những người tạo ra các sản phẩm mà chúng ta sử dụng và làm việc cùng mỗi ngày. Tạp chí này đã phục vụ cộng đồng thợ hàn ở Bắc Mỹ trong hơn 20 năm.
Giờ đây, với quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The FABRICATOR, bạn có thể dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên quý giá trong ngành.
Phiên bản điện tử của Tạp chí Tube & Pipe Journal hiện đã hoàn toàn có thể truy cập được, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận các nguồn tài liệu quý giá trong ngành.
Tận hưởng quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của tạp chí STAMPING Journal, nơi cung cấp những tiến bộ công nghệ mới nhất, các phương pháp thực hành tốt nhất và tin tức ngành cho thị trường dập kim loại.
Giờ đây, với quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The Fabricator en Español, bạn dễ dàng tiếp cận các nguồn tài liệu quý giá trong ngành.