Hỏi: Gần đây chúng tôi bắt đầu thực hiện một số công việc yêu cầu một số bộ phận được làm chủ yếu từ thép không gỉ 304, được hàn với chính nó và với thép mềm. Chúng tôi đã gặp một số vấn đề về nứt mối hàn giữa thép không gỉ và 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: Đó là một câu hỏi hay. Vâng, chúng tôi có thể giúp bạn hiểu hàm lượng ferrite thấp nghĩa là gì và cách phòng tránh nó.
Trước tiên, hãy xem xét 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 một số nhóm kim loại khác. 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 hàm lượng sắt ít nhất 90% và thép không gỉ với hàm lượng sắt từ 70 đến 80%. Để được phân loại là thép không gỉ (SS), nó phải được bổ sung ít nhất 11,5% crom. Hàm lượng crom trên ngưỡng tối thiểu này thúc đẩy sự hình thành lớp màng oxit crom trên bề mặt thép và ngăn ngừa sự hình thành quá trình oxy hóa như gỉ sét (oxit sắt) hoặc ăn mòn hóa học.
Thép không gỉ chủ yếu được chia thành ba nhóm: austenit, ferrit và martenxit. Tên gọi của chúng xuất phát từ cấu trúc tinh thể ở nhiệt độ phòng mà chúng được cấu tạo nên. Một nhóm phổ biến khác là thép không gỉ song pha, là sự cân bằng giữa ferrit và austenit trong cấu trúc tinh thể.
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. Các chất ổn định như niken, cacbon, mangan và nitơ được thêm vào trong quá trình sản xuất thép để giúp hình thành tỷ lệ austenit-ferit. Một số loại phổ biến là 304, 316 và 347. Loại thép này có khả năng chống ăn mòn tốt; chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, hóa chất, dược phẩm và công nghiệp đông lạnh. Việc kiểm soát sự hình thành ferit 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 và hệ thống truyền động của ô tô và có ứng dụng hạn chế ở nhiệt độ cao. Một số loại thường được sử dụng: 405, 409, 430 và 446.
Thép mactenxit, còn được gọi là dòng 400, chẳng hạn 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, độ bền vượt trội 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 khác.
Khi hàn thép không gỉ, loại vật liệu nền và ứng dụng 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 vấn đề 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. Hàm lượng carbon của các que hàn này nhỏ hơn 0,03%; nếu vượt quá giá trị này, nguy cơ lắng đọng carbon tại ranh giới hạt và liên kết crom tạo thành cacbua crom sẽ tăng lên, làm giảm hiệu quả khả năng chống ăn mòn của thép. Điều này trở nên rõ ràng nếu ăn mòn xảy ra 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 điển hình cho lượng ferit trong kim loại mối hàn. Như đã đề cập trước đó, cacbon là chất ổn định austenit mạnh và vì những lý do này, việc ngăn chặn sự thêm vào kim loại mối hàn là rất cần thiết.
Chỉ số ferit được tính toán từ biểu đồ Scheffler và biểu đồ WRC-1992, sử dụng các công thức tương đương niken và crom để tính giá trị, khi được biểu diễn trên biểu đồ sẽ cho ra một chỉ số chuẩn hóa. Chỉ số ferit từ 0 đến 7 tương ứng với tỷ lệ 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 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 trải qua các biến đổi pha 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 mang lại mối hàn có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong một số ứng dụng, nhưng chúng lại cực kỳ dễ bị nứt nóng trong quá trình hàn. Đối với mục đích sử dụng chung, số lượng ferit nên nằm trong khoảng từ 5 đến 10, nhưng một số ứng dụng có thể yêu cầu giá trị thấp hơn hoặc cao hơn. Có thể dễ dàng kiểm tra hàm lượng ferit tại nơi làm việc bằng thiết bị chỉ thị ferit.
Vì bạn đã đề cập đến vấn đề nứt và hàm lượng ferit thấp, bạn nên kiểm tra kỹ que hàn và đảm bảo nó tạo ra đủ ferit – khoảng 8 là đủ. Ngoài ra, nếu bạn đang sử dụng phương pháp hàn hồ quang lõi thuốc (FCAW), các que hàn này thường sử dụng khí bảo vệ là 100% carbon dioxide hoặc hỗn hợp 75% argon và 25% CO2, điều này có thể khiến kim loại mối hàn hấp thụ carbon. Bạn có thể chuyển sang phương pháp hàn hồ quang kim loại (GMAW) và sử dụng hỗn hợp 98% argon/2% oxy để giảm khả năng lắng đọng carbon.
Khi hàn thép không gỉ với thép cacbon, phải sử dụng que hàn E309L. Que hàn này được sử dụng đặc biệt cho việc hàn các kim loại khác loại, tạo thành một lượng ferit nhất định sau khi thép cacbon được hòa tan trong mối hàn. Vì thép cacbon hấp thụ một lượng cacbon nhất định, nên 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 quá trình hàn.
Tóm lại, nếu bạn muốn sửa chữa các vết nứt nóng trong 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. Duy trì lượng nhiệt đầu vào dưới 50 kJ/inch vuông, duy trì nhiệt độ giữa các lớp hàn ở mức trung bình đến thấp, và đảm bảo các mối hàn sạch trước khi hàn. Sử dụng thước đo thích hợp để kiểm tra lượng ferit trên mối hàn, mục tiêu là từ 5-10.
Tạp chí WELDER, trước đây có tên là Practical Welding Today, đại diện cho 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.
Nhận quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào Tạp chí STAMPING, với những công nghệ mới nhất, các phương pháp tốt nhất và tin tức ngành dành cho thị trường dập kim loại.
Giờ đây, với quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào The Fabricator en Español, bạn có thể dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên quý giá trong ngành.