F: Wir haben vor kurzem mit einigen Arbeiten begonnen, bei denen einige Komponenten hauptsächlich aus Edelstahl der Güteklasse 304 bestehen müssen, der mit sich selbst und mit unlegiertem Stahl verschweißt ist. Bei Schweißnähten von Edelstahl an Edelstahl mit einer Dicke von bis zu 1,25 Zoll sind einige Rissbildungsprobleme aufgetreten. Es wurde erwähnt, dass wir niedrige Ferritwerte haben. Können Sie erklären, was das ist und wie man es beheben kann?
A: Das ist eine gute Frage. Ja, wir können Ihnen helfen zu verstehen, was niedrige Ferritwerte bedeuten und wie Sie dies verhindern können.
Sehen wir uns zunächst die Definition von Edelstahl (SS) und die Beziehung zwischen Ferrit und Schweißverbindungen an. Schwarzer Stahl und Legierungen enthalten mehr als 50 % Eisen. Dazu gehören alle Kohlenstoff- und Edelstähle sowie andere definierte Gruppen. Aluminium, Kupfer und Titan enthalten kein Eisen und sind daher hervorragende Beispiele für Nichteisenlegierungen.
Die Hauptbestandteile dieser Legierung sind Kohlenstoffstahl mit mindestens 90 % Eisen und SS mit 70 bis 80 % Eisen. Um als SS klassifiziert zu werden, muss ihm mindestens 11,5 % Chrom hinzugefügt werden. Chromgehalte über diesem Mindestschwellenwert fördern die Bildung von Chromoxidfilmen auf Stahloberflächen und verhindern Oxidationsbildung wie Rost (Eisenoxid) oder Korrosion durch chemische Angriffe.
SS wird hauptsächlich in drei Gruppen unterteilt: Austenit, Ferrit und Martensit. Ihr Name leitet sich von der Kristallstruktur bei Raumtemperatur ab, aus der sie bestehen. Eine weitere häufige Gruppe ist Duplex-SS, bei der es sich um ein Gleichgewicht zwischen Ferrit und Austenit in der Kristallstruktur handelt.
Austenitische Sorten der 300er-Serie enthalten 16 bis 30 % Chrom und 8 bis 40 % Nickel und bilden eine überwiegend austenitische Kristallstruktur. Um die Bildung des Austenit-Ferrit-Verhältnisses zu fördern, werden während des Stahlherstellungsprozesses Stabilisatoren wie Nickel, Kohlenstoff, Mangan und Stickstoff hinzugefügt. Einige gängige Sorten sind 304, 316 und 347. Bietet gute Korrosionsbeständigkeit;Wird hauptsächlich in der Lebensmittel-, Chemie-, Pharma- und Tieftemperaturanwendung eingesetzt. Die Kontrolle der Ferritbildung sorgt für eine hervorragende Tieftemperaturzähigkeit.
Ferritischer Edelstahl ist eine Sorte der Serie 400, die vollständig magnetisch ist, 11,5 % bis 30 % Chrom enthält und eine überwiegend ferritische Kristallstruktur aufweist. Um die Bildung von Ferrit zu fördern, umfassen Stabilisatoren während der Stahlproduktion Chrom, Silizium, Molybdän und Niob. Diese Arten von Edelstahl werden häufig in Abgassystemen und Kraftwerken für Kraftfahrzeuge verwendet und haben begrenzte Hochtemperaturanwendungen. Einige häufig verwendete Typen sind 405, 409, 430 und 446.
Martensitische Sorten, die auch in der 400er-Serie wie 403, 410 und 440 identifiziert werden, sind magnetisch, enthalten 11,5 % bis 18 % Chrom und haben Martensit als Kristallstruktur. Diese Kombination hat den niedrigsten Goldgehalt, was ihre Herstellung am kostengünstigsten macht. Sie bieten eine gewisse Korrosionsbeständigkeit;ausgezeichnete Festigkeit;und werden häufig in Geschirr, zahnärztlicher und chirurgischer Ausrüstung, Kochgeschirr und bestimmten Arten von Werkzeugen verwendet.
Wenn Sie Edelstahl schweißen, bestimmen die Art des Substrats und seine Verwendung im Betrieb, welches Schweißzusatzwerkstoff Sie verwenden sollten. Wenn Sie ein Schutzgasverfahren verwenden, müssen Sie möglicherweise besondere Aufmerksamkeit auf die Schutzgasmischungen richten, um bestimmte schweißbedingte Probleme zu vermeiden.
Um den 304 mit sich selbst zu verlöten, benötigen Sie eine E308/308L-Elektrode. Das „L“ steht für Low Carbon, was hilft, interkristalline Korrosion zu verhindern. Diese Elektroden haben einen Kohlenstoffgehalt unter 0,03 %;Alles, was darüber liegt, erhöht das Risiko, dass sich Kohlenstoff an den Korngrenzen niederschlägt und sich mit Chrom zu Chromkarbiden verbindet, wodurch die Korrosionsbeständigkeit des Stahls effektiv verringert wird. Dies wird deutlich, wenn Korrosion in der Wärmeeinflusszone (HAZ) von Edelstahl-Schweißverbindungen auftritt. Ein weiterer Gesichtspunkt für Edelstahl der Güteklasse L ist, dass sie bei erhöhten Betriebstemperaturen eine geringere Zugfestigkeit aufweisen als direkte Edelstahlsorten.
Da es sich bei 304 um einen austenitischen Edelstahltyp handelt, enthält das entsprechende Schweißgut den größten Teil des Austenits. Die Elektrode selbst enthält jedoch einen Ferritstabilisator wie Molybdän, um die Bildung von Ferrit im Schweißgut zu fördern. Hersteller geben normalerweise einen typischen Bereich von Ferritmengen für das Schweißgut an. Wie bereits erwähnt ist Kohlenstoff ein starker austenitischer Stabilisator, und aus diesen Gründen ist es wichtig zu verhindern, dass er dem Schweißgut zugesetzt wird.
Ferritzahlen werden aus dem Schaeffler-Diagramm und dem WRC-1992-Diagramm abgeleitet, die Nickel- und Chromäquivalentformeln zur Berechnung des Wertes verwenden, der bei der Auftragung in das Diagramm eine normalisierte Zahl ergibt. Die Ferritzahl zwischen 0 und 7 entspricht dem Volumenprozentsatz der im Schweißgut vorhandenen Ferritkristallstruktur;Bei höheren Prozentsätzen steigt die Ferritzahl jedoch schneller an. Denken Sie daran, dass Ferrit in Edelstahl nicht dasselbe wie Kohlenstoffstahlferrit ist, sondern eine Phase namens Deltaferrit. Austenitischer Edelstahl weist keine Phasenumwandlungen auf, die mit Hochtemperaturprozessen wie Wärmebehandlung verbunden sind.
Die Bildung von Ferrit ist wünschenswert, da es duktiler als Austenit ist, muss jedoch kontrolliert werden. Niedrige Ferritzahlen können in manchen Anwendungen zu Schweißnähten mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit führen, sind aber beim Schweißen extrem anfällig für Heißrisse. Unter allgemeinen Einsatzbedingungen sollte die Ferritzahl zwischen 5 und 10 liegen, für einige Anwendungen können jedoch niedrigere oder höhere Werte erforderlich sein. Ferrite können bei der Arbeit leicht mit einem Ferritindikator überprüft werden.
Da Sie erwähnt haben, dass Sie Rissbildungsprobleme und einen niedrigen Ferritgehalt haben, müssen Sie sich Ihr Schweißzusatzwerkstoff genau ansehen und sicherstellen, dass er genügend Ferritgehalt produziert – etwa 8 sollte hilfreich sein. Außerdem verwenden diese Schweißzusatzwerkstoffe beim Flussmittel-Lichtbogenschweißen (FCAW) normalerweise ein Schutzgas aus 100 % Kohlendioxid oder eine Mischung aus 75 % Argon und 25 % CO2, was zu einer Kohlenstoffaufnahme im Schweißgut führen kann. Möglicherweise möchten Sie auf ein Gas-Metall-Lichtbogenschweißverfahren (GMAW) umsteigen Verwenden Sie eine Mischung aus 98 % Argon und 2 % Sauerstoff, um die Möglichkeit einer Kohlenstoffaufnahme zu verringern.
Um Edelstahl mit Kohlenstoffstahl zu verschweißen, müssen Sie E309L-Zusatzwerkstoff verwenden. Dieser Zusatzwerkstoff wird speziell zum Schweißen unterschiedlicher Metalle verwendet und bildet eine gewisse Menge Ferrit, nachdem der Kohlenstoffstahl in der Schweißnaht verdünnt wird. Da Kohlenstoffstahl etwas Kohlenstoff absorbiert, werden dem Zusatzwerkstoff Ferritstabilisatoren zugesetzt, um der Tendenz von Kohlenstoff, Austenit zu bilden, entgegenzuwirken. Dies hilft, thermische Risse bei Schweißanwendungen zu verhindern.
Zusammenfassend gilt: Wenn Sie Heißrisse an austenitischen Edelstahl-Schweißverbindungen beseitigen möchten, achten Sie auf ausreichend Ferrit-Füllmetall und befolgen Sie gute Schweißpraktiken. Halten Sie die Wärmezufuhr unter 50 kJ/Zoll, halten Sie moderate bis niedrige Zwischenlagentemperaturen ein und stellen Sie sicher, dass die Lötverbindungen vor dem Löten frei von Verunreinigungen sind. Verwenden Sie ein geeignetes Messgerät, um die Menge an Ferrit auf der Schweißverbindung zu überprüfen, wobei ein Wert von 5 bis 10 angestrebt wird.
WELDER, ehemals Practical Welding Today, stellt die echten Menschen vor, die die Produkte herstellen, die wir täglich verwenden und mit denen wir arbeiten. Dieses Magazin dient der Schweißergemeinschaft in Nordamerika seit über 20 Jahren.
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