P: Recientemente comenzamos a hacer algunos trabajos que requieren que algunos componentes estén hechos principalmente de acero inoxidable de grado 304, que se suelda a sí mismo y al acero dulce. Hemos experimentado algunos problemas de agrietamiento en soldaduras de acero inoxidable a acero inoxidable de hasta 1.25″ de espesor. Se mencionó que tenemos bajos recuentos de ferrita. ¿Puede explicar qué es esto y cómo solucionarlo?
R: Esta es una buena pregunta. Sí, podemos ayudarlo a comprender qué significan los recuentos bajos de ferrita y cómo prevenirlo.
Primero, revisemos la definición de acero inoxidable (SS) y cómo la ferrita se relaciona con las uniones soldadas. El acero negro y las aleaciones contienen más del 50 % de hierro. Esto incluye todos los aceros inoxidables y al carbono y otros grupos definidos. El aluminio, el cobre y el titanio no contienen hierro, por lo que son excelentes ejemplos de aleaciones no ferrosas.
Los principales componentes de esta aleación son acero al carbono con al menos un 90% de hierro y SS con un 70 a 80% de hierro. Para ser clasificada como SS, debe tener al menos un 11,5% de cromo añadido. Los niveles de cromo por encima de este umbral mínimo favorecen la formación de películas de óxido de cromo en las superficies de acero y evitan la formación de oxidaciones como el óxido (óxido de hierro) o la corrosión causada por el ataque químico.
SS se divide principalmente en tres grupos: austenita, ferrita y martensita. Su nombre proviene de la estructura cristalina a temperatura ambiente que los compone. Otro grupo común es el SS dúplex, que es un equilibrio entre ferrita y austenita en la estructura cristalina.
Los grados austeníticos, la serie 300, contienen de 16 % a 30 % de cromo y de 8 % a 40 % de níquel, lo que forma una estructura cristalina predominantemente austenítica. Para promover la formación de una proporción de austenita-ferrita, se agregan estabilizadores como níquel, carbono, manganeso y nitrógeno durante el proceso de fabricación del acero. Algunos grados comunes son 304, 316 y 347. Ofrece buena resistencia a la corrosión;Se utiliza principalmente en aplicaciones alimentarias, de servicios químicos, farmacéuticas y criogénicas. El control de la formación de ferrita proporciona una excelente tenacidad a bajas temperaturas.
Ferritic SS es un grado de la serie 400 que es completamente magnético, contiene de 11,5 % a 30 % de cromo y tiene una estructura cristalina predominantemente ferrítica. Para promover la formación de ferrita, los estabilizadores incluyen cromo, silicio, molibdeno y niobio durante la producción de acero. y 446.
Los grados martensíticos, también identificados por la serie 400 como 403, 410 y 440, son magnéticos, contienen de 11,5 % a 18 % de cromo y tienen martensita como estructura cristalina. Esta combinación tiene el contenido de oro más bajo, lo que los hace menos costosos de producir. Brindan cierta resistencia a la corrosión;excelente fuerza;y se usan comúnmente en vajillas, equipos dentales y quirúrgicos, utensilios de cocina y ciertos tipos de herramientas.
Cuando suelde acero inoxidable, el tipo de sustrato y su aplicación en servicio determinarán el metal de aporte apropiado que debe usar. Si usa un proceso de protección con gas, es posible que deba prestar especial atención a las mezclas de gases de protección para evitar ciertos problemas relacionados con la soldadura.
Para soldar el 304 a sí mismo, necesitará un electrodo E308/308L. La "L" significa bajo contenido de carbono, lo que ayuda a prevenir la corrosión intergranular. Estos electrodos tienen un contenido de carbono inferior al 0,03 %;cualquier cosa por encima de esto aumenta el riesgo de que el carbono se precipite en los límites de los granos y se combine con el cromo para formar carburos de cromo, lo que reduce efectivamente la resistencia a la corrosión del acero. Esto se hace evidente si se produce corrosión en la zona afectada por el calor (HAZ) de las uniones soldadas de acero inoxidable. Otra consideración para el acero inoxidable de grado L es que tienen una resistencia a la tracción más baja a temperaturas de servicio elevadas que los grados de acero inoxidable directo.
Dado que el 304 es un tipo de acero inoxidable austenítico, el metal de soldadura correspondiente contendrá la mayor parte de la austenita. Sin embargo, el electrodo en sí contendrá un estabilizador de ferrita, como molibdeno, para promover la formación de ferrita en el metal de soldadura. Los fabricantes suelen enumerar un rango típico de cantidades de ferrita para el metal de soldadura.
Los números de ferrita se derivan del diagrama de Schaeffler y del diagrama WRC-1992, que utilizan fórmulas equivalentes de níquel y cromo para calcular el valor, que cuando se representan en el diagrama producen un número normalizado. El número de ferrita entre 0 y 7 corresponde al porcentaje de volumen de la estructura cristalina de ferrita presente en el metal de soldadura;sin embargo, a porcentajes más altos, el número de ferrita aumenta a un ritmo más rápido. Recuerde que la ferrita en SS no es lo mismo que la ferrita de acero al carbono, sino una fase llamada ferrita delta. El SS austenítico no tiene transformaciones de fase asociadas con procesos de alta temperatura como el tratamiento térmico.
La formación de ferrita es deseable porque es más dúctil que la austenita, pero debe controlarse. Los recuentos bajos de ferrita pueden producir soldaduras con excelente resistencia a la corrosión en algunas aplicaciones, pero son extremadamente propensas al agrietamiento en caliente durante la soldadura. Para condiciones generales de uso, el recuento de ferrita debe estar entre 5 y 10, pero para algunas aplicaciones se pueden requerir valores más bajos o más altos. Las ferritas se pueden verificar fácilmente en el trabajo usando un indicador de ferrita.
Dado que mencionó que tiene problemas de agrietamiento y un bajo conteo de ferrita, debe observar de cerca su metal de aporte y asegurarse de que produzca suficiente conteo de ferrita; alrededor de 8 debería ayudar. Además, si está utilizando soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW), estos metales de aporte generalmente usan un gas de protección 100% dióxido de carbono o una mezcla de 75% argón/25% CO2, que puede causar la absorción de carbono en el metal de soldadura. Es posible que desee cambiar a una soldadura por arco metálico con gas ( GMAW) y utiliza una mezcla de 98 % de argón y 2 % de oxígeno para reducir la posibilidad de captación de carbono.
Para soldar SS a acero al carbono, debe usar material de aporte E309L. Este metal de aporte se usa especialmente para soldar metales diferentes y forma una cierta cantidad de ferrita después de que el acero al carbono se diluye en la soldadura. Dado que algo de carbono se absorbe en el acero al carbono, se agregan estabilizadores de ferrita al metal de aporte para contrarrestar la tendencia del carbono a formar austenita. Esto ayudará a prevenir el agrietamiento térmico en las aplicaciones de soldadura.
En resumen, si desea eliminar las grietas calientes en las uniones soldadas de acero inoxidable austenítico, verifique que el metal de aporte de ferrita sea adecuado y siga una buena práctica de soldadura. Mantenga la entrada de calor por debajo de 50 kJ/pulgada, mantenga temperaturas entre pasadas de moderadas a bajas y asegúrese de que las uniones de soldadura estén libres de cualquier contaminación antes de soldar. Use un calibre adecuado para verificar la cantidad de ferrita en la unión soldada, apuntando de 5 a 10.
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