P: Recientemente comenzamos a realizar un trabajo que requiere que algunos componentes se fabriquen principalmente con acero inoxidable 304, que se suelda a sí mismo y al acero dulce.Hemos experimentado algunos problemas con el agrietamiento de la soldadura entre acero inoxidable y acero inoxidable de hasta 1,25″ de espesor.Se mencionó que tenemos bajos niveles de ferrita.¿Puedes explicar qué es y cómo solucionarlo?
R: Esa es una buena pregunta.Sí, podemos ayudarlo a comprender qué significa un nivel bajo de ferrita y cómo prevenirlo.
Primero, veamos la definición de acero inoxidable (SS) y cómo se relaciona la ferrita con las uniones soldadas.El acero negro y las aleaciones contienen más del 50 % de hierro.Esto incluye todos los aceros al carbono e inoxidables, así como ciertos otros grupos.El aluminio, el cobre y el titanio no contienen hierro, por lo que son excelentes ejemplos de aleaciones no ferrosas.
Los componentes principales de esta aleación son acero al carbono con un contenido de hierro de al menos el 90 % y acero inoxidable con un contenido de hierro del 70 al 80 %.Para ser clasificado como SS, debe tener al menos 11,5% de cromo agregado.Los niveles de cromo por encima de este umbral mínimo promueven la formación de una película de óxido de cromo en las superficies de acero y evitan la formación de oxidación como el óxido (óxido de hierro) o la corrosión por ataque químico.
El acero inoxidable se divide principalmente en tres grupos: austenítico, ferrítico y martensítico.Su nombre proviene de la estructura cristalina a temperatura ambiente de la que están compuestos.Otro grupo común es el acero inoxidable dúplex, que es un equilibrio entre la ferrita y la austenita en la estructura cristalina.
Los grados austeníticos, serie 300, contienen de 16% a 30% de cromo y de 8% a 40% de níquel, formando una estructura cristalina predominantemente austenítica.Los estabilizadores como el níquel, el carbono, el manganeso y el nitrógeno se agregan durante el proceso de fabricación del acero para ayudar a formar la relación austenita-ferrita.Algunos grados comunes son 304, 316 y 347. Ofrece buena resistencia a la corrosión;Se utiliza principalmente en las industrias alimentaria, química, farmacéutica y criogénica.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.Estos tipos de SS se usan comúnmente en sistemas de escape y trenes motrices de automóviles y tienen aplicaciones limitadas de alta temperatura.Varios tipos de uso común: 405, 409, 430 y 446.
Los grados martensíticos, también denominados serie 400, como 403, 410 y 440, son magnéticos, contienen entre un 11,5 % y un 18 % de cromo y tienen una estructura de cristal martensítico.Esta combinación tiene el contenido de oro más bajo, lo que los convierte en los menos costosos de producir.Brindan cierta resistencia a la corrosión, resistencia superior y se usan comúnmente en vajillas, equipos dentales y quirúrgicos, utensilios de cocina y algunos tipos de herramientas.
Cuando suelde acero inoxidable, el tipo de sustrato y su aplicación en servicio determinarán el metal de aporte apropiado que se utilizará.Si está utilizando un proceso de gas de protección, es posible que deba prestar especial atención a las mezclas de gases de protección para evitar ciertos problemas asociados con la soldadura.
Para soldar el 304 a sí mismo, necesitará un electrodo E308/308L."L" significa bajo contenido de carbono, lo que ayuda a prevenir la corrosión intergranular.El contenido de carbono de estos electrodos es inferior al 0,03 %; si se supera este valor, aumenta el riesgo de deposición de carbono en los límites de grano y unión de 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 soldaduras de acero inoxidable.Otra consideración para el acero inoxidable de grado L es que tienen una menor resistencia a la tracción a temperaturas de funcionamiento elevadas que los grados de acero inoxidable rectos.
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 mismo 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 para la cantidad de ferrita para un metal de soldadura.Como se mencionó anteriormente, el carbono es un fuerte estabilizador austenítico y por estas razones es esencial evitar su adición al metal de soldadura.
Los números de ferrita se derivan del gráfico de Scheffler y del gráfico WRC-1992, que utilizan fórmulas equivalentes de níquel y cromo para calcular el valor que, cuando se traza en el gráfico, da un número normalizado.Un índice de ferrita entre 0 y 7 corresponde al porcentaje en volumen de estructura de cristal ferrítico presente en el metal de soldadura; sin embargo, a porcentajes más altos, el índice de ferrita aumenta más rápidamente.Recuerde que la ferrita en SS no es lo mismo que la ferrita de acero al carbono, sino una fase llamada ferrita delta.El acero inoxidable austenítico no sufre transformaciones de fase asociadas con procesos a alta temperatura como el tratamiento térmico.
La formación de ferrita es deseable porque es más dúctil que la austenita, pero debe controlarse.El bajo contenido de ferrita puede proporcionar soldaduras con una excelente resistencia a la corrosión en algunas aplicaciones, pero son extremadamente propensas al agrietamiento en caliente durante la soldadura.Para uso general, el número de ferritas debe estar entre 5 y 10, pero algunas aplicaciones pueden requerir valores más bajos o más altos.Las ferritas se pueden comprobar fácilmente en el lugar de trabajo con un indicador de ferrita.
Ya que mencionó que tiene problemas con el agrietamiento y el bajo contenido de ferritas, debe observar de cerca su metal de aporte y asegurarse de que esté produciendo suficientes ferritas; alrededor de 8 debería ser suficiente.Además, si utiliza soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW), estos metales de aporte suelen utilizar un gas de protección de 100 % de dióxido de carbono o una mezcla de 75 % de argón y 25 % de CO2, lo que puede hacer que el metal de soldadura absorba carbono.Puede cambiar al proceso de soldadura por arco metálico (GMAW) y usar una mezcla de 98 % de argón y 2 % de oxígeno para reducir la posibilidad de depósitos de carbono.
Al soldar acero inoxidable con acero al carbono, se debe utilizar material de relleno E309L.Este metal de aporte se usa especialmente para soldaduras de metales disímiles, formando una cierta cantidad de ferrita después de que el acero al carbono se disuelve en la soldadura.Debido a que el acero al carbono absorbe algo de 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 durante la soldadura.
En conclusión, si desea reparar grietas calientes en soldaduras de acero inoxidable austenítico, verifique que haya suficiente metal de aporte de ferrita y siga buenas prácticas de soldadura.Mantenga la entrada de calor por debajo de 50 kJ/in, mantenga las temperaturas entre pasadas de moderadas a bajas y asegúrese de que las juntas de soldadura estén limpias antes de soldar.Use un calibre apropiado para verificar la cantidad de ferrita en la soldadura, con el objetivo de 5-10.
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