Q : Nous avons récemment commencé à effectuer des travaux qui nécessitent que certains composants soient fabriqués principalement en acier inoxydable de qualité 304, qui est soudé à lui-même et à de l'acier doux.
R : C'est une bonne question. Oui, nous pouvons vous aider à comprendre ce que signifie un faible nombre de ferrites et comment l'éviter.
Tout d'abord, examinons la définition de l'acier inoxydable (SS) et la relation entre la ferrite et les joints soudés. L'acier noir et les alliages contiennent plus de 50 % de fer. Cela inclut tous les aciers au carbone et inoxydables et d'autres groupes définis. L'aluminium, le cuivre et le titane ne contiennent pas de fer, ce sont donc d'excellents exemples d'alliages non ferreux.
Les composants principaux de cet alliage sont l'acier au carbone avec au moins 90 % de fer et l'acier inoxydable avec 70 à 80 % de fer. Pour être classé en acier inoxydable, il doit avoir au moins 11,5 % de chrome ajouté. Les niveaux de chrome supérieurs à ce seuil minimum favorisent la formation de films d'oxyde de chrome sur les surfaces en acier et empêchent la formation d'oxydation telle que la rouille (oxyde de fer) ou la corrosion causée par une attaque chimique.
SS est principalement divisé en trois groupes : austénite, ferrite et martensite. Leur nom vient de la structure cristalline à température ambiante qui les compose. Un autre groupe commun est le SS duplex, qui est un équilibre entre la ferrite et l'austénite dans la structure cristalline.
Les nuances austénitiques, la série 300, contiennent 16 % à 30 % de chrome et 8 % à 40 % de nickel, formant une structure cristalline principalement austénitique.principalement utilisé dans les applications alimentaires, chimiques, pharmaceutiques et cryogéniques. Le contrôle de la formation de ferrite offre une excellente ténacité à basse température.
L'acier inoxydable ferritique est une nuance de la série 400 qui est entièrement magnétique, contient 11,5 % à 30 % de chrome et possède une structure cristalline à prédominance ferritique. et 446.
Les nuances martensitiques, également identifiées par la série 400 telles que 403, 410 et 440, sont magnétiques, contiennent de 11,5 % à 18 % de chrome et ont de la martensite comme structure cristalline. Cette combinaison a la plus faible teneur en or, ce qui les rend les moins chères à produire. Elles offrent une certaine résistance à la corrosion ;excellente résistance;et sont couramment utilisés dans la vaisselle, les équipements dentaires et chirurgicaux, les ustensiles de cuisine et certains types d'outils.
Lorsque vous soudez SS, le type de substrat et son application en service détermineront le métal d'apport approprié à utiliser. Si vous utilisez un procédé de protection contre les gaz, vous devrez peut-être porter une attention particulière aux mélanges de gaz de protection pour éviter certains problèmes liés au soudage.
Pour souder le 304 sur lui-même, vous aurez besoin d'une électrode E308/308L. Le « L » signifie faible teneur en carbone, ce qui aide à prévenir la corrosion intergranulaire. Ces électrodes ont une teneur en carbone inférieure à 0,03 % ;tout ce qui est au-dessus de cela augmente le risque de précipitation du carbone aux joints de grains et de combinaison avec le chrome pour former des carbures de chrome, réduisant efficacement la résistance à la corrosion de l'acier. Cela devient apparent si la corrosion se produit dans la zone affectée par la chaleur (HAZ) des joints soudés SS. Une autre considération pour les SS de grade L est qu'ils ont une résistance à la traction inférieure à des températures de service élevées que les grades SS directs.
Étant donné que 304 est un type austénitique de SS, le métal fondu correspondant contiendra la majeure partie de l'austénite. Cependant, l'électrode elle-même contiendra un stabilisateur de ferrite, tel que le molybdène, pour favoriser la formation de ferrite dans le métal fondu. Les fabricants énumèrent généralement une gamme typique de quantités de ferrite pour le métal fondu.
Les nombres de ferrite sont dérivés du diagramme de Schaeffler et du diagramme WRC-1992, qui utilisent des formules d'équivalent nickel et chrome pour calculer la valeur, qui, lorsqu'elles sont tracées sur le diagramme, produisent un nombre normalisé. Le nombre de ferrite entre 0 et 7 correspond au pourcentage en volume de la structure cristalline de ferrite présente dans le métal fondu ;cependant, à des pourcentages plus élevés, le nombre de ferrite augmente à un rythme plus rapide. Rappelez-vous que la ferrite dans l'acier inoxydable n'est pas la même que la ferrite en acier au carbone, mais une phase appelée ferrite delta. L'acier inoxydable austénitique n'a pas de transformations de phase associées aux processus à haute température tels que le traitement thermique.
La formation de ferrite est souhaitable car elle est plus ductile que l'austénite, mais doit être contrôlée. De faibles teneurs en ferrite peuvent produire des soudures avec une excellente résistance à la corrosion dans certaines applications, mais sont extrêmement sujettes à la fissuration à chaud pendant le soudage.
Puisque vous avez mentionné que vous avez des problèmes de fissuration et un faible nombre de ferrites, vous devez examiner de près votre métal d'apport et vous assurer qu'il produit suffisamment de ferrite - environ 8 devrait aider. De plus, si vous utilisez le soudage à l'arc avec fil fourré (FCAW), ces métaux d'apport utilisent généralement un gaz de protection à 100 % de dioxyde de carbone ou un mélange 75 % argon/25 % CO2, ce qui peut entraîner une absorption de carbone dans le métal soudé. et utilisez un mélange à 98 % d'argon et à 2 % d'oxygène pour réduire la possibilité d'absorption de carbone.
Pour souder l'acier inoxydable à l'acier au carbone, vous devez utiliser le matériau d'apport E309L. Ce métal d'apport est spécialement utilisé pour le soudage de métaux différents et forme une certaine quantité de ferrite après la dilution de l'acier au carbone dans la soudure. Étant donné que l'acier au carbone absorbe une partie du carbone, des stabilisateurs de ferrite sont ajoutés au métal d'apport pour contrecarrer la tendance du carbone à former de l'austénite. Cela aidera à prévenir la fissuration thermique dans les applications de soudage.
En résumé, si vous souhaitez éliminer les fissures à chaud sur les joints soudés en acier inoxydable austénitique, vérifiez que le métal d'apport de ferrite est adéquat et suivez les bonnes pratiques de soudage. Maintenez l'apport de chaleur inférieur à 50 kJ/pouce, maintenez des températures entre les passes modérées à basses et assurez-vous que les joints de soudure sont exempts de toute contamination avant le soudage. Utilisez une jauge appropriée pour vérifier la quantité de ferrite sur le joint soudé, en visant 5 à 10.
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