Q : Nous avons récemment commencé à effectuer des travaux nécessitant que certains composants soient fabriqués principalement en acier inoxydable 304, qui est soudé à lui-même et à de l'acier doux.Nous avons rencontré des problèmes de fissures de soudure entre l'acier inoxydable et l'acier inoxydable jusqu'à 1,25″ d'épaisseur.Il a été mentionné que nous avons de faibles niveaux de ferrite.Pouvez-vous expliquer ce que c'est et comment y remédier ?
R : C'est une bonne question.Oui, nous pouvons vous aider à comprendre ce que signifie une faible teneur en ferrite et comment l'éviter.
Examinons d'abord 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 comprend tous les aciers au carbone et inoxydables, ainsi que certains autres groupes.L'aluminium, le cuivre et le titane ne contiennent pas de fer, ce sont donc d'excellents exemples d'alliages non ferreux.
Les principaux composants de cet alliage sont l'acier au carbone avec une teneur en fer d'au moins 90 % et l'acier inoxydable avec une teneur en fer de 70 à 80 %.Pour être classé SS, il doit contenir au moins 11,5 % de chrome ajouté.Des niveaux de chrome supérieurs à ce seuil minimum favorisent la formation d'un film 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 par attaque chimique.
L'acier inoxydable est principalement divisé en trois groupes : austénitique, ferritique et martensitique.Leur nom vient de la structure cristalline à température ambiante dont ils sont composés.Un autre groupe commun est l'acier inoxydable duplex, qui est un équilibre entre la ferrite et l'austénite dans la structure cristalline.
Les nuances austénitiques, série 300, contiennent 16 % à 30 % de chrome et 8 % à 40 % de nickel, formant une structure cristalline principalement austénitique.Des stabilisants tels que le nickel, le carbone, le manganèse et l'azote sont ajoutés au cours du processus de fabrication de l'acier pour aider à former le rapport austénite-ferrite.Certaines nuances courantes sont 304, 316 et 347. Fournit une bonne résistance à la corrosion ;principalement utilisé dans les industries 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 de 11,5 % à 30 % de chrome et a une structure cristalline principalement ferritique.Pour favoriser la formation de ferrite, les stabilisants comprennent du chrome, du silicium, du molybdène et du niobium lors de la production d'acier.Ces types de SS sont couramment utilisés dans les systèmes d'échappement et les groupes motopropulseurs automobiles et ont des applications limitées à haute température.Plusieurs types couramment utilisés : 405, 409, 430 et 446.
Les nuances martensitiques, également appelées série 400, telles que 403, 410 et 440, sont magnétiques, contiennent de 11,5 % à 18 % de chrome et ont une structure cristalline martensitique.Cette combinaison a la plus faible teneur en or, ce qui en fait la moins chère à produire.Ils offrent une certaine résistance à la corrosion, une résistance supérieure et sont couramment utilisés dans la vaisselle, l'équipement dentaire et chirurgical, les ustensiles de cuisine et certains types d'outils.
Lorsque vous soudez de l'acier inoxydable, le type de substrat et son application en service détermineront le métal d'apport approprié à utiliser.Si vous utilisez un processus de gaz de protection, vous devrez peut-être porter une attention particulière aux mélanges de gaz de protection pour éviter certains problèmes associés au soudage.
Pour souder le 304 sur lui-même, vous aurez besoin d'une électrode E308/308L.« L » signifie faible teneur en carbone, ce qui aide à prévenir la corrosion intergranulaire.La teneur en carbone de ces électrodes est inférieure à 0,03%, si cette valeur est dépassée, le risque de dépôt de carbone aux joints de grains et de liaison du chrome pour former des carbures de chrome augmente, ce qui réduit efficacement la résistance à la corrosion de l'acier.Cela devient apparent si de la corrosion se produit dans la zone affectée par la chaleur (ZAT) des soudures en acier inoxydable.Une autre considération pour l'acier inoxydable de grade L est qu'ils ont une résistance à la traction plus faible à des températures de fonctionnement élevées que les nuances d'acier inoxydable droites.
Étant donné que le 304 est un type d'acier inoxydable austénitique, le métal fondu correspondant contiendra la majeure partie de l'austénite.Cependant, l'électrode elle-même contiendra un stabilisant de ferrite, tel que le molybdène, pour favoriser la formation de ferrite dans le métal fondu.Les fabricants énumèrent généralement une plage typique de quantité de ferrite pour un métal fondu.Comme mentionné précédemment, le carbone est un stabilisant austénitique puissant et pour ces raisons, il est essentiel d'empêcher son ajout au métal fondu.
Les nombres de ferrite sont dérivés du diagramme de Scheffler et du diagramme WRC-1992, qui utilisent des formules d'équivalent nickel et chrome pour calculer la valeur qui, lorsqu'elle est tracée sur le diagramme, donne un nombre normalisé.Un indice de ferrite entre 0 et 7 correspond au pourcentage volumique de structure cristalline ferritique présente dans le métal fondu, cependant, à des pourcentages plus élevés, l'indice de ferrite augmente plus rapidement.Rappelez-vous que la ferrite dans SS n'est pas la même que la ferrite en acier au carbone, mais une phase appelée ferrite delta.L'acier inoxydable austénitique ne subit 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.La faible teneur en ferrite peut fournir aux soudures une excellente résistance à la corrosion dans certaines applications, mais elles sont extrêmement sujettes à la fissuration à chaud pendant le soudage.Pour une utilisation générale, le nombre de ferrites doit être compris entre 5 et 10, mais certaines applications peuvent nécessiter des valeurs inférieures ou supérieures.Les ferrites peuvent être facilement contrôlées sur le lieu de travail avec un indicateur de ferrite.
Puisque vous avez mentionné que vous avez des problèmes de fissuration et de faible teneur en ferrites, vous devriez examiner de près votre métal d'apport et vous assurer qu'il produit suffisamment de ferrites - environ 8 devraient faire l'affaire.De plus, si vous utilisez le soudage à l'arc avec fil fourré (FCAW), ces métaux d'apport utilisent généralement un gaz de protection composé à 100 % de dioxyde de carbone ou un mélange de 75 % d'argon et de 25 % de CO2, ce qui peut entraîner l'absorption du carbone par le métal fondu.Vous pouvez passer au procédé de soudage à l'arc métallique (GMAW) et utiliser un mélange à 98 % d'argon et à 2 % d'oxygène pour réduire la possibilité de dépôts de carbone.
Lors du soudage d'acier inoxydable sur de l'acier au carbone, le matériau d'apport E309L doit être utilisé.Ce métal d'apport est spécialement utilisé pour le soudage de métaux différents, formant une certaine quantité de ferrite après la dissolution de l'acier au carbone dans la soudure.Étant donné que l'acier au carbone absorbe une partie du carbone, des stabilisants 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 pendant le soudage.
En conclusion, si vous souhaitez réparer des fissures à chaud dans des soudures en acier inoxydable austénitique, vérifiez que le métal d'apport en ferrite est suffisant et suivez les bonnes pratiques de soudage.Maintenez l'apport de chaleur en dessous de 50 kJ/in, maintenez des températures entre passes modérées à basses et assurez-vous que les joints de soudure sont propres avant de souder.Utilisez une jauge appropriée pour vérifier la quantité de ferrite sur la soudure, en visant 5-10.
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