P: Nedavno smo započeli s radom koji zahtijeva da neke komponente budu izrađene prvenstveno od nehrđajućeg čelika klase 304, koji je zavaren sam sa sobom i s mekim čelikom. Imali smo problema s pucanjem na zavarenim spojevima nehrđajućeg čelika debljine do 3,8 cm. Spomenuto je da imamo nizak broj ferita. Možete li objasniti što je to i kako to popraviti?
O: Ovo je dobro pitanje. Da, možemo vam pomoći da shvatite što znači nizak broj ferita i kako to spriječiti.
Prvo, pregledajmo definiciju nehrđajućeg čelika (SS) i kako se ferit odnosi na zavarene spojeve. Crni čelik i legure sadrže više od 50% željeza. To uključuje sve ugljične i nehrđajuće čelike i druge definirane skupine. Aluminij, bakar i titan ne sadrže željezo, pa su izvrsni primjeri legura obojenih metala.
Glavne komponente ove legure su ugljični čelik s najmanje 90% željeza i nehrđajući čelik sa 70 do 80% željeza. Da bi se klasificirala kao nehrđajući čelik, mora imati najmanje 11,5% dodanog kroma. Razine kroma iznad ovog minimalnog praga potiču stvaranje filmova kromovog oksida na čeličnim površinama i sprječavaju stvaranje oksidacije poput hrđe (željezni oksid) ili korozije uzrokovane kemijskim djelovanjem.
Nehrđajući čelik (SS) se uglavnom dijeli u tri skupine: austenit, ferit i martenzit. Naziv im dolazi od kristalne strukture na sobnoj temperaturi koja ih čini. Druga uobičajena skupina su dupleks nehrđajući čelik (SS), koji je ravnoteža između ferita i austenita u kristalnoj strukturi.
Austenitne klase, serija 300, sadrže 16% do 30% kroma i 8% do 40% nikla, tvoreći pretežno austenitnu kristalnu strukturu. Kako bi se potaknulo stvaranje omjera austenita i ferita, tijekom procesa proizvodnje čelika dodaju se stabilizatori poput nikla, ugljika, mangana i dušika. Neke uobičajene klase su 304, 316 i 347. Nudi dobru otpornost na koroziju; prvenstveno se koristi u prehrambenoj, kemijskoj, farmaceutskoj i kriogenoj industriji. Kontrola stvaranja ferita pruža izvrsnu žilavost na niskim temperaturama.
Feritni nehrđajući čelik je klasa serije 400 koja je potpuno magnetska, sadrži 11,5% do 30% kroma i ima pretežno feritnu kristalnu strukturu. Kako bi se potaknulo stvaranje ferita, stabilizatori uključuju krom, silicij, molibden i niobij tijekom proizvodnje čelika. Ove vrste nehrđajućeg čelika obično se koriste u ispušnim sustavima automobila i elektranama te imaju ograničenu primjenu na visokim temperaturama. Nekoliko uobičajeno korištenih vrsta su 405, 409, 430 i 446.
Martenzitne vrste, također identificirane serijom 400 kao što su 403, 410 i 440, su magnetske, sadrže 11,5% do 18% kroma i imaju martenzit kao kristalnu strukturu. Ova kombinacija ima najniži sadržaj zlata, što ih čini najjeftinijima za proizvodnju. Pružaju određenu otpornost na koroziju; izvrsnu čvrstoću; i često se koriste u posuđu, stomatološkoj i kirurškoj opremi, posuđu i određenim vrstama alata.
Prilikom zavarivanja nehrđajućeg čelika, vrsta podloge i njezina primjena tijekom rada odredit će odgovarajući dodatni metal koji će se koristiti. Ako koristite postupak zaštite plinom, možda ćete morati obratiti posebnu pozornost na smjese zaštitnih plinova kako biste spriječili određene probleme povezane sa zavarivanjem.
Za lemljenje čelika 304 na sebe, trebat će vam elektroda E308/308L. "L" označava nizak udio ugljika, što pomaže u sprječavanju interkristalne korozije. Ove elektrode imaju sadržaj ugljika ispod 0,03%; sve iznad toga povećava rizik od taloženja ugljika na granicama zrna i kombiniranja s kromom u stvaranje kromovih karbida, što učinkovito smanjuje otpornost čelika na koroziju. To postaje očito ako se korozija pojavi u zoni utjecaja topline (HAZ) zavarenih spojeva od nehrđajućeg čelika. Još jedno razmatranje za nehrđajući čelik klase L je da imaju nižu vlačnu čvrstoću na povišenim radnim temperaturama od izravnih nehrđajućih čeličnih elemenata.
Budući da je 304 austenitni tip nehrđajućeg čelika, odgovarajući metal zavara sadržavat će većinu austenita. Međutim, sama elektroda sadržavat će feritni stabilizator, poput molibdena, kako bi se potaknulo stvaranje ferita u metalu zavara. Proizvođači obično navode tipičan raspon količina ferita za metal zavara. Kao što je ranije spomenuto, ugljik je jak austenitni stabilizator i iz tih razloga ključno je spriječiti njegovo dodavanje metalu zavara.
Feritni brojevi izvedeni su iz Schaefflerovog dijagrama i WRC-1992 dijagrama, koji koriste formule ekvivalentne niklu i kroma za izračun vrijednosti, koja kada se prikaže na dijagramu daje normalizirani broj. Feritni broj između 0 i 7 odgovara volumnom postotku kristalne strukture ferita prisutne u metalu zavara; međutim, pri većim postocima, feritni broj se povećava brže. Imajte na umu da ferit u nehrđajućem čeliku nije isti kao ferit ugljičnog čelika, već faza koja se naziva delta ferit. Austenitni nehrđajući čelik nema fazne transformacije povezane s procesima na visokim temperaturama kao što je toplinska obrada.
Stvaranje ferita je poželjno jer je duktilniji od austenita, ali se mora kontrolirati. Nizak broj ferita može proizvesti zavare s izvrsnom otpornošću na koroziju u nekim primjenama, ali je izuzetno sklon vrućim pukotinama tijekom zavarivanja. Za opće uvjete upotrebe, broj ferita trebao bi biti između 5 i 10, ali za neke primjene mogu biti potrebne niže ili više vrijednosti. Feriti se mogu lako provjeriti na poslu pomoću feritnog indikatora.
Budući da ste spomenuli da imate problema s pucanjem i nizak udio ferita, morate pažljivo proučiti svoj dodatni metal i provjeriti da proizvodi dovoljno ferita - oko 8 bi trebalo pomoći. Također, ako koristite zavarivanje punjenom žicom (FCAW), ovi dodatni metali obično koriste zaštitni plin od 100% ugljikovog dioksida ili smjesu od 75% argona i 25% CO2, što može uzrokovati unos ugljika u zavareni metal. Možda biste željeli prijeći na postupak zavarivanja plinom (GMAW) i koristiti smjesu od 98% argona i 2% kisika kako biste smanjili mogućnost nakupljanja ugljika.
Za zavarivanje nehrđajućeg čelika s ugljičnim čelikom morate koristiti dodatni materijal E309L. Ovaj dodatni materijal posebno se koristi za zavarivanje različitih metala i stvara određenu količinu ferita nakon što se ugljični čelik razrijedi u zavaru. Budući da će ugljični čelik apsorbirati dio ugljika, dodatnom materijalu se dodaju feritni stabilizatori kako bi se suzbilo nastojanje ugljika da stvori austenit. To će pomoći u sprječavanju toplinskog pucanja u zavarivanju.
Ukratko, ako želite ukloniti vruće pukotine na zavarenim spojevima od austenitnog nehrđajućeg čelika, provjerite odgovarajuću količinu feritnog dodatnog metala i slijedite dobre prakse zavarivanja. Održavajte unos topline ispod 50 kJ/inch, održavajte umjerene do niske međuslojne temperature i prije lemljenja provjerite jesu li lemni spojevi bez ikakve kontaminacije. Upotrijebite odgovarajući mjerač za provjeru količine ferita na zavarenom spoju, ciljajući na 5 do 10.
WELDER, ranije poznat kao Practical Welding Today, predstavlja stvarne ljude koji proizvode proizvode koje koristimo i s kojima radimo svaki dan. Ovaj časopis služi zajednici zavarivača u Sjevernoj Americi već više od 20 godina.
Sada s punim pristupom digitalnom izdanju časopisa The FABRICATOR, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Digitalno izdanje časopisa The Tube & Pipe Journal sada je u potpunosti dostupno, omogućujući jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Iskoristite puni pristup digitalnom izdanju časopisa STAMPING, koji pruža najnovija tehnološka dostignuća, najbolje prakse i vijesti iz industrije za tržište štancanja metala.
Sada s punim pristupom digitalnom izdanju časopisa The Fabricator en Español, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.