D: Di recente abbiamo iniziato a svolgere alcuni lavori che richiedono che alcuni componenti siano realizzati principalmente in acciaio inossidabile di grado 304, saldato a se stesso e ad acciaio dolce. Abbiamo riscontrato alcuni problemi di crepe nelle saldature tra acciaio inossidabile e acciaio inossidabile fino a 1,25 pollici di spessore. È stato detto che abbiamo un basso numero di ferrite. Puoi spiegare di cosa si tratta e come risolverlo?
R: Questa è una buona domanda. Sì, possiamo aiutarti a capire cosa significa un basso numero di ferriti e come prevenirlo.
Per prima cosa, rivediamo la definizione di acciaio inossidabile (SS) e il rapporto tra ferrite e giunzioni saldate. L'acciaio nero e le leghe contengono più del 50% di ferro. Questo include tutti gli acciai al carbonio e inossidabili e altri gruppi definiti. Alluminio, rame e titanio non contengono ferro, quindi sono ottimi esempi di leghe non ferrose.
I componenti principali di questa lega sono acciaio al carbonio con almeno il 90% di ferro e SS con il 70-80% di ferro. Per essere classificata come SS, deve avere almeno l'11,5% di cromo aggiunto. Livelli di cromo superiori a questa soglia minima favoriscono la formazione di pellicole di ossido di cromo sulle superfici dell'acciaio e prevengono la formazione di ossidazione come ruggine (ossido di ferro) o corrosione causata da attacchi chimici.
Gli SS si dividono principalmente in tre gruppi: austenite, ferrite e martensite. Il loro nome deriva dalla struttura cristallina a temperatura ambiente che li compone. Un altro gruppo comune è l'SS duplex, che presenta un equilibrio tra ferrite e austenite nella struttura cristallina.
I gradi austenitici, la serie 300, contengono dal 16% al 30% di cromo e dall'8% al 40% di nichel, formando una struttura cristallina prevalentemente austenitica. Per favorire la formazione del rapporto austenite-ferrite, durante il processo di fabbricazione dell'acciaio vengono aggiunti stabilizzanti quali nichel, carbonio, manganese e azoto. Alcuni gradi comuni sono 304, 316 e 347. Offrono una buona resistenza alla corrosione; utilizzati principalmente in applicazioni alimentari, chimiche, farmaceutiche e criogeniche. Il controllo della formazione di ferrite garantisce un'eccellente tenacità alle basse temperature.
L'acciaio inox ferritico è un grado della serie 400 completamente magnetico, che contiene dall'11,5% al ​​30% di cromo e ha una struttura cristallina prevalentemente ferritica. Per favorire la formazione di ferrite, durante la produzione dell'acciaio vengono utilizzati come stabilizzanti cromo, silicio, molibdeno e niobio. Questi tipi di acciaio inox sono comunemente utilizzati nei sistemi di scarico delle automobili e nelle centrali elettriche e hanno applicazioni limitate ad alte temperature. Tra i tipi più comunemente utilizzati ci sono 405, 409, 430 e 446.
I gradi martensitici, identificati anche dalla serie 400 come 403, 410 e 440, sono magnetici, contengono dall'11,5% al ​​18% di cromo e hanno la martensite come struttura cristallina. Questa combinazione ha il più basso contenuto di oro, il che li rende i meno costosi da produrre. Offrono una certa resistenza alla corrosione, un'eccellente robustezza e sono comunemente utilizzati in stoviglie, apparecchiature odontoiatriche e chirurgiche, pentole e alcuni tipi di utensili.
Quando si salda l'acciaio inossidabile, il tipo di substrato e la sua applicazione in servizio determineranno il metallo d'apporto appropriato da utilizzare. Se si utilizza un processo di protezione del gas, potrebbe essere necessario prestare particolare attenzione alle miscele di gas di protezione per prevenire determinati problemi correlati alla saldatura.
Per saldare l'acciaio 304 a se stesso, è necessario un elettrodo E308/308L. La "L" sta per basso tenore di carbonio, che aiuta a prevenire la corrosione intergranulare. Questi elettrodi hanno un contenuto di carbonio inferiore allo 0,03%; qualsiasi valore superiore aumenta il rischio che il carbonio precipiti ai bordi dei grani e si combini con il cromo per formare carburi di cromo, riducendo di fatto la resistenza alla corrosione dell'acciaio. Ciò diventa evidente se la corrosione si verifica nella zona termicamente alterata (ZTA) dei giunti saldati in acciaio inox. Un'altra considerazione per l'acciaio inox di grado L è che ha una resistenza alla trazione inferiore a temperature di servizio elevate rispetto ai gradi di acciaio inox diretto.
Poiché il 304 è un tipo austenitico di SS, il metallo di saldatura corrispondente conterrà la maggior parte dell'austenite. Tuttavia, l'elettrodo stesso conterrà uno stabilizzante di ferrite, come il molibdeno, per promuovere la formazione di ferrite nel metallo di saldatura. I produttori solitamente elencano un intervallo tipico di quantità di ferrite per il metallo di saldatura. Come accennato in precedenza, il carbonio è un forte stabilizzante austenitico e per questi motivi è fondamentale impedirne l'aggiunta al metallo di saldatura.
I numeri di ferrite derivano dal diagramma di Schaeffler e dal diagramma WRC-1992, che utilizzano le formule equivalenti di nichel e cromo per calcolare il valore, che una volta riportato sul diagramma produce un numero normalizzato. Il numero di ferrite tra 0 e 7 corrisponde alla percentuale in volume della struttura cristallina della ferrite presente nel metallo di saldatura; tuttavia, a percentuali più elevate, il numero di ferrite aumenta più rapidamente. Ricorda che la ferrite nell'acciaio inossidabile non è la stessa della ferrite dell'acciaio al carbonio, ma una fase chiamata ferrite delta. L'acciaio inossidabile austenitico non presenta trasformazioni di fase associate a processi ad alta temperatura come il trattamento termico.
La formazione di ferrite è auspicabile perché è più duttile dell'austenite, ma deve essere controllata. Bassi conteggi di ferrite possono produrre saldature con un'eccellente resistenza alla corrosione in alcune applicazioni, ma sono estremamente inclini alla criccatura a caldo durante la saldatura. Per condizioni di utilizzo generali, il conteggio di ferrite dovrebbe essere compreso tra 5 e 10, ma per alcune applicazioni potrebbero essere necessari valori inferiori o superiori. Le ferriti possono essere facilmente verificate sul lavoro utilizzando un indicatore di ferrite.
Poiché hai menzionato problemi di crepe e un basso numero di ferrite, devi esaminare attentamente il tuo metallo d'apporto e assicurarti che produca un numero sufficiente di ferrite: circa 8 dovrebbero essere sufficienti. Inoltre, se utilizzi la saldatura ad arco con anima di flusso (FCAW), questi metalli d'apporto in genere utilizzano un gas di protezione al 100% di anidride carbonica o una miscela al 75% di argon/25% di CO2, che può causare l'assorbimento di carbonio nel metallo di saldatura. Potresti passare a un processo di saldatura ad arco con gas metallico (GMAW) e utilizzare una miscela al 98% di argon/2% di ossigeno per ridurre la possibilità di assorbimento di carbonio.
Per saldare l'acciaio inossidabile all'acciaio al carbonio è necessario utilizzare il materiale d'apporto E309L. Questo metallo d'apporto è utilizzato specificamente per la saldatura di metalli dissimili e forma una certa quantità di ferrite dopo che l'acciaio al carbonio è stato diluito nella saldatura. Poiché l'acciaio al carbonio assorbe una parte del carbonio, vengono aggiunti stabilizzatori di ferrite al metallo d'apporto per contrastare la tendenza del carbonio a formare austenite. Ciò contribuirà a prevenire le cricche termiche nelle applicazioni di saldatura.
In sintesi, se si desidera eliminare le cricche a caldo sui giunti saldati in acciaio inox austenitico, verificare l'adeguato metallo d'apporto in ferrite e seguire le buone pratiche di saldatura. Mantenere l'apporto di calore al di sotto di 50 kJ/pollice, mantenere temperature di interpass moderate o basse e assicurarsi che i giunti di saldatura siano privi di qualsiasi contaminazione prima della saldatura. Utilizzare un calibro appropriato per verificare la quantità di ferrite sul giunto saldato, puntando a 5-10.
WELDER, in precedenza Practical Welding Today, presenta le persone reali che realizzano i prodotti che utilizziamo e con cui lavoriamo ogni giorno. Questa rivista è al servizio della comunità di saldatura in Nord America da oltre 20 anni.
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