消耗品領域:フェライト量とクラックの関係

Q: 最近、一部のコンポーネントを主にグレード 304 ステンレス鋼で作成し、それ自体と軟鋼に溶接する必要がある作業を開始しました。厚さ 1.25 インチまでのステンレス鋼とステンレス鋼の溶接で亀裂の問題が発生しました。フェライト数が少ないとのことですが、これが何なのか、またその修正方法について説明してもらえますか?
A: これは良い質問です。はい、フェライト数の低下が何を意味し、それを防ぐ方法を理解するお手伝いをいたします。
まず、ステンレス鋼 (SS) の定義と、フェライトが溶接継手にどのように関係するかを確認しましょう。黒鋼および合金には 50% 以上の鉄が含まれています。これには、すべての炭素鋼およびステンレス鋼およびその他の定義されたグループが含まれます。アルミニウム、銅、チタンは鉄を含まないため、非鉄合金の優れた例です。
この合金の主成分は、少なくとも90%の鉄を含む炭素鋼と70から80%の鉄を含むSSです。SSとして分類されるためには、少なくとも11.5%のクロムが添加されている必要があります。この最小閾値を超えるクロムレベルは、鋼表面上の酸化クロム膜の形成を促進し、錆(酸化鉄)や化学的攻撃による腐食などの酸化形成を防ぎます。
SS は主にオーステナイト、フェライト、マルテンサイトの 3 つのグループに分類されます。その名前は、それらを構成する室温での結晶構造に由来しています。もう 1 つの一般的なグループは、結晶構造におけるフェライトとオーステナイトのバランスである二相 SS です。
オーステナイト系グレードの 300 シリーズには、16% ~ 30% のクロムと 8% ~ 40% のニッケルが含まれており、主にオーステナイトの結晶構造を形成します。オーステナイト - フェライト比の形成を促進するために、ニッケル、炭素、マンガン、窒素などの安定剤が製鋼プロセス中に添加されます。一般的なグレードには、304、316、および 347 などがあります。優れた耐食性を備えています。主に食品、化学サービス、製薬および極低温用途で使用されます。フェライト生成の制御により、優れた低温靱性が得られます。
フェライト SS は、完全に磁性があり、11.5% ~ 30% のクロムを含み、フェライトが優勢な結晶構造を有する 400 シリーズ グレードです。フェライトの形成を促進するために、製鋼中に安定剤にはクロム、シリコン、モリブデン、ニオブが含まれます。これらのタイプの SS は自動車の排気システムや発電所で一般的に使用され、高温での用途は限られています。一般的に使用されるタイプには 405、409、430 などがあります。 446.
403、410、440 などの 400 シリーズでも識別されるマルテンサイト グレードは磁性があり、11.5% ~ 18% のクロムを含み、結晶構造としてマルテンサイトを持っています。この組み合わせは金の含有量が最も低く、製造コストが最も低くなります。これらはある程度の耐食性を提供します。優れた強度。食器、歯科および外科用機器、調理器具、および特定の種類の工具に一般的に使用されています。
SS を溶接する場合、母材の種類と実際の用途によって、使用する適切な溶加材が決まります。ガス シールド プロセスを使用する場合は、溶接に関連した特定の問題を防ぐために、ガス混合物のシールドに特別な注意を払う必要がある場合があります。
304 をそれ自体にはんだ付けするには、E308/308L 電極が必要です。「L」は低炭素を表し、粒界腐食の防止に役立ちます。これらの電極の炭素含有量は 0.03% 未満です。これを超えると、炭素が粒界に析出し、クロムと結合して炭化クロムを形成するリスクが増大し、鋼の耐食性が効果的に低下します。SS 溶接継手の熱影響部 (HAZ) で腐食が発生すると、これが顕著になります。L グレード SS のもう 1 つの考慮事項は、L グレード SS は、直接 SS グレードよりも高い使用温度での引張強度が低いことです。
304 はオーステナイト系の SS であるため、対応する溶接金属には大部分のオーステナイトが含まれます。ただし、溶接金属でのフェライトの形成を促進するために、電極自体にはモリブデンなどのフェライト安定剤が含まれています。メーカーは通常、溶接金属のフェライト量の典型的な範囲をリストに記載しています。前述したように、炭素は強力なオーステナイト安定剤であり、これらの理由から、溶接金属への炭素の添加を防ぐことが重要です。
フェライト番号は、シェフラー図と WRC-1992 図から導出されます。これらは、ニッケルとクロムの等価式を利用して値を計算し、図上にプロットすると正規化された番号が生成されます。0 ~ 7 のフェライト番号は、溶接金属に存在するフェライト結晶構造の体積パーセントに対応します。ただし、パーセンテージが高くなると、フェライト数はより速い速度で増加します。SS のフェライトは炭素鋼フェライトと同じではなく、デルタ フェライトと呼ばれる相であることに注意してください。オーステナイト SS には、熱処理などの高温プロセスに伴う相​​変態がありません。
フェライトの形成は、オーステナイトよりも延性が高いため望ましいですが、制御する必要があります。フェライト数が少ないと、用途によっては優れた耐食性を備えた溶接が得られますが、溶接中に高温割れが非常に発生しやすくなります。一般的な使用条件では、フェライト数は 5 ~ 10 である必要がありますが、用途によっては、より低い値または高い値が必要になる場合があります。フェライトは、フェライトインジケーターを使用して現場で簡単に確認できます。
亀裂の問題があり、フェライト数が少ないとのことでしたので、溶加材をよく見て、十分なフェライト数が生成されていることを確認する必要があります。8 程度が役立つはずです。また、フラックス入りアーク溶接 (FCAW) を使用している場合、これらの溶加材には通常 100% 二酸化炭素シールド ガスまたは 75% アルゴン / 25% CO2 混合物が使用されており、これにより溶接金属に炭素が取り込まれる可能性があります。ガスメタルに切り替えることもできます。 rc 溶接 (GMAW) プロセスでは、98% のアルゴンと 2% の酸素の混合物を使用して、カーボンピックアップの可能性を減らします。
SS を炭素鋼に溶接するには、E309L 溶加材を使用する必要があります。この溶加材は、異種金属の溶接に特別に使用され、炭素鋼が溶接部に希釈された後、一定量のフェライトを形成します。炭素鋼はいくらかの炭素を吸収するため、炭素がオーステナイトを形成する傾向を打ち消すためにフェライト安定剤が溶加材に添加されます。これにより、溶接用途での熱亀裂を防ぐことができます。
要約すると、オーステナイト SS 溶接継手の高温亀裂を除去したい場合は、適切なフェライト フィラー金属を確認し、適切な溶接方法に従ってください。入熱を 50 kJ/インチ未満に保ち、中程度から低いパス間温度を維持し、はんだ付け前にはんだ接合部に汚染がないことを確認してください。適切なゲージを使用して溶接継手のフェライト量を確認し、5 ~ 10 を目指します。
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投稿日時: 2022 年 7 月 18 日