Spørsmål: Vi har nylig begynt å gjøre noe arbeid som krever at noen komponenter hovedsakelig er laget av rustfritt stål i klasse 304, som er sveiset til seg selv og til bløtt stål. Vi har opplevd noen problemer med sprekkdannelser på sveiser mellom rustfritt stål og rustfritt stål opptil 1,25 tommer tykke. Det ble nevnt at vi har lave ferritttall. Kan du forklare hva dette er og hvordan du kan fikse det?
A: Dette er et godt spørsmål. Ja, vi kan hjelpe deg med å forstå hva lave ferritttall betyr og hvordan du kan forhindre det.
La oss først se på definisjonen av rustfritt stål (SS) og hvordan ferritt forholder seg til sveisede skjøter. Svart stål og legeringer inneholder mer enn 50 % jern. Dette inkluderer alt karbon- og rustfritt stål og andre definerte grupper. Aluminium, kobber og titan inneholder ikke jern, så de er utmerkede eksempler på ikke-jernholdige legeringer.
Hovedkomponentene i denne legeringen er karbonstål med minst 90 % jern og rustfritt stål med 70 til 80 % jern. For å bli klassifisert som rustfritt stål, må det ha tilsatt minst 11,5 % krom. Kromnivåer over denne minimumsterskelen fremmer dannelsen av kromoksidfilmer på ståloverflater og forhindrer oksidasjonsdannelse som rust (jernoksid) eller korrosjon forårsaket av kjemisk angrep.
SS er hovedsakelig delt inn i tre grupper: austenitt, ferritt og martensitt. Navnet deres kommer fra den romtemperaturerte krystallstrukturen som de består av. En annen vanlig gruppe er dupleks SS, som er en balanse mellom ferritt og austenitt i krystallstrukturen.
Austenittiske kvaliteter, 300-serien, inneholder 16 % til 30 % krom og 8 % til 40 % nikkel, og danner en overveiende austenittisk krystallstruktur. For å fremme dannelsen av austenitt-ferritt-forholdet tilsettes stabilisatorer som nikkel, karbon, mangan og nitrogen under stålproduksjonsprosessen. Noen vanlige kvaliteter er 304, 316 og 347. Gir god korrosjonsbestandighet; brukes primært i næringsmidler, kjemiske tjenester, farmasøytiske og kryogene applikasjoner. Kontroll av ferrittdannelse gir utmerket seighet ved lav temperatur.
Ferritisk rustfritt stål er en kvalitet i 400-serien som er helmagnetisk, inneholder 11,5 % til 30 % krom og har en ferritisk krystallstruktur som dominerer. For å fremme dannelsen av ferritt, inkluderer stabilisatorer krom, silisium, molybden og niob under stålproduksjon. Disse typene rustfritt stål brukes ofte i eksosanlegg og kraftverk i biler, og har begrensede høytemperaturapplikasjoner. Flere vanlige typer er 405, 409, 430 og 446.
Martensittkvaliteter, også identifisert av 400-serien som 403, 410 og 440, er magnetiske, inneholder 11,5 % til 18 % krom og har martensitt som krystallstruktur. Denne kombinasjonen har det laveste gullinnholdet, noe som gjør dem billigst å produsere. De gir en viss korrosjonsbestandighet, utmerket styrke og brukes ofte i servise, tannlege- og kirurgisk utstyr, kokekar og visse typer verktøy.
Når du sveiser rustfritt stål, vil typen underlag og bruksområdet avgjøre hvilket fyllmateriale som er passende. Hvis du bruker en gassbeskyttelsesprosess, må du kanskje være spesielt oppmerksom på beskyttelsesgassblandinger for å forhindre visse sveiserelaterte problemer.
For å lodde 304-tråden til seg selv, trenger du en E308/308L-elektrode. «L» står for lavkarbon, som bidrar til å forhindre intergranulær korrosjon. Disse elektrodene har et karboninnhold under 0,03 %; alt over dette øker risikoen for at karbon utfelles til korngrenser og kombineres med krom for å danne kromkarbider, noe som effektivt reduserer stålets korrosjonsmotstand. Dette blir tydelig hvis det oppstår korrosjon i den varmepåvirkede sonen (HAZ) av sveisede SS-forbindelser. En annen faktor for L-klasse SS er at de har lavere strekkfasthet ved forhøyede driftstemperaturer enn direkte SS-kvaliteter.
Siden 304 er en austenittisk type rustfritt stål, vil det tilsvarende sveisemetallet inneholde mesteparten av austenitten. Imidlertid vil selve elektroden inneholde en ferrittstabilisator, for eksempel molybden, for å fremme dannelsen av ferritt i sveisemetallet. Produsenter oppgir vanligvis et typisk område for ferrittmengder for sveisemetallet. Som nevnt tidligere er karbon en sterk austenittisk stabilisator, og av disse grunnene er det kritisk å forhindre at den tilsettes sveisemetallet.
Ferritttall er utledet fra Schaeffler-diagrammet og WRC-1992-diagrammet, som bruker nikkel- og kromekvivalentformler for å beregne verdien, som når de plottes på diagrammet, gir et normalisert tall. Ferritttallet mellom 0 og 7 tilsvarer volumprosenten av ferrittkrystallstrukturen som er tilstede i sveisemetallet. Ved høyere prosentandeler øker imidlertid ferritttallet raskere. Husk at ferritt i rustfritt stål ikke er det samme som karbonstålferritt, men en fase kalt deltaferritt. Austenittisk rustfritt stål har ingen fasetransformasjoner forbundet med høytemperaturprosesser som varmebehandling.
Dannelsen av ferritt er ønskelig fordi den er mer duktil enn austenitt, men må kontrolleres. Lavt ferrittantall kan produsere sveiser med utmerket korrosjonsbestandighet i noen bruksområder, men er ekstremt utsatt for varmesprekker under sveising. For generelle bruksforhold bør ferritttallet være mellom 5 og 10, men for noen bruksområder kan lavere eller høyere verdier være nødvendig. Ferrittene kan enkelt verifiseres på jobben ved hjelp av en ferrittindikator.
Siden du nevnte at du har problemer med sprekkdannelser og lavt ferrittinnhold, må du se nøye på tilsettmaterialet og sørge for at det produserer nok ferrittinnhold – rundt 8 burde hjelpe. Hvis du bruker flusskjernebuesveising (FCAW), bruker disse tilsettmaterialene vanligvis en 100 % karbondioksidbeskyttelsesgass eller en blanding av 75 % argon og 25 % CO2, noe som kan forårsake karbonopptak i sveisemetallet. Du kan ønske å bytte til en gassmetallbuesveising (GMAW) og bruke en blanding av 98 % argon og 2 % oksygen for å redusere muligheten for karbonopptak.
For å sveise rustfritt stål til karbonstål må du bruke E309L tilsettmateriale. Dette tilsettmetallet brukes spesielt til sveising av forskjellige metaller og danner en viss mengde ferritt etter at karbonstålet er fortynnet i sveisen. Siden noe karbon absorberes i karbonstål, tilsettes ferrittstabilisatorer til tilsettmetallet for å motvirke karbonets tendens til å danne austenitt. Dette vil bidra til å forhindre termisk sprekkdannelse i sveiseapplikasjoner.
Oppsummert, hvis du vil eliminere varme sprekker på austenittiske sveiseskjøter av rustfritt stål, må du kontrollere at det er tilstrekkelig med ferrittfyllmateriale og følge god sveisepraksis. Hold varmetilførselen under 50 kJ/tomme, oppretthold moderate til lave mellomstrengstemperaturer, og sørg for at loddeskjøtene er fri for forurensning før lodding. Bruk en passende måler for å kontrollere mengden ferritt på sveiseskjøten, og sikt mot 5 til 10.
WELDER, tidligere kjent som Practical Welding Today, viser frem de virkelige menneskene som lager produktene vi bruker og jobber med hver dag. Dette magasinet har tjent sveisemiljøet i Nord-Amerika i over 20 år.
Nå med full tilgang til den digitale utgaven av The FABRICATOR, enkel tilgang til verdifulle bransjeressurser.
Den digitale utgaven av The Tube & Pipe Journal er nå fullt tilgjengelig, og gir enkel tilgang til verdifulle ressurser i bransjen.
Få full tilgang til den digitale utgaven av STAMPING Journal, som gir deg de nyeste teknologiske fremskrittene, beste praksis og bransjenyheter for metallstemplingsmarkedet.
Nå med full tilgang til den digitale utgaven av The Fabricator på spansk, enkel tilgang til verdifulle bransjeressurser.