P: Recentemente, começamos a realizar alguns trabalhos que exigem que alguns componentes sejam feitos principalmente de aço inoxidável 304, que é soldado a si mesmo e ao aço carbono. Temos enfrentado alguns problemas com rachaduras na solda entre aço inoxidável e aço inoxidável de até 3,1 cm de espessura. Foi mencionado que temos baixos níveis de ferrite. Você pode explicar o que é e como resolver?
R: Essa é uma boa pergunta. Sim, podemos ajudar você a entender o que significa ferrite baixa e como preveni-la.
Primeiro, vamos analisar a definição de aço inoxidável (SS) e como a ferrita se relaciona com juntas soldadas. Aços e ligas pretas contêm mais de 50% de ferro. Isso inclui todos os aços carbono e inoxidáveis, bem como alguns outros grupos. Alumínio, cobre e titânio não contêm ferro, sendo, portanto, excelentes exemplos de ligas não ferrosas.
Os principais componentes desta liga são o aço carbono com teor de ferro de pelo menos 90% e o aço inoxidável com teor de ferro de 70 a 80%. Para ser classificado como aço inoxidável, deve ter pelo menos 11,5% de cromo adicionado. Níveis de cromo acima desse limite mínimo promovem a formação de uma película de óxido de cromo nas superfícies do aço e previnem a formação de oxidações, como ferrugem (óxido de ferro) ou corrosão por ataque químico.
O aço inoxidável é dividido principalmente em três grupos: austenítico, ferrítico e martensítico. Seu nome deriva da estrutura cristalina à temperatura ambiente da qual é composto. Outro grupo comum é o aço inoxidável duplex, que apresenta um equilíbrio entre ferrita e austenita na estrutura cristalina.
Os graus austeníticos, série 300, contêm de 16% a 30% de cromo e de 8% a 40% de níquel, formando uma estrutura cristalina predominantemente austenítica. Estabilizantes como níquel, carbono, manganês e nitrogênio são adicionados durante o processo de fabricação do aço para ajudar a formar a relação austenita-ferrita. Alguns graus comuns são 304, 316 e 347. Oferece boa resistência à corrosão; utilizado principalmente nas indústrias alimentícia, química, farmacêutica e criogênica. O controle da formação de ferrita proporciona excelente tenacidade em baixas temperaturas.
O aço inoxidável ferrítico é um aço da série 400 totalmente magnético, que contém de 11,5% a 30% de cromo e possui uma estrutura cristalina predominantemente ferrítica. Para promover a formação de ferrita, os estabilizadores incluem cromo, silício, molibdênio e nióbio durante a produção de aço. Esses tipos de aço inoxidável são comumente usados ​​em sistemas de escapamento e conjuntos de transmissão automotivos e têm aplicações limitadas em altas temperaturas. Vários tipos comumente usados: 405, 409, 430 e 446.
Os graus martensíticos, também conhecidos como série 400, como 403, 410 e 440, são magnéticos, contêm de 11,5% a 18% de cromo e possuem uma estrutura cristalina martensítica. Essa combinação apresenta o menor teor de ouro, tornando-os os mais baratos de produzir. Oferecem alguma resistência à corrosão, resistência superior e são comumente utilizados em utensílios de mesa, equipamentos odontológicos e cirúrgicos, utensílios de cozinha e alguns tipos de ferramentas.
Ao soldar aço inoxidável, o tipo de substrato e sua aplicação em serviço determinarão o metal de adição apropriado a ser utilizado. Se você estiver utilizando um processo com gás de proteção, pode ser necessário prestar atenção especial às misturas de gás de proteção para evitar certos problemas associados à soldagem.
Para soldar o aço 304 a si mesmo, você precisará de um eletrodo E308/308L. "L" significa baixo teor de carbono, o que ajuda a prevenir a corrosão intergranular. O teor de carbono desses eletrodos é inferior a 0,03%. Se esse valor for excedido, o risco de deposição de carbono nos contornos de grão e de ligação de cromo para formar carbonetos de cromo aumenta, o que reduz efetivamente a resistência à corrosão do aço. Isso se torna evidente se ocorrer corrosão na zona afetada pelo calor (ZTA) das soldas de aço inoxidável. Outra consideração para o aço inoxidável grau L é que ele apresenta menor resistência à tração em temperaturas operacionais elevadas do que os aços inoxidáveis ​​de grau reto.
Como o aço inoxidável 304 é um tipo austenítico de aço inoxidável, o metal de solda correspondente conterá a maior parte da austenita. No entanto, o próprio eletrodo conterá um estabilizador de ferrita, como o molibdênio, para promover a formação de ferrita no metal de solda. Os fabricantes geralmente listam uma faixa típica para a quantidade de ferrita para um metal de solda. Como mencionado anteriormente, o carbono é um forte estabilizador austenítico e, por essas razões, é essencial evitar sua adição ao metal de solda.
Os números de ferrite são derivados do gráfico de Scheffler e do gráfico WRC-1992, que utilizam fórmulas equivalentes de níquel e cromo para calcular o valor que, quando plotado no gráfico, resulta em um número normalizado. Um número de ferrite entre 0 e 7 corresponde à porcentagem em volume da estrutura cristalina ferrítica presente no metal de solda; no entanto, em porcentagens mais altas, o número de ferrite aumenta mais rapidamente. Lembre-se de que a ferrite no aço inoxidável não é a mesma coisa que a ferrite do aço carbono, mas sim uma fase chamada ferrite delta. O aço inoxidável austenítico não sofre transformações de fase associadas a processos de alta temperatura, como tratamento térmico.
A formação de ferrita é desejável por ser mais dúctil que a austenita, mas deve ser controlada. O baixo teor de ferrita pode proporcionar excelente resistência à corrosão em algumas aplicações, mas elas são extremamente propensas a trincas a quente durante a soldagem. Para uso geral, o número de ferritas deve estar entre 5 e 10, mas algumas aplicações podem exigir valores menores ou maiores. As ferritas podem ser facilmente verificadas no local de trabalho com um indicador de ferrita.
Como você mencionou problemas com trincas e baixos níveis de ferrite, examine atentamente seu metal de adição e certifique-se de que ele esteja produzindo ferrites suficientes – cerca de 8 ferrites devem ser suficientes. Além disso, se você estiver usando soldagem a arco com núcleo de fluxo (FCAW), esses metais de adição normalmente usam um gás de proteção composto por 100% de dióxido de carbono ou uma mistura de 75% de argônio e 25% de CO2, o que pode fazer com que o metal de solda absorva carbono. Você pode mudar para o processo de soldagem a arco metálico (GMAW) e usar uma mistura de 98% de argônio e 2% de oxigênio para reduzir a possibilidade de depósitos de carbono.
Ao soldar aço inoxidável com aço carbono, deve-se utilizar o material de adição E309L. Este metal de adição é especialmente utilizado para soldagem de metais dissimilares, formando uma certa quantidade de ferrita após a dissolução do aço carbono na solda. Como o aço carbono absorve um pouco de carbono, estabilizadores de ferrita são adicionados ao metal de adição para neutralizar a tendência do carbono de formar austenita. Isso ajudará a prevenir trincas térmicas durante a soldagem.
Concluindo, se você deseja reparar trincas a quente em soldas de aço inoxidável austenítico, verifique se há metal de adição de ferrite suficiente e siga as boas práticas de soldagem. Mantenha o aporte térmico abaixo de 50 kJ/pol., mantenha temperaturas entre passes moderadas a baixas e certifique-se de que as juntas de solda estejam limpas antes da soldagem. Use um medidor apropriado para verificar a quantidade de ferrite na solda, visando entre 5 e 10.
A WELDER, anteriormente chamada Practical Welding Today, representa as pessoas reais que fabricam os produtos que usamos e com os quais trabalhamos todos os dias. Esta revista atende à comunidade de soldagem na América do Norte há mais de 20 anos.
Agora com acesso total à edição digital do FABRICATOR, fácil acesso a recursos valiosos do setor.
A edição digital do The Tube & Pipe Journal agora está totalmente acessível, proporcionando fácil acesso a recursos valiosos do setor.
Obtenha acesso digital completo ao STAMPING Journal, apresentando as últimas tecnologias, melhores práticas e notícias do setor para o mercado de estampagem de metais.
Agora, com acesso digital completo ao The Fabricator en Español, você tem fácil acesso a recursos valiosos do setor.