Otázka: Nedávno sme začali vykonávať prácu, ktorá vyžaduje, aby niektoré komponenty boli vyrobené prevažne z nehrdzavejúcej ocele triedy 304, ktorá je zvarená sama so sebou a s mäkkou oceľou. Vyskytli sa problémy s praskaním na zvaroch nehrdzavejúcej ocele s nehrdzavejúcou oceľou s hrúbkou až 3,8 cm. Bolo spomenuté, že máme nízky počet feritov. Môžete vysvetliť, čo to je a ako to opraviť?
A: Toto je dobrá otázka. Áno, môžeme vám pomôcť pochopiť, čo znamená nízky počet feritov a ako tomu predchádzať.
Najprv si pozrime definíciu nehrdzavejúcej ocele (SS) a ako ferit súvisí so zvarovými spojmi. Čierna oceľ a zliatiny obsahujú viac ako 50 % železa. Patria sem všetky uhlíkové a nehrdzavejúce ocele a ďalšie definované skupiny. Hliník, meď a titán neobsahujú železo, takže sú vynikajúcimi príkladmi neželezných zliatin.
Hlavnými zložkami tejto zliatiny sú uhlíková oceľ s najmenej 90 % železa a nerezová oceľ so 70 až 80 % železa. Aby bola klasifikovaná ako nerezová oceľ, musí mať pridaných najmenej 11,5 % chrómu. Hladiny chrómu nad touto minimálnou hranicou podporujú tvorbu filmov oxidu chrómu na oceľových povrchoch a zabraňujú tvorbe oxidácie, ako je hrdza (oxid železa) alebo korózia spôsobená chemickým pôsobením.
Nerezové ocele sa delia hlavne na tri skupiny: austenit, ferit a martenzit. Ich názov pochádza z kryštálovej štruktúry, ktorá ich tvorí pri izbovej teplote. Ďalšou bežnou skupinou sú duplexné nerezové ocele, ktoré predstavujú rovnováhu medzi feritom a austenitom v kryštálovej štruktúre.
Austenitické triedy, séria 300, obsahujú 16 % až 30 % chrómu a 8 % až 40 % niklu, čím tvoria prevažne austenitickú kryštálovú štruktúru. Na podporu tvorby pomeru austenit-ferit sa počas procesu výroby ocele pridávajú stabilizátory, ako je nikel, uhlík, mangán a dusík. Niektoré bežné triedy sú 304, 316 a 347. Ponúkajú dobrú odolnosť proti korózii; používajú sa predovšetkým v potravinárstve, chemickom priemysle, farmaceutickom priemysle a kryogénnych aplikáciách. Kontrola tvorby feritu poskytuje vynikajúcu húževnatosť pri nízkych teplotách.
Feritická nerezová oceľ je trieda série 400, ktorá je plne magnetická, obsahuje 11,5 % až 30 % chrómu a má prevažne feritickú kryštálovú štruktúru. Na podporu tvorby feritu sa počas výroby ocele pridávajú stabilizátory ako chróm, kremík, molybdén a niób. Tieto typy nerezovej ocele sa bežne používajú vo výfukových systémoch automobilov a elektrárňach a majú obmedzené aplikácie pri vysokých teplotách. Niekoľko bežne používaných typov je 405, 409, 430 a 446.
Martenzitické triedy, tiež označené radom 400, ako napríklad 403, 410 a 440, sú magnetické, obsahujú 11,5 % až 18 % chrómu a majú martenzit ako kryštálovú štruktúru. Táto kombinácia má najnižší obsah zlata, vďaka čomu sú najlacnejšie na výrobu. Poskytujú určitú odolnosť proti korózii, vynikajúcu pevnosť a bežne sa používajú v stolovom riade, zubnom a chirurgickom vybavení, kuchynskom riade a určitých typoch nástrojov.
Pri zváraní nerezovej ocele bude typ podkladu a jeho aplikácia v prevádzke určovať vhodný prídavný materiál, ktorý sa má použiť. Ak používate proces ochrany plynom, možno budete musieť venovať osobitnú pozornosť zmesiam ochranných plynov, aby ste predišli určitým problémom súvisiacim so zváraním.
Na spájkovanie ocele 304 k sebe budete potrebovať elektródu E308/308L. „L“ znamená nízky obsah uhlíka, čo pomáha predchádzať medzikryštalickej korózii. Tieto elektródy majú obsah uhlíka nižší ako 0,03 %; čokoľvek nad touto hodnotou zvyšuje riziko vyzrážania uhlíka na hraniciach zŕn a jeho spájania s chrómom za vzniku karbidov chrómu, čím sa účinne znižuje odolnosť ocele proti korózii. Toto sa prejaví, ak dôjde ku korózii v tepelne ovplyvnenej zóne (HAZ) zvarových spojov nerezovej ocele. Ďalším faktorom, ktorý treba zvážiť pri nerezovej oceli triedy L, je, že má nižšiu pevnosť v ťahu pri zvýšených prevádzkových teplotách ako priame nerezové ocele.
Keďže 304 je austenitický typ nerezovej ocele, zodpovedajúci zvarový kov bude obsahovať väčšinu austenitu. Samotná elektróda však bude obsahovať feritový stabilizátor, ako je molybdén, na podporu tvorby feritu vo zvarovom kove. Výrobcovia zvyčajne uvádzajú typický rozsah množstva feritu pre zvarový kov. Ako už bolo spomenuté, uhlík je silný austenitický stabilizátor a z týchto dôvodov je dôležité zabrániť jeho pridávaniu do zvarového kovu.
Feritové čísla sú odvodené zo Schaefflerovho diagramu a diagramu WRC-1992, ktoré na výpočet hodnoty používajú vzorce ekvivalentu niklu a chrómu, ktoré po vynesení do diagramu vytvárajú normalizované číslo. Feritové číslo medzi 0 a 7 zodpovedá objemovému percentu kryštálovej štruktúry feritu prítomnej vo zvarovom kove; pri vyšších percentách sa však feritové číslo zvyšuje rýchlejšie. Pamätajte, že ferit v nerezovej oceli nie je to isté ako ferit uhlíkovej ocele, ale ide o fázu nazývanú delta ferit. Austenitická nerezová oceľ nemá žiadne fázové transformácie spojené s vysokoteplotnými procesmi, ako je tepelné spracovanie.
Tvorba feritu je žiaduca, pretože je tvárnejší ako austenit, ale musí byť kontrolovaná. Nízky počet feritov môže v niektorých aplikáciách vytvoriť zvary s vynikajúcou odolnosťou proti korózii, ale počas zvárania je extrémne náchylný na praskanie za tepla. Pre všeobecné podmienky použitia by mal byť počet feritov medzi 5 a 10, ale pre niektoré aplikácie môžu byť potrebné nižšie alebo vyššie hodnoty. Ferity sa dajú ľahko overiť na pracovisku pomocou feritového indikátora.
Keďže ste spomenuli, že máte problémy s praskaním a nízky počet feritov, musíte sa dôkladne pozrieť na svoj prídavný materiál a uistiť sa, že produkuje dostatočný počet feritov – približne 8 by malo pomôcť. Ak používate zváranie plneným zvarom (FCAW), tieto prídavné materiály zvyčajne používajú ochranný plyn so 100 % oxidom uhličitým alebo zmes 75 % argónu a 25 % CO2, čo môže spôsobiť absorpciu uhlíka vo zvarovom kove. Možno budete chcieť prejsť na proces zvárania oblúkom v plynnej elektróde (GMAW) a použiť zmes 98 % argónu a 2 % kyslíka, aby ste znížili možnosť zachytávania uhlíka.
Na zváranie nehrdzavejúcej ocele s uhlíkovou oceľou musíte použiť prídavný materiál E309L. Tento prídavný materiál sa používa špeciálne na zváranie rôznych kovov a po zriedení uhlíkovej ocele do zvaru vytvára určité množstvo feritu. Keďže uhlíková oceľ absorbuje určité množstvo uhlíka, do prídavného materiálu sa pridávajú feritové stabilizátory, ktoré pôsobia proti tendencii uhlíka tvoriť austenit. To pomôže predchádzať tepelnému praskaniu pri zváraní.
Stručne povedané, ak chcete eliminovať horúce trhliny na zvarových spojoch z austenitických nerezových kovov, overte si dostatočný prídavný feritový materiál a dodržiavajte osvedčené zváračské postupy. Udržujte tepelný príkon pod 50 kJ/palec, udržiavajte mierne až nízke medzivrstvové teploty a pred spájkovaním sa uistite, že spájkované spoje neobsahujú žiadne nečistoty. Na overenie množstva feritu na zvarovom spoji použite vhodný merač, pričom sa snažte o 5 až 10.
WELDER, predtým Practical Welding Today, predstavuje skutočných ľudí, ktorí vyrábajú produkty, ktoré používame a s ktorými pracujeme každý deň. Tento časopis slúži zváračskej komunite v Severnej Amerike už viac ako 20 rokov.
Teraz s plným prístupom k digitálnej edícii časopisu The FABRICATOR máte jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Digitálne vydanie časopisu The Tube & Pipe Journal je teraz plne dostupné a poskytuje jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Využite plný prístup k digitálnemu vydaniu časopisu STAMPING Journal, ktorý poskytuje najnovšie technologické pokroky, osvedčené postupy a novinky z odvetvia pre trh s lisovaním kovov.
Teraz s plným prístupom k digitálnemu vydaniu časopisu The Fabricator en Español máte jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.