H: Gần đây chúng tôi bắt đầu thực hiện một số công việc đòi hỏi một số thành phần phải được chế tạo chủ yếu bằng thép không gỉ cấp 304, được hàn với chính nó và với thép mềm. Chúng tôi đã gặp phải một số vấn đề nứt trên các mối hàn thép không gỉ với thép không gỉ có độ dày lên tới 1,25 inch. Có thông tin cho biết số lượng ferit của chúng tôi thấp. Bạn có thể giải thích đây là hiện tượng gì và cách khắc phục không?
A: Đây là một câu hỏi hay. Có, chúng tôi có thể giúp bạn hiểu ý nghĩa của số lượng ferit thấp và cách ngăn ngừa tình trạng này.
Trước tiên, chúng ta hãy cùng xem lại định nghĩa về thép không gỉ (SS) và mối liên hệ giữa ferit và mối hàn. Thép đen và hợp kim chứa hơn 50% sắt. Bao gồm tất cả các loại thép cacbon, thép không gỉ và các nhóm được xác định khác. Nhôm, đồng và titan không chứa sắt, vì vậy chúng là những ví dụ tuyệt vời về hợp kim màu.
Thành phần chính của hợp kim này là thép cacbon với ít nhất 90% sắt và thép không gỉ (SS) với 70 đến 80% sắt. Để được phân loại là thép không gỉ, sản phẩm phải có ít nhất 11,5% crom được thêm vào. Hàm lượng crom vượt quá ngưỡng tối thiểu này sẽ thúc đẩy quá trình hình thành lớp màng oxit crom trên bề mặt thép và ngăn ngừa quá trình oxy hóa như rỉ sét (oxit sắt) hoặc ăn mòn do tiếp xúc với hóa chất.
Thép không gỉ chủ yếu được chia thành ba nhóm: austenit, ferit và martensite. Tên của chúng xuất phát từ cấu trúc tinh thể ở nhiệt độ phòng tạo nên chúng. Một nhóm phổ biến khác là thép không gỉ song pha, là sự cân bằng giữa ferit và austenit trong cấu trúc tinh thể.
Các loại thép austenit, loại 300, chứa 16% đến 30% crom và 8% đến 40% niken, tạo thành cấu trúc tinh thể chủ yếu là austenit. Để thúc đẩy sự hình thành tỷ lệ austenit-ferit, các chất ổn định như niken, cacbon, mangan và nitơ được thêm vào trong quá trình sản xuất thép. Một số loại thép phổ biến là 304, 316 và 347. Có khả năng chống ăn mòn tốt; chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng thực phẩm, dịch vụ hóa chất, dược phẩm và đông lạnh. Kiểm soát sự hình thành ferit mang lại độ dẻo dai tuyệt vời ở nhiệt độ thấp.
Thép không gỉ Ferritic là loại thép thuộc dòng 400 có từ tính hoàn toàn, chứa 11,5% đến 30% crom và có cấu trúc tinh thể ferritic chiếm ưu thế. Để thúc đẩy sự hình thành ferit, các chất ổn định bao gồm crom, silic, molypden và niobi trong quá trình sản xuất thép. Các loại thép không gỉ này thường được sử dụng trong hệ thống ống xả ô tô và nhà máy điện và có ứng dụng hạn chế ở nhiệt độ cao. Một số loại thường được sử dụng là 405, 409, 430 và 446.
Các loại thép martensitic, còn được xác định bằng nhóm 400 như 403, 410 và 440, có từ tính, chứa 11,5% đến 18% crom và có cấu trúc tinh thể là martensitic. Sự kết hợp này có hàm lượng vàng thấp nhất, khiến chúng trở thành loại thép có chi phí sản xuất thấp nhất. Chúng có khả năng chống ăn mòn; độ bền tuyệt vời; và thường được sử dụng trong đồ ăn, thiết bị nha khoa và phẫu thuật, đồ nấu nướng và một số loại dụng cụ nhất định.
Khi hàn thép không gỉ (SS), loại vật liệu nền và ứng dụng thực tế của nó sẽ quyết định loại kim loại phụ phù hợp cần sử dụng. Nếu sử dụng quy trình bảo vệ bằng khí, bạn có thể cần đặc biệt chú ý đến hỗn hợp khí bảo vệ để ngăn ngừa một số vấn đề liên quan đến hàn.
Để hàn 304 vào chính nó, bạn sẽ cần một điện cực E308/308L. “L” là viết tắt của carbon thấp, giúp ngăn ngừa ăn mòn giữa các hạt. Các điện cực này có hàm lượng carbon dưới 0,03%; bất kỳ hàm lượng nào cao hơn mức này đều làm tăng nguy cơ carbon kết tủa thành ranh giới hạt và kết hợp với crom để tạo thành crom cacbua, làm giảm hiệu quả khả năng chống ăn mòn của thép. Điều này trở nên rõ ràng nếu ăn mòn xảy ra ở vùng chịu nhiệt (HAZ) của mối hàn SS. Một cân nhắc khác đối với SS cấp L là chúng có độ bền kéo thấp hơn ở nhiệt độ làm việc cao hơn so với các cấp SS trực tiếp.
Vì 304 là loại thép không gỉ austenit, nên kim loại hàn tương ứng sẽ chứa hầu hết austenit. Tuy nhiên, bản thân điện cực sẽ chứa chất ổn định ferit, chẳng hạn như molypden, để thúc đẩy sự hình thành ferit trong kim loại hàn. Các nhà sản xuất thường liệt kê một phạm vi điển hình về số lượng ferit cho kim loại hàn. Như đã đề cập trước đó, cacbon là chất ổn định austenit mạnh và vì những lý do này, điều quan trọng là phải ngăn không cho nó được thêm vào kim loại hàn.
Số lượng ferit được lấy từ sơ đồ Schaeffler và sơ đồ WRC-1992, sử dụng các công thức tương đương niken và crom để tính giá trị, khi vẽ trên sơ đồ sẽ tạo ra một số chuẩn hóa. Số lượng ferit từ 0 đến 7 tương ứng với phần trăm thể tích của cấu trúc tinh thể ferit có trong kim loại hàn; tuy nhiên, ở phần trăm cao hơn, số lượng ferit tăng nhanh hơn. Hãy nhớ rằng ferit trong thép không gỉ không giống như ferit thép cacbon, mà là một pha gọi là ferit delta. Thép không gỉ austenit không có chuyển đổi pha liên quan đến các quá trình nhiệt độ cao như xử lý nhiệt.
Sự hình thành ferit là mong muốn vì nó dẻo hơn austenit, nhưng phải được kiểm soát. Số lượng ferit thấp có thể tạo ra mối hàn có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong một số ứng dụng, nhưng cực kỳ dễ bị nứt nóng trong quá trình hàn. Đối với các điều kiện sử dụng chung, số lượng ferit nên nằm trong khoảng từ 5 đến 10, nhưng đối với một số ứng dụng, có thể yêu cầu các giá trị thấp hơn hoặc cao hơn. Ferrit có thể dễ dàng được xác minh tại nơi làm việc bằng cách sử dụng chỉ báo ferit.
Vì bạn đã đề cập rằng bạn gặp vấn đề nứt và số lượng ferit thấp, bạn cần xem xét kỹ kim loại phụ của mình và đảm bảo nó tạo ra đủ số lượng ferit - khoảng 8 sẽ hữu ích. Ngoài ra, nếu bạn đang sử dụng hàn hồ quang lõi thuốc (FCAW), các kim loại phụ này thường sử dụng khí bảo vệ 100% carbon dioxide hoặc hỗn hợp 75% argon/25% CO2, có thể khiến kim loại hàn hấp thụ carbon. Bạn có thể muốn chuyển sang quy trình hàn hồ quang kim loại khí (GMAW) và sử dụng hỗn hợp 98% argon/2% oxy để giảm khả năng hấp thụ carbon.
Để hàn thép không gỉ với thép cacbon, bạn phải sử dụng vật liệu độn E309L. Kim loại độn này được sử dụng chuyên biệt để hàn các kim loại không giống nhau và tạo thành một lượng ferit nhất định sau khi thép cacbon được pha loãng vào mối hàn. Vì thép cacbon sẽ hấp thụ một số cacbon nên chất ổn định ferit được thêm vào kim loại độn để chống lại xu hướng cacbon tạo thành austenit. Điều này sẽ giúp ngăn ngừa nứt nhiệt trong các ứng dụng hàn.
Tóm lại, nếu bạn muốn loại bỏ các vết nứt nóng trên các mối hàn thép không gỉ austenit, hãy kiểm tra lượng kim loại phụ ferit thích hợp và thực hiện các biện pháp hàn tốt. Giữ nhiệt lượng đầu vào dưới 50 kJ/inch, duy trì nhiệt độ giữa các mối hàn ở mức trung bình đến thấp và đảm bảo các mối hàn không bị nhiễm bẩn trước khi hàn. Sử dụng thước đo thích hợp để kiểm tra lượng ferit trên mối hàn, mục tiêu là từ 5 đến 10.
WELDER, trước đây là Practical Welding Today, giới thiệu những con người thực sự làm ra các sản phẩm mà chúng ta sử dụng và làm việc hàng ngày. Tạp chí này đã phục vụ cộng đồng thợ hàn ở Bắc Mỹ trong hơn 20 năm.
Bây giờ bạn có thể truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The FABRICATOR, dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên giá trị trong ngành.
Phiên bản kỹ thuật số của The Tube & Pipe Journal hiện đã có thể truy cập đầy đủ, giúp bạn dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên giá trị trong ngành.
Tận hưởng quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của Tạp chí STAMPING, nơi cung cấp những tiến bộ công nghệ mới nhất, các phương pháp hay nhất và tin tức ngành cho thị trường dập kim loại.
Bây giờ bạn có thể truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The Fabricator en Español, dễ dàng truy cập vào các nguồn tài nguyên giá trị của ngành.