Ovaj članak tvrtke Wenzhou Tianyu Electronic Co., Ltd. objašnjava što treba uzeti u obzir prilikom određivanja dodatnih materijala za zavarivanje nehrđajućeg čelika.
Mogućnosti koje nehrđajući čelik čine tako privlačnim - mogućnost prilagođavanja njegovih mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju i oksidaciju - također povećavaju složenost odabira odgovarajućeg dodatnog metala za zavarivanje. Za bilo koju kombinaciju osnovnog materijala, bilo koja od nekoliko vrsta elektroda može biti prikladna, ovisno o troškovima, uvjetima rada, željenim mehaničkim svojstvima i nizu problema povezanih sa zavarivanjem.
Ovaj članak pruža potrebnu tehničku pozadinu kako bi čitatelj shvatio složenost teme, a zatim odgovara na neka od najčešćih pitanja koja se postavljaju dobavljačima dodatnih materijala. Utvrđuje opće smjernice za odabir odgovarajućih dodatnih materijala od nehrđajućeg čelika - a zatim objašnjava sve iznimke od tih smjernica! Članak ne obuhvaća postupke zavarivanja, jer je to tema za drugi članak.
Četiri stupnja, brojni legirajući elementi
Postoje četiri glavne kategorije nehrđajućih čelika:
austenitni
martenzitni
feritni
Dvostruki
Nazivi su izvedeni iz kristalne strukture čelika koja se obično nalazi na sobnoj temperaturi. Kada se niskougljični čelik zagrijava iznad 912°C, atomi čelika se preuređuju iz strukture koja se naziva ferit na sobnoj temperaturi u kristalnu strukturu koja se naziva austenit. Hlađenjem se atomi vraćaju u svoju izvornu strukturu, ferit. Visokotemperaturna struktura, austenit, je nemagnetska, plastična i ima nižu čvrstoću i veću duktilnost od ferita na sobnoj temperaturi.
Kada se čeliku doda više od 16% kroma, kristalna struktura sobne temperature, ferit, se stabilizira i čelik ostaje u feritnom stanju na svim temperaturama. Stoga se za ovu leguru koristi naziv feritni nehrđajući čelik. Kada se čeliku doda više od 17% kroma i 7% nikla, visokotemperaturna kristalna struktura čelika, austenit, se stabilizira tako da se zadržava na svim temperaturama od najnižih do gotovo taljenja.
Austenitni nehrđajući čelik obično se naziva 'krom-nikal' tipom, a martenzitni i feritni čelici obično se nazivaju 'ravnim kromom' tipom. Određeni legirajući elementi koji se koriste u nehrđajućim čelicima i zavarima ponašaju se kao austenitni stabilizatori, a drugi kao feritni stabilizatori. Najvažniji austenitni stabilizatori su nikal, ugljik, mangan i dušik. Feritni stabilizatori su krom, silicij, molibden i niobij. Uravnoteženjem legirajućih elemenata kontrolira se količina ferita u zavaru.
Austenitne vrste se lakše i zadovoljavajuće zavaruju od onih koje sadrže manje od 5% nikla. Zavareni spojevi proizvedeni od austenitnih nehrđajućih čelika su čvrsti, duktilni i žilavi u stanju zavarivanja. Obično ne zahtijevaju predgrijavanje ili toplinsku obradu nakon zavarivanja. Austenitne vrste čine otprilike 80% zavarenog nehrđajućeg čelika, a ovaj uvodni članak se uvelike fokusira na njih.
Tablica 1: Vrste nehrđajućeg čelika i njihov sadržaj kroma i nikla.
tstart{c, 80%}
thead{Vrsta|% Krom|% Nikal|Vrste}
tdata{Austenitni|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}
tdata{Martenzitni|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}
tdata{Feritni|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}
tdata{Duplex|18 - 28%|4 - 8%|2205}
skloni
Kako odabrati pravi dodatni metal od nehrđajućeg čelika
Ako je osnovni materijal u obje ploče isti, izvorno vodeće načelo bilo je: 'Počnite s usklađivanjem osnovnog materijala.' To dobro funkcionira u nekim slučajevima; za spajanje tipa 310 ili 316 odaberite odgovarajući tip punila.
Za spajanje različitih materijala slijedite ovo vodeće načelo: 'odaberite punilo koje odgovara legiranijem materijalu.' Za spajanje čelika 304 s čelikom 316 odaberite punilo od čelika 316.
Nažalost, 'pravilo podudaranja' ima toliko iznimaka da je bolji princip: Pogledajte tablicu za odabir dodatnog materijala. Na primjer, tip 304 je najčešći osnovni materijal od nehrđajućeg čelika, ali nitko ne nudi elektrodu tipa 304.
Kako zavariti nehrđajući čelik tipa 304 bez elektrode tipa 304
Za zavarivanje nehrđajućeg čelika tipa 304 koristite punilo tipa 308, jer će dodatni legirajući elementi u tipu 308 bolje stabilizirati područje zavara.
Međutim, 308L je također prihvatljivo punilo. Oznaka 'L' iza bilo kojeg tipa označava nizak udio ugljika. Nehrđajući čelik tipa 3XXL ima udio ugljika od 0,03% ili manje, dok standardni nehrđajući čelik tipa 3XX može imati maksimalni udio ugljika od 0,08%.
Budući da punilo tipa L spada u istu klasifikaciju kao i proizvod koji nije L, proizvođači mogu i trebali bi ozbiljno razmotriti korištenje punila tipa L jer niži sadržaj ugljika smanjuje rizik od problema s interkristalnom korozijom. Autori zapravo tvrde da bi se punilo tipa L šire koristilo kada bi proizvođači jednostavno ažurirali svoje postupke.
Proizvođači koji koriste GMAW postupak mogu razmotriti i korištenje punila tipa 3XXSi, jer dodatak silicija poboljšava vlaženje. U situacijama gdje zavar ima visoku ili hrapavu krunu ili gdje se zavarna lokva ne veže dobro na vrhove kutnog ili preklopnog spoja, korištenje Si GMAW elektrode tipa može zagladiti zavar i potaknuti bolje taljenje.
Ako je taloženje karbida problem, razmislite o punilu tipa 347 koje sadrži malu količinu niobija.
Kako zavariti nehrđajući čelik s ugljičnim čelikom
Ova se situacija javlja u primjenama gdje jedan dio konstrukcije zahtijeva vanjsku površinu otpornu na koroziju spojenu s konstrukcijskim elementom od ugljičnog čelika radi smanjenja troškova. Prilikom spajanja osnovnog materijala bez legirajućih elemenata s osnovnim materijalom s legirajućim elementima, upotrijebite previše legirano punilo kako bi se razrjeđivanje unutar metala zavara uravnotežilo ili bilo legiranije od nehrđajućeg osnovnog metala.
Za spajanje ugljičnog čelika s tipom 304 ili 316, kao i za spajanje različitih nehrđajućih čelika, za većinu primjena razmotrite elektrodu tipa 309L. Ako je potreban veći sadržaj Cr, razmotrite tip 312.
Kao upozorenje, austenitni nehrđajući čelici pokazuju brzinu širenja koja je oko 50 posto veća od brzine ugljičnog čelika. Prilikom spajanja, različite brzine širenja mogu uzrokovati pucanje zbog unutarnjih naprezanja, osim ako se ne koristi odgovarajuća elektroda i postupak zavarivanja.
Koristite ispravne postupke čišćenja za pripremu zavara
Kao i kod drugih metala, prvo uklonite ulje, mast, oznake i prljavštinu otapalom bez klora. Nakon toga, osnovno pravilo pripreme zavara nehrđajućeg čelika je 'Izbjegavajte kontaminaciju ugljičnim čelikom kako biste spriječili koroziju'. Neke tvrtke koriste odvojene zgrade za svoju 'radionicu nehrđajućeg čelika' i 'radionicu ugljičnog čelika' kako bi spriječile unakrsnu kontaminaciju.
Prilikom pripreme rubova za zavarivanje, brusne ploče i četke od nehrđajućeg čelika označite kao 'samo za nehrđajući čelik'. Neki postupci zahtijevaju čišćenje pet centimetara od spoja. Priprema spoja je također važnija, jer je kompenziranje nedosljednosti pri manipulaciji elektrodom teže nego kod ugljičnog čelika.
Koristite ispravan postupak čišćenja nakon zavarivanja kako biste spriječili hrđu
Za početak, sjetite se što nehrđajući čelik čini nehrđajućim: reakcija kroma s kisikom koja stvara zaštitni sloj kromovog oksida na površini materijala. Nehrđajući čelik hrđa zbog taloženja karbida (vidi dolje) i zato što proces zavarivanja zagrijava metal zavara do točke u kojoj se feritni oksid može stvoriti na površini zavara. Ostavljen u stanju nakon zavarivanja, savršeno zdrav zavar može pokazati 'tragove hrđe' na granicama zone utjecaja topline za manje od 24 sata.
Kako bi se novi sloj čistog kromovog oksida mogao pravilno preoblikovati, nehrđajući čelik zahtijeva čišćenje nakon zavarivanja poliranjem, kiseljenjem, brušenjem ili četkanje. Ponovno, koristite brusilice i četke namijenjene za taj zadatak.
Zašto je žica za zavarivanje nehrđajućeg čelika magnetska?
Potpuno austenitni nehrđajući čelik nije magnetski. Međutim, temperature zavarivanja stvaraju relativno velika zrna u mikrostrukturi, što rezultira osjetljivošću zavara na pucanje. Kako bi ublažili osjetljivost na vruće pucanje, proizvođači elektroda dodaju legirajuće elemente, uključujući ferit. Feritna faza uzrokuje da austenitna zrna budu mnogo finija, pa zavar postaje otporniji na pucanje.
Magnet se neće zalijepiti za kalem austenitnog nehrđajućeg punila, ali osoba koja drži magnet mogla bi osjetiti lagano povlačenje zbog zaostalog ferita. Nažalost, zbog toga neki korisnici misle da je njihov proizvod pogrešno označen ili da koriste pogrešan punilo (osobito ako su otkinuli naljepnicu s žičane košare).
Ispravna količina ferita u elektrodi ovisi o radnoj temperaturi primjene. Na primjer, previše ferita uzrokuje gubitak žilavosti zavara na niskim temperaturama. Stoga, punilo tipa 308 za primjenu u LNG cjevovodima ima feritni broj između 3 i 6, u usporedbi s feritnim brojem 8 za standardno punilo tipa 308. Ukratko, dodatni metali mogu se na prvi pogled činiti sličnima, ali male razlike u sastavu su važne.
Postoji li jednostavan način zavarivanja dupleks nehrđajućih čelika?
Tipično, dupleks nehrđajući čelici imaju mikrostrukturu koja se sastoji od približno 50% ferita i 50% austenita. Jednostavno rečeno, ferit pruža visoku čvrstoću i određenu otpornost na pucanje od korozije pod naponom, dok austenit pruža dobru žilavost. Dvije faze u kombinaciji daju dupleks čelicima njihova atraktivna svojstva. Dostupan je širok raspon dupleks nehrđajućih čelika, a najčešći je tip 2205; sadrži 22% kroma, 5% nikla, 3% molibdena i 0,15% dušika.
Prilikom zavarivanja dupleks nehrđajućeg čelika, problemi se mogu pojaviti ako zavareni metal sadrži previše ferita (toplina iz luka uzrokuje da se atomi rasporede u feritnu matricu). Kako bi se to kompenziralo, dodatni metali moraju poticati austenitnu strukturu s većim udjelom legure, obično 2 do 4% više nikla nego u osnovnom metalu. Na primjer, punjena žica za zavarivanje tipa 2205 može imati 8,85% nikla.
Željeni udio ferita može se kretati od 25 do 55% nakon zavarivanja (ali može biti i veći). Treba napomenuti da brzina hlađenja mora biti dovoljno spora da se austenit ponovno formira, ali ne toliko spora da stvori intermetalne faze, niti prebrza da stvori višak ferita u zoni utjecaja topline. Slijedite preporučene postupke proizvođača za proces zavarivanja i odabrani dodatni metal.
Podešavanje parametara pri zavarivanju nehrđajućeg čelika
Za proizvođače koji stalno podešavaju parametre (napon, struju, duljinu luka, induktivitet, širinu impulsa itd.) prilikom zavarivanja nehrđajućeg čelika, tipičan krivac je nedosljedan sastav dodatnog metala. S obzirom na važnost legirajućih elemenata, varijacije kemijskog sastava od serije do serije mogu imati značajan utjecaj na performanse zavara, kao što je loše vlaženje ili teško odvajanje troske. Varijacije u promjeru elektrode, čistoći površine, lijevanom materijalu i spirali također utječu na performanse u GMAW i FCAW primjenama.
Kontroliranje taloženja karbida u austenitnom nehrđajućem čeliku
Na temperaturama u rasponu od 426-871°C, sadržaj ugljika veći od 0,02% migrira prema granicama zrna austenitne strukture, gdje reagira s kromom i tvori kromov karbid. Ako je krom vezan za ugljik, nije dostupan za otpornost na koroziju. Kada je izložen korozivnom okruženju, dolazi do intergranularne korozije, što omogućuje nagrizanje granica zrna.
Za kontrolu taloženja karbida, sadržaj ugljika treba održavati što nižim (maksimalno 0,04%) zavarivanjem elektrodama s niskim udjelom ugljika. Ugljik se također može vezati niobijem (ranije kolumbijem) i titanom, koji imaju jači afinitet prema ugljiku od kroma. U tu svrhu izrađuju se elektrode tipa 347.
Kako se pripremiti za raspravu o odabiru dodatnog metala
Kao minimum, prikupite informacije o krajnjoj namjeni zavarenog dijela, uključujući radno okruženje (posebno radne temperature, izloženost korozivnim elementima i stupanj očekivane otpornosti na koroziju) i željeni vijek trajanja. Informacije o potrebnim mehaničkim svojstvima u radnim uvjetima uvelike pomažu, uključujući čvrstoću, žilavost, duktilnost i zamor.
Većina vodećih proizvođača elektroda nudi vodiče za odabir dodatnog metala, a autori ne mogu dovoljno naglasiti ovu točku: konzultirajte vodič za primjenu dodatnog metala ili se obratite tehničkim stručnjacima proizvođača. Oni su tu da vam pomognu pri odabiru ispravne elektrode od nehrđajućeg čelika.
Za više informacija o dodatnim metalima za nehrđajući čelik tvrtke TYUE i za kontaktiranje stručnjaka tvrtke za savjet posjetite www.tyuelec.com.
Vrijeme objave: 23. prosinca 2022.