En relación con los elementos de aleación como Si, Mn, S, P, Cr, AI, Ti, Mo y V contenidos en el alambre de soldadura, ¿cuál es el impacto de estos elementos de aleación en el rendimiento de la soldadura? A continuación se ofrece una explicación de cada elemento:
El silicio es el elemento desoxidante más utilizado en el alambre de soldadura. Puede impedir que el hierro se combine con el oxígeno y reducir el FeO en el baño de fusión.
Sin embargo, cuando el silicio se utiliza solo para la desoxidación, el SiO2 tiene un punto de fusión elevado (aproximadamente 1710℃), y las partículas producidas son pequeñas y difíciles de sacar flotando del baño de fusión. Esto puede hacer que la escoria quede atrapada en el metal de soldadura.
La función del manganeso es similar a la del silicio, pero su capacidad de desoxidación es ligeramente inferior a la del silicio. Cuando el manganeso se utiliza solo para la desoxidación, el MnO resultante tiene una densidad mayor (15,11g/cm3) y también es difícil que salga flotando del baño de fusión.
Además de su función de desoxidación, el manganeso del alambre de soldadura también puede combinarse con el azufre para formar sulfuro de manganeso (MnS), que puede eliminarse (desulfurarse), reduciendo así la tendencia al agrietamiento en caliente causado por el azufre.
Dado que es difícil eliminar los productos de la desoxidación cuando se utiliza silicio o manganeso solos para la desoxidación, se suele utilizar una combinación de silicio y manganeso para formar un compuesto de silicato (MnO-SiO2) durante la desoxidación.
MnO-SiO2 tiene un punto de fusión más bajo (aproximadamente 1270℃) y una densidad más baja (aproximadamente 3,6g/cm3). Puede coagularse en grandes bloques de escoria y flotar fuera del baño de fusión, consiguiendo un buen efecto de desoxidación.
El manganeso también es un importante elemento de aleación en el acero y un importante elemento de templabilidad. Tiene un impacto significativo en la tenacidad del metal de soldadura.
Cuando el contenido de Mn es inferior a 0,05%, el metal de soldadura tiene una gran tenacidad. Cuando el contenido de Mn es superior a 3%, el metal de soldadura se vuelve quebradizo. Cuando el contenido de Mn está entre 0,6% y 1,8%, el metal de soldadura tiene una resistencia y una tenacidad elevadas.
El azufre en el acero suele estar presente en forma de sulfuro de hierro, que se distribuye en forma de malla a lo largo de los límites de grano y reduce significativamente la tenacidad del acero. El eutéctico temperatura del hierro y el sulfuro de hierro es relativamente bajo (985℃).
Por lo tanto, durante el trabajo en caliente, dado que la temperatura inicial de trabajo se sitúa generalmente entre 1150-1200℃, el eutéctico de hierro y sulfuro de hierro ya se ha fundido, lo que provoca grietas durante el proceso de trabajo.
Este fenómeno se conoce como "fragilización en caliente por azufre". La propiedad del azufre hace que el acero sea propenso a agrietarse en caliente durante la soldadura.
Por lo tanto, el contenido de azufre en el acero está estrictamente controlado. La principal diferencia entre el acero al carbono ordinario, el acero al carbono de alta calidad y el acero avanzado de alta calidad es la cantidad de contenido de azufre y fósforo.
Como ya se ha mencionado, el manganeso tiene un efecto desulfurante porque puede formar sulfuro de manganeso (MnS) de alto punto de fusión (1600℃) con el azufre, que se distribuye en forma granular dentro de los granos.
Durante el trabajo en caliente, el sulfuro de manganeso tiene suficiente plasticidad para eliminar los efectos nocivos del azufre. Por lo tanto, mantener una cierta cantidad de contenido de manganeso en el acero es beneficioso.
El fósforo puede disolverse completamente en ferrita en acero. Su efecto fortalecedor sobre el acero sólo es superado por el del carbono, y aumenta el resistencia y dureza de acero.
El fósforo también puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero, pero disminuye considerablemente su ductilidad y tenacidad. Este efecto es especialmente grave a bajas temperaturas, lo que se conoce como el fenómeno de la "fragilidad en frío del fósforo".
Por lo tanto, es perjudicial para la soldadura y aumenta la susceptibilidad del acero al agrietamiento. Como impureza, el contenido de fósforo en el acero también debe restringirse.
El cromo puede aumentar la resistencia y dureza del acero disminuyendo en menor medida su ductilidad y tenacidad. El cromo tiene una gran capacidad de resistencia a la corrosión y a los ácidos, por lo que los aceros inoxidables austeníticos suelen contener más cromo que 13%.
El cromo también tiene fuertes propiedades antioxidantes y de resistencia al calor. Por ello, el cromo también se utiliza mucho en aceros resistentes al calor, como el 12CrMo, el 15CrMo y el 5CrMo. El cromo está presente en el acero en determinadas cantidades.
El cromo es un componente importante del acero austenítico y un componente de la ferrita. Puede mejorar la resistencia a la oxidación y las propiedades mecánicas del acero aleado a altas temperaturas. En el acero inoxidable austenítico, cuando la cantidad total de cromo y níquel es 40%, y la relación Cr/Ni es 1, existe una tendencia al agrietamiento en caliente.
Sin embargo, cuando la relación Cr/Ni es de 2,7, no hay tendencia al agrietamiento en caliente.
Por lo tanto, en general, cuando la relación Cr/Ni está en torno a 2,2-2,3 en el acero tipo 18-8, el cromo puede formar carburos fácilmente en el acero aleado, reducir la conductividad térmica y causar dificultades en la soldadura debido a la formación de óxido de cromo.
El aluminio es uno de los elementos desoxidantes más potentes. Por lo tanto, el uso de aluminio como desoxidante no sólo puede reducir la producción de FeO, sino también facilitar la reducción de FeO, suprimiendo eficazmente la reacción química del gas CO producido en el baño de fusión y mejorando la capacidad de resistencia a la porosidad del CO.
Además, el aluminio también puede combinarse con el nitrógeno para formar un efecto de fijación del nitrógeno, reduciendo la porosidad del nitrógeno.
Sin embargo, el uso de aluminio para la desoxidación da lugar a la formación de AI de alto punto de fusión.2O3 (aproximadamente 2050℃), que existe en estado sólido en el baño de fusión y es fácil que provoque el atrapamiento de escoria en el metal de soldadura.
Al mismo tiempo, el alambre de soldadura que contiene aluminio es propenso a salpicar, y un contenido excesivo de aluminio puede reducir la resistencia del metal de soldadura al agrietamiento en caliente.
Por lo tanto, el contenido de aluminio en el alambre de soldadura debe controlarse estrictamente y no debe ser demasiado alto. Si el contenido de aluminio en el alambre de soldadura se controla adecuadamente, la dureza, el límite elástico y la resistencia a la tracción del metal de soldadura mejoran ligeramente.
Titanio es también un fuerte elemento desoxidante y también puede combinarse con el nitrógeno para formar TiN, desempeñando un papel de fijación del nitrógeno y mejorando la capacidad del metal de soldadura para resistir la porosidad del nitrógeno.
Si las cantidades adecuadas de titanio y boro (B) están presentes en la estructura del metal de soldadura, ésta puede refinarse.
El molibdeno puede aumentar la resistencia y la dureza del acero aleado, refinar el tamaño del grano, evitar la fragilidad del temple y la tendencia al sobrecalentamiento, y mejorar la resistencia a altas temperaturas, la resistencia a la fluencia y la durabilidad.
Cuando el contenido de molibdeno es inferior a 0,6%, puede mejorar la ductilidad, reducir la tendencia al agrietamiento y aumentar la tenacidad al impacto. El molibdeno también tiende a favorecer la grafitización.
Por lo tanto, el contenido de molibdeno en aceros resistentes al calor como el 16Mo, 12CrMo, 15CrMo, etc., es generalmente de alrededor de 0,5%.
Cuando el contenido de molibdeno en el acero aleado se sitúa entre 0,6% y 1,0%, el molibdeno puede reducir la plasticidad y la tenacidad del acero aleado y aumentar su tendencia al enfriamiento.
El vanadio puede aumentar la resistencia del acero, refinar el tamaño del grano, reducir la tendencia al crecimiento del grano y mejorar la templabilidad.
El vanadio es un elemento formador de carburos relativamente fuerte, y los carburos que forma son estables por debajo de 650℃.
También tiene efectos de endurecimiento por envejecimiento. Los carburos de vanadio tienen estabilidad a altas temperaturas y pueden mejorar la dureza a altas temperaturas del acero. El vanadio también puede modificar la distribución de los carburos en el acero, pero es propenso a formar óxidos refractarios, lo que dificulta la soldadura y el corte.
Generalmente, cuando el contenido de vanadio en el metal de soldadura se sitúa en torno a 0,11%, puede desempeñar un papel en la fijación del nitrógeno, convirtiendo una situación desfavorable en favorable.
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