Soldadura de perfeccionamiento de acero inoxidable martensítico y dúplex | MachineMFG

Perfeccionamiento de la soldadura de acero inoxidable martensítico y dúplex

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1. ¿Qué es el acero inoxidable martensítico?

Se trata de un tipo de acero inoxidable con una microestructura martensítica a temperatura ambiente y cuyas propiedades mecánicas pueden modificarse mediante tratamiento térmico.

Como descripción general, es un tipo de acero inoxidable que puede endurecerse.

Algunos grados comunes de acero inoxidable martensítico son 1Cr13, 2Cr13, 3Cr134Cr13, 3Cr13Mo, 1Cr17Ni2, 2Cr13Ni2, 9Cr18 y 9Cr18MoV.

Lectura relacionada: Calidades de acero inoxidable

2. Métodos comunes de soldadura

Los aceros inoxidables martensíticos se pueden soldar mediante diversos procedimientos de arco eléctrico técnicas de soldadura.

Actualmente, la soldadura por arco con varilla sigue siendo el método principal, mientras que el uso de dióxido de carbono soldadura con gas de protección o la soldadura con gas de protección mixto argón-dióxido de carbono pueden reducir significativamente la cantidad de hidrógeno en la soldadura, reduciendo así el riesgo de fisuración en frío en la soldadura.

3. Materiales de soldadura habituales

(1) Electrodo y alambre de acero inoxidable martensítico Cr13

Generalmente, cuando se requiere una mayor resistencia en la soldadura, el Cr13 martensítico soldadura de acero inoxidable Se utilizan varillas y alambres para que la composición química del metal de soldadura sea similar a la del metal base, pero esto aumenta la probabilidad de fisuración en frío.

Consideraciones:

a. El precalentamiento es necesario antes de la soldadura y la temperatura no debe superar los 450°C para evitar la fragilización a 475°C.

Debe realizarse un tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Una vez que la temperatura se haya enfriado a 150-200°C, debe realizarse un tratamiento térmico posterior a la soldadura durante 2 horas para permitir la transformación de todas las partes del austenita en martensita, seguido de un revenido a alta temperatura en el que la temperatura se eleva a 730-790°C.

El tiempo de mantenimiento debe ser de 10 minutos por cada 1 mm de espesor de la placa, pero no inferior a 2 horas, y finalmente debe enfriarse al aire.

b. Para evitar el agrietamiento, el contenido de S y P en las varillas y alambres de soldadura debe ser inferior a 0,015%, y el contenido de Si no debe ser superior a 0,3%.

Un aumento del contenido de Si puede provocar la formación de ferrita primaria gruesa, lo que disminuye la plasticidad de la junta.

En contenido en carbono suele ser inferior a la del metal de base, lo que puede reducir su templabilidad.

(2) Electrodo y alambre de acero inoxidable austenítico Cr Ni

El metal de soldadura del acero austenítico Cr Ni tiene un alto nivel de plasticidad, que puede aliviar la tensión producida durante la transformación martensítica en la zona afectada por el calor.

Además, las soldaduras del tipo de acero inoxidable austenítico Cr Ni tienen una alta solubilidad para el hidrógeno, lo que puede disminuir la difusión del hidrógeno desde el metal de soldadura a la zona afectada por el calor y prevenir eficazmente grietas fríaspor lo que no es necesario el precalentamiento.

Sin embargo, la resistencia de la soldadura es relativamente baja y no puede mejorarse mediante un tratamiento térmico posterior.

4. Común problemas de soldadura

(1) Grieta fría de soldadura

El acero inoxidable martensítico tiene un alto contenido en cromo, lo que aumenta considerablemente su capacidad de endurecimiento.

Independientemente de su estado inicial antes de la soldadura, ésta siempre da lugar a la formación de martensita cerca de la costura.

A medida que aumenta la tendencia al endurecimiento, la unión se vuelve más propensa al agrietamiento en frío, especialmente cuando hay hidrógeno presente. En tales condiciones, el acero inoxidable martensítico también es propenso a la formación de peligrosas fisuras retardadas inducidas por el hidrógeno.

Measures:

  • Una corriente de soldadura con alta energía de hilo puede disminuir la velocidad de enfriamiento.
  • Los diferentes grados de acero requieren diferentes temperaturas entre pasadas, que no deben ser inferiores a la temperatura de precalentamiento.
  • Es necesario un proceso de enfriamiento lento después de la soldadura a 150-200°C, seguido de un tratamiento térmico posterior a la soldadura, para eliminar la soldadura. tensión residual, eliminar el hidrógeno difusible en la junta y mejorar la estructura y las propiedades de la junta.

(2) Fragilización de la zona afectada por el calor

Los aceros inoxidables martensíticos, en particular los que tienen niveles más altos de elementos formadores de ferrita, tienen una mayor tendencia al crecimiento del grano.

Una velocidad de enfriamiento lenta puede provocar la formación de ferrita gruesa y carburo en la zona afectada por el calor (ZAT) de soldadura, mientras que una velocidad de enfriamiento rápida puede provocar el endurecimiento y la formación de martensita gruesa en la ZAT.

Estas estructuras gruesas reducen la plasticidad y tenacidad de la ZAT del acero inoxidable martensítico, haciéndolo quebradizo.

Contramedidas:

  • Mantener una velocidad de enfriamiento adecuada;
  • Seleccionar una temperatura de precalentamiento razonable. La temperatura de precalentamiento no debe superar los 450 °C, ya que la exposición prolongada a altas temperaturas por encima de este umbral puede provocar fragilización a 475 °C.
  • Elegir bien los materiales de soldadura para ajustar la composición de la soldadura y minimizar la presencia de ferrita gruesa en la soldadura.

5. Proceso de soldadura

1) Precalentamiento antes de soldar

El precalentamiento previo a la soldadura es una técnica crucial para evitar las grietas frías.

Para un contenido de carbono comprendido entre 0,1% y 0,2%, la temperatura de precalentamiento debe estar comprendida entre 200 y 260°C, mientras que una soldadura de alta resistencia puede precalentarse a una temperatura comprendida entre 400 y 450°C.

2) Enfriamiento tras la soldadura

La soldadura no debe calentarse directamente desde el temperatura de soldadura para el tratamiento de revenido porque la austenita puede no transformarse completamente durante la soldadura.

El calentamiento y revenido inmediatos después de la soldadura pueden provocar la precipitación de carburos a lo largo de la austenita límite de grano, lo que provoca la transformación de la austenita en perlita y una estructura de grano grueso, que reduce considerablemente la tenacidad.

Por lo tanto, la soldadura debe enfriarse antes del revenido y la austenita de la soldadura y de la zona afectada por el calor debe estar muy descompuesta.

Para soldaduras de baja resistencia, pueden enfriarse a temperatura ambiente y templarse a continuación.

Para soldaduras gruesas, se requiere un proceso más complejo. Tras la soldadura, debe enfriarse a 100-150°C, mantenerse caliente durante 0,5-1 hora y, a continuación, calentarse a la temperatura de revenido.

3) Tratamiento térmico posterior a la soldadura

La finalidad del tratamiento térmico posterior a la soldadura es reducir la dureza de la soldadura y de la zona afectada por el calor, aumentar su plasticidad y tenacidad y disminuir tensión residual de soldadura.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede incluir el revenido y el temple total. recocido. La temperatura de revenido debe situarse entre 650-750°C, con un tiempo de mantenimiento de 1 hora seguido de un enfriamiento por aire.

Si la soldadura requiere mecanizado después de soldar, se deberá recocido para conseguir una dureza mínima.

La temperatura de recocido debe situarse entre 830-880°C, con un tiempo de mantenimiento de 2 horas, seguido de un enfriamiento en horno a 595°C y, a continuación, enfriamiento al aire.

4) Selección de la varilla de soldadura

Los electrodos para soldar acero inoxidable martensítico se clasifican en dos categorías: acero inoxidable al cromo y electrodos de acero inoxidable austenítico al cromo-níquel.

Los electrodos de acero inoxidable al cromo más comunes son E1-13-16 (G202) y E1-13-15 (G207).

Los electrodos de acero inoxidable austenítico al cromo-níquel más comunes son, entre otros, E0-19-10-16 (A102), E0-19-10-15 (A107), E0-18-12Mo2-16 (A202) y E0-18-12Mo2-15 (A207).

6. Soldadura de acero inoxidable dúplex

1. Soldabilidad del acero inoxidable dúplex

Los inoxidables dúplex presentan tanto las ventajas como los inconvenientes de los aceros austeníticos y ferríticos, y reducen sus respectivos puntos débiles.

(1) El riesgo de fisuración en caliente es mucho menor en comparación con el acero austenítico.

(2) El riesgo de agrietamiento en frío es significativamente menor en comparación con la baja aleación ordinaria. acero de alta resistencia.

(3) Tras el enfriamiento en la zona afectada por el calor, se retiene una mayor cantidad de ferrita, lo que aumenta el riesgo de corrosión y agrietamiento inducido por hidrógeno (fragilización).

(4) El junta soldada del acero inoxidable dúplex es propenso a la precipitación de la fase δ, un compuesto intermetálico de Cr y Fe.

Su temperatura de formación oscila entre 600°C y 1000°C y puede variar en función del grado de acero específico.

Tabla 1 Rango de temperaturas de tratamiento de la solución, fase δ y 475 ℃ fragilidad del acero inoxidable dúplex.

ContenidoAcero 2205 bifásico y 2507, etc.Acero superdúplex 00Cr25Ni7Mo3CuN
Temperatura de la solución sólida/℃10401025~1100
Temperatura de pelado cuando se calienta al aire/℃10001000
Fase δ temperatura de formación/℃600~1000600~1000
475 ° C temperatura de fragilización/℃300~525300~525

2. Selección de métodos de soldadura

En proceso de soldadura para el acero inoxidable dúplex implica primero la soldadura TIG, seguida de la soldadura por arco con electrodo.

Cuando se utiliza la soldadura por arco sumergido, hay que vigilar de cerca la entrada de calor y la temperatura entre pasadas y evitar una dilución excesiva.

Nota:

Cuando se utiliza la soldadura TIG, se debe añadir nitrógeno 1-2% al gas protector (añadir más de 2% de nitrógeno puede aumentar la porosidad y provocar inestabilidad en el arco). La adición de nitrógeno ayuda a absorber el nitrógeno del metal de soldadura, evitando la pérdida de nitrógeno por difusión en la superficie de soldadura, y contribuye a estabilizar la fase austenita en el. junta soldada.

3. Selección de los materiales de soldadura

Los materiales de soldadura con niveles más altos de elementos formadores de austenita (como Ni, N) se eligen para favorecer la transformación de la ferrita de la soldadura en austenita.

El electrodo o hilo de soldar 22.8.3L se utiliza habitualmente para soldar acero 2205, mientras que el electrodo 25.10.4L o 25.10.4R se utiliza frecuentemente para soldar acero 2507.

Tabla 2 Materiales de soldadura y FN del acero inoxidable dúplex típico

Base metálicaMaterial de soldaduraComposición químicaNombreFN(%)
CSiMnCrNiMoNCuW
2507Alambre de soldadura0.020.30.5251040.25--2507/P10040~100
0.02251040.25--Sandivick 25.10.4L
Núcleo de soldadura0.030.51259.53.60.22--Avesta 2507/p100
0.042510.540.25--Sandivick 25.10.4L
Zeron100Hilo de soldaduraNúcleo de soldadura0.041.22.5251040.221122.9.4CuWL
22.9.4CuWLB
40~60
2205Alambre de soldadura0.020.51.622.5830.14--Sandivick 22.8.3L40~60
Núcleo de soldadura0.031.00.822.59.530.14--Sandivick 22.8.3R

4. Puntos de soldadura

(1) Durante el proceso de soldadura, el control de la energía de soldadura, la temperatura entre pasadas, el precalentamiento y el espesor del material afectarán a la velocidad de enfriamiento y, posteriormente, a la estructura y las propiedades de la soldadura y de la zona afectada por el calor.

Para conseguir unas propiedades óptimas del metal de soldadura, se recomienda controlar la temperatura máxima entre pasadas a 100°C. Si es necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura, pueden eliminarse las restricciones de temperatura entre pasadas.

(2) Es preferible evitar el tratamiento térmico posterior a la soldadura para los inoxidables dúplex.

Si es necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura, enfriamiento en agua es el método utilizado. Durante el tratamiento térmico, el calentamiento debe ser rápido, y el tiempo de mantenimiento a la temperatura de tratamiento térmico debe ser de entre 5 y 30 minutos, suficiente para restablecer el equilibrio de fases.

La oxidación del metal es un problema durante el tratamiento térmico, por lo que debe considerarse el uso de un gas inerte como protección.

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