1. ¿Qué es el acero inoxidable martensítico?
Se refiere a un tipo de acero inoxidable con 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 tipos comunes de acero inoxidable martensítico incluyen 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 3Cr13Mo, 1Cr17Ni2, 2Cr13Ni2, 9Cr18 y 9Cr18MoV.
Lectura relacionada: Grados de acero inoxidable
2. Métodos de soldadura comunes
El acero inoxidable martensítico se puede soldar mediante diversas técnicas de soldadura por arco eléctrico.
Actualmente, la soldadura por arco con varilla sigue siendo el método principal, mientras que el uso de soldadura con protección de gas de dióxido de carbono o soldadura con protección de gas mixto argón y dióxido de carbono puede reducir significativamente la cantidad de hidrógeno en la soldadura, reduciendo así el riesgo de grietas en frío en la soldadura.
3. Materiales de soldadura comunes
(1) Electrodo y alambre de acero inoxidable martensítico Cr13
Generalmente, cuando se requiere una mayor resistencia en la soldadura, se utilizan varillas y alambres de soldadura de acero inoxidable martensítico Cr13 para hacer que la composición química del metal de soldadura sea similar a la del metal base, pero esto aumenta la probabilidad de agrietamiento en frío.
Consideraciones:
El. Es necesario precalentar antes de soldar y la temperatura no debe exceder los 450°C para evitar la fragilidad a 475°C.
Se debe realizar un tratamiento térmico post-soldadura.
Una vez que la temperatura se ha enfriado a 150-200 °C, se debe realizar un tratamiento térmico posterior a la soldadura durante 2 horas para permitir la transformación de todas las partes de la austenita en martensita, seguido de un templado a alta temperatura donde la temperatura se eleva a 150-200 °C. 730-790°C.
El tiempo de espera debe ser de 10 minutos por 1 mm de espesor de placa, pero no inferior a 2 horas, y finalmente se debe enfriar al aire.
B. Para evitar grietas, el contenido de S y P en varillas y alambres de soldadura debe ser inferior al 0,015% y el contenido de Si no debe ser superior al 0,3%.
Un aumento en el contenido de Si puede provocar la formación de ferrita primaria gruesa, lo que disminuye la plasticidad de la unión.
Normalmente, el contenido de carbono debe ser inferior al del metal 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, lo que puede aliviar las tensiones producidas durante la transformación martensítica en la zona afectada por el calor.
Además, las soldaduras de acero inoxidable austenítico Cr Ni tienen una alta solubilidad para el hidrógeno, lo que puede disminuir la difusión de hidrógeno desde el metal de soldadura a la zona afectada por el calor y prevenir eficazmente el agrietamiento en frío, por lo que no es necesario el precalentamiento.
Sin embargo, la resistencia de la soldadura es relativamente baja y no se puede mejorar mediante un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
4. Problemas comunes de soldadura
(1) Soldadura por fisura en frío
El acero inoxidable martensítico tiene un alto contenido en cromo, lo que aumenta significativamente su capacidad de endurecimiento.
Independientemente de su estado inicial antes de la soldadura, la soldadura siempre da como resultado la formación de martensita cerca de la costura.
A medida que aumenta la tendencia al endurecimiento, la junta se vuelve más propensa a agrietarse en frío, especialmente cuando hay hidrógeno presente. En estas condiciones, el acero inoxidable martensítico también es propenso a la formación de peligrosas grietas retardadas inducidas por hidrógeno.
Medidas M :
- Una corriente de soldadura de alta energía del alambre puede disminuir la velocidad de enfriamiento.
- Los diferentes tipos 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 soldar a 150-200 °C, seguido de un tratamiento térmico posterior a la soldadura, para eliminar la tensión residual de la soldadura, eliminar el hidrógeno difusible en la junta y mejorar la estructura y las propiedades de la junta.
(2) Fragilidad de la zona afectada por el calor.
Los aceros inoxidables martensíticos, particularmente aquellos con niveles más altos de elementos formadores de ferrita, tienen una mayor tendencia al crecimiento de grano.
Una velocidad de enfriamiento lenta puede conducir a la formación de ferrita y carburo gruesos en la zona afectada por el calor (HZ) de la soldadura, mientras que una velocidad de enfriamiento rápida puede causar endurecimiento y la formación de martensita gruesa en la ZAC.
Estas estructuras gruesas reducen la plasticidad y tenacidad de la ZAC del acero inoxidable martensítico, volviéndola quebradiza.
Contramedidas:
- Mantener una velocidad de enfriamiento adecuada;
- Seleccionar una temperatura de precalentamiento razonable. La temperatura de precalentamiento no debe exceder los 450°C, ya que la exposición prolongada a altas temperaturas superiores a este límite puede causar fragilidad a 475°C.
- Elija sabiamente 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 antes de soldar es una técnica crucial para evitar el agrietamiento en frío.
Para un contenido de carbono entre 0,1% y 0,2%, la temperatura de precalentamiento debe estar entre 200 y 260°C, mientras que la soldadura de alta resistencia se puede precalentar a una temperatura entre 400 y 450°C.
2) Enfriamiento después de soldar
La pieza soldada no debe calentarse directamente desde la temperatura de soldadura para el tratamiento de templado porque es posible que la austenita no se transforme completamente durante la soldadura.
El calentamiento y revenido inmediatos después de la soldadura pueden hacer que los carburos precipiten a lo largo del límite del grano de austenita, lo que resulta en la transformación de austenita en perlita y una estructura de grano grueso, lo que reduce significativamente la tenacidad.
Por lo tanto, la pieza soldada debe enfriarse antes de templarla, y la austenita en la pieza soldada y en la zona afectada por el calor debe descomponerse en gran medida.
Para soldaduras de baja resistencia, se pueden enfriar a temperatura ambiente y luego templarlas.
Para soldaduras gruesas, se requiere un proceso más complejo. Después de soldar, se debe enfriar a 100-150 °C, mantener caliente durante 0,5 a 1 hora y luego calentar a la temperatura de templado.
3) Tratamiento térmico post-soldadura
El objetivo del tratamiento térmico post-soldadura es reducir la dureza de la soldadura y de la zona afectada por el calor, aumentar su plasticidad y tenacidad y reducir las tensiones residuales de la soldadura.
El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede incluir enfriamiento y recocido completo. La temperatura de templado debe estar entre 650-750°C, con un tiempo de espera de 1 hora seguido de enfriamiento por aire.
Si la soldadura requiere mecanizado después de la soldadura, se puede realizar un recocido completo para lograr una dureza mínima.
La temperatura de recocido debe estar entre 830 y 880 °C, con un tiempo de mantenimiento de 2 horas seguido de enfriamiento en horno a 595 °C y luego enfriamiento con aire.
4) Selección de varilla de soldadura
Los electrodos para soldar acero inoxidable martensítico se clasifican en dos categorías: electrodos de acero inoxidable al cromo y electrodos de acero inoxidable austenítico al cromo-níquel.
Los electrodos de acero inoxidable al cromo comunes incluyen E1-13-16 (G202) y E1-13-15 (G207).
Los electrodos de acero inoxidable austenítico de cromo-níquel comunes incluyen E0-19-10-16 (A102), E0-19-10-15 (A107), E0-18-12Mo2-16 (A202) y E0-18-12Mo2-15. (A207), entre otros.
6. Soldadura de acero inoxidable dúplex
1. Soldabilidad del acero inoxidable dúplex.
El acero inoxidable dúplex tiene ventajas y desventajas del acero austenítico y ferrítico y reduce sus respectivas debilidades.
(1) El riesgo de agrietamiento en caliente es mucho menor en comparación con el acero austenítico.
(2) El riesgo de agrietamiento en frío es significativamente menor en comparación con el acero ordinario de baja aleación y alta resistencia.
(3) Después del enfriamiento en la zona afectada térmicamente, se retiene una mayor cantidad de ferrita, lo que aumenta el riesgo de corrosión y agrietamiento inducido por hidrógeno (fragilización).
(4) La junta soldada de acero inoxidable dúplex es propensa a la precipitación de la fase δ, un compuesto intermetálico de Cr y Fe.
Su temperatura de formación varía de 600°C a 1000°C y puede variar según el tipo específico de acero.
Tabla 1 Rango de temperatura del tratamiento de la solución, fase δ y fragilidad a 475 ℃ del acero inoxidable dúplex
| Feliz | Acero bifásico 2205 y 2507, etc. | Acero súper dúplex 00Cr25Ni7Mo3CuN |
| Temperatura de la solución sólida/℃ | 1040 | 1025~1100 |
| Temperatura de pelado cuando se calienta al aire/℃ | 1000 | 1000 |
| Temperatura de formación de fase δ/℃ | 600~1000 | 600~1000 |
| Temperatura de fragilidad de 475°C/℃ | 300~525 | 300~525 |
2. Selección de métodos de soldadura.
El proceso de soldadura de acero inoxidable dúplex implica primero la soldadura TIG, seguida de la soldadura por arco revestido.
Cuando se utiliza soldadura por arco sumergido, se debe controlar de cerca la entrada de calor y la temperatura entre pasadas y se debe evitar una dilución excesiva.
Observación:
Cuando se utiliza soldadura TIG, se debe agregar entre 1 y 2 % de nitrógeno al gas protector (agregar más del 2 % de nitrógeno puede aumentar la porosidad y causar inestabilidad del arco). La adición de nitrógeno ayuda a absorber nitrógeno del metal de soldadura, evitando la pérdida de nitrógeno por difusión en la superficie de la soldadura y ayuda a estabilizar la fase de austenita en la junta soldada.
3. Selección de materiales de soldadura.
Se eligen materiales de soldadura con niveles más altos de elementos formadores de austenita (como Ni, N) para fomentar la transformación de la ferrita de la soldadura en austenita.
El electrodo 22.8.3L o alambre de soldadura se usa comúnmente para soldar acero 2205, mientras que el electrodo 25.10.4L o el electrodo 25.10.4R se usa a menudo para soldar acero 2507.
Tabla 2 Materiales típicos de soldadura y FN de acero inoxidable dúplex
| Metal base | Material de soldadura | Composición química | Nombre | FN（%） | ||||||||
| W. | Sí | Minnesota | cr | Ni | Mes | norte | Culo | W. | ||||
| 2507 | Alambre de soldadura | 0,02 | 0.3 | 0,5 | 25 | 10 | 4 | 0,25 | – | – | 2507/P100 | 40~100 |
| 0,02 | 25 | 10 | 4 | 0,25 | – | – | Sandivic 25.10.4L | |||||
| Núcleo de soldadura | 0,03 | 0,5 | 1 | 25 | 9.5 | 3.6 | 0,22 | – | – | Avesta 2507/p100 | ||
| 0,04 | 25 | 10.5 | 4 | 0,25 | – | – | Sandivic 25.10.4L | |||||
| ceron100 | Alambre de soldaduraNúcleo de soldadura | 0,04 | 1.2 | 2.5 | 25 | 10 | 4 | 0,22 | 1 | 1 | 22.9.4CuWL 22.9.4CuWLB |
40~60 |
| 2205 | Alambre de soldadura | 0,02 | 0,5 | 1.6 | 22,5 | 8 | 3 | 0,14 | – | – | Sandivic 22.8.3L | 40~60 |
| Núcleo de soldadura | 0,03 | 1.0 | 0,8 | 22,5 | 9.5 | 3 | 0,14 | – | – | 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 la velocidad de enfriamiento y posteriormente afectarán la estructura y las propiedades de la soldadura y la zona afectada por el calor.
Para obtener propiedades ideales del metal de soldadura, se recomienda controlar la temperatura máxima entre pasadas a 100°C. Si se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura, se pueden eliminar las restricciones de temperatura entre pasadas.
(2) Es preferible evitar el tratamiento térmico posterior a la soldadura para el acero inoxidable dúplex.
Si se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura, el método utilizado es el enfriamiento con agua. Durante el tratamiento térmico, el calentamiento debe ser rápido y el tiempo de mantenimiento a la temperatura del tratamiento térmico debe ser de entre 5 y 30 minutos, suficiente para restablecer el equilibrio de fases.
La oxidación del metal es una preocupación durante el tratamiento térmico, por lo que se debe considerar el uso de un gas inerte como protección.
