4.1 Các thép-Cr Ferrite (d-ferrit,
mạng bcc)
Bảng 2 : Phạm
vi các thép d-ferrit
|
Phạm vi các thép d-ferrit:
|
Ví dụ:
|
|
- Các thép chống gỉ và chống axit (Các thép Cr + Ni, Mo,
Ti
và/hoặc Nb)
|
X7Cr13, X7CrMo17-1
|
|
- Các thép bền nhiệt và bền cháy (Các thép Cr + Al hoặc
Si)
|
X10CrAl24, X10CrSi18
|
Mục đích của việc phát triển các thép d-ferrit để đạt được giá thành các vật
liệu thấp hơn so với các thép hợp kim Ni với khả năng chống ăn mòn như nhau. Trong
các thép d-ferrit
sự hình thành của austenit mà chuyển hóa thành martensit ở các nhiệt độ thấp
hơn phải tránh để có được đầy đủ độ dẻo dai và khả năng biến dạng (độ dẻo) của
vật liệu. Vì các nguyên tố hợp kim ổn định ferrit (giống như Cr) là không đủ.
Các phương pháp nấu chảy thép hiện đại có thể cho phép sản xuất các hợp kim
Fe-Cr-C và hợp kim Fe-Cr-N.
Làm nguội nhanh từ khu vực T ³ 900 °C có thể giảm sự tác động
của C và N khi hàn. Theo cấu trúc có thể phân biệt giữa các thép Chrom nửa
ferrit (d + M), các thép
Chrom ferrit tinh khiết và các thép Chrom superferrit.
Bảng
3 :
Các loại thép Chrom theo cấu trúc
|
Loại
|
Hàm
lượng C (%)
|
Hàm
lượng Cr/%)
|
Hợp
kim khác
|
Cấu
trúc
|
Ví
dụ theo EN 10088
|
|
Semi
hoặc nửa ferrit
|
0,08 - 0,02
|
12 - 17
|
Các nguyên tố ổn định thông thường Ti, Nb
|
d + M
|
X2CrNi12
X6Cr17 |
|
Không
có chuyển hóa Ferrit
|
0,08 - 0,02
|
16 - 26
|
khi hàm lượng
C cao hơn và Cr thấp hơn + Mo, Nb, Ti
|
d
|
X3CrTi17
X2CrMoTi18-2 |
|
Superferrit
|
0,03 - 0,002
|
24 - 30
|
tới 4% Mo, 1% Nb hoặc Ti, 0,4% Si
C+N < 0,035 |
d
|
X2CrMoTi29-4
|
Chú
ý đến khả năng phụ thuộc vào mẻ sản xuất. Các thép với » 0,06 % C và hàm lượng Cr
» 16 - 18 % có thể biến
chuyển hóa lại austenit hoặc cấu trúc martensit mặc dù có chứa các nguyên tố
hợp kim ổn định ferrit.
Thép
không gỉ ferrite có giới hạn đàn hồi cao hơn thép không gỉ austenite nhưng mức
độ hóa bền do biến dạng dẻo thếp hơn nên chúng thích hợp cho việc chế tạo các
chi tiết bằng phương pháp biến dạng dẻo nguội (cán, kéo, gò, dập …). Độ bền
chống ăn mòn của chúng phụ thuộc hàm lượng Cr nhưng tốt nhất là ở trạng thái ủ.
Để hạn chế hiện tượng ăn mòn cục bộ (ăn mòn điểm), phải tăng hàm lượng Cr lên
trên 20% và tốt hơn là hợp kim hóa thêm 2% Mo để có thể sử dụng trong môi
trường khí hậu biển, nước biển và axit.
Tùy theo hàm lượng Cr, thép không gỉ ferrite được chia
thành 3 nhóm:
- Nhóm thép chứa
khoảng 13% Cr (ví dụ 405) có rất ít carbon (< 0.08%). Cho thêm ~ 0.2%Al sẽ
ngăn cản sự tạo thành austenit khi nung và tạo thuận lợi cho việc hàn. Nhóm
thép này được dùng nhiều trong công nghiệp dầu mỏ.
- Nhóm thép chứa
tới 17% Cr (ví dụ 430) là nhóm thép không gỉ ferrite được dùng nhiều nhất vì
chúng có thể thay thế thép không gỉ austenite trong điều kiện cho phép, lại
không chứa Ni nên có giá thành rẻ hơn nhiều. Nhóm thép này được sử dụng nhiều
trong công nghiệp sản xuất axit HNO3, hóa thực phẩm, kiến trúc …
Nhược điểm chính là khó hàn, khi nhiệt độ vượt quá 950 °C, vùng gần mối hàn trở
nên giòn và bị ăn mòn theo biên hạt (có thể khắc phục bằng cách hạ thấp %C hoặc
thêm Ti vào thép).
- Nhóm thép chứa từ
20 ~ 30% Cr (ví dụ 446, 446B) có tính chống oxy hóa cao (không bị tróc vẩy ở
800 ~ 900 °C).
Các
thép không gỉ ferrit chứa 10.5% tới 30% Cr, tối đa 0.20% C và đôi khi các chất
hoạt hóa ferrit Al, Nb (Cb), Ti và Mo. Chúng là ferrit tại tất cả các nhiệt độ,
không chuyển hóa thành austenit và do đó chúng không có khả năng tôi cứng bằng
xử lý nhiệt. Nhóm này bao gồm phổ biến các loại 405, 409, 430, 442 và 446.
Cấu trúc micro và thành
phần hóa học thép không gỉ ferrit, về nguyên tắc, ferrit ở mọi nhiệt độ.
Chúng thường được hợp kim với 13 - 18% crôm
(mặc dù hàm lượng Cr có thể cao tới 29%) và các mức độ thấp của austenit định hình carbon và
niken. Để chiềm giữ carbon trong thép, chúng cũng đôi
khi được hợp kim với chất ổn định
như titan hay
niobi. Hình 4.1 cho thấy các cấu trúc micro của một thép không rỉ ferrit.
Hình 4.1 : Cấu trúc micro của thép không gỉ ferrit
Các thép không rỉ ferrit, và đặc biệt là các thép
không rỉ ferrit hợp kim cao, có xu hướng thiếu độ dẻo dai ở các nhiệt độ thấp.
Do sự hình thành phase sigma, chúng cũng có thể trở nên giòn khi trải qua phạm
vi nhiệt độ 475-950°C.
4.1.1 Các tính chất vật lý
· Tất
cả các thép d-ferrit
là có từ tính.
· Khả
năng dẫn nhiệt và tính dẫn điện nằm giữa các thép không hợp kim/hợp kim thấp và
các thép austenit.
· Giãn
nở nhiệt và mật độ là hơi thấp hơn các thép kết cấu không hợp kim.
4.1.2
Các tính chất cơ học
So với các cấp độ Austenit thông thường, các thép không rỉ Ferrit có giới hạn chảy cao hơn nhưng độ bền kéo thấp
hơn. Độ
giãn dài của chúng tại phá hủy chỉ bằng khoảng một
nửa so với các loại thép không gỉ
Austenit.
Do
sự hình thành kết tủa trong quá trình làm nguội kéo dài các thép này không có khả
năng biến dạng tốt. Chỉ có độ dẻo đạt được đầy đủ ở các tiết diện mỏng hơn (đến
» 10 mm). Các thép Superferrit
có khả năng biến dạng tốt hơn các thép semiferrit.
Giới
hạn chảy của các thép semiferrit được tôi luyện có thể tăng cao lên đến 600
N/mm² (về cơ bản cao hơn các thép austenit). Các thép ferrit là không có khả
năng tôi cứng. Công va đập rãnh của các thép ferrit sẽ bị giảm khi tăng thêm
hàm lượng Cr, C và N. Nói chung nhiệt độ chuyển tiếp nằm bên trên nhiệt độ
phòng. Các thép superferrit có nhiệt độ chuyển tiếp bên dưới - 50 °C.
Bảng 4 : Các
tính chất cơ học
|
Semiferrit
|
Không
có chuyển hóa Ferrit
|
Superferrit
|
|
|
Rp0,2 (N/mm²)
|
210 - 480
|
180 - 300
|
400 - 450
|
|
Rm (N/mm²)
|
400 - 750
|
380 - 640
|
550 - 700
|
|
A
(%)
|
25 -12
|
25 -20
|
28 -20
|
Ngoài
các thép được nêu cũng có các loại thép với hàm lượng ít hơn 12 % Cr được sử
dụng. Chúng đạt được các tính chất cơ học đầy đủ, thu hẹp khoảng cách với các
thép kết cấu không hợp kim và hợp kim thấp, tuy nhiên trong các trường hợp lý
tưởng khả năng chống ăn mòn ít hơn.
4.1.3 Chống ăn mòn
Thép không rỉ Ferrit hiện
đại (ví dụ như loại 430) có hàm lượng
carbon thấp. Chúng có khả năng chống lại sự ăn mòn khí quyển, các axit hữu cơ, chất tẩy rửa và dung dịch kiềm là tốt (so sánh với các loại 304).
Thép không rỉ Ferrit có xu hướng tương đối yếu ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, sự chống lại oxy hóa của
loại 430 là đạt yêu cầu lên đến 850°C và
các thép không rỉ Ferrit hợp kim cao như ASTM 446
có thể được sử dụng ở nhiệt độ lên đến 1.000°C. Sự chống lại của thép không rỉ Ferrit trong môi trường có chứa clorua và
axit mạnh là vừa
phải.
Sự
khuếch tán trong cấu trúc ferrit diễn ra nhanh hơn là trong cấu trúc austenit
từ 100-1000 lần. Do đó dẫn đến sự kết tủa tương đối nhanh.
Hàm
lượng Cr tăng lên sẽ tăng cường sự hình thành s-Phase, hàm lượng Cr và
Mo tăng lên cũng sẽ tăng sự hình thành Chi-Phase. Các giá trị độ bền và độ cứng
tăng lên thông qua các phase này. Nhưng sẽ làm giảm các tính chất dẻo dai vỗn
dĩ đã kém của các thép ferrit.
Các
thép Cr-ferrit và các thép CrMo-ferrit cho thấy khi các nguyên tố hợp kim ổn
định ferrit tăng lên (ví dụ Cr, Mo) trong phạm vi 400 - 500 °C hiện tượng tôi
cứng tăng lên đồng thời với sự hóa giòn (hóa giòn 475°C). Xu hướng dễ xảy ra là
các thép với hàm lượng Cr ³ 17 %, trong khi đó các thép với
hàm lượng Cr £
17 % phần lớn là không nhạy cảm. Mo cho thấy tác động khi hàm lượng thấp hơn (khoảng
2 –4 %).
d-Ferrit
có khả năng hòa tan thấp đối với C và N. Do đó cũng có thể dễ dàng tạo thành Cr-Carbide
và Cr-Nitride, nếu không được hợp kim các nguyên tố ổn định (Ti, Nb, Zr).
Qua
khả năng khuếch tán tốt ở nhiệt độ bên trên 1000 °C sẽ dẫn đến sự hình thành
hạt mới và do vậy sẽ dẫn đến sự phát triển hạt được tăng cường. Các thép ferrit
đạt được các tính chất dẻo dai của nó thông qua cấu trúc hạt mịn, do đó sự phát
triển hạt sẽ làm tổn thất độ dẻo dai mạnh hơn. Cấu trúc hạt mịn đạt được trong
các phương pháp sản xuất hiện nay ở thép tấm đến khoảng 8 mm và ở các thép thanh
đến khoảng 15 mm.
Hàm
lượng cao của Al và Si ở các thép bền cháy và chịu nhiệt sẽ làm chậm sự bắt đầu
phát triển hạt ở các nhiệt độ cao hơn.
Các thép không gỉ ferrit được chỉ định chỉ được phép
sử dụng cho phạm vi không gian bên trong. Do đó phạm vi ứng dụng của nó được
giới hạn cho các kết cấu không chịu tải.
Tiêu chuẩn Châu âu EN 10088 hấu như thây thế được
cho các tiêu chuẩn Đức DIN 17440 và DIN 17441 cũng như SEW 400 (SEW
- Stahl-Eisen-Werkstoffblatt), bởi vậy sau đây chỉ đề cập tới tiêu chuẩn EN
10088.
Hàm lượng của
các nguyên tố hợp kim của các loại thép không gỉ ferrit theo EN 10088 nằm giữa các giới hạn sau :
|
C
|
Cr
|
Ni
|
Mo
|
Si và Mn
|
P
|
S
|
Ti
|
|
0,025 - 0,08
|
10,5 - 30
|
0,3 - 1,6
|
0,9 - 4,5
|
1,0 - 1,5
|
< 0,04
|
< 0,015
|
0,25 - 0,8 1
|
1 hàm lượng Ti thay đổi tùy theo hàm
lượng C+N: Ti = 4 x (C+N)
Bảng 5 : Các
thép không gỉ ferrit theo EN 10088
|
Tên
ngắn
|
Nr.
|
Cấu
trúc
|
Rm (N/mm²)
|
Rp0,2 (N/mm²)
|
A (%)
|
|
X2CrNi12
|
1.4003
|
M +
|
250...320
|
450...650
|
18...20
|
|
X2CrTi12
|
1.4512
|
M +
|
210...220
|
380...560
|
25
|
|
X6CrNiTi12
|
1.4516
|
M +
|
250...320
|
450...650
|
20...23
|
|
X6Cr13
|
1.4000
|
M +
|
220...250
|
400..600
|
19
|
|
X6CrAl13
|
1.4002
|
M +
|
210...250
|
400...600
|
17
|
|
X6Cr17
|
1.4016
|
M +
|
240...280
|
450...600
|
18...20
|
|
X3CrTi17
|
1.4510
|
|
230...240
|
420...600
|
23
|
|
X3CrNb17
|
1.4511
|
|
230...240
|
420...600
|
23
|
|
X3CrMo17-1
|
1.4113
|
1)
|
260...280
|
450...630
|
18
|
|
X6CrMoS17-1 3)
|
1.4105
|
1)
|
260 280
|
450 650
|
20
|
|
X2CrMoTi18-2
|
1.4521
|
|
280...320
|
400...640
|
20
|
|
X2CrTi17
|
1.4520
|
|
180...200
|
380...530
|
24
|
|
X2CrMoTi17-1
|
1.4513
|
|
200...220
|
400...550
|
23
|
|
X6CrNi17-1
|
1.4017
|
2)
|
480...500
|
650...750
|
12
|
|
X6CrMoNb17-1
|
1.4526
|
2)
|
280...300
|
480...560
|
25
|
|
X2CrNbZr17
|
1.4590
|
|
230...250
|
400...550
|
23
|
|
X2CrAlTi18-21
|
1.4605
|
|
280...300
|
500...650
|
25
|
|
X2CrTiNb18
|
1.4509
|
|
230...250
|
430...630
|
18
|
|
X2CrMoTi29-4
|
1.4592
|
|
430...450
|
550...700
|
20
|
|
Điều
kiện giao hàng có thể: C = Cán nguội; H = Cán nóng; 1) Cấu trúc A + + M là có thể;
2) Cấu trúc + M und + A (10-20%) +
M là có thể; 3) tiêu chuẩn hóa trong DIN 17440
|
|||||
Các thép chịu nhiệt ferrit cán và
rèn theo SEW 470 và EN 10095
Dựa vào hàm lượng các hợp kim Al, Si và Cr, các thép
chịu nhiệt đạt được các tính chất công nghệ-cơ học tốt khi chịu tải thời gian
ngắn và dài với độ bền đồng đều của các sản phẩm làm việc trong môi trường khí
nóng, các sản phầm trong môi trường đốt cháy cũng như muối nóng chảy và kim
loại nóng chảy. Tùy thuộc vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim, nhiệt độ áp dụng
cao nhất đạt được trong không khí lên đến 1150 °C, có thể bị giảm đáng kể bởi
các chất phụ gia trong khí (các thành phần có chứa lưu huỳnh, hơi nước hoặc các
thành phần tro).
Bảng
6 :
Cấu trúc và các tính chất công nghệ-cơ học của các thép chịu nhiệt
|
Tên
ngắn
|
Nr.
|
Cấu
trúc
|
Rm (N/mm²)
|
Rp0,2 (N/mm²)
|
A (%)
|
|
X10CrAl7
|
1.4713
|
M / M+
|
420 - 620
|
220
|
20
|
|
X7CrTi12
|
1.4720
|
M / M
|
400 - 600
|
210
|
25
|
|
X10CrAl13
|
1.4724
|
/ M+
|
450 - 650
|
250
|
15
|
|
X10CrAl18
|
1.4742
|
/ M+ / A+M+
|
500 - 700
|
270
|
12
|
|
X10CrAl24
|
1.4762
|
|
520 - 720
|
280
|
10
|
|
tất cả các thông tin chi tiết
cho nhiệt độ phòng; xh := 100 - 10000h
Rp1/500°C/xh = 80 - 50 N/mm² Rm/500°C/xh = 160 - 55 N/mm²
Rp1/900°C/xh = 1,8 - 1,0 N/mm² Rm/900°C/xh = 3,6 - 1,0 N/mm²
|
|||||
Các thép không gỉ ferrit theo ASM (American Society of Metals)
Bảng 7 liệt kê các
thành phần danh nghĩa của một số
thép không rỉ ferrit tiêu
chuẩn và phi tiêu chuẩn theo ASM (American Society of Metals). Chúng được đặc trưng bởi sự phát
triển hạt mối
hàn và vùng
ảnh hưởng nhiệt có thể dẫn đến độ bền thấp
của
các mối hàn.
Bảng 7 : Các thành phần hóa học danh nghĩa của các thép
không gỉ ferrit theo ASM
|
Loại
|
UNS
Number
|
Thành phần hóa học – Phần trăm *
|
Khác
|
||||||
|
C
|
Mn
|
Si
|
Cr
|
Ni
|
P
|
S
|
|||
|
405
|
S40500
|
0.08
|
1.00
|
1.00
|
11.5-14.5
|
|
0.04
|
0.03
|
0.10-0.30 Al
|
|
409
|
S40900
|
0.08
|
1.00
|
1.00
|
10.5-11.75
|
|
0.045
|
0.045
|
6 x %C min. TI
|
|
429
|
S42900
|
0.12
|
1.00
|
1.00
|
14.0-16.0
|
|
0.04
|
0.03
|
|
|
430
|
S43000
|
0.12
|
1.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
|
0.04
|
0.03
|
|
|
430F**
|
S43020
|
0.12
|
1.25
|
1.00
|
16.0-18.0
|
|
0.06
|
0.15 min.
|
0.06 Mo
|
|
430FSe**
|
S43023
|
0.12
|
1.25
|
1.00
|
16.0-18.0
|
|
0.06
|
0.06
|
0.15 min. Se
|
|
430Ti
|
S43036
|
0.10
|
1.00
|
1.00
|
16.0-19.5
|
0.75
|
0.04
|
0.03
|
5 x %C - Ti min.
|
|
434
|
S43400
|
0.12
|
1.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
|
0.04
|
0.03
|
0.75-1.25 Mo
|
|
436
|
S43600
|
0.12
|
1.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
|
0.04
|
0.03
|
0.75-1.25 Mo;
5 x %C min.
Nb(Cb) + Ta
|
|
442
|
S44200
|
0.20
|
1.00
|
1.00
|
18.0-23.0
|
|
0.04
|
0.03
|
|
|
444
|
S44400
|
0.025
|
1.00
|
1.00
|
17.5-19.5
|
1.00
|
0.04
|
0.03
|
1.75-2.5 Mo, 0.035 N
0.2 + 4 (%C + %N); (Ti +Nb(Cb) )
|
|
446
|
S44600
|
0.20
|
1.50
|
1.00
|
23.0-27.0
|
|
0.04
|
0.03
|
0.25 N
|
|
18-2FM**
|
S18200
|
0.08
|
2.50
|
1.00
|
17.5-19.5
|
|
0.04
|
0.15 min.
|
|
|
18SR
|
|
0.04
|
0.3
|
1.00
|
18.0
|
|
|
|
2.0 Al; 0.4 Ti
|
|
26-1
(E-Brite)
|
S44625
|
0.01
|
0.40
|
0.40
|
25.0-27.5
|
0.50
|
0.02
|
0.02
|
0.75-1.5 Mo; 0.015N;
0.2 Cu; 0.5 (Ni+Cu)
|
|
26-1Ti
|
S44626
|
0.06
|
0.75
|
0.75
|
25.0-27.0
|
0.5
|
0.04
|
0.02
|
0.75-1.5 Mo; 0.04 N;
0.2 Cu; 0.2-1.0 Ti
|
|
29-4
|
S44700
|
0.01
|
0.30
|
0.20
|
28.0-30.0
|
0.15
|
0.025
|
0.02
|
3.5-4.2 Mo
|
|
29-4-2
|
S44800
|
0.01
|
0.30
|
0.20
|
28.0-30.0
|
2.0-2.5
|
0.025
|
0.02
|
3.5-4.2 Mo
|
|
Monit
|
S44635
|
0.25
|
1.00
|
0.75
|
24.5-26.0
|
3.5-4.5
|
0.04
|
0.03
|
3.5-4.5 Mo;
0.3-0.6 (Ti + Nb(Cb) )
|
|
Sea-cure/
Sc-1
|
S44660
|
0.025
|
1.00
|
0.75
|
25.0-27.0
|
1.5-3.5
|
0.04
|
0.03
|
2.5-3.5 Mo;
0.2 + 4 (%C + %N)
(Ti + Nb(Cb) )
|
|
*Các
giá trị duy nhất là các giá trị lớn nhất.
**Các
cấp độ này thường được coi là không có khả năng hàn.
|
|||||||||
(Từ ASM Metals Handbook, Ninth Edition, Volume 3)
4.1.6 Khả năng hàn các thép d-ferrit
Khả năng hàn thép không rỉ d-ferrit phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học của chúng. Do
tỷ lệ (C + N) /
Cr thường cao,
dẫn đến hình thành Martensit và
tạo ra tính dòn trong vùng bị ảnh hưởng nhiệt (HAZ), các "loại cũ" của thép
có khả năng hàn kém hơn. Nguy cơ nứt
trong HAZ là một
rào cản đối với việc sử dụng chúng
trong các ứng dụng kỹ thuật. Một vấn đề khác là các
kết tủa của carbid crôm dọc theo các ranh giới hạt. Điều này đôi khi dẫn đến ăn mòn giữa các hạt.
Các thép không rỉ d-ferrit ngày nay thường có một tỷ lệ (C
+ N) / Cr
thấp. Điều này đặc biệt đúng với các cấp độ như 439
và 444, trong đó
đã bổ sung thêm chất ổn định. Thép không gỉ ferrit hiện
đại hoàn toàn ferrit ở mọi nhiệt độ.
Do đó, khả năng hàn được cải thiện nhiều. Tuy
nhiên, tất cả thép không rỉ Ferrit dễ bị phát triển hạt trong
HAZ. Điều này làm giảm độ dẻo và, kết quả là,
nhiệt cung cấp vào phải được giữ ở mức tối thiểu trong quá trình hàn. Thép không rỉ Ferrit cũng có phần nhạy cảm với hydro
tạo ra tính dòn. Do đó, điện cực ẩm và khí
che chắn có chứa hydro
phải
được ngăn ngừa.
Hầu hết các loại thép không rỉ d-ferrit có thể
được hàn với các kim
loại điền đầy hoặc Ferrit hoặc
Austenit. Các kim loại điền đầy phổ biến là 308L và 309L ( đối với 430 và các cấp độ ít hơn) và 316L (đối với các cấp độ được hợp kim molypden như 444).
Để hàn thép không gỉ ferrit, kim loại điền
đầy nên được sử dụng mức độ Cr phù hợp hoặc vượt quá mức Cr của hợp kim cơ bản. Loại 409
có sẵn như là kim loại dây lõi và loại 430 có sẵn trong
tất cả các dạng. Các loại Austenitic
309 và 312
có thể được sử dụng cho các liên kết khác nhau. Để
giảm tối thiểu sự phát triển hạt, nhiệt cung cấp vào mối hàn nên được giảm tối thiểu, nung
nóng trước phải được giới hạn 300-450 ° F và chỉ được sử dụng đối với các thép không gỉ ferrit hàm lượng carbon cao
hơn (ví dụ, 430, 434, 442 và 446). Nhiều thép không
rỉ ferrit được hợp kim cao chỉ có sẵn ở dạng
tấm và dạng ống và thường được hàn bằng GTAW mà không có kim loại điền
đầy.
Để đánh giá khả năng hàn cần chú ý tới các điểm sau
đây:
· Không
có sự tôi cứng ở d-Ferrit
tinh khiết. Nguy cơ tôi cứng và nứt tôi cứng chỉ có ở các thép semiferrit với
sự chuyển hóa martensit (hàm lượng giới hạn của carbon là 0,08 %),
· Các
thép Cr-ferrit có xu hướng hạt thô trong khu vực gần kề mối hàn,
· Không
có nguy cơ nứt nóng,
· Khả
năng biến dạng ít nhưng đạt độ dẻo cao ở các tiết diện mỏng hơn (tới 12 mm),
các thép superferrit co khả năng biến dạng cao hơn một chút so với các thép ferrit hoặc semiferrit,
các thép superferrit co khả năng biến dạng cao hơn một chút so với các thép ferrit hoặc semiferrit,
· Hóa
giòn do kết tủa carbid Cr, nguy cơ hình thành s-Phase và Chi-Phase tăng
lên với các hàm lượng Mo và Cr tăng lên (tăng thêm d-Ferrit),
· Tổn
thất độ dẻo dai do hóa giòn 475 ° khi nung nóng lâu trong phạm vi 400 – 550 °C,
· Độ
dai va đập rãnh giảm khi hàm lượng Cr tăng lên. Hàm lượng C và N rất thấp sẽ đạt được độ dẻo dai đầy đủ ở các thép superferrit,
· Phạm
vi cấu trúc d-ferrit
có xu hướng hình thành hạt thô khi nhiệt độ từ 1000 °C,
· Hình
thành ứng suất dư cao do giới hạn chảy cao hơn và khả năng dẫn nhiệt ít hơn,
· Cấu
trúc ferrit là như -Ferrit
và -Ferrit
có từ tính.
Mặc
dù các thép ferrit có xu hướng nứt nguội do độ dẻo dai của chúng thấp, nhưng
khả năng hàn của chúng vẫn có thể đạt được đầy đủ. Các thép chịu nhiệt và bền
cháy trên cơ sở độ bền nhiệt độ cao hơn cho thấy không nhạy cảm với sự hình
thành kết tủa hoặc sự phát triển hạt trong điều kiện nhiệt hàn. Ngược lại tính
giòn của các thép này có phần cao hơn. Do đó, như là quy tắc cơ bản khi hàn:
1. Nung
nóng trước từ 100 tới 300 °C, như vậy qua sự phân bố nhiệt độ đồng đều hơn các
ứng suất nhiệt và ứng suất dư ít hơn và tổn thất độ dẻo dai trong vùng ảnh
hưởng nhiệt ít hơn. Đối với độ dày tấm dưới 10 mm trong nhiều trường hợp có thể
không cần nung nóng trước.
2. Về
cơ bản hàn với nhiệt cung cấp vào thấp, có nghĩa là hàn vân hàn thẳng (không
dao động), đường kính điện cực nhỏ, cường độ dòng điện thấp để vật liệu có thể
chỉ một thời gian ngắn ở nhiệt độ cao nhằm giảm thiểu tính giòn hơn nữa bởi sự
hình thành hạt thô. Như vậy nên sử dụng các quá trình hàn với mật độ năng lượng
cao (hàn Plasma, hàn tia điện tử).
3. Có
khả năng, do nhiệt độ lớp giữa cao trong phần martensit còn có austenit dư được
làm nguội chậm từ nhiệt hàn tới 80 - 150 °C và giữ ở nhiệt độ này. Sau khi
chuyển hóa martensit để cải thiện độ dẻo dai thực hiện ram giữa 700 - 850 °C. (Giảm
tính dòn).
4. Về nguyên tắc sau khi hàn
khuyến nghị thực hiện ram giữa 700 - 850 °C để cải thiện độ dẻo dai còn có tác
dụng làm giảm ứng suất dư hàn và do sự khuếch tán Cr là có thể nguy cơ ăn mòn
giữa các hạt tinh thể được giảm thiểu. Thời gian nung nóng nằm giữa 15 phút (loại
được ổn định) và 60 phút, môi trường làm nguội là không khí (đủ nhanh) hoặc
nước, để tránh hình thành s-Phase hoặc Chi-Phase.
4.1.7
Nguyên tắc chung cho lựa chọn các bổ sung hàn cho các thép ferrit và semiferrit
Về cơ bản cho việc lựa chọn các bổ sung hàn cho các
thép ferrit và semiferrit, trong các tờ vật liệu (catalog) của nhà sản xuất bổ
sung hàn cung cấp nhiều lựa chọn thay thế và các khuyến nghị. Những triết lý
sau có thể áp dụng cho việc lựa chọn các bổ sung hàn :
1. Cùng loại – loại
tương tự (ferrit):
|
Tên
vật liệu
|
Ký
hiệu điện cực, que (thanh) và dây
|
|||
|
X6Cr13
|
1.4000
|
13
|
cũ:
X8Cr14
|
1.4009
|
|
X3CrTi17
|
1.4510
|
17
|
cũ: X8CrTi18
|
1.4502
|
Ưu điểm: Các tính chất hóa học và cơ học đồng
đều.
Nhược điểm: Kim loại hàn có ít khả năng biến dạng, giới
hạn chảy tương đối cao.
Ngoài
ra các loại là 30 (khoảng 30 % Cr) đối với các thép Cr chịu nhiệt.
2. Austenit (khác
loại):
|
Tên
vật liệu
|
Ký
hiệu điện cực, que (thanh) và dây
|
|||
|
X6Cr13
|
1.4000
|
19
9;19 9Nb
|
cũ:
X5CrNi19-9; X5CrNiNb19-9
|
|
|
X3CrTi17
|
1.4510
|
19
9;19 9Nb
|
cũ:
X5CrNi19-9; X5CrNiNb19-9
|
|
|
|
|
|
1.4302 1.4551
|
|
Ưu
điểm: Kim loại hàn có khả năng biến dạng
với giới hạn chảy thấp hơn
Nhược điểm: Tính chất hóa học và cơ học không đồng đều (ví
dụ giãn nở nhiệt trong kim loại hàn lớn hơn, trong vật liệu cơ bản nhỏ hơn), màu
sắc lớp phủ khác với kim loại cơ bản.
Ngoài
ra các loại là 19-9 H, 22-12, 25-4 và 25-20 (cũng như các thép Cr chịu nhiệt)
3. Austenit-ferrit/Duplex
(khác loại)
Các bổ
sung hàn austenit-ferrit với 25 - 30 % Cr và 4 - 6 % Ni. Phương pháp này được áp
dụng thường xuyên trong thời gian gần đây. Do hàm lượng thấp của Ni độ bền hóa
học, ví dụ khói có chứa S, tương đối giống với các thép ferriti. Sự giãn nở
nhiệt cũng không khác nhau quá lớn. Mặc dù vậy khả năng biến dạng của kim loại
hàn rõ ràng tốt hơn.
4. Lớp phủ cùng
loại/tương tự (ferrit) – austenit dư
Phương
pháp này chỉ có thể được áp dụng khi chiều dày lớn.
Ưu
điểm: Kim
loại hàn có khả năng biến dạng, loại bỏ ứng suất dư, độ bền hóa học đồng đều và
tính chất cơ học đồng đều của lớp phủ.
Nhược điểm: Giãn nở nhiệt khác nhau giữa các lớp, chế
tạo tốn kém hơn.
4.1.8 Ứng dụng
Hệ thống ống xả xe là một ứng
dụng điển hình cho thép không gỉ
Ferrit 12Cr được hợp kim titan
hoặc niobi (ví dụ
409). Các thép
không rỉ Ferrit 18Cr được sử
dụng chủ yếu trong đồ dùng gia đình, các tấm trang trí và phủ
và các thành phần xe.
Các thép
không rỉ Ferrit hợp kim
cao với một hàm
lượng Cr 20 - 28% có sức đề kháng tốt đối khí lưu
huỳnh và được sử dụng rộng rãi
trong các ứng dụng nhiệt độ cao,
ví dụ như ống khói và lò.
(Dipl.Eng.IWE/EWE-Nguyễn Duy Ninh)
(Dipl.Eng.IWE/EWE-Nguyễn Duy Ninh)
Các bài viết liên quan
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 1 : Khái quát chung
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 3 : Cơ sở luyện kim học
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 4 : Các thép không gỉ Ferrit
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 5 : Các thép không gỉ Martensit
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 6 : Các thép không gỉ Austenit
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 7 : Các thép không gỉ tôi cứng kết tủa và Duplex
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét