1. O que é aço inoxidável martensítico?
Refere-se a um tipo de aço inoxidável com microestrutura martensítica à temperatura ambiente e cujas propriedades mecânicas podem ser modificadas através de tratamento térmico.
Como descrição geral, é um tipo de aço inoxidável que pode ser endurecido.
Alguns tipos comuns de aço inoxidável martensítico incluem 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 3Cr13Mo, 1Cr17Ni2, 2Cr13Ni2, 9Cr18 e 9Cr18MoV.
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2. Métodos comuns de soldagem
O aço inoxidável martensítico pode ser soldado usando várias técnicas de soldagem por arco elétrico.
Atualmente, a soldagem a arco de haste continua sendo o método principal, enquanto o uso de soldagem protegida com gás dióxido de carbono ou soldagem com proteção mista de gás argônio-dióxido de carbono pode reduzir significativamente a quantidade de hidrogênio na solda, reduzindo assim o risco de trincas a frio na solda.
3. Materiais de soldagem comuns
(1) Eletrodo e fio de aço inoxidável martensítico Cr13
Geralmente, quando é necessária maior resistência na solda, hastes e fios de soldagem de aço inoxidável martensítico Cr13 são utilizados para tornar a composição química do metal de solda semelhante à do metal base, mas isso aumenta a probabilidade de trincas a frio.
Considerações:
a. O pré-aquecimento é necessário antes da soldagem e a temperatura não deve exceder 450°C para evitar fragilização a 475°C.
Deve ser realizado um tratamento térmico pós-soldagem.
Uma vez que a temperatura tenha esfriado para 150-200°C, um tratamento térmico pós-soldagem deve ser realizado por 2 horas para permitir a transformação de todas as partes da austenita em martensita, seguido de revenido a alta temperatura onde a temperatura é elevada para 730-790°C.
O tempo de espera deve ser de 10 minutos por 1mm de espessura da placa, mas não inferior a 2 horas, e finalmente deve ser resfriado ao ar.
b. Para evitar trincas, o teor de S e P nas hastes e fios de soldagem deve ser inferior a 0,015% e o teor de Si não deve ser superior a 0,3%.
Um aumento no teor de Si pode causar a formação de ferrita primária grosseira, o que diminui a plasticidade da junta.
O teor de carbono normalmente deve ser inferior ao do metal base, o que pode reduzir sua temperabilidade.
(2) Eletrodo e fio de aço inoxidável austenítico Cr Ni
O metal de solda do aço austenítico Cr Ni possui alto nível de plasticidade, o que pode aliviar as tensões produzidas durante a transformação martensítica na zona afetada pelo calor.
Além disso, as soldas do tipo aço inoxidável austenítico Cr Ni possuem alta solubilidade para hidrogênio, o que pode diminuir a difusão do hidrogênio do metal de solda para a zona afetada pelo calor e prevenir efetivamente trincas a frio, portanto o pré-aquecimento não é necessário.
Contudo, a resistência da solda é relativamente baixa e não pode ser melhorada através do tratamento térmico pós-soldagem.
4. Problemas comuns de soldagem
(1) Soldagem de trincas a frio
O aço inoxidável martensítico possui alto teor de cromo, o que aumenta significativamente sua capacidade de endurecimento.
Independentemente do seu estado inicial antes da soldagem, a soldagem sempre resulta na formação de martensita próximo à costura.
À medida que a tendência de endurecimento aumenta, a junta torna-se mais propensa a fissuras a frio, especialmente quando há presença de hidrogénio. Nessas condições, o aço inoxidável martensítico também é propenso à formação de trincas retardadas perigosas induzidas por hidrogênio.
Mmedidas:
- Uma corrente de soldagem com alta energia do fio pode diminuir a taxa de resfriamento.
- Diferentes tipos de aço requerem diferentes temperaturas de interpasse, que não devem ser inferiores à temperatura de pré-aquecimento.
- Um processo de resfriamento lento após a soldagem a 150-200°C, seguido por um tratamento térmico pós-soldagem, é necessário para eliminar a tensão residual da soldagem, remover o hidrogênio difusível na junta e melhorar a estrutura e as propriedades da junta.
(2) Fragilização da zona afetada pelo calor
Os aços inoxidáveis martensíticos, principalmente aqueles com maiores níveis de elementos formadores de ferrita, apresentam maior tendência ao crescimento de grãos.
Uma taxa de resfriamento lenta pode levar à formação de ferrita e carboneto grossos na zona afetada pelo calor (ZTA) de soldagem, enquanto uma taxa de resfriamento rápida pode causar o endurecimento e a formação de martensita grossa na ZTA.
Estas estruturas grosseiras reduzem a plasticidade e a tenacidade da ZTA do aço inoxidável martensítico, tornando-o quebradiço.
Contramedidas:
- Manter uma taxa de resfriamento adequada;
- Selecionando uma temperatura de pré-aquecimento razoável. A temperatura de pré-aquecimento não deve exceder 450°C, pois a exposição prolongada a altas temperaturas acima deste limite pode causar fragilização a 475°C.
- Escolher sabiamente os materiais de soldagem para ajustar a composição da solda e minimizar a presença de ferrita grossa na solda.
5. Processo de soldagem
1) Pré-aquecimento antes da soldagem
O pré-aquecimento antes da soldagem é uma técnica crucial para evitar trincas a frio.
Para teor de carbono entre 0,1% a 0,2%, a temperatura de pré-aquecimento deve estar entre 200 a 260°C, enquanto uma soldagem de alta resistência pode ser pré-aquecida a uma temperatura entre 400 a 450°C.
2) Resfriamento após soldagem
A soldagem não deve ser aquecida diretamente a partir da temperatura de soldagem para tratamento de revenido porque a austenita pode não ser totalmente transformada durante a soldagem.
O aquecimento e o revenido imediatos após a soldagem podem causar a precipitação de carbonetos ao longo do limite do grão da austenita, resultando na transformação da austenita em perlita e em uma estrutura de grão grosso, o que reduz significativamente a tenacidade.
Portanto, a soldagem deve ser resfriada antes do revenimento e a austenita na solda e na zona afetada pelo calor deve ser amplamente decomposta.
Para soldagens de baixa resistência, elas podem ser resfriadas à temperatura ambiente e depois revenidas.
Para soldagens espessas, é necessário um processo mais complexo. Após a soldagem, deve ser resfriado a 100-150°C, mantido aquecido por 0,5-1 hora e depois aquecido até a temperatura de revenido.
3) Tratamento térmico pós-soldagem
O objetivo do tratamento térmico pós-soldagem é diminuir a dureza da solda e da zona afetada pelo calor, aumentar sua plasticidade e tenacidade e diminuir a tensão residual da soldagem.
O tratamento térmico pós-soldagem pode incluir têmpera e recozimento total. A temperatura de revenido deve estar entre 650-750°C, com tempo de espera de 1 hora seguido de resfriamento ao ar.
Se a soldagem exigir usinagem após a soldagem, o recozimento completo poderá ser realizado para atingir a dureza mínima.
A temperatura de recozimento deve estar entre 830-880°C, com um tempo de espera de 2 horas seguido de resfriamento do forno até 595°C e depois resfriamento ao ar.
4) Seleção da haste de soldagem
Os eletrodos para soldagem de aço inoxidável martensítico são classificados em duas categorias: eletrodos de aço inoxidável de cromo e eletrodos de aço inoxidável austenítico de cromo-níquel.
Eletrodos comuns de aço inoxidável de cromo incluem E1-13-16 (G202) e E1-13-15 (G207).
Eletrodos comuns de aço inoxidável austenítico de cromo-níquel incluem E0-19-10-16 (A102), E0-19-10-15 (A107), E0-18-12Mo2-16 (A202) e E0-18-12Mo2-15 ( A207), entre outros.
6. Soldagem de Aço Inoxidável Duplex
1. Soldabilidade do aço inoxidável duplex
O aço inoxidável duplex tem vantagens e desvantagens do aço austenítico e ferrítico e reduz suas respectivas fraquezas.
(1) O risco de trincas a quente é muito menor comparado ao aço austenítico.
(2) O risco de trincas a frio é significativamente menor em comparação com o aço comum de baixa liga e alta resistência.
(3) Após o resfriamento na zona termicamente afetada, uma maior quantidade de ferrita é retida, aumentando o risco de corrosão e trincas induzidas por hidrogênio (fragilização).
(4) A junta soldada de aço inoxidável duplex é propensa à precipitação da fase δ, um composto intermetálico de Cr e Fe.
Sua temperatura de formação varia de 600°C a 1000°C e pode variar de acordo com o tipo específico do aço.
Tabela 1 Faixa de temperatura do tratamento da solução, fase δ e fragilidade de 475 ℃ do aço inoxidável duplex
| Contente | Aço bifásico 2205 e 2507, etc. | Aço superduplex 00Cr25Ni7Mo3CuN |
| Temperatura/℃ da solução sólida | 1040 | 1025~1100 |
| Temperatura de descascamento quando aquecido ao ar/℃ | 1000 | 1000 |
| Temperatura de formação da fase δ/℃ | 600~1000 | 600~1000 |
| Temperatura de fragilização de 475 ° C/℃ | 300~525 | 300~525 |
2. Seleção de métodos de soldagem
O processo de soldagem para aço inoxidável duplex envolve primeiro a soldagem TIG, seguida pela soldagem a arco com eletrodo.
Ao usar soldagem por arco submerso, a entrada de calor e a temperatura entre passes devem ser monitoradas de perto e a diluição excessiva deve ser evitada.
Observação:
Quando a soldagem TIG é utilizada, 1-2% de nitrogênio deve ser adicionado ao gás de proteção (adicionar mais de 2% de nitrogênio pode aumentar a porosidade e causar instabilidade no arco). A adição de nitrogênio ajuda a absorver o nitrogênio do metal de solda, evitando a perda de nitrogênio por difusão na área superficial da solda e contribui para estabilizar a fase austenita na junta soldada.
3. Seleção de materiais de soldagem
Materiais de soldagem com níveis mais elevados de elementos formadores de austenita (como Ni, N) são escolhidos para incentivar a transformação da ferrita na solda em austenita.
O eletrodo 22.8.3L ou fio de soldagem é comumente usado para soldar aço 2205, enquanto o eletrodo 25.10.4L ou eletrodo 25.10.4R é freqüentemente usado para soldar aço 2507.
Tabela 2 Materiais de soldagem e FN de aço inoxidável duplex típico
| Metal básico | Material de soldagem | Composição química | Nome | FN（%） | ||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | N | Cu | C | ||||
| 2507 | Fio de soldagem | 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 soldagem | 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 | |||||
| Zeron100 | Fio de soldagemNúcleo de soldagem | 0,04 | 1.2 | 2,5 | 25 | 10 | 4 | 0,22 | 1 | 1 | 22.9.4CuWL 22.9.4CuWLB |
40~60 |
| 2205 | Fio de soldagem | 0,02 | 0,5 | 1.6 | 22,5 | 8 | 3 | 0,14 | – | – | Sandivic 22.8.3L | 40~60 |
| Núcleo de soldagem | 0,03 | 1,0 | 0,8 | 22,5 | 9,5 | 3 | 0,14 | – | – | Sandivick 22.8.3R | ||
4. Pontos de soldagem
(1) Durante o processo de soldagem, o controle da energia de soldagem, temperatura entre passes, pré-aquecimento e espessura do material afetará a taxa de resfriamento e subsequentemente afetará a estrutura e as propriedades da solda e da zona afetada pelo calor.
Para obter propriedades ideais do metal de solda, recomenda-se controlar a temperatura máxima entre passes em 100°C. Se for necessário tratamento térmico pós-soldagem, as restrições de temperatura entre passes poderão ser suspensas.
(2) É preferível evitar o tratamento térmico pós-soldagem para aço inoxidável duplex.
Se for necessário tratamento térmico pós-soldagem, o método utilizado é a têmpera com água. Durante o tratamento térmico, o aquecimento deve ser rápido e o tempo de manutenção na temperatura do tratamento térmico deve estar entre 5-30 minutos, suficiente para restaurar o equilíbrio de fases.
A oxidação do metal é uma preocupação durante o tratamento térmico, portanto o uso de um gás inerte para proteção deve ser considerado.
