Bạn có thể hàn thép không gỉ 304 với 316. Cả hai đều là loại thép austenit dòng 300 với các đặc tính cơ học tương tự và chúng dễ dàng ghép nối bằng các quy trình tiêu chuẩn. Yếu tố quyết định thực sự trong việc hàn 304 so với 316 là kim loại phụ: sử dụng ER308L cho 304, ER316L cho 316 và ER316L (hoặc ER309LMo) cho mối hàn 304-316, vì mối hàn phải phù hợp với khả năng chống ăn mòn mà loại thép cơ bản được chọn.
Nên hàn thép 304 với que hàn ER308L và thép 316 với que hàn ER316L, và luôn ưu tiên các loại que hàn có hàm lượng carbon thấp dạng “L” trong điều kiện ăn mòn. Sự khác biệt nằm ở molypden trong thép 316: 316 chứa 2-3% molypden, trong khi 304 không chứa, và mối hàn sử dụng que hàn không phù hợp sẽ trở thành điểm yếu dễ bị tấn công bởi clorua.
Quy tắc đó có vẻ đơn giản, nhưng hầu hết các lỗi hàn đều bắt nguồn từ hai sai lầm mà biểu đồ vật liệu hàn không thể hiện. Thứ nhất là kiểm soát nhiệt độ: để mối hàn ở dải nhiệt độ nhạy cảm 425-870°C quá lâu sẽ khiến các cacbua crom hình thành ở ranh giới hạt và làm giảm khả năng chống ăn mòn. Thứ hai là khâu hoàn thiện: bỏ qua bước thổi khí ngược hoặc thụ động hóa sau khi hàn sẽ phá hủy lớp bảo vệ mà chất lượng mối hàn phụ thuộc vào.
Hãy xem xét trường hợp của Marcus, một chủ cửa hàng đã hàn các lan can bằng thép 316 cho một dự án ven biển bằng que hàn 308 vì nó rẻ hơn và có sẵn. Các mối hàn trông rất sạch sẽ. Mười tám tháng sau, các vết rỗ xuất hiện chính xác dọc theo mép mối hàn, nơi lớp vật liệu hàn thiếu molypden.
Khách hàng đã từ chối lô hàng, và chi phí làm lại cao hơn nhiều so với khoản tiết kiệm từ việc sử dụng chất độn. Chất lượng nguyên liệu cơ bản thì đúng; nhưng vật tư tiêu hao thì không.
Hướng dẫn này được viết dành cho các nhà chế tạo chuyên nghiệp và những người thợ hàn nghiệp dư lành nghề cần lựa chọn đúng vật liệu hàn, thông số và các bước xử lý sau hàn cho việc hàn thép không gỉ 304 so với 316. Nó bao gồm lựa chọn vật liệu hàn, hiện tượng nhạy cảm và suy giảm mối hàn, lượng nhiệt đầu vào và nhiệt độ giữa các lớp hàn, thổi khí ngược và thụ động hóa. Để có cái nhìn tổng quan hơn về các loại thép không gỉ khác, hãy xem hướng dẫn đầy đủ về thép không gỉ của chúng tôi.
Các nội dung chính
- Hàn thép không gỉ 304 bằng que hàn ER308L và thép không gỉ 316 bằng que hàn ER316L; đối với mối nối giữa 304 và 316, hãy sử dụng ER316L (hoặc ER309LMo nếu cần kiểm soát độ pha loãng).
- Nên sử dụng thép cacbon thấp loại L (304L, 316L) và que hàn loại L khi mối hàn sẽ tiếp xúc với môi trường ăn mòn hoặc chứa clorua.
- Giữ lượng nhiệt đầu vào ở mức 1.5 kJ/mm và nhiệt độ giữa các lớp hàn dưới 150°C (100°C đối với các ứng dụng quan trọng) để tránh hiện tượng nhạy cảm hóa.
- Không cần làm nóng trước đối với thép 304 hoặc 316, trừ trường hợp các tiết diện rất dày, trên khoảng 50 mm.
- Sục khí argon vào các đường ống và đầu nối, giữ nhiệt để tạo màu bạc hoặc vàng rơm, và hoàn thiện bằng phương pháp tẩy gỉ và thụ động hóa.
- Sau khi hàn, thép 316 chỉ có ưu thế về khả năng chống ăn mòn rỗ do clorua so với thép 304 nếu chính lớp vật liệu hàn có chứa molypden.
Có thể hàn thép không gỉ 304 với 316 không?
Đúng vậy. Cả 304 và 316 đều là thép không gỉ Austenit, và chúng dễ dàng hàn với nhau bằng các quy trình hàn TIG, MIG hoặc hàn que tiêu chuẩn. Vì hai loại thép này nằm gần nhau trên dãy điện hóa, nên không có nguy cơ ăn mòn điện hóa đáng kể tại mối hàn trong điều kiện sử dụng bình thường.
Điều bạn cần quyết định là loại kim loại hàn. Mối hàn sẽ trở thành một phần của hệ thống chống ăn mòn, vì vậy nó phải có khả năng chống ăn mòn ít nhất bằng yêu cầu của ứng dụng. Đối với hầu hết các mối nối 304-316, lựa chọn thực tế là ER316L , vì nó giữ molypden trong kim loại hàn. Một số kỹ sư chỉ định ER309LMo khi họ muốn kiểm soát chặt chẽ hơn thành phần hóa học của mối hàn pha loãng trong điều kiện hoạt động khắc nghiệt.
Do đó, việc hàn thép không gỉ 304 với 316 không phải là vấn đề về luyện kim, mà là vấn đề lựa chọn vật liệu hàn. Để hiểu rõ hơn về sự so sánh giữa các loại thép dẫn đến quyết định này, hãy xem bài so sánh đầy đủ về thép không gỉ 304 và 316 của chúng tôi.
Sự khác biệt giữa việc hàn thép không gỉ 304 và 316 là gì?
Hai loại thép này có khả năng hàn gần như giống hệt nhau. Cả hai đều là thép austenit, cả hai đều có cùng độ bền kéo tối thiểu là 515 MPa (75 ksi), và cả hai đều chấp nhận cùng một quy trình và các thiết lập gần như giống nhau. Sự khác biệt quan trọng nằm ở thành phần của mối hàn và điều kiện hoạt động mà mối hàn phải chịu đựng.
Sự khác biệt về molypden
Thép không gỉ 304 chứa 18% crom và 8% niken. Thép không gỉ 316 chứa 16% crom, 10-14% niken và 2-3% molypden. Molypden là thành phần giúp thép 316 có khả năng chống ăn mòn rỗ và ăn mòn khe hở vượt trội.
| Yếu tố | 304 (UNS S30400) | 316 (UNS S31600) | Tại sao điều này lại quan trọng trong hàn? |
|---|---|---|---|
| Chromium | Từ 18-20% | Từ 16-18% | Tạo thành lớp oxit thụ động chống ăn mòn. |
| Nickel | Từ 8-10.5% | Từ 10-14% | Hỗ trợ cấu trúc austenit và khả năng hàn. |
| Molypden | Không áp dụng | Từ 2-3% | Cải thiện khả năng chống ăn mòn rỗ và ăn mòn khe hở do clorua. |
| Cacbon (tối đa) | 0.08% | 0.08% | Nó gây ra nguy cơ nhạy cảm trong quá trình hàn; các loại thép L giúp giảm nguy cơ này. |
Khi hàn thép không gỉ 316 bằng que hàn không chứa molypden, kim loại mối hàn sẽ có tính chất giống thép 304 hơn. Trong môi trường chứa clorua, mối hàn đó sẽ trở thành nơi đầu tiên bị rỗ. Việc lựa chọn que hàn phù hợp với mác thép cơ bản sẽ giúp duy trì khả năng chống ăn mòn theo yêu cầu của nhà thiết kế.
Cách các loại vật liệu hàn khác nhau
Trên thực tế, sự khác biệt giữa mối hàn của thép không gỉ 304 và 316 là rất nhỏ. Cả hai đều nhạy cảm với nhiệt hơn thép carbon vì thép không gỉ chỉ dẫn nhiệt tốt bằng khoảng một phần ba, khoảng 15 W/m·K so với 50 W/m·K của thép carbon. Nhiệt tập trung tại mối hàn, làm mở rộng vùng ảnh hưởng nhiệt và tăng biến dạng. Điều này đúng với cả hai loại thép, và đó là lý do tại sao việc kiểm soát nhiệt quan trọng hơn tên gọi của hợp kim.
304L và 316L: tại sao chữ L lại quan trọng đối với hàn
Mác thép L giới hạn hàm lượng carbon tối đa ở mức 0.03%, so với 0.08% đối với các mác thép tiêu chuẩn. Hàm lượng carbon thấp hơn đồng nghĩa với việc lượng kết tủa cacbua crom trong quá trình hàn cũng ít hơn, đây chính là cơ chế gây ra hiện tượng nhạy cảm hóa. Đối với bất kỳ kết cấu hàn nào sẽ chịu tác động ăn mòn, 304L hoặc 316L là lựa chọn hợp lý. Nhiều nhà máy cung cấp vật liệu 304/304L hoặc 316/316L đạt chứng nhận kép, đáp ứng cả hai giới hạn về thành phần hóa học mà không tính thêm phí.
Để so sánh chi tiết các loại thép không gỉ hàm lượng carbon thấp, hãy xem hướng dẫn so sánh thép không gỉ 304L và 316L của chúng tôi.
Bảng so sánh vật liệu hàn cho thép không gỉ 304 và 316
Việc lựa chọn que hàn là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình hàn thép không gỉ 304 so với 316. Hãy sử dụng biểu đồ này làm điểm khởi đầu:
| Chung | Máy hàn TIG/MIG | Điện cực thanh |
|---|---|---|
| 304 / 304L riêng biệt | ER308L | E308L-16 |
| 316 / 316L riêng biệt | ER316L | E316L-16 |
| 304 đến 316 (không giống nhau) | ER316L (ER309LMo dùng để kiểm soát độ pha loãng) | E316L-16 |
| thép không gỉ sang thép cacbon | ER309L / ER309LMo | E309L-16 / E309LMo-16 |
ER308L cho 304
ER308L là que hàn tiêu chuẩn cho thép không gỉ 304 và 304L. Nó chứa hàm lượng crom và niken cao hơn một chút so với kim loại nền để bù lại sự pha loãng từ vũng hàn, do đó lớp hàn hoàn thiện có khả năng chống ăn mòn tương đương với vật liệu gốc. Đối với thép không gỉ 304 trong ngành thực phẩm, sữa và bia, E308L-17 là lựa chọn que hàn phổ biến.
ER316L cho 316
Thép ER316L chứa khoảng 2.5% molypden, đó là lý do tại sao nó phải được sử dụng trên thép 316 trong bất kỳ ứng dụng nào mà khả năng chống ăn mòn là quan trọng. Nếu không có molypden trong mối hàn, kim loại hàn sẽ thiếu đặc tính mà mác thép cơ bản đã được quy định. Đối với hàn MIG, ER316LSi bổ sung thêm silic để cải thiện khả năng thấm ướt và độ chảy.
So sánh ER316L và ER309LMo cho các mối nối khác nhau
Đối với mối nối giữa thép 304 và 316, ER316L là lựa chọn phổ biến nhất vì nó giữ lại molypden trong mối hàn. Một số kỹ sư chỉ định ER309LMo, có hàm lượng hợp kim cao hơn, khi họ muốn kiểm soát thành phần hóa học của mối nối có hàm lượng molypden thấp. Cả hai đều được chấp nhận trong hầu hết các ứng dụng; hãy xác nhận lựa chọn bằng quy trình hàn đạt tiêu chuẩn khi mối nối có tính chất quan trọng.
Hàn thép không gỉ với thép cacbon
Việc nối thép không gỉ với thép carbon là một trường hợp khác. Sử dụng que hàn ER309L (hoặc ER309LMo cho mối nối 316 với thép carbon) để tạo ra mối hàn có khả năng hấp thụ sự pha loãng từ cả hai phía mà không bị nứt. Không nên sử dụng que hàn 308 hoặc 316 thông thường cho mối nối này vì thép carbon sẽ làm loãng mối hàn và có thể gây nứt. Mối nối này thường xuất hiện trong đường ống công nghiệp và kết cấu xây dựng, vì vậy cần xem xét cùng một tiêu chí.
Bạn cần hỗ trợ lựa chọn vật liệu và vật tư tiêu hao phù hợp với dự án của mình? Đội ngũ tư vấn kỹ thuật của chúng tôi có thể giúp bạn lựa chọn loại vật liệu, chất độn và quy trình phù hợp với điều kiện sử dụng.
Hiện tượng nhạy cảm là gì và tại sao nó gây ra sự ăn mòn mối hàn?
Hiện tượng nhạy cảm hóa là nguy cơ ăn mòn chính khi hàn thép không gỉ austenit tiêu chuẩn (không phải loại L). Đây không phải là khuyết tật mối hàn có thể nhìn thấy và không thể sửa chữa sau đó. Nó phải được ngăn ngừa trong quá trình hàn.
Cơ chế nhạy cảm (425-870°C)
Khi thép không gỉ austenit được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 425-870°C (800-1600°F), cacbon khuếch tán đến ranh giới hạt và phản ứng với crom để tạo thành các cacbua crom, chủ yếu là Cr23C6. Vì cacbon di chuyển nhanh hơn nhiều so với crom trong thép, một vùng thiếu crom hẹp hình thành bên cạnh mỗi ranh giới hạt.
Khi hàm lượng crom cục bộ giảm xuống dưới khoảng 10.5-12%, lớp màng thụ động không thể hình thành nữa, và kim loại trở nên dễ bị ăn mòn giữa các hạt. Tốc độ nhạy cảm đạt đỉnh điểm ở khoảng 650-675°C, tại đó thép có thể bị nhạy cảm chỉ trong vài phút.
Sự phân hủy mối hàn trong vùng ảnh hưởng nhiệt
Ăn mòn mối hàn là tên gọi của hiện tượng ăn mòn giữa các hạt, xuất hiện dưới dạng một hoặc hai đường chạy song song với mối hàn, sâu vài milimét vào vùng ảnh hưởng nhiệt. Một đường hàn tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ trên tấm kim loại xung quanh. Kim loại tại đường nóng chảy đủ nóng để các cacbua không tồn tại. Nhưng cách đó một khoảng ngắn, nhiệt độ đỉnh giảm xuống phạm vi nhạy cảm và duy trì đủ lâu để kết tủa cacbua trong quá trình nguội. Kết quả là một đường ăn mòn mỏng xuất hiện bên cạnh mối hàn.
Làm thế nào điểm L ngăn ngừa sự nhạy cảm
Việc giảm hàm lượng carbon từ 0.08% xuống 0.03% làm dịch chuyển đáng kể đường cong nhạy cảm theo thời gian-nhiệt độ, trong nhiều trường hợp gấp 10-100 lần ở cùng một nhiệt độ. Đơn giản là lượng carbon có sẵn để tạo thành cacbua crom trong một chu kỳ hàn bình thường đã giảm đi. Đó là lý do tại sao 304L và 316L là lựa chọn mặc định cho đường ống hàn, bình áp lực và các kết cấu hàn chịu tải nặng trong môi trường ăn mòn.
Khi điểm số tiêu chuẩn được chấp nhận
Thép không gỉ tiêu chuẩn 304 và 316 được chấp nhận khi điều kiện sử dụng nhẹ nhàng, môi trường không ăn mòn, hoặc mối hàn mỏng và được làm nguội nhanh chóng nên thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao không đáng kể. Khi có clorua, axit hoặc nhiệt độ cao, hãy chỉ định loại thép L. Để biết các đặc tính cơ bản của loại thép này, hãy xem hướng dẫn về thép không gỉ 304 và hướng dẫn về thép không gỉ 316 của chúng tôi.
So sánh thông số hàn 304 và 316: Nhiệt độ nung nóng trước, lượng nhiệt đầu vào và nhiệt độ giữa các lớp hàn.
Kiểm soát nhiệt độ là yếu tố quyết định giữa mối hàn bền vững và mối hàn bị hỏng âm thầm. Các thông số dưới đây áp dụng cho cả thép 304 và 316.
Yêu cầu làm nóng trước
Đối với thép không gỉ 304 hoặc 316, không cần làm nóng trước trừ khi có các tiết diện rất dày, trên khoảng 50 mm. Trên thực tế, việc làm nóng trước thép không gỉ Austenit lại phản tác dụng: nó kéo dài thời gian vật liệu nằm trong vùng nhạy cảm. Nếu cần làm nóng trước, hãy giữ nhiệt độ dưới 150°C và kiểm tra bằng quy trình đạt tiêu chuẩn.
Kiểm soát nhiệt đầu vào
Tiêu chuẩn EN 1011-3 khuyến nghị lượng nhiệt đầu vào tối đa khoảng 1.5 kJ/mm đối với các loại thép austenit trong điều kiện ăn mòn. Trên 2.5 kJ/mm, nguy cơ nhạy cảm tăng lên đáng kể.
Nên sử dụng các đường hàn mảnh thay vì các đường hàn rộng, vì hàn mảnh làm tăng lượng nhiệt cần thiết và làm rộng vùng ảnh hưởng nhiệt. Giảm thiểu số lần hàn, vì mỗi lần nung nóng lại vùng hàn trước đó sẽ làm tăng thêm thời gian trong phạm vi nhạy cảm hóa.
Nhiệt độ giữa các lần chạy
Giữ nhiệt độ giữa các lớp hàn dưới 150°C, và dưới 100°C đối với các ứng dụng chịu ăn mòn nghiêm trọng. Nhiệt độ giữa các lớp hàn cao hơn sẽ giữ cho vùng nóng nóng lâu hơn, làm tăng thời gian chịu nhiệt độ trên các mối hàn nhiều lớp. Đo bằng nhiệt kế tiếp xúc hoặc que đo nhiệt độ ở khoảng cách ít nhất 25 mm so với mối hàn.
| Tham số | 304 | 316 | Hướng dẫn |
|---|---|---|---|
| Làm nóng trước | Không bắt buộc (ngoại trừ các đoạn có chiều dài >50 mm) | Không bắt buộc (ngoại trừ các đoạn có chiều dài >50 mm) | Không bao giờ vượt quá 150°C |
| Đầu vào nhiệt | ≤1.5 kJ/mm trong điều kiện ăn mòn | ≤1.5 kJ/mm trong điều kiện ăn mòn | ≥2.5 kJ/mm là mức rủi ro cao |
| Nhiệt độ giữa các lần chạy | ≤150°C (nhiệt độ tới hạn 100°C) | ≤150°C (nhiệt độ tới hạn 100°C) | >250°C là nguy cơ cao |
| Kỹ thuật đính hạt | Chuỗi hạt | Chuỗi hạt | Tránh các kiểu dệt rộng. |
Các giá trị này chỉ là điểm khởi đầu. Quy trình hàn đạt tiêu chuẩn (WPS), thường theo tiêu chuẩn ASME Mục IX, cần được tuân thủ khi hàn sản xuất.
Các quy trình hàn cho thép không gỉ 304 và 316
Tất cả các quy trình tiêu chuẩn đều áp dụng được cho cả hai loại vật liệu. Việc lựa chọn phụ thuộc vào độ dày, vị trí và khối lượng sản xuất.
TIG (GTAW)
Hàn TIG được ưa chuộng cho thép không gỉ có độ dày dưới khoảng 1/4 inch và cho ống và đường ống thành mỏng. Sử dụng cực DCEN, khí bảo vệ argon 100% ở 15-20 CFH và điện cực vonfram pha lanthanide 2% được mài nhọn. Hàn TIG cho phép kiểm soát nhiệt độ chính xác và tạo ra các mối hàn sạch, dễ điều khiển, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng chống ăn mòn.
MIG (GMAW)
Hàn MIG phù hợp với các chi tiết dày hơn và sản xuất hàng loạt. Khí bảo vệ hỗn hợp ba thành phần giàu heli, chẳng hạn như 90% heli, 7.5% argon và 2.5% CO2, thường được sử dụng, cũng như hỗn hợp 98% argon, 2% CO2. Hàn MIG xung giảm lượng nhiệt đầu vào và rất phù hợp với thép không gỉ.
Cây gậy (SMAW)
Hàn que được sử dụng để sửa chữa tại hiện trường khi việc sử dụng khí bảo vệ không khả thi. Cần chọn điện cực phù hợp với kim loại cần hàn và giữ chiều dài hồ quang ngắn để hạn chế sự hấp thụ nitơ và hiện tượng rỗ khí.
Bảng cài đặt TIG dành cho người mới bắt đầu
| Độ dày vật liệu | Tungsten | Đường kính bộ phận nạp | Cường độ dòng điện (TIG) | Lưu lượng gas |
|---|---|---|---|---|
| 1/16 inch (1.6 mm) | 1 / 16 " | 1 / 16 " | 40-80 A | 15-20 CFH |
| 1/8 inch (3.2 mm) | 3 / 32 " | 1/16 "hoặc 3/32" | 80-130 A | 15-20 CFH |
| 1/4 inch (6.4 mm) | 3 / 32 " | 3 / 32 " | 130-180 A | 20 CFH |
Aisha, một thợ hàn đang học hàn TIG trên tấm thép 304, nhận thấy các mối hàn của cô ấy bị chuyển sang màu xanh lam bất kể cô ấy điều chỉnh cường độ dòng điện như thế nào. Vấn đề không nằm ở các thiết lập. Đó là tốc độ di chuyển: cô ấy di chuyển quá chậm, khiến vũng hàn luôn nóng và mối hàn nằm trong vùng bị đổi màu do nhiệt.
Khi cô ấy tăng tốc độ di chuyển và giữ cung ngắn, các hạt cườm trở nên bạc và độ xốp biến mất. Lượng nhiệt cần thiết phụ thuộc vào tốc độ di chuyển, chứ không chỉ vào cài đặt trên núm xoay.
Làm sạch mặt sau và kiểm soát độ tối màu bằng nhiệt
Xả ngược cho ống và đường ống
Đối với ống và đường ống hàn làm từ thép không gỉ 304 so với 316 sẽ tiếp xúc với môi trường ăn mòn, việc thổi khí argon vào mặt sau là bắt buộc. Nếu không, mối hàn sẽ bị oxy hóa, hiện tượng này được gọi là "tạo đường", và quá trình oxy hóa sẽ phá hủy khả năng chống ăn mòn theo cách mà quá trình tẩy gỉ không thể phục hồi hoàn toàn. Thổi khí ở mức khoảng 10-15 CFH cho đến khi nồng độ oxy bên trong giảm xuống dưới khoảng 100 ppm trước khi hàn mối hàn gốc. Để biết thêm thông tin về lựa chọn ống và đường ống, hãy xem hướng dẫn về ống thép không gỉ 304 so với 316 của chúng tôi , và để biết thông tin về cung cấp và thông số kỹ thuật của ống và đường ống hàn, hãy xem các sản phẩm ống thép không gỉ của chúng tôi.
Hướng dẫn màu nhuộm nhiệt
Màu sắc của mối hàn cho biết mức độ oxy hóa đã xảy ra. Thang đo dưới đây là cách tiêu chuẩn để đánh giá điều đó.
| Màu sắc | Đánh giá |
|---|---|
| Gói Bạc | Lý tưởng; oxy hóa tối thiểu |
| Vàng rơm / vàng nhạt | Chấp nhận được trong hầu hết các dịch vụ |
| Màu xanh da trời | Khả năng chống ăn mòn giảm; chất lượng kém. |
| Tím / đen | Không thể chấp nhận được trong điều kiện ăn mòn. |
Vết ố màu xanh lam hoặc tím đậm do nhiệt cho thấy mối hàn quá nóng trong thời gian quá dài và lớp oxit crom đã bị bào mòn. Loại bỏ vết ố bằng phương pháp cơ học hoặc bằng cách tẩy gỉ, và xác nhận lại bề mặt bằng một thử nghiệm phù hợp nếu cần thiết trong quá trình sử dụng.
Loại bỏ vết ố do nhiệt
Loại bỏ vết ố do nhiệt bằng cách làm sạch cơ học hoặc tẩy gỉ. Chỉ sử dụng dụng cụ chuyên dụng cho thép không gỉ. Bàn chải dây thép carbon sẽ làm bám các hạt sắt vào bề mặt, và những hạt này sẽ bị gỉ trong quá trình sử dụng, tạo ra các vệt gỉ thường bị chẩn đoán nhầm là lỗi hợp kim. Chỉ sử dụng đá mài, bàn chải và dũa chuyên dụng cho công việc với thép không gỉ.
Xử lý sau hàn: Tẩy gỉ và thụ động hóa
Tại sao quá trình thụ động hóa lại quan trọng
Quá trình hàn phá hủy lớp oxit crom tạo nên khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ. Quá trình thụ động hóa, được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM A380 hoặc A967, loại bỏ sắt tự do khỏi bề mặt và cho phép lớp màng oxit giàu crom tái tạo. Đối với thép 316 sử dụng trong môi trường chứa clorua, thường cần phải tẩy gỉ bằng axit rồi tiến hành thụ động hóa.
Ngâm tẩm so với thụ động hóa
Quá trình tẩy gỉ sử dụng hỗn hợp axit nitric-axit hydrofluoric để loại bỏ lớp gỉ hàn, vết ố do nhiệt và một lớp kim loại mỏng bị nhiễm bẩn. Quá trình thụ động hóa sử dụng axit nitric hoặc axit citric để loại bỏ sắt tự do và thúc đẩy sự hình thành màng oxit. Trong các ứng dụng hàn có tính ăn mòn cao, trình tự thường là tẩy gỉ trước, sau đó là thụ động hóa.
Cái giá phải trả khi bỏ qua nó
Sự hư hỏng hiếm khi xảy ra ngay lập tức. Một nhà sản xuất thiết bị hàng hải đã dùng bàn chải thép carbon để làm sạch các mối hàn 316 và nhận thấy các vệt rỉ sét xuất hiện chỉ sau vài tuần; chính sắt bên trong, chứ không phải hợp kim, đang bị ăn mòn. Bản thân mối hàn vẫn còn tốt. Bài học rút ra là tình trạng bề mặt sau khi hàn là một phần của chất lượng mối hàn, chứ không phải là điều cần xem xét sau.
Các lỗi hàn thường gặp và cách khắc phục chúng
| Khiếm khuyết | Nguyên nhân | Sửa chữa |
|---|---|---|
| Sự nhạy cảm/sự phân hủy mối hàn | Để quá lâu ở nhiệt độ 425-870°C | Sử dụng các loại thép cấp L, kiểm soát lượng nhiệt đầu vào và khoảng cách giữa các lớp thép. |
| Nứt nóng | Hàm lượng ferit quá thấp hoặc quá cao | Giữ hàm lượng ferrite trong khoảng 3-10 FN, chọn chất độn phù hợp. |
| Độ xốp | Ô nhiễm, độ phủ khí kém | Làm sạch kim loại nền, kiểm tra lớp chắn, giữ hồ quang ngắn. |
| Quá trình oxy hóa rễ (tạo đường) | Không có hiện tượng xả ngược dòng trên đường ống/ống dẫn | Sục khí argon vào để đạt nồng độ oxy dưới 100 ppm. |
| Distortion | Nhiệt độ quá cao, khả năng kiềm chế kém | Lượng nhiệt đầu vào thấp hơn, kẹp chặt, trình tự thực hiện |
| Vết rỉ sét trên mối hàn | Sự nhiễm bẩn của bàn chải thép cacbon | Chỉ sử dụng dụng cụ bằng thép không gỉ, xử lý thụ động sau khi hàn. |
Hiện tượng nứt nóng cần được đặc biệt lưu ý. Các chất độn austenit như 308 và 316 được thiết kế để giữ lại một lượng ferit dư có kiểm soát, thường là chỉ số ferit từ 3-10, trong lớp hàn. Lượng ferit này ngăn ngừa hiện tượng nứt nóng trong quá trình đông đặc. Các chất độn hoàn toàn austenit như 347 hoặc 312 cần được xử lý đặc biệt vì chúng thiếu lượng ferit an toàn này.
Lựa chọn giữa thép không gỉ 304 và 316 cho các mối hàn gia công
Việc lựa chọn mác thép và lựa chọn chất độn phải đi đôi với nhau. Khả năng chống ăn mòn sẽ quyết định cả hai yếu tố này.
Khi nào nên sử dụng 304 / 304L
Sử dụng thép không gỉ 304 hoặc 304L khi tiếp xúc với clorua thấp: nước sạch, chế biến thực phẩm thông thường, công trình kiến trúc trong nhà, hệ thống HVAC và thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn. Trong những môi trường này, mối hàn thép 304 mang lại tuổi thọ sử dụng cần thiết với chi phí vật liệu thấp hơn. Để biết thông tin về tính khả dụng và thông số kỹ thuật, vui lòng xem các sản phẩm thép không gỉ 304 của chúng tôi.
Khi nào nên sử dụng 316 / 316L
Hãy sử dụng thép không gỉ 316 hoặc 316L khi có mặt clorua, nước biển, nước muối, muối chống đóng băng hoặc các hóa chất ăn mòn. Điều này bao gồm các ngành chế tạo hàng hải và ven biển, chế biến hóa chất, dược phẩm và hệ thống nước tinh khiết cao, cũng như thiết bị thực phẩm và đồ uống tiếp xúc với muối hoặc hóa chất tẩy rửa chứa clorua. Trong những môi trường này, mối hàn thép 304 bị rỗ và hư hỏng sớm hơn nhiều so với thép 316. Để biết thông tin về tính khả dụng và thông số kỹ thuật, vui lòng xem các sản phẩm thép không gỉ 316 của chúng tôi.
Hãy để khả năng chống ăn mòn quyết định chất lượng sản phẩm.
Đối với hầu hết các đường ống công nghiệp mới trong các nhà máy hóa chất và hóa dầu, thép không gỉ 316L là lựa chọn mặc định vì yêu cầu về khả năng chống ăn mòn sau hàn trong điều kiện môi trường ăn mòn. Thép không gỉ 304L được dành riêng cho các ứng dụng có mức độ tiếp xúc với clorua tối thiểu. Khi môi trường ôn hòa, việc lựa chọn 316 sẽ làm tăng chi phí mà không cải thiện hiệu quả; khi có clorua, việc lựa chọn 304 sẽ tạo ra nguy cơ hư hỏng sớm. Đối với bối cảnh ngành công nghiệp thực phẩm, hãy xem hướng dẫn về thép không gỉ dùng trong thực phẩm của chúng tôi.
Một kịch bản chỉnh sửa minh họa
Nhóm của Noor đã chế tạo một giàn chuyển hóa chất bằng thép không gỉ 304L với chất độn 308L vì ngân sách dự án eo hẹp. Giàn này xử lý dòng chất lỏng có hàm lượng clorua vừa phải ở nhiệt độ môi trường, và trong năm đầu tiên hoạt động không gặp sự cố. Sau đó, một thay đổi quy trình vào mùa hè đã làm tăng nhiệt độ lên trên 60°C, đẩy nhanh quá trình ăn mòn do clorua trong các vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt.
Chỉ sau vài tháng, một số mối hàn bắt đầu bị rỗ, và khung máy cần được hàn lại bằng thép không gỉ 316L. Chi phí nâng cấp vật liệu thấp hơn chi phí hai tuần ngừng hoạt động do việc sửa chữa gây ra. Bài học này áp dụng cho mọi kết cấu hàn: phải chọn loại thép, que hàn và phương pháp kiểm soát nhiệt độ phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế, bao gồm cả những thay đổi có thể xảy ra theo thời gian.
Câu hỏi thường gặp: Hàn thép không gỉ 304 so với 316
Bạn dùng loại que hàn nào cho thép không gỉ 304?
Sử dụng ER308L cho hàn TIG hoặc MIG, hoặc E308L-16 cho hàn que. Phiên bản L được ưa chuộng hơn vì hàm lượng carbon thấp giúp giảm nguy cơ nhạy cảm trong quá trình hàn.
Bạn dùng loại que hàn nào cho thép không gỉ 316?
Sử dụng ER316L cho hàn TIG hoặc MIG, hoặc E316L-16 cho hàn que. Que hàn phải chứa molypden để phù hợp với khả năng chống clorua của loại que hàn cơ bản.
Có thể dùng que hàn 316 cho thép không gỉ 304 không?
Đúng vậy. ER316L có thể sử dụng được trên cả hai loại kim loại nền 304 và 316, vì que hàn hợp kim cao hơn này tương thích với cả hai loại. Ngược lại, việc sử dụng que hàn 308 trên 316 trong điều kiện ăn mòn không được khuyến cáo vì mối hàn thiếu molypden.
Thép 316 có khó hàn hơn thép 304 không?
Không. Hai loại thép này hàn gần như giống hệt nhau. Sự khác biệt thực tế nằm ở việc lựa chọn que hàn và nhu cầu duy trì khả năng chống ăn mòn của thép 316 trong mối hàn.
Bạn có cần làm nóng thép không gỉ trước khi hàn không?
Không, không nên dùng cho thép 304 hoặc 316 trừ khi ở những phần rất dày, trên khoảng 50 mm. Làm nóng trước ở nhiệt độ trên 150°C có hại vì nó kéo dài thời gian trong phạm vi nhạy cảm.
Tại sao thép không gỉ lại bị gỉ sau khi hàn?
Thông thường có ba nguyên nhân: hiện tượng nhạy cảm trong vùng ảnh hưởng nhiệt, nhiễm bẩn do chổi thép carbon, hoặc vết ố nhiệt không được loại bỏ. Cả ba đều có thể phòng ngừa được bằng quy trình thích hợp và xử lý sau hàn.
Sự khác biệt giữa que hàn 308 và 316 là gì?
Vật liệu hàn 308 được chế tạo sao cho phù hợp với kim loại nền 304 và không chứa molypden. Vật liệu hàn 316 được chế tạo sao cho phù hợp với kim loại nền 316 và chứa khoảng 2.5% molypden để tăng khả năng chống ăn mòn do clorua. Hai loại này không thể thay thế cho nhau trong môi trường ăn mòn.
Bạn có cần thổi khí ngược vào các mối hàn ống thép không gỉ không?
Đúng vậy, khi phần gốc tiếp xúc với môi trường ăn mòn. Sục khí argon ngược vào sẽ ngăn ngừa hiện tượng đóng cặn và duy trì khả năng chống ăn mòn ở bên trong mối nối.
Hàn đúng ngay từ lần đầu tiên
Quyết định đúng đắn khi hàn thép 304 hay 316 phụ thuộc vào ba yếu tố kiểm soát. Thứ nhất, chọn que hàn phù hợp với vật liệu : ER308L cho 304, ER316L cho 316, và ER316L hoặc ER309LMo cho mối nối khác loại. Thứ hai, kiểm soát nhiệt độ : giữ nhiệt lượng đầu vào ở mức 1.5 kJ/mm hoặc thấp hơn, nhiệt độ giữa các lớp hàn dưới 150°C, và tránh làm nóng sơ bộ không cần thiết. Thứ ba, hoàn thiện mối hàn : thổi khí bảo vệ vào chân ống, giữ màu hàn ở mức bạc hoặc vàng nhạt, và tẩy gỉ và thụ động hóa đối với môi trường ăn mòn.
Nên sử dụng thép loại L khi mối hàn tiếp xúc với clorua, axit hoặc nhiệt độ cao. Chi phí phát sinh nhỏ của thép 304L hoặc 316L là không đáng kể so với nguy cơ hư hỏng do ăn mòn sớm.
Công ty TNHH Thép không gỉ LIANYUNGANG DAPU cung cấp thép 304/304L và 316/316L dạng tấm, cuộn và ống với đầy đủ chứng nhận vật liệu, và đội ngũ gia công theo yêu cầu của chúng tôi hỗ trợ các nhu cầu cắt và gia công chế tạo. Hãy liên hệ với các chuyên gia kim loại của chúng tôi để nêu rõ điều kiện dịch vụ và yêu cầu vật tư tiêu hao của bạn và nhận báo giá phù hợp với ứng dụng của bạn.
