¿Qué impacto tiene la tecnología de microaleaciones en la soldabilidad del acero Q345?
La tecnología de microaleaciones (los elementos centrales son Nb, Ti y V, y algunos contienen trazas de B) tiene un doble impacto en la soldabilidad del acero Q345: si bien mejora la soldabilidad mediante la "reducción indirecta de carbono + refinamiento del grano", también puede aumentar los riesgos de soldadura debido a las propiedades inherentes de los elementos o a un control inadecuado. El impacto de la microaleación requiere una evaluación integral del tipo y contenido del elemento, así como del proceso de soldadura (por ejemplo, ciclo térmico y velocidad de enfriamiento). En concreto, se puede explorar desde las siguientes perspectivas:
1. Impacto positivo: mejora de la soldabilidad mediante la "reducción de carbono + optimización de la microestructura"
Uno de los principales beneficios de la microaleación es que permite una reducción en el contenido de carbono del Q345 (del tradicional 0,20% a 0,12-0,16%), al tiempo que compensa la pérdida de resistencia mediante el fortalecimiento por precipitación y el refinamiento del grano. El carbono es un elemento clave que degrada la soldabilidad, por lo que esta "sustitución por reducción de carbono" mejora fundamentalmente la soldabilidad. En concreto, demuestra:
1. Reducción de la susceptibilidad al agrietamiento en frío de la soldadura (ventaja principal)
El agrietamiento en frío de la soldadura es esencialmente una combinación de "microestructura endurecida + agrietamiento inducido por hidrógeno-+ tensión de soldadura". La microaleación mitiga este riesgo de dos maneras:
Reducción de la microestructura endurecida: la reducción del contenido de carbono reduce significativamente la tendencia de la zona afectada por el calor (HAZ) a formar microestructuras duras y quebradizas como martensita (M) y bainita (B) durante el enfriamiento, lo que da como resultado una mayor concentración de ferrita de grano fino-(F) con dureza mejorada. Perlita (P). Por ejemplo, cuando el contenido de carbono cae del 0,20% al 0,15%, la dureza máxima de la ZAT se puede reducir de 320 HV a 260 HV (muy por debajo del umbral de sensibilidad al agrietamiento en frío de 280 HV).
Inhibición de la difusión y acumulación de hidrógeno: Ti y Nb se combinan con hidrógeno en el acero (hidrógeno difusible absorbido durante la soldadura) para formar hidruros estables (como TiH₂ y NbH), lo que reduce la difusión de hidrógeno libre en la zona de concentración de tensiones de la HAZ y el riesgo de agrietamiento inducido por hidrógeno-. En la práctica, el contenido de hidrógeno difusible de las uniones soldadas Q345 que contienen Ti se puede controlar por debajo de 5 ml/100 g (sin riesgo de fragilización por hidrógeno).
2. Refinar el tamaño del grano de la-zona afectada por el calor (HAZ) y mejorar la dureza de las juntas.
Las altas temperaturas (1300-1500 grados) durante la soldadura hacen que los granos originales del material base crezcan rápidamente (especialmente en la ZAC de "grano grueso"), lo que resulta en una fuerte caída en la tenacidad (por ejemplo, la energía de impacto a -40 grados cae de 50J a menos de 20J). Los elementos de microaleación inhiben el crecimiento del grano al "fijar" los límites del grano.
Función del Ti: el Ti y el nitrógeno forman nanopartículas de TiN (que tienen un punto de fusión de hasta 2950 grados y son insolubles a altas temperaturas de soldadura). Estas partículas actúan como "clavos" que fijan los límites de los granos de austenita, evitando la migración de los límites de los granos y refinando el tamaño de los granos en la ZAC de grano grueso-de los 100-200μm convencionales a 30-50μm. Función del Nb: El Nb se disuelve parcialmente en austenita a altas temperaturas y precipita como NbC en los límites de los granos y las dislocaciones durante el enfriamiento, inhibiendo aún más el crecimiento del grano e induciendo la precipitación de ferrita de grano fino.
En última instancia, la tenacidad HAZ de las uniones soldadas con microaleaciones Q345 se puede aumentar en un 30 %-50 % (por ejemplo, Akv a -40 grados aumenta de 35 J a más de 50 J), cumpliendo con los requisitos de estructuras soldadas de baja temperatura (como maquinaria de construcción y puentes).
3. Reducción de la porosidad de la soldadura y los defectos de inclusión
Efecto de desulfuración del Ti: El Ti se combina con el azufre en el acero para formar TiS₂ (punto de fusión 1150 grados, mucho más alto que los 1100 grados del MnS). El TiS₂ es esférico (en lugar de la forma de franja-del MnS), lo que hace que sea menos probable que se formen "inclusiones en forma de franjas-en el baño de soldadura, lo que reduce los defectos de formación de soldadura.
Efecto de purificación de Nb/V: Nb y V pueden absorber oxígeno y nitrógeno en el acero para formar carbonitruros/óxidos finos, evitando que estos gases precipiten y formen poros (como poros de nitrógeno y poros de hidrógeno) durante el enfriamiento de la soldadura.