Rustfritt stål er en type stål som inneholder krom, noe som gir det sterk motstand mot rust. Basert på strukturen er rustfritt stål klassifisert i fire hovedtyper: austenittisk, ferritisk, martensittisk ogdupleks rustfritt stål. Hver type har unike egenskaper og spesifikke sveisekrav.
Rustfritt stål produseres ved å tilsette krom til stål, og skaper en passivert tilstand som gjør materialet motstandsdyktig mot rust. For at denne egenskapen skal være effektiv, må krominnholdet være minst 12 %. For ytterligere å øke korrosjonsmotstanden tilsettes ofte elementer som nikkel og molybden for å styrke passiveringslaget.
Generelt omfatter "rustfritt stål" stort sett både rustfritt og syrefast stål. Mens rustfritt stål ikke alltid er syrebestandig, tilbyr syrebestandig stål vanligvis overlegen rustmotstand på grunn av sin forbedrede kjemiske sammensetning.
Austenittisk rustfritt stål og dets sveiseegenskaper
Austenittisk rustfritt stål inneholder en høy andel krom og nikkel, og danner typisk en fullstendig austenittisk struktur ved romtemperatur. Dette stålet tilbyr utmerket plastisitet, seighet og korrosjonsbestandighet. Under sveising gir det imidlertid flere utfordringer:
Intergranulær korrosjon:
Når austenittisk rustfritt stål forblir innenfor temperaturområdet 450 grader til 850 grader i en lengre periode, kan Cr23C6-karbider utfelles ved korngrensene, skape krom-utarmede soner og forårsake intergranulær korrosjon. Forebyggende tiltak inkluderer bruk av ultralavt karbon eller stabiliserte sveisematerialer med elementer som titan eller niob, bruk av sveiseteknikker med lav varmeinngang og behandling etter sveiseløsning.
Hot Cracks:
På grunn av sin høye termiske ekspansjonskoeffisient, opplever austenittisk rustfritt stål betydelig krympespenning under avkjøling, noe som gjør det utsatt for varmesprekker. For å forhindre dette kan sveisemetallsammensetningen justeres for å danne en dupleksstruktur, med ferrittinnhold kontrollert mellom 3 % og 5 %. I tillegg kan valg av passende elektrodebelegg redusere risikoen for sprekkdannelse.
Spenningskorrosjonssprekker:
Sveisede skjøter i austenittisk rustfritt stål kan oppleve forsinket sprekkdannelse under strekkspenning i spesifikke korrosive miljøer. Forebyggende strategier inkluderer valg av kompatible sveisematerialer, sikring av riktig matching mellom sveisen og uedelt metall, bruk av egnede sveiseprosesser og bruk etter sveisebehandling.
Dårlig sveiseformasjon:
På grunn av det høye legeringsinnholdet og smeltebassengets lave fluiditet, kan austenittisk rustfritt stål resultere i dårlig sveiseoverflatekvalitet. For å forbedre sveisedannelsen kan teknikker som wolfram inert gass (TIG) sveising for rotgjennomganger, kontroll av den varmepåvirkede sonens sensibiliseringstemperaturområde og bruk av smal sveisestrengteknologi brukes.
Ferritisk rustfritt stål og dets sveiseegenskaper
Ferritisk rustfritt stål inneholder 10,5 % til 30 % krom og har en kroppssentrert kubisk gitterstruktur. Det mangler vanligvis nikkel, men kan inneholde små mengder molybden, titan eller niob for forbedrede egenskaper. Dette stålet har høy varmeledningsevne, lav termisk ekspansjon og utmerket motstand mot oksidasjon og spenningskorrosjon. Dens sveiseegenskaper inkluderer:
Sveisbarhet:
På grunn av sin lave termiske ekspansjonskoeffisient, har ferritisk rustfritt stål en tendens til å utvikle sveisespenninger, som kan forårsake sprekker. Forvarming før sveising og langsom avkjøling etterpå er avgjørende for å minimere stress og unngå sprekker.
Intergranulær korrosjon:
Ferritisk rustfritt stål er utsatt for intergranulær korrosjon, spesielt når karboninnholdet er høyt. For å redusere denne risikoen anbefales bruk av lavkarbon eller stabiliserte sveisematerialer.
Korrosjonsbestandighet:
Ferritisk rustfritt stål gir bedre korrosjonsbestandighet enn austenittisk316 rustfritt stål, spesielt i miljøer med høyt klorinnhold. Dette gjør den egnet for aggressive korrosive forhold.
Mekaniske egenskaper:
Ferritisk rustfritt stål har litt høyere flyte- og strekkfasthet enn lavkarbonstål, men lavere duktilitet. Spesiell oppmerksomhet bør gis for å opprettholde sveiseplastisitet og seighet under sveising.
Skjørhet:
Ferritisk rustfritt stål kan bli sprøtt ved romtemperatur, spesielt høykromkvaliteter. Kontroll av kjølehastigheten under sveising og bruk av passende varmebehandling etter sveising kan redusere dette problemet.
Skjørhet ved høy temperatur:
Ved høye temperaturer kan ferritisk rustfritt stål oppleve sprøhet på grunn av karbidutfelling. Denne risikoen kan minimeres ved å kontrollere stålets karbon- og nitrogeninnhold.
Martensittisk rustfritt stål og dets sveiseegenskaper
Martensittisk rustfritt stål er et rustfritt stål med høy karbon og en kroppssentrert kubisk gitterstruktur. Den oppnår høy styrke og hardhet gjennom varmebehandling, men har relativt lav plastisitet og seighet. Viktige sveiseegenskaper inkluderer:
Herdingstendens:
Martensittisk rustfritt stål har en tendens til å danne en hard og sprø martensittisk struktur ved avkjøling etter sveising, noe som øker risikoen for sprøhet og sprekker i sveisede skjøter.
Forvarming og ettervarmebehandling:
For å redusere sveisespenning og forhindre sprekker, er forvarming før sveising og påføring av varmebehandling etter sveising avgjørende. Disse tiltakene hjelper til med å gjenopprette seigheten til det sveisede området.
Sveisesprekker:
På grunn av dets herdbarhet og sveisespenning, er martensittisk rustfritt stål utsatt for kaldsprekker, spesielt hvis forvarming og ettervarmebehandling ikke utføres riktig.
Valg av sveisemateriale:
Å velge passende sveisematerialer er avgjørende. Elektroder med lavt hydrogeninnhold eller sveisetråder som samsvarer med grunnmaterialets kjemiske sammensetning, brukes vanligvis for å redusere sprekkrisiko.
Sveiseprosess:
Å velge riktig sveiseprosess, for eksempel buesveising eller wolfram inert gass (TIG) sveising, og kontroll av sveiseparametere er avgjørende for å oppnå sveiser av høy kvalitet.
Kjølehastighet:
Avkjølingshastigheten etter sveising påvirker sveisekvaliteten betydelig. Rask avkjøling øker risikoen for herding og sprekker, mens langsom avkjøling kan redusere seigheten i det sveisede området.
Så å sikre høy sveisekvalitet og ytelse innebærer å velge riktig sveisemateriale, kontrollere sveiseparametere og utføre passende ettersveisebehandlinger. En grundig forståelse av sveiseegenskapene til rustfritt stål er avgjørende for å designe og produsere slitesterkt maskineri.
