Rustfrit stål er en type stål, der indeholder krom, hvilket giver den stærk rustbestandighed. Baseret på dets struktur er rustfrit stål klassificeret i fire hovedtyper: austenitisk, ferritisk, martensitisk ogduplex rustfrit stål. Hver type har unikke egenskaber og specifikke svejsekrav.
Rustfrit stål fremstilles ved at tilsætte krom til stål, hvilket skaber en passiveret tilstand, der gør materialet modstandsdygtigt over for rust. For at denne egenskab skal være effektiv, skal kromindholdet være mindst 12 %. For yderligere at øge korrosionsbestandigheden tilsættes elementer som nikkel og molybdæn ofte for at styrke passiveringslaget.
Generelt omfatter "rustfrit stål" bredt både rustfrit og syrefast stål. Mens rustfrit stål ikke altid er syrefast, tilbyder syrefast stål typisk overlegen rustbestandighed på grund af dets forbedrede kemiske sammensætning.
Austenitisk rustfrit stål og dets svejseegenskaber
Austenitisk rustfrit stål indeholder en høj andel af krom og nikkel, hvilket typisk danner en fuldt austenitisk struktur ved stuetemperatur. Dette stål tilbyder fremragende plasticitet, sejhed og korrosionsbestandighed. Under svejsning giver det dog flere udfordringer:
Intergranulær korrosion:
Når austenitisk rustfrit stål forbliver inden for temperaturområdet fra 450 grader til 850 grader i en længere periode, kan Cr23C6-karbider udfældes ved korngrænser, hvilket skaber chromudtømte zoner og forårsager intergranulær korrosion. Forebyggende foranstaltninger omfatter brug af ultralavt kulstofindhold eller stabiliserede svejsematerialer med elementer som titanium eller niobium, anvendelse af svejseteknikker med lavt varmetilførsel og udførelse af post-svejseopløsningsbehandling.
Varme revner:
På grund af dets høje termiske udvidelseskoefficient oplever austenitisk rustfrit stål betydelige krympespændinger under afkøling, hvilket gør det tilbøjeligt til at revne i varme. For at forhindre dette kan sammensætningen af svejsemetal justeres til en dupleksstruktur med ferritindhold kontrolleret mellem 3% og 5%. Derudover kan valg af den passende elektrodebelægning reducere risikoen for revner.
Spændingskorrosionsrevner:
Svejste samlinger i austenitisk rustfrit stål kan opleve forsinket revnedannelse under trækspænding i specifikke korrosive miljøer. Forebyggende strategier omfatter valg af kompatible svejsematerialer, sikring af korrekt matchning mellem svejsning og uædle metaller, anvendelse af passende svejseprocesser og anvendelse af eftersvejsningsbehandling.
Dårlig svejsedannelse:
På grund af dets høje legeringsindhold og den smeltede pools lave flydeevne kan austenitisk rustfrit stål resultere i dårlig svejseoverfladekvalitet. For at forbedre svejsedannelsen kan teknikker såsom wolfram inert gas (TIG) svejsning til rodgennemløb, styring af den varmepåvirkede zones sensibiliseringstemperaturområde og anvendelse af smal svejsestrengteknologi anvendes.
Ferritisk rustfrit stål og dets svejseegenskaber
Ferritisk rustfrit stål indeholder 10,5 % til 30 % krom og har en kropscentreret kubisk gitterstruktur. Det mangler typisk nikkel, men kan indeholde små mængder molybdæn, titanium eller niobium for forbedrede egenskaber. Dette stål har høj termisk ledningsevne, lav termisk udvidelse og fremragende oxidations- og spændingskorrosionsbestandighed. Dens svejseegenskaber omfatter:
Svejsbarhed:
På grund af dets lave termiske udvidelseskoefficient har ferritisk rustfrit stål en tendens til at udvikle svejsespændinger, som kan forårsage revner. Forvarmning før svejsning og langsom afkøling bagefter er afgørende for at minimere stress og undgå revner.
Intergranulær korrosion:
Ferritisk rustfrit stål er tilbøjeligt til intergranulær korrosion, især når kulstofindholdet er højt. For at reducere denne risiko anbefales det at bruge kulstoffattige eller stabiliserede svejsematerialer.
Korrosionsbestandighed:
Ferritisk rustfrit stål giver bedre korrosionsbestandighed end austenitisk316 rustfrit stål, især i miljøer med højt klorindhold. Dette gør den velegnet til aggressive korrosive forhold.
Mekaniske egenskaber:
Ferritisk rustfrit stål har lidt højere flyde- og trækstyrke end lavkulstofstål, men lavere duktilitet. Der bør lægges særlig vægt på at opretholde svejseplasticitet og sejhed under svejsning.
Skørhed:
Ferritisk rustfrit stål kan blive skørt ved stuetemperatur, især højkromkvaliteter. Kontrol af afkølingshastigheden under svejsning og anvendelse af passende varmebehandling efter svejsning kan afhjælpe dette problem.
Højtemperaturskørhed:
Ved forhøjede temperaturer kan ferritisk rustfrit stål opleve skørhed på grund af karbidudfældning. Denne risiko kan minimeres ved at kontrollere stålets kulstof- og nitrogenindhold.
Martensitisk rustfrit stål og dets svejseegenskaber
Martensitisk rustfrit stål er et rustfrit stål med højt kulstofindhold med en kropscentreret kubisk gitterstruktur. Det opnår høj styrke og hårdhed gennem varmebehandling, men har relativt lav plasticitet og sejhed. De vigtigste svejseegenskaber omfatter:
Hærdningstendens:
Martensitisk rustfrit stål har tendens til at danne en hård og skør martensitisk struktur ved afkøling efter svejsning, hvilket øger risikoen for skørhed og revner i svejsede samlinger.
Forvarmning og eftervarmebehandling:
For at reducere svejsebelastning og forhindre revner er forvarmning før svejsning og påføring af varmebehandling efter svejsning afgørende. Disse foranstaltninger hjælper med at genoprette sejheden af det svejste område.
Svejserevner:
På grund af dets hærdbarhed og svejsebelastning er martensitisk rustfrit stål tilbøjeligt til at koldrevne, især hvis forvarmning og eftervarmebehandling ikke udføres korrekt.
Valg af svejsemateriale:
Det er afgørende at vælge passende svejsematerialer. Elektroder med lavt hydrogenindhold eller svejsetråde, der matcher grundmaterialets kemiske sammensætning, bruges typisk til at reducere risici for revnedannelse.
Svejseproces:
Valg af den rigtige svejseproces, såsom buesvejsning eller TIG-svejsning (wolfram inert gas), og styring af svejseparametre er afgørende for at opnå svejsninger af høj kvalitet.
Kølehastighed:
Afkølingshastigheden efter svejsning påvirker svejsekvaliteten væsentligt. Hurtig afkøling øger risikoen for hærdning og revner, mens langsom afkøling kan reducere sejheden i det svejste område.
Så at sikre høj svejsekvalitet og ydeevne involverer at vælge de passende svejsematerialer, kontrollere svejseparametre og udføre passende eftersvejsebehandlinger. En grundig forståelse af rustfrit ståls svejseegenskaber er afgørende for design og fremstilling af holdbart maskineri.
