Spawalność stali ferrytycznych i austenitycznych

Spawalność stali ferrytycznych i austenitycznych

Ogólnie stale austenityczne są uważane za łatwiej spawalne niż stale ferrytyczne, lecz zachowanie zalecanych temperatur pracy podczas spawania oraz chłodzenia z powodzeniem umożliwi otrzymanie prawidłowych złączy ze stali ferrytycznych. Stabilizowane tytanem i niobem stale ferrytyczne wykazują znacznie lepszą spawalność niż gatunki bez dodatków tych pierwiastków.

Ferrytyczne stale chromowe (12-17%Cr i do 0,1%C) wykazują ograniczoną spawalność i mogą być podatne na korozję międzykrystaliczną w stanie po spawaniu. Ferrytyczne stale nierdzewne są również stosunkowo kruche w temperaturze pokojowej w porównaniu do stali austenitycznych i mają tendencję do pękania z powodu naprężeń wewnętrznych generowanych podczas spawania. Stale te mogą także wykazywać wzrost kruchości po podgrzaniu do wysokich temperatur. Gatunki zawierające 12 % chromu mogą tworzyć martenzyt podczas szybkiego chłodzenia po spawaniu. Gatunki zawierające 17 % chromu są narażone na efekt kruchości 475 °C w zakresie temperatur 400 - 500 °C. Stale mogą także wykazywać wzrost kruchości w zakresie temperatur 550 - 800 ° C ze względu na wydzielanie się fazy sigma. Dodatkowo ferrytyczne stale chromowe mogą ulegać rozrostowi ziaren w strefie wpływu ciepła złącza spawanego, co także wpływa na poziom kruchości (tj. obniżona udarność).

Z powyższych względów zaleca się przed spawaniem podgrzewane tych stali do około 100°C, dla grubości powyżej ok. 10 mm. Dla przeciwdziałania mechanizmom kruchości temperatura międzyściegowa powinna być ograniczona do maksymalnie 150 °C. Spoiwa stosowane dla stali ferrytycznych zwykle nie są to spoiwa o składu chemicznego stali ferrytycznych, tj. z udziałem chromu 12-17 %, ponieważ są one dość kruche. Zwykle stosuje się spoiwa austenityczne typu: 18 8 Mn lub 19 9 L, ujęte w normie EN 1600, które zapewniają odpowiednią udarność spoin.

Podczas spawania stali austenitycznych należ zwrócić uwagę na udział ferrytu delta w strukturze. Stale austenityczne można, więc sklasyfikować według udziału w nich ferrytu delta na: gatunki zawierające ferryt delta oraz gatunki z zerowym lub niskim udziałem tej fazy. Stale bez ferrytu delta tj. stale w pełni austenityczne nieulegające żadnym przemianom fazowym podczas chłodzenia do temperatury pokojowej, a przez to cechujące się silną tendencją do pękania na gorąco podczas spawania. Stale zawierające ferryt delta nie mają skłonności do pękania na gorąco, ale mogą mu ulec, jeżeli podczas spawania zostanie wprowadzona zbyt duża ilość ciepła. Stale te ze względu na strukturę austenityczna, która wykazuje doskonałą udarność i nie ulega przemianom fazowym podczas chłodzenia, przez co nie występują w nich pęknięcia hartownicze lub wodorowe. Z tego względu nie jest konieczne podgrzewanie wstępne tych stali przed spawaniem.

Ze względu na ryzyko pękania na gorąco temperatura międzyściegowa musi być ograniczona do ok. 100 °C dla stali o strukturze w pełni austenitycznej oraz do ok. 150 °C dla gatunków zawierających delta ferryt. Oznacza to, że stale te należy spawać z zastosowaniem techniki wielowarstwowego układania ściegów. W porównaniu do stali konstrukcyjnych austenityczne stale nierdzewne wykazują ok. 40% wyższą rozszerzalność cieplną i skurcz. Należy brać to pod uwagę przy montażu części przed spawaniem. Podczas spawania jednostronnego należy stosować gaz formujący do osłony grani spoiny, aby uniknąć powstania nalotów barwnych na powierzchni grani, które mogą zmniejszyć odporność korozyjną złącza.

Spoiwa do spawania stali austenitycznych mają strukturę oraz skład chemiczny podobne do materiału podstawowego i są ujęte w normach: EN 1600, EN ISO 14343, EN ISO 17633.

Literatura

[1]. Guidelines of the Welded fabrication of Stainless steels, Euro-Inox, 2007