Spawanie elementów ze stali 304L z 316L (lub 321) i ryzyko powstania korozji międzykrystalicznej

Czy pospawanie elementów ze stali gatunku 304L z 316L lub 321 nie powoduje ryzyka powstawania korozji międzykrystalicznej? Jakie właściwości stali różnych gatunków determinują możliwość zastosowania połączeń spawanych, jakiego użyć drutu?

Odnośnie spawania ze sobą stali nierdzewnych różnych gatunków AISI 304L (EN 1.4301) z 316L (EN 1.4401) lub 321 (EN 1.4541) i możliwości wystąpienia korozji międzykrystalicznej takiego złącza należy podkreślić, że właśnie zastosowanie na elementy spawane stali o obniżonym stężeniu węgla (symbol „L” wg norm AISI) zmniejsza ryzyko wystąpienia zjawiska korozji międzykrystalicznej. Jako metody stosowane dla przeciwdziałania korozji międzykrystalicznej stali nierdzewnych zalicza się:
–    ponowne przesycanie stali po spawaniu - taka obróbka cieplna ma za zadanie usunięcie z granic ziarn wszystkich fazy jakie mogły wydzielić się podczas spawania i zubożyły rejony granic ziarn w chrom (węgliki chromu) oraz obniżają odporność korozyjną stali,
–    zastosowanie stabilizowanych gatunków stali - czyli gatunków z dodatkami Ti lub Nb, które w pierwszej kolejności będą tworzyły wydzielenia bez zubożenia granic ziaren w chrom niezbędny dla zapewnienia odpowiedniej odporności korozyjnej, na przykład gatunki typu AISI 321 i AISI 347 (EN 1.4550) są zalecane do pracy w podwyższonej temperaturze, 
–    zastosowanie stali o stężeniu węgla ograniczonym do 0,03%, które wykazują znacznie wyższą odporność na uwrażliwienie na korozję międzykrystaliczną w elementach spawanych. Strefa wpływu ciepłą będzie bardziej odporna na powstawanie wydzieleń. Gatunki z obniżonym stężeniem węgla wg norm AISI za numerem stali moją dodatkowych symbol „L”, np. 304L.
Wystąpienie korozji międzykrystalicznej stali nierdzewnej nie zależy jedynie od gatunku zastosowanego materiał, ale również od parametrów procesu spawania. Drastyczny spadek stężenia chromu w obszarze granic ziarn prowadzi do ataku korozyjnego preferencyjnie po granicach ziarn. Takie zjawisko jest nazywane uwrażliwieniem na korozję międzykrystaliczną. Powstanie stref zubożonych w chrom jest spowodowane wydzielaniem węglików w zakresie temperatury między 450°C a około 850°C i występuje zwłaszcza w strefie wpływu ciepła złącz spawanych.
Stale typu 304L i 316L są uważane za dobrze spawalne z zastosowaniem powszechnych procesów spawania łukowego, takich jak spawanie elektrodą wolframową w osłonie gazu obojętnego (GTAW), spawanie łukiem osłoniętym elektrodą metalową – metoda MMA (SMAW), spawanie łukowe przy zastosowaniu ciągłej elektrody metalowej (GMAW) oraz innych technik spawania. 
Ogólnie o łatwości zastosowania technologii spawania dla stali nierdzewnych decyduje ich struktura. Stale o strukturze austenitycznej są łatwo spawalne, ale może wystąpić zjawisko kruchości w strefie wpływu ciepła (SWC), w wyniku długotrwałego nagrzewania w zakresie temperatury 550- 950°C. Stale dające strukturę w pełni austenityczną są bardziej podatne na pęknięcia w trakcie krzepnięcia niż struktury zawierające kilka procent ferrytu. Obecność w spoinie od 5 do 10% ferrytu jest bardzo korzystna, więc też dobór składu chemicznego materiałów dodatkowych do spawania ma decydujący wpływ na eliminację ryzyka pękania materiału. Do oceny stężenia ferrytu w stali służą wykresy budowane w oparciu o skład chemiczny materiału np. Schaeffler, De Longa, WRC-92, a także urządzenia przenośne tzw. ferrytoskop.
Głównym problemem podczas spawania ferrytycznych stali nierdzewnych jest niska udarność strefy wpływu ciepła. Nadmierny rozrost ziarn prowadzi do pękania obciążonych mechanicznie złączy i elementów o grubym przekroju. Podczas spawania cienkich sekcji (mniejszych niż 6mm) nie są wymagane dodatkowe czynności. Dla grubszych elementów należy stosować niską energię spawania w celu zmniejszenia strefy rozrostu ziaren i stosować materiał dodatkowy o strukturze austenitycznej dla zwiększenia udarności spoiny. Wymagane jest też podgrzewanie przed spawaniem w zakresie temperatury 50-250°C w zależności od składu chemicznego materiału. Pomimo, że nie ograniczy ono rozrostu ziarn ferrytu to spowoduje zmniejszenie szybkości chłodzenia strefy wpływu ciepła oraz może ograniczyć naprężenia szczątkowe występujące w materiale.
Martenzytyczne stale nierdzewne wykazują wysoką twardość, SWC co powoduje, że są bardzo podatne na pękanie wodorowe. Niebezpieczeństwo pękania ogólnie zwiększa się wraz ze wzrostem stężenia węgla. Zazwyczaj zaleca się wstępne podgrzewanie do około 200-300°C i wygrzewanie po spawaniu w temperaturze między 650 a 750°C. Temperatura obróbki cieplnej będzie zależeć od stosowanej metody spawania, składu chemicznego stali - zwłaszcza stężenia węgla i chromu, grubości elementu itd. Obróbka cieplna powinna być wykonana bezpośrednio po spawaniu nie tylko w celu zahartowania materiału, ale także w celu umożliwienia wodorowi dyfuzji poza metal spoiny i SWC. 
Stale dwufazowe typu duplex mogą być spawane z zastosowaniem większości technik spawania. Zwykle nie wymagają podgrzewania przed spawaniem, a maksymalna temperatura międzyściegowa musi być dokładnie kontrolowana. Ważnym elementem jest prawidłowy dobór materiałów dodatkowych, które muszą zapewnić uzyskanie w spoinie udziału austenitu i ferrytu zgodnego z materiałem rodzimym. Dla skompensowania ubytku azotu ze spawanego materiału można stosować materiały dodatkowe o podwyższonym stężeniu tego pierwiastka lub używać gaz ochronny zawierający niewielki dodatek azotu.
Do spawania elementów z takich samych gatunków stali nierdzewnych stosuje się materiały dodatkowe o składzie chemicznym materiału rodzimego. W przypadku spawania różnych stali nierdzewnych ze sobą dobór materiału dodatkowego jest zazwyczaj zdeterminowany przez gatunek o wyższym stężeniu pierwiastków stopowych. Na przykład podczas spawania stali AISI 304L z AISI 316L powinno się stosować materiał dodatkowy o składzie 316L (np. 19 12 3 L), choć oczywiście istnieją pewne wyjątki od tej reguły. Do spawania stali typu 304L ze stalą typu 321 powinno się stosować materiały dodatkowe o składzie 347 (19 9 Nb) lub 308 / 308H (19 9). Materiały dodatkowe 308/308H mogą być stosowane także do spawania stali nierdzewnych stabilizowanych tytanem i niobem takich jak AISI 321 i 347, w przypadku jeżeli element spawany będzie eksploatowany w temperaturze nieprzekraczającej 400°C. Dla wyższych temperatur eksploatacji elementów spawanych zaleca się stabilizowany niobem materiał dodatkowy o składzie stopu 347.