Spawanie stali nierdzewnej gat. 1.4125

Czy stal nierdzewną 1.4125 można spawać i jakie warunki należy spełnić? Jeżeli spawanie jest niemożliwe lub trudne, jaką inną stal nierdzewną można zastosować dającą się utwardzić do 50-60 HRC?

Jeżeli spawanie stali EN 1.4125 (AISI 440C) jest konieczne to materiał powinien być wstępnie podgrzewany do temperatury ok. 250-260°C, należy także utrzymać temperaturę międzyściekową na tym poziomie, a po zakończeniu procesu spawania w pełni wyżarzony w zakresie 840-900°C i w zależności od wymagań kolejno poddany hartowaniu i odpuszczaniu. Zastosowanie materiału dodatkowego do spawania o składzie stali typu EN 1.4021 (typu AISI 420) da twardą spoinę, ale nie tak twardą jak przy użyciu spoiwa ze stali typu EN 1.4125 (AISI 440C).

Generalnie nie zaleca się spawać stali martenzytycznej typu EN 1.4125 (AISI 440C) z powodu dużej skłonności do hartowania w powietrzu, które może prowadzić do powstania kruchego martenzytu, a to z kolei do pękania na zimno z powodu naprężeń ściskających w spoinie i strefie wpływu ciepła.
Stale martenzytyczne mogą być z powodzeniem spawane przy spełnieniu odpowiednich środków ostrożności w celu uniknięcia pęknięć w strefie wpływu ciepła, zwłaszcza w elementach grubszych i silnie naprężonych złączach.

Ogólne zalecenia do spawania martenzytycznych stali nierdzewnych

Najbardziej popularnym gatunkiem w grupie martenzytycznych stali nierdzewnych jest stal typu EN 1.4006 (AISI 410) o umiarkowanym stężeniu chromu 12-18% Cr z niewielkim dodatkiem niklu i stężeniem węgla ok. 0,1%. Główną różnicą w porównaniu do spawania nierdzewnych stali o strukturze austenitycznej i ferrytycznej jest możliwość wystąpienia twardej struktury martenzytycznej w strefie wpływu ciepła (SWC) i trudność otrzymania odpowiedniego składu chemicznego w materiale spoiny.

Unikanie wad spawalniczych

W martenzytycznych stalach nierdzewnych, wysoka twardość w strefie wpływu ciepła sprawia, że są one bardzo podatne na pękanie wodorowe. Niebezpieczeństwo takiego pękania ogólnie wzrasta wraz ze stężeniem węgla.

Środki ostrożności, które należy podjąć w celu zminimalizowania ryzyka, obejmują:
• Stosowanie nisko wodorowych procesów spawalniczych (TIG lub MIG) i zapewnienie, aby używany topnik lub pokryte topnikiem elektrody otulone były wysuszone (procesy MMA i SAW) zgodnie z zaleceniami producenta.
• Podgrzewanie do około 200-300°C. Dokładna temperatura będzie zależna od zastosowanej metody spawania, składu chemicznego stali (szczególnie stężenia Cr i C), grubości elementu i ilości wodoru wprowadzonego do metalu spoiny.
• Utrzymanie zalecanej minimalnej temperatury międzyściegowej.
• Wykonanie po spawaniu obróbki cieplnej, np. w zakresie 650-750°C. Czas i temperatura obróbki cieplnej jest zależna od składu chemicznego stali.

Elementy cienkie, zwykle o grubości mniejszej niż 3 mm, z materiału o niskim stężeniu węgla, mogą być często spawane bez podgrzewania, pod warunkiem, że zastosuje się niskowodorowy proces spawalniczy, w złączu występują niskie naprężenia i zwraca się uwagę na czyszczenie obszaru złącza. Grubsze elementy i materiał o wyższym stężeniu węgla (>0,1%) będzie prawdopodobnie wymagał podgrzewania wstępnego, a po spawaniu obróbki cieplnej. Obróbka cieplna po spawaniu powinna być wykonana bezpośrednio po zakończeniu spawania, nie tylko w celu odpuszczenia (zahartowania) mikrostruktury stali, ale także, aby umożliwić dyfuzję wodoru od metalu spoiny i strefy wpływu ciepła.

W grupie martenzytycznych stali nierdzewnych, które można utwardzić przez obróbkę cieplną do wysokich twardości rzędu 50-60 HRC znajdują się także gatunki o niższym stężeniu węgla w stosunku do EN 1.4125, który zawiera 1,1% węgla. Gatunek EN 1.4021 o stężeniu węgla na poziomie 0,25% (typu AISI 420) można zahartować do twardości rzędu 52 HRC, a stale typu EN 1.4057 (AISI 431) o stężeniu węgla 0,18% do 46 HRC, a EN 1.4006 (AISI 410) zawierającą 0,12% C do twardości 43 HRC.

Literatura
[1]. Weldability of materials, Stainless steel, TWI, www.twi.co.uk