Заваряване на неръждаеми стомани
Счита се, че неръждаемите стомани имат добра заваряемост в сравнение с много други метали и могат да бъдат успешно заварени чрез редица различни техники с правилните настройки и условия.
Аустенитни неръждаеми стомани
Най-общо казано, аустенитните неръждаеми стомани са нечувствителни към напукване след заваряване. Тъй като не се втвърдяват при охлаждане, те показват добра якост и пластичност, като същевременно няма нужда от термична обработка преди или след заваряване. Въпреки това, при избрани обстоятелства може да възникне напукване или в заваръчния шев (или в пълнежния метал), или в зоната, засегната от топлината (HAZ).
Напукването на заваръчния метал при втвърдяване е по-вероятно в напълно аустенитни структури, които са по-чувствителни към пукнатини от тези, съдържащи малко количество ферит. Напълно аустенитните степени включват степени 310, 320 и 330. Въпреки това, тъй като най-широко използваните аустенитни неръждаеми стомани всъщност съдържат малко количество ферит, тогава това всъщност е по-малко проблем, отколкото изглежда на пръв поглед! Например сплав 316 ще съдържа между 3% и 10% ферит. Fermonic 50 (XM-19, UNS S20910, 1.3964, Nitronic 50), Fermonic 60 (UNS S21800,Нитроник 60) иСплав 254(UNS S31254, 1.4547, 254SMO, 6Mo) също съдържат малка част от ферит. Това малко количество налична феритна микроструктура е в състояние да разтвори примеси, които могат да доведат до образуване на междудендритни пукнатини или сегрегации с ниска температура на топене. Те са свързани с наличието на фосфор или сяра, считани за отпадъчни елементи, тъй като не се добавят съзнателно, а вместо това се събират от изходния скрап, суровините и процеса.
Наличието на въглерод в аустенитните неръждаеми стомани може да доведе до междукристална корозия в заваръчния метал или HAZ след заваряване. Хромните карбиди се образуват по границите на зърната на аустенитни неръждаеми стомани в температурния диапазон 550–900 градуса. Това означава, че областите около карбидите сега са с по-ниско съдържание на хром, тъй като дифузията на хром в основния метал е много бавна. Следователно тези области с по-ниско съдържание на хром са по-малко устойчиви на корозия и всяка корозия, която се появи, е най-вероятно да започне тук. Това явление може да бъде причинено от температурите по време на заваряване и е известно като сенсибилизация.
По-ниското съдържание на въглерод ще намали вероятността от сенсибилизация след заваряване. Поради това се предлагат много стандартни класове със значително по-ниско съдържание на въглерод, като напрСплав 316L(C < {{0}}.03%) в сравнение със сплав 316 (C < 0.08%).
Стабилизираните марки като Alloy 316Ti използват добавки от титан за подобряване на свойствата при повишени температури. Това също така намалява сенсибилизацията, тъй като всеки въглерод, присъстващ в метала, за предпочитане ще се комбинира с титана, а не с хрома.
И накрая, ако аустенитните неръждаеми стомани са изложени на температура между 550-900degC за продължителни периоди, тогава е възможно да се образува вредната сигма фаза от малките количества присъстващ ферит. Този механизъм е описан по-долу за дуплексни неръждаеми стомани.
Дуплекс и супер дуплекс неръждаеми стомани
Както при най-разпространените аустенитни неръждаеми стомани, наличието на малко ферит в микроструктурата може да помогне за ограничаване на вероятността от горещо напукване по време на заваряване. Като се има предвид, че дуплексните и супердуплексните неръждаеми стомани имат почти равни пропорции на аустенит и ферит, това със сигурност не е проблем. Следователно дуплексните стомани са лесно заваряеми, но процедурата на заваряване трябва да бъде квалифицирана и контролирана, за да се избегне създаването на нежелани микроструктури.
Основният проблем с дуплексните неръждаеми стомани е тяхната склонност да образуват сигма фазова микроструктура от трансформацията на ферит. Тази трансформация се случва в диапазон от различни температури и времена, както е показано най-добре в диаграма TTT (температура-време – трансформация). Сигма е немагнитна интерметална фаза, богата на желязо и хром. Зоните около сигма фазата ще бъдат с по-ниско съдържание на хром и следователно с много по-ниска устойчивост на корозия. В допълнение, превръщането на ферита в сигма може да доведе до кухини, които водят до наличие на пукнатини и значителен спад в механичната якост и по-специално ударна якост. Следователно отличната устойчивост на корозия и механичните свойства на дуплексните и супердуплексните неръждаеми стомани са напълно отхвърлени, ако са изложени на по-високи температури.
Диаграмата TTT предполага, че Ferralium 255 (UNS S32550, F61, 1.4507) е малко по-малко вероятно да образува сигма от S32760 (F55, 1.4501, Zeron 100), S32750 (F53, 1.4410, SAF2507) или S32205 (F51, 1.4462, дуплекс 220 5 ) оценки.
За да се избегне образуването на сигма, условията на заваряване трябва да се контролират, за да се ограничи времето при температура. Както е показано от диаграмата TTT, относително по-кратки периоди от време при или около 800-900degC могат да образуват сигма фаза. Поради сравнително големия размер на основния метал в сравнение със заваръчната зона, топлината от заваряването обикновено се разсейва доста бързо. По-дългите периоди от време при по-ниски температури могат в крайна сметка да доведат до същата микроструктурна трансформация. Следователно, за многопроходни заварки е важно да се ограничи температурата на заварката. Това може да се постигне чрез намаляване на входящата топлина при заваряване, осигуряване на степен на охлаждане или пауза между преминаванията.
Другото основно предизвикателство при заваряването на дуплексни и супер дуплексни неръждаеми стомани е поддържането на балансирана микроструктура аустенит: ферит. В областта на заваръчния метал обикновено ще има загуба на азот. Тъй като азотът е стабилизатор на аустенит, загубата на азот от зоната на заваръчния шев насърчава по-голям дял ферит, което води до загуба на механични и корозионни свойства. Това може да бъде преодоляно чрез избор на добавъчен метал, който е свръхлегиран, т.е. с по-голям процент никел (друг стабилизатор на аустенит) или използване на азот като самия защитен газ, така че заваръчният метал да поеме малко количество азот.
