Das Schweißen von rostfreien Stählen
Rostfreie Stähle gelten im Vergleich zu vielen anderen Metallen als gut schweißbar und können mit einer Reihe verschiedener Techniken und den richtigen Einstellungen und Bedingungen erfolgreich geschweißt werden.
Austenitische Edelstähle
Im Allgemeinen sind austenitische Edelstähle unempfindlich gegenüber Rissbildung nach dem Schweißen. Da sie beim Abkühlen nicht härtbar sind, weisen sie eine gute Zähigkeit und Duktilität auf, während keine Wärmebehandlung vor oder nach dem Schweißen erforderlich ist. Unter bestimmten Umständen kann es jedoch zu Rissen im Schweiß- (oder Zusatzwerkstoff) oder in der Wärmeeinflusszone (HAZ) kommen.
Risse bei der Erstarrung des Schweißmetalls sind bei vollständig austenitischen Strukturen wahrscheinlicher, da diese rissempfindlicher sind als solche, die eine geringe Menge Ferrit enthalten. Zu den vollaustenitischen Güten gehören die Güten 310, 320 und 330. Da die am häufigsten verwendeten austenitischen Edelstähle jedoch tatsächlich eine geringe Menge Ferrit enthalten, ist dies tatsächlich weniger problematisch, als es zunächst scheint! Legierung 316 enthält beispielsweise zwischen 3 % und 10 % Ferrit. Fermonisch 50 (XM-19, UNS S20910, 1.3964, Nitronic 50), Fermonic 60 (UNS S21800,Nitronic 60) UndLegierung 254(UNS S31254, 1.4547, 254SMO, 6Mo) enthalten ebenfalls einen geringen Anteil an Ferrit. Diese geringe Menge an vorhandener Ferrit-Mikrostruktur ist in der Lage, Verunreinigungen aufzulösen, die zur Bildung interdendritischer Risse oder Entmischungen bei niedriger Schmelztemperatur führen könnten. Diese hängen mit dem Vorhandensein von Phosphor oder Schwefel zusammen, die als Fremdelemente gelten, da sie nicht absichtlich hinzugefügt, sondern aus dem Ausgangsschrott, den Rohstoffen und dem Prozess aufgenommen werden.
Das Vorhandensein von Kohlenstoff in austenitischen Edelstählen kann nach dem Schweißen zu interkristalliner Korrosion im Schweißgut oder der HAZ führen. Chromkarbide bilden sich an den Korngrenzen austenitischer Edelstähle im Temperaturbereich von 550–900 Grad. Dies bedeutet, dass die Bereiche um die Karbide jetzt einen geringeren Chromgehalt aufweisen, da die Chromdiffusion innerhalb des Grundmetalls sehr langsam erfolgt. Diese Bereiche mit geringerem Chromgehalt sind daher weniger korrosionsbeständig und eine auftretende Korrosion beginnt hier am ehesten. Dieses Phänomen kann durch die beim Schweißen auftretenden Temperaturen verursacht werden und wird als Sensibilisierung bezeichnet.
Ein geringerer Kohlenstoffgehalt verringert die Wahrscheinlichkeit einer Sensibilisierung nach dem Schweißen. Daher sind viele Standardqualitäten mit deutlich geringerem Kohlenstoffgehalt erhältlich, wie zLegierung 316L(C < {{0}},03 %) im Vergleich zu Legierung 316 (C < 0,08 %).
Stabilisierte Sorten wie Alloy 316Ti verwenden Titanzusätze, um die Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen zu verbessern. Dies verringert auch die Sensibilisierung, da sich der im Metall vorhandene Kohlenstoff vorzugsweise mit dem Titan und nicht mit dem Chrom verbindet.
Wenn schließlich austenitische rostfreie Stähle über einen längeren Zeitraum einer Temperatur von 550-900°C ausgesetzt werden, ist es möglich, dass sich aus den geringen Mengen an vorhandenem Ferrit die schädliche Sigma-Phase bildet. Dieser Mechanismus wird im Folgenden für Duplex-Edelstähle behandelt.
Duplex- und Super-Duplex-Edelstähle
Wie bei den häufigsten austenitischen Edelstählen kann das Vorhandensein von etwas Ferrit in der Mikrostruktur dazu beitragen, die Wahrscheinlichkeit von Heißrissen beim Schweißen zu begrenzen. Angesichts der Tatsache, dass Duplex- und Super-Duplex-Edelstähle nahezu gleiche Anteile an Austenit und Ferrit aufweisen, ist dies sicherlich kein Problem. Daher sind Duplexstähle gut schweißbar, der Schweißvorgang muss jedoch qualifiziert und kontrolliert werden, um die Entstehung unerwünschter Mikrostrukturen zu vermeiden.
Das Hauptproblem bei Duplex-Edelstählen ist ihre Neigung, durch die Umwandlung von Ferrit eine Sigma-Phasen-Mikrostruktur zu bilden. Diese Transformation findet über einen Bereich unterschiedlicher Temperaturen und Zeiten statt, wie am besten in einem TTT-Diagramm (Temperatur-Zeit-Transformation) dargestellt wird. Sigma ist eine nichtmagnetische intermetallische Phase, die reich an Eisen und Chrom ist. Bereiche um die Sigma-Phase haben einen geringeren Chromgehalt und daher eine weitaus geringere Korrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus kann die Umwandlung von Ferrit in Sigma zu Hohlräumen führen, die zu Rissen und einem erheblichen Abfall der mechanischen Festigkeit und insbesondere der Schlagzähigkeit führen. Daher werden die hervorragende Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften von Duplex- und Super-Duplex-Edelstählen vollständig beeinträchtigt, wenn sie höheren Temperaturen ausgesetzt werden.
Das TTT-Diagramm legt nahe, dass Ferralium 255 (UNS S32550, F61, 1.4507) etwas weniger wahrscheinlich Sigma bildet als S32760 (F55, 1.4501, Zeron 100), S32750 (F53, 1.4410, SAF2507) oder S32205 (F51, 1.4462, Duplex 220). 5 ) Noten.
Um die Bildung von Sigma zu vermeiden, müssen die Schweißbedingungen kontrolliert werden, um die Zeit bei Temperatur zu begrenzen. Wie das TTT-Diagramm zeigt, können relativ kürzere Zeiträume bei oder um 800-900°C eine Sigma-Phase bilden. Aufgrund der relativ großen Größe des Grundmetalls im Vergleich zur Schweißfläche wird die Schweißwärme normalerweise recht schnell abgeführt. Längere Zeiträume bei niedrigeren Temperaturen können letztendlich zur gleichen mikrostrukturellen Umwandlung führen. Daher ist es bei Mehrlagenschweißungen wichtig, die Schweißtemperatur zu begrenzen. Dies kann durch eine Reduzierung der Schweißwärmezufuhr, eine gewisse Abkühlung oder eine Pause zwischen den Durchgängen erreicht werden.
Die andere große Herausforderung beim Schweißen von Duplex- und Superduplex-Edelstählen besteht darin, die ausgewogene Austenit-Ferrit-Mikrostruktur aufrechtzuerhalten. Im Schweißgutbereich würde es typischerweise zu einem Stickstoffverlust kommen. Da Stickstoff ein Austenitstabilisator ist, führt der Verlust von Stickstoff aus dem Schweißbereich zu einem größeren Anteil an Ferrit, was zu einem Verlust der mechanischen und Korrosionseigenschaften führt. Dies lässt sich durch die Wahl eines überlegierten Schweißzusatzwerkstoffs, also mit einem höheren Anteil an Nickel (ein weiterer Austenitstabilisator), oder durch die Verwendung von Stickstoff als Schutzgas selbst beheben, sodass das Schweißgut eine kleine Menge Stickstoff aufnimmt.
