Η συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα
Οι ανοξείδωτοι χάλυβες θεωρούνται ότι έχουν καλή συγκολλησιμότητα σε σύγκριση με πολλά άλλα μέταλλα και μπορούν να συγκολληθούν επιτυχώς με μια σειρά από διαφορετικές τεχνικές με τις σωστές ρυθμίσεις και συνθήκες.
Ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες
Σε γενικές γραμμές, οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες δεν είναι ευαίσθητοι σε ρωγμές μετά τη συγκόλληση. Καθώς δεν σκληρύνονται κατά την ψύξη, παρουσιάζουν καλή σκληρότητα και ολκιμότητα, ενώ δεν υπάρχει ανάγκη για θερμική επεξεργασία πριν ή μετά τη συγκόλληση. Ωστόσο, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, μπορεί να προκληθεί ρωγμή είτε στη ζώνη συγκόλλησης (ή πληρωτικού) μετάλλου είτε στη ζώνη επηρεασμένης από τη θερμότητα (HAZ).
Η ρωγμή στερεοποίησης μετάλλου συγκόλλησης είναι πιο πιθανή σε πλήρως ωστενιτικές κατασκευές που είναι πιο ευαίσθητες στις ρωγμές από αυτές που περιέχουν μικρή ποσότητα φερρίτη. Οι πλήρως ωστενιτικοί βαθμοί περιλαμβάνουν τους βαθμούς 310, 320 και 330. Ωστόσο, καθώς οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες περιέχουν στην πραγματικότητα μια μικρή ποσότητα φερρίτη, τότε αυτό είναι στην πραγματικότητα λιγότερο πρόβλημα από ό,τι φαίνεται αρχικά! Για παράδειγμα, το Alloy 316 θα περιέχει μεταξύ 3% και 10% φερρίτη. Fermonic 50 (XM-19, UNS S20910, 1.3964, Nitronic 50), Fermonic 60 (UNS S21800,Nitronic 60) καιΚράμα 254(UNS S31254, 1.4547, 254SMO, 6Mo) παρομοίως περιέχουν μια μικρή αναλογία φερρίτη. Αυτή η μικρή ποσότητα μικροδομής φερρίτη που υπάρχει είναι σε θέση να διαλύει ακαθαρσίες που θα μπορούσαν να οδηγήσουν στο σχηματισμό διαδενδρικών ρωγμών ή διαχωρισμούς χαμηλής θερμοκρασίας τήξης. Αυτά σχετίζονται με την παρουσία φωσφόρου ή θείου, τα οποία θεωρούνται αλιευτικά στοιχεία καθώς δεν προστίθενται σκόπιμα, αλλά συλλέγονται από το αρχικό σκραπ, τις πρώτες ύλες και τη διαδικασία.
Η παρουσία άνθρακα στους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες μπορεί να οδηγήσει σε διακοκκώδη διάβρωση στο μέταλλο συγκόλλησης ή στο HAZ μετά τη συγκόλληση. Τα καρβίδια του χρωμίου σχηματίζονται στα όρια των κόκκων των ωστενιτικών ανοξείδωτων χάλυβων στο εύρος θερμοκρασίας 550–900 βαθμούς. Αυτό σημαίνει ότι οι περιοχές που περιβάλλουν τα καρβίδια έχουν τώρα χαμηλότερη περιεκτικότητα σε χρώμιο, καθώς η διάχυση του χρωμίου μέσα στο μητρικό μέταλλο είναι πολύ αργή. Αυτές οι περιοχές με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε χρώμιο είναι επομένως λιγότερο ανθεκτικές στη διάβρωση και οποιαδήποτε διάβρωση εμφανίζεται είναι πιο πιθανό να ξεκινήσει εδώ. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να προκληθεί από τις θερμοκρασίες που παρουσιάζονται κατά τη συγκόλληση και είναι γνωστό ως ευαισθητοποίηση.
Η χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα θα μειώσει την πιθανότητα ευαισθητοποίησης μετά τη συγκόλληση. Επομένως, πολλές τυπικές ποιότητες είναι διαθέσιμες με σημαντικά χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα, όπως π.χΚράμα 316L(C < {{0}},03%) σε σύγκριση με το Alloy 316 (C < 0,08%).
Σταθεροποιημένες ποιότητες όπως το κράμα 316Ti χρησιμοποιούν προσθήκες τιτανίου για τη βελτίωση των ιδιοτήτων σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό μειώνει επίσης την ευαισθητοποίηση καθώς οποιοσδήποτε άνθρακας που υπάρχει στο μέταλλο θα συνδυαστεί κατά προτίμηση με το τιτάνιο και όχι με το χρώμιο.
Τέλος, εάν οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες εκτεθούν μεταξύ 550-900degC για παρατεταμένες περιόδους, τότε είναι δυνατό να σχηματιστεί η επιβλαβής φάση σίγμα από τις μικρές ποσότητες φερρίτη που υπάρχουν. Αυτός ο μηχανισμός καλύπτεται παρακάτω για ανοξείδωτους χάλυβες διπλής όψης.
Duplex και super duplex ανοξείδωτοι χάλυβες
Όπως και με τους πιο συνηθισμένους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες, η παρουσία κάποιου φερρίτη στη μικροδομή μπορεί να βοηθήσει στον περιορισμό της πιθανότητας θερμής ρωγμής κατά τη συγκόλληση. Δεδομένου ότι οι duplex και οι super duplex ανοξείδωτοι χάλυβες έχουν σχεδόν ίσες αναλογίες ωστενίτη και φερρίτη, αυτό σίγουρα δεν αποτελεί πρόβλημα. Επομένως, οι χάλυβες διπλής όψης είναι εύκολα συγκολλήσιμοι, αλλά η διαδικασία συγκόλλησης πρέπει να είναι κατάλληλη και ελεγχόμενη ώστε να αποφευχθεί η δημιουργία ανεπιθύμητων μικροδομών.
Το κύριο πρόβλημα με τους διπλούς ανοξείδωτους χάλυβες είναι η τάση τους να σχηματίζουν μικροδομή φάσης σίγμα από τον μετασχηματισμό του φερρίτη. Αυτός ο μετασχηματισμός συμβαίνει σε ένα εύρος διαφορετικών θερμοκρασιών και χρόνων, όπως φαίνεται καλύτερα σε ένα διάγραμμα TTT (θερμοκρασία-χρόνος – μετασχηματισμός). Το Sigma είναι μια μη μαγνητική διαμεταλλική φάση, πλούσια σε σίδηρο και χρώμιο. Οι περιοχές γύρω από τη φάση σίγμα θα έχουν χαμηλότερη περιεκτικότητα σε χρώμιο και επομένως πολύ χαμηλότερη αντίσταση στη διάβρωση. Επιπλέον, ο μετασχηματισμός του φερρίτη σε σίγμα μπορεί να οδηγήσει σε κενά που οδηγούν στην παρουσία ρωγμών και σημαντική πτώση της μηχανικής αντοχής και ιδιαίτερα στην σκληρότητα κρούσης. Ως εκ τούτου, η εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και οι μηχανικές ιδιότητες των ανοξείδωτων χάλυβων διπλής όψης και σούπερ διπλής όψης ακυρώνονται εντελώς εάν εκτεθούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
Το διάγραμμα TTT υποδηλώνει ότι το Ferralium 255 (UNS S32550, F61, 1.4507) είναι ελαφρώς λιγότερο πιθανό να σχηματίσει σίγμα από το S32760 (F55, 1.4501, Zeron 100), S32750 (F53, 1.4410, 1.4410, 1.42p, SAF352, 250. 05 ) βαθμοί.
Για να αποφευχθεί ο σχηματισμός σίγμα, οι συνθήκες συγκόλλησης πρέπει να ελέγχονται για να περιοριστεί ο χρόνος στη θερμοκρασία. Όπως φαίνεται από το διάγραμμα TTT, σχετικά μικρότερες χρονικές περίοδοι σε ή περίπου 800-900degC μπορούν να σχηματίσουν φάση σίγμα. Λόγω του σχετικά μεγάλου μεγέθους του μητρικού μετάλλου σε σύγκριση με την περιοχή συγκόλλησης, τότε η θερμότητα της συγκόλλησης συνήθως διαχέεται αρκετά γρήγορα. Μεγαλύτερες χρονικές περιόδους σε χαμηλότερες θερμοκρασίες μπορούν τελικά να οδηγήσουν στον ίδιο μικροδομικό μετασχηματισμό. Επομένως, για συγκολλήσεις πολλαπλών διελεύσεων, είναι σημαντικό να περιοριστεί η θερμοκρασία συγκόλλησης. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη μείωση της εισροής θερμότητας συγκόλλησης, παρέχοντας ένα βαθμό ψύξης ή παύσης μεταξύ των διελεύσεων.
Η άλλη κύρια πρόκληση με τη συγκόλληση διπλού και σούπερ διπλού ανοξείδωτου χάλυβα είναι η διατήρηση της ισορροπημένης μικροδομής ωστενίτη: φερρίτη. Στην περιοχή του μετάλλου της συγκόλλησης, θα υπήρχε συνήθως απώλεια αζώτου. Καθώς το άζωτο είναι σταθεροποιητής ωστενίτη, η απώλεια αζώτου από την περιοχή συγκόλλησης ενθαρρύνει μεγαλύτερη αναλογία φερρίτη με αποτέλεσμα την απώλεια μηχανικών και διαβρωτικών ιδιοτήτων. Αυτό μπορεί να ξεπεραστεί επιλέγοντας ένα μέταλλο πλήρωσης που είναι υπερκραματοποιημένο, π.χ. με μεγαλύτερο ποσοστό νικελίου (άλλος σταθεροποιητής ωστενίτη) ή χρησιμοποιώντας άζωτο ως το ίδιο το προστατευτικό αέριο, έτσι ώστε το μέταλλο συγκόλλησης να συλλέγει μια μικρή ποσότητα αζώτου.
