Roestvast staal is een staalsoort die chroom bevat, waardoor het een sterke roestbestendigheid heeft. Op basis van zijn structuur wordt roestvrij staal ingedeeld in vier hoofdtypen: austenitisch, ferritisch, martensitisch enduplex roestvrij staal. Elk type heeft unieke kenmerken en specifieke lasvereisten.
Roestvast staal wordt geproduceerd door chroom aan staal toe te voegen, waardoor een gepassiveerde toestand ontstaat die het materiaal bestand maakt tegen roest. Om deze eigenschap effectief te laten zijn, moet het chroomgehalte minimaal 12% zijn. Om de corrosieweerstand verder te vergroten, worden vaak elementen als nikkel en molybdeen toegevoegd om de passivatielaag te versterken.
In het algemeen omvat "roestvrij staal" in grote lijnen zowel roestvrij als zuurbestendig staal. Hoewel roestvrij staal niet altijd zuurbestendig is, biedt zuurbestendig staal doorgaans superieure roestbestendigheid vanwege de verbeterde chemische samenstelling.
Austenitisch roestvrij staal en zijn laseigenschappen
Austenitisch roestvast staal bevat een hoog gehalte aan chroom en nikkel, waardoor bij kamertemperatuur doorgaans een volledig austenitische structuur ontstaat. Dit staal biedt uitstekende plasticiteit, taaiheid en corrosieweerstand. Tijdens het lassen brengt dit echter verschillende uitdagingen met zich mee:
Intergranulaire corrosie:
Wanneer austenitisch roestvast staal gedurende langere tijd binnen het temperatuurbereik van 450 tot 850 graden blijft, kunnen Cr23C6-carbiden neerslaan op de korrelgrenzen, waardoor chroomarme zones ontstaan en intergranulaire corrosie ontstaat. Preventieve maatregelen zijn onder meer het gebruik van lasmaterialen met een ultralaag koolstofgehalte of gestabiliseerde materialen met elementen zoals titanium of niobium, het toepassen van lastechnieken met lage warmte-inbreng en het uitvoeren van een behandeling na het lassen.
Hete scheuren:
Vanwege de hoge thermische uitzettingscoëfficiënt ondervindt austenitisch roestvast staal aanzienlijke krimpspanningen tijdens het afkoelen, waardoor het gevoelig is voor warmscheuren. Om dit te voorkomen kan de samenstelling van het lasmetaal worden aangepast om een duplexstructuur te vormen, waarbij het ferrietgehalte tussen 3% en 5% wordt geregeld. Bovendien kan het selecteren van de juiste elektrodecoating het risico op barsten verminderen.
Spanningscorrosiescheuren:
Lasverbindingen in austenitisch roestvrij staal kunnen vertraagde scheurvorming vertonen onder trekspanning in specifieke corrosieve omgevingen. Preventieve strategieën omvatten het selecteren van compatibele lasmaterialen, het zorgen voor een goede afstemming tussen de las en het basismetaal, het gebruik van geschikte lasprocessen en het toepassen van spanningsverlichting na het lassen.
Slechte lasvorming:
Vanwege het hoge legeringsgehalte en de lage vloeibaarheid van het gesmolten bad kan austenitisch roestvast staal resulteren in een slechte kwaliteit van het lasoppervlak. Om de lasvorming te verbeteren, kunnen technieken worden gebruikt zoals Tungsten Inert Gas (TIG)-lassen voor grondlagen, het regelen van het sensibiliseringstemperatuurbereik van de door hitte beïnvloede zone en het toepassen van smalle lasrupstechnologie.
Ferritisch roestvrij staal en zijn laseigenschappen
Ferritisch roestvrij staal bevat 10,5% tot 30% chroom en heeft een op het lichaam gecentreerde kubusvormige roosterstructuur. Het bevat doorgaans geen nikkel, maar kan kleine hoeveelheden molybdeen, titanium of niobium bevatten voor verbeterde eigenschappen. Dit staal heeft een hoge thermische geleidbaarheid, lage thermische uitzetting en uitstekende weerstand tegen oxidatie en spanningscorrosie. De laseigenschappen omvatten:
Lasbaarheid:
Vanwege de lage thermische uitzettingscoëfficiënt heeft ferritisch roestvast staal de neiging lasspanningen te ontwikkelen, die scheuren kunnen veroorzaken. Voorverwarmen vóór het lassen en langzaam afkoelen daarna zijn essentieel om spanning te minimaliseren en scheuren te voorkomen.
Intergranulaire corrosie:
Ferritisch roestvast staal is gevoelig voor interkristallijne corrosie, vooral als het koolstofgehalte hoog is. Om dit risico te verkleinen wordt het gebruik van koolstofarme of gestabiliseerde lasmaterialen aanbevolen.
Corrosiebestendigheid:
Ferritisch roestvrij staal biedt een betere corrosieweerstand dan austenitisch316 roestvrij staal, vooral in omgevingen met een hoog chloorgehalte. Dit maakt het geschikt voor agressieve corrosieve omstandigheden.
Mechanische eigenschappen:
Ferritisch roestvrij staal heeft een iets hogere vloei- en treksterkte dan koolstofarm staal, maar een lagere ductiliteit. Er moet speciale aandacht worden besteed aan het behouden van de plasticiteit en taaiheid van de las tijdens het lassen.
Broosheid:
Ferritisch roestvrij staal kan bij kamertemperatuur bros worden, vooral hoog-chroomkwaliteiten. Het regelen van de afkoelsnelheid tijdens het lassen en het toepassen van de juiste warmtebehandeling na het lassen kan dit probleem verzachten.
Verbrossing bij hoge temperaturen:
Bij hogere temperaturen kan ferritisch roestvast staal verbrossing ervaren als gevolg van carbideprecipitatie. Dit risico kan worden geminimaliseerd door het koolstof- en stikstofgehalte van het staal te beheersen.
Martensitisch roestvrij staal en zijn laseigenschappen
Martensitisch roestvrij staal is een roestvrij staal met een hoog koolstofgehalte en een kubusvormige roosterstructuur in het midden van het lichaam. Het bereikt een hoge sterkte en hardheid door middel van warmtebehandeling, maar heeft een relatief lage plasticiteit en taaiheid. De belangrijkste laseigenschappen zijn onder meer:
Verhardingsneiging:
Martensitisch roestvrij staal heeft de neiging een harde en brosse martensitische structuur te vormen bij afkoeling na het lassen, waardoor het risico op broosheid en scheuren in lasverbindingen toeneemt.
Voorverwarmen en naverhittingsbehandeling:
Om de lasspanning te verminderen en scheuren te voorkomen, zijn voorverwarmen vóór het lassen en het toepassen van een warmtebehandeling na het lassen essentieel. Deze maatregelen helpen de taaiheid van het lasgebied te herstellen.
Lasscheuren:
Vanwege de hardbaarheid en lasspanning is martensitisch roestvast staal gevoelig voor koudescheuren, vooral als de voorverwarming en naverwarming niet correct worden uitgevoerd.
Selectie van lasmateriaal:
Het kiezen van de juiste lasmaterialen is van cruciaal belang. Elektroden met een laag waterstofgehalte of lasdraden die overeenkomen met de chemische samenstelling van het moedermateriaal worden doorgaans gebruikt om het risico op scheuren te verminderen.
Lasproces:
Het selecteren van het juiste lasproces, zoals booglassen of Tungsten Inert Gas (TIG) lassen, en het beheersen van de lasparameters zijn cruciaal voor het bereiken van laswerkzaamheden van hoge kwaliteit.
Koelsnelheid:
De afkoelsnelheid na het lassen heeft een aanzienlijke invloed op de laskwaliteit. Snelle afkoeling verhoogt het risico op verharding en scheuren, terwijl langzame afkoeling de taaiheid in het lasgebied kan verminderen.
Het garanderen van een hoge laskwaliteit en -prestaties betekent dus het selecteren van de juiste lasmaterialen, het controleren van de lasparameters en het uitvoeren van geschikte nabehandelingen. Een grondig begrip van de laseigenschappen van roestvrij staal is cruciaal voor het ontwerpen en vervaardigen van duurzame machines.
