Svařitelnost korozivzdorných ocelí FAKULTA STROJNÍ, ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE L. Kolařík
Rozdělení ocelí podle struktury (podle chemického složení) Podle obsahu legujících prvků můžeme dosáhnout různých typů mikrostruktur které dávají různé vlastnosti Feritické oceli (Cr, Cr-Mo) Martenzitické oceli (Cr, Cr- Mo + C) Austenitické oceli (Cr-Ni +Mo, Mn) A-F duplexní oceli Feritická Austenitická Duplexní Martenzitická
Rozdělení podle TNI CEN ISO/TR 15 608 Svařování Směrnice pro zařazování kovových materiálů do skupin 7. Feritické, martenzitické a precipitačně vytvrzené chrómové korozivzdorné oceli s C 0,35% a 10,5% Cr 30,0% 7.1 feritické korozivzdorné oceli 7.2 martenzitické korozivzdorné oceli 7.3 feritické, martenzitické a precipitačně vytvrzované oceli 8. Austenitické korozivzdorné oceli, 8.1 Austenitické korozivzdorné oceli s Cr 19 % 8.2 Austenitické korozivzdorné oceli s Cr > 19 % 8.3 Manganové austenitické oceli s 4 < Mn 12 % 10. Austeniticko-feritické (duplexní) oceli. 10.1 Austenitickoferitické korozivzdorné oceli Cr 24,0 % 10.2 Austenitickoferitické korozivzdorné oceli Cr > 24,0 %
Základní vlastnosti korozivzdorných ocelí Korozivzdornost schopnost oceli vytvářet na povrchu pasivační vrstvu, která dává těmto ocelím odolnost proti elektrochemické korozi v oxidačních prostředích (vzduch, vodní pára, páry chloru) Podmínka pasivace oceli: obsah Cr v tuhém roztoku musí být větší než 11,7 hm.%!!! Žáruvzdornost odolnost vůči oxidaci a korozi (chemické) za zvýšených teplot (nad 600 C) - Cr, Si, Al
Rozdělení legujících prvků 1. Skupina austenitotvorných prvků rozšiřují oblast austenitu Fe γ C, Ni, Mn, Cu, N 2. Skupina feritotvorných prvků zužují v rovnovážném diagramu oblast austenitu Feγ, zvětšují oblast feritu Fe α Cr, Mo, Si, Al, W, Ti, Nb, V
Vyjádření vlivu chemického složení Chromový ekvivalent : = vyjádření vlivu feritotvorných prvků CrE = Cr + Mo + 0,5 W + V +1,5 Si + 0,5 Nb + Ti [hm %] Niklový ekvivalent : = vyjádření vlivu austenitotvorných prvků NiE = Ni + 30 C + 0,5 Mn [hm %]
Schaefflerův konstituční diagram
Schaefflerův konstituční diagram
De Longův diagram
De Longův diagram A + M
Austenitické Cr-Ni oceli + výborná svařitelnost (za dodržení specifických podmínek) + vysoká houževnatost + vysoká žáruvzdornost (až do 1150 C) + žáropevnost (až do 750 C) vysoká cena (velké množství Ni) nižší mez kluzu špatná tepelná vodivost obtížná obrobitelnost nejsou feromagnetické, jen paramagnetické sklon ke koroznímu praskání pod napětím Používají se v chemickém průmyslu (bez přítomnosti síry), tlak. nádoby, potrubí a zařízení pro potravinářský průmysl a energetiku, jako součásti sklářských a keramických pecí, na topné odpory, kuchyňské náčiní atd.
Austenitické Cr-Ni oceli Typické chemické složení - 16-28 % Cr, - 6-34 % Ni, - 0-6 % Mo, - max. 0,2 % C - Obsahují nejméně 6% niklu!!! Vlastnosti Odolná proti všem druhům korozních prostředí, tvárná, houževnatá, vysoká tažnost a vrubová houževnatost za nízkých teplot (-196ºC), náchylná ke vzniku trhlin za tepla, často obsahuje 2-8 % feritu Nemaganetická
Austenitické Cr-Ni oceli Typické chemické složení - 16-28 % Cr, - 6-34 % Ni, - 0-6 % Mo, - max. 0,2 % C - Obsahují nejméně 6% niklu!!! Vlastnosti Odolná proti všem druhům korozních prostředí, tvárná, houževnatá, vysoká tažnost a vrubová houževnatost za nízkých teplot (-196ºC), náchylná ke vzniku trhlin za tepla, často obsahuje 2-8 % feritu Nemaganetická
Nejpoužívanější typy austenitických ocelí ASTM AISI Sk. dle 15 608 ČSN EN 10 027-1 ČSN EN 10 027-2 304 8.1 X5CrNi18-10 1.4301 304L 8.1 (8.2) X2CrNi19-11 1.4306 316 8.1 X5CrNiMo17-12-2 1.4401 316L 8.1 X2CrNiMo17-12-2 1.4404 321 8.1 X6CrNiTi18-10 1.4541 347 8.1 X6CrNiNb17-12-2 1.4550 Austenitické korozivzdorné oceli s Cr 19 hmot. % ASTM AISI Sk. dle 15 608 ČSN EN 10 027-1 ČSN EN 10 027-2 309 8.2 X15CrNiSi20-12 1.4828 314 8.2 X15CrNiSi25-20 1.4841 Austenitické korozivzdorné oceli s Cr > 19 hmot. %
Hlavní problémy při svařování Náchylnost k tvorbě trhlin za tepla (krystalizační a likvační), příčinou jsou prvky S, P, Si, Ti, Nb, Precipitace karbidů MKK (nestabilizované oceli) Vznik σ fáze zkřehnutí (při vysokých obsazích Cr,Mo, Si)
Doporučení pro svařování austenitických ocelí Snížit možnost vzniku trhlin za tepla: Svařování bez předehřevu, Limitovat tepelný příkon - max. 15 kj/cm Předepsat teplotu interpass na max. 150 C. TZ po svařování obvykle neaplikujeme (příp. rozpouštěcí žíhání) = žíhání při teplotě 1050 1100 C s následným prudkým ochlazením ve vodě V případě, že není možné použít TZ je vhodné použít stabilizované materiály nebo materiály s nízkým obsahem C PM volit stejného chemického složení + vhodný je obsah δ feritu cca 2-6%
Sigma fáze - Fáze SIGMA je tvrdá a křehká intermetalická sloučenina, která vzniká v intervalu teplot 500 až 800 C místním přelegováním Cr (obsah Cr nad 25 hm. %) - Na vznik této fáze jsou náchylné oceli se zvýšeným obsahem Cr - Důvodem vzniku může být příliš velký obsah delta feritu v austenitické struktuře = příčina zkřehnutí vysokolegovaných ocelí
Náchylnost k MKK Závislost náchylnosti MKK na čase ukazují tzv. Rollandsonovy C křivky 1 nestabilizovaná ocel 2 stabilizovaná ocel Teorie ochuzení 1 2
Doporučení pro svařování austenitických ocelí Vhodná příprava svarových ploch (EN ISO 9692) Vzhledem k velkému teplotnímu koeficientu roztažnosti se doporučuje svařovat tenké plechy na chladící podložce Limitovat vnesené teplo Použití vhodných WPS Použití vhodných svařovacích materiálů (PM, ochranné plyny) Použití vhodných plynů obsahujících příměsi N 2 a CO 2, Dodržovat zásady pro svařování
Metody svařování MMA TIG (WIG) MAG SAW
Využití Schaefflerova diagramu
Děkuji za pozornost doc. Ing. Ladislav Kolařík, Ph.D., IWE Ústav strojírenské technologie + 420 224 352 619, ladislav.kolarik@fs.cvut.cz