Nehrdzavejúca oceľ je typ ocele, ktorá obsahuje chróm, ktorý jej dodáva silnú odolnosť proti hrdzi. Na základe svojej štruktúry je nehrdzavejúca oceľ klasifikovaná do štyroch hlavných typov: austenitická, feritická, martenzitická aduplexná nehrdzavejúca oceľ. Každý typ má jedinečné vlastnosti a špecifické požiadavky na zváranie.
Nerezová oceľ sa vyrába pridaním chrómu do ocele, čím sa vytvorí pasivovaný stav, vďaka ktorému je materiál odolný voči hrdzi. Aby bola táto vlastnosť účinná, musí byť obsah chrómu aspoň 12 %. Na ďalšie zvýšenie odolnosti proti korózii sa často pridávajú prvky ako nikel a molybdén na posilnenie pasivačnej vrstvy.
Vo všeobecnosti "nehrdzavejúca oceľ" vo všeobecnosti zahŕňa nehrdzavejúcu aj kyselinovzdornú oceľ. Zatiaľ čo nehrdzavejúca oceľ nie je vždy odolná voči kyselinám, oceľ odolná voči kyselinám zvyčajne ponúka vynikajúcu odolnosť proti hrdzi vďaka svojmu lepšiemu chemickému zloženiu.
Austenitická nehrdzavejúca oceľ a jej zváracie charakteristiky
Austenitická nehrdzavejúca oceľ obsahuje vysoký podiel chrómu a niklu, pričom pri izbovej teplote zvyčajne vytvára plne austenitickú štruktúru. Táto oceľ ponúka vynikajúcu plasticitu, húževnatosť a odolnosť proti korózii. Počas zvárania však predstavuje niekoľko problémov:
Medzikryštalická korózia:
Keď austenitická nehrdzavejúca oceľ zostáva v teplotnom rozsahu 450 stupňov až 850 stupňov počas dlhšieho obdobia, karbidy Cr23C6 sa môžu vyzrážať na hraniciach zŕn, vytvárať zóny ochudobnené o chróm a spôsobovať medzikryštalickú koróziu. Preventívne opatrenia zahŕňajú používanie zváracích materiálov s ultra nízkym obsahom uhlíka alebo stabilizovaných zváracích materiálov s prvkami, ako je titán alebo niób, aplikovanie zváracích techník s nízkym vstupom tepla a vykonávanie úpravy roztoku po zváraní.
Horúce trhliny:
Vďaka vysokému koeficientu tepelnej rozťažnosti je austenitická nehrdzavejúca oceľ vystavená značnému namáhaniu zmršťovaním počas chladenia, vďaka čomu je náchylná na praskanie za tepla. Aby sa tomu zabránilo, zloženie zvarového kovu možno upraviť tak, aby vytvorilo duplexnú štruktúru s obsahom feritu kontrolovaným medzi 3 % a 5 %. Okrem toho výber vhodného povlaku elektródy môže znížiť riziko praskania.
Praskanie spôsobené koróziou:
Zvarové spoje v austenitickej nehrdzavejúcej oceli môžu zaznamenať oneskorené praskanie pri namáhaní v ťahu v špecifických korozívnych prostrediach. Preventívne stratégie zahŕňajú výber kompatibilných zváracích materiálov, zabezpečenie správnej zhody medzi zvarom a základným kovom, používanie vhodných zváracích procesov a aplikáciu úpravy na uvoľnenie napätia po zváraní.
Slabá tvorba zvaru:
Kvôli vysokému obsahu zliatin a nízkej tekutosti roztaveného kúpeľa môže austenitická nehrdzavejúca oceľ viesť k zlej kvalite povrchu zvaru. Na zlepšenie tvorby zvaru je možné použiť techniky, ako je zváranie volfrámovým inertným plynom (TIG) pre koreňové priechody, riadenie teplotného rozsahu senzibilizácie tepelne ovplyvnenej zóny a aplikácia technológie úzkej zvarovej húsenice.
Feritická nehrdzavejúca oceľ a jej zváracie vlastnosti
Feritická nehrdzavejúca oceľ obsahuje 10,5 % až 30 % chrómu a má kubickú mriežkovú štruktúru so stredom tela. Typicky neobsahuje nikel, ale môže obsahovať malé množstvá molybdénu, titánu alebo nióbu na zlepšenie vlastností. Táto oceľ má vysokú tepelnú vodivosť, nízku tepelnú rozťažnosť a vynikajúcu odolnosť proti oxidácii a korózii pod napätím. Jeho zváracie vlastnosti zahŕňajú:
Zvárateľnosť:
Vďaka nízkemu koeficientu tepelnej rozťažnosti má feritická nehrdzavejúca oceľ tendenciu vytvárať zváracie napätia, ktoré môžu spôsobiť praskanie. Predhrievanie pred zváraním a pomalé ochladzovanie po ňom sú nevyhnutné na minimalizáciu napätia a zabránenie praskaniu.
Medzikryštalická korózia:
Feritická nehrdzavejúca oceľ je náchylná na medzikryštalickú koróziu, najmä ak je obsah uhlíka vysoký. Na zníženie tohto rizika sa odporúča používať nízkouhlíkové alebo stabilizované zváracie materiály.
Odolnosť proti korózii:
Feritická nehrdzavejúca oceľ ponúka lepšiu odolnosť proti korózii ako austenitickáNerezová oceľ 316najmä v prostrediach s vysokým obsahom chlóru. Vďaka tomu je vhodný do agresívnych korozívnych podmienok.
Mechanické vlastnosti:
Feritická nehrdzavejúca oceľ má mierne vyššiu klznosť a pevnosť v ťahu ako nízkouhlíková oceľ, ale nižšiu ťažnosť. Osobitná pozornosť by sa mala venovať zachovaniu plasticity a húževnatosti zvaru počas zvárania.
Krehkosť:
Feritická nehrdzavejúca oceľ môže pri izbovej teplote skrehnúť, najmä ak ide o ocele s vysokým obsahom chrómu. Riadenie rýchlosti ochladzovania počas zvárania a aplikácia vhodného tepelného spracovania po zváraní môže tento problém zmierniť.
Krehkosť pri vysokej teplote:
Pri zvýšených teplotách môže feritická nehrdzavejúca oceľ skrehnúť v dôsledku precipitácie karbidov. Toto riziko možno minimalizovať kontrolou obsahu uhlíka a dusíka v oceli.
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ a jej zváracie vlastnosti
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ je vysoko uhlíková nehrdzavejúca oceľ s kubickou mriežkovou štruktúrou so stredom tela. Tepelným spracovaním dosahuje vysokú pevnosť a tvrdosť, ale má relatívne nízku plasticitu a húževnatosť. Medzi hlavné vlastnosti zvárania patria:
Tendencia tvrdnutia:
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ má tendenciu vytvárať tvrdú a krehkú martenzitickú štruktúru po ochladení po zváraní, čím sa zvyšuje riziko krehkosti a praskania vo zvarových spojoch.
Predhrievanie a následné tepelné spracovanie:
Na zníženie napätia pri zváraní a zabránenie praskaniu je nevyhnutné predhriatie pred zváraním a aplikácia tepelného spracovania po zváraní. Tieto opatrenia pomáhajú obnoviť húževnatosť zváranej oblasti.
Trhliny pri zváraní:
Martenzitická nehrdzavejúca oceľ je vzhľadom na svoju prekaliteľnosť a namáhanie pri zváraní náchylná na praskanie za studena, najmä ak sa predhrievanie a následné tepelné spracovanie nevykonáva správne.
Výber zváracieho materiálu:
Dôležitý je výber vhodných zváracích materiálov. Na zníženie rizika praskania sa zvyčajne používajú elektródy s nízkym obsahom vodíka alebo zváracie drôty zodpovedajúce chemickému zloženiu základného materiálu.
Proces zvárania:
Výber správneho zváracieho procesu, ako je oblúkové zváranie alebo zváranie volfrámovým inertným plynom (TIG), a kontrola parametrov zvárania sú kľúčové pre dosiahnutie vysoko kvalitných zvarov.
Rýchlosť chladenia:
Rýchlosť ochladzovania po zváraní výrazne ovplyvňuje kvalitu zvaru. Rýchle chladenie zvyšuje riziko stvrdnutia a praskania, zatiaľ čo pomalé chladenie môže znížiť húževnatosť v oblasti zvárania.
Takže zabezpečenie vysokej kvality a výkonu zvárania zahŕňa výber vhodných zváracích materiálov, kontrolu parametrov zvárania a vykonávanie vhodných úprav po zváraní. Dôkladné pochopenie zváracích vlastností nehrdzavejúcej ocele je rozhodujúce pre navrhovanie a výrobu odolných strojov.
