Nerūsējošā tērauda metināšana
Tiek uzskatīts, ka nerūsējošajiem tēraudiem ir laba metināmība salīdzinājumā ar daudziem citiem metāliem, un tos var veiksmīgi metināt, izmantojot vairākas dažādas metodes ar pareiziem iestatījumiem un apstākļiem.
Austenīta nerūsējošie tēraudi
Vispārīgi runājot, austenīta nerūsējošais tērauds ir nejutīgs pret plaisāšanu pēc metināšanas. Tā kā tie nav sacietējami dzesēšanas laikā, tiem ir laba stingrība un elastība, vienlaikus nav nepieciešama termiskā apstrāde pirms vai pēc metināšanas. Tomēr atsevišķos apstākļos var rasties plaisāšana vai nu metinātajā šuvē (vai pildītājā) vai karstuma ietekmētajā zonā (HAZ).
Metinātā metāla sacietēšanas plaisāšana ir lielāka iespējamība pilnībā austenīta konstrukcijās, kas ir jutīgākas pret plaisām nekā tajās, kurās ir neliels ferīta daudzums. Pilnībā austenīta kategorijas ietver 310, 320 un 330 kategorijas. Tomēr, tā kā visplašāk izmantotais austenīta nerūsējošais tērauds faktiski satur nelielu daudzumu ferīta, tas patiesībā ir mazāks jautājums, nekā šķiet pirmajā mirklī! Piemēram, sakausējums 316 saturēs no 3% līdz 10% ferīta. Fermonic 50 (XM-19, UNS S20910, 1.3964, Nitronic 50), Fermonic 60 (UNS S21800,Nitroniks 60) unSakausējums 254(UNS S31254, 1.4547, 254SMO, 6Mo) līdzīgi satur nelielu daļu ferīta. Šis nelielais ferīta mikrostruktūras daudzums spēj izšķīdināt piemaisījumus, kas var izraisīt starpdendritu plaisu veidošanos vai zemas kušanas temperatūras segregātus. Tie ir saistīti ar fosfora vai sēra klātbūtni, ko uzskata par trampliem elementiem, jo tie netiek pievienoti apzināti, bet tiek savākti no sākuma lūžņiem, izejvielām un procesa.
Oglekļa klātbūtne austenīta nerūsējošajos tēraudos var izraisīt starpkristālu koroziju metinātajā metālā vai HAZ pēc metināšanas. Hroma karbīdi veidojas pie austenīta nerūsējošā tērauda graudu robežām temperatūras diapazonā no 550 līdz 900 grādiem. Tas nozīmē, ka apgabalos, kas ieskauj karbīdus, tagad ir mazāks hroma saturs, jo hroma difūzija pamatmetālā ir ļoti lēna. Tāpēc šīs zonas ar mazāku hroma saturu ir mazāk izturīgas pret koroziju, un šeit, visticamāk, sāksies jebkura korozija. Šo parādību var izraisīt metināšanas laikā piedzīvotā temperatūra, un to sauc par sensibilizāciju.
Zemāks oglekļa saturs samazinās sensibilizācijas iespējamību pēc metināšanas. Tāpēc ir pieejamas daudzas standarta kategorijas ar ievērojami zemāku oglekļa saturu, piemēram,Sakausējums 316L(C < {0}},03%), salīdzinot ar sakausējumu 316 (C < 0,08%).
Stabilizētās markās, piemēram, Alloy 316Ti, tiek izmantotas titāna piedevas, lai uzlabotu īpašības paaugstinātā temperatūrā. Tas arī samazina sensibilizāciju, jo jebkurš metālā esošais ogleklis vēlams apvienoties ar titānu, nevis hromu.
Visbeidzot, ja austenīta nerūsējošais tērauds ilgstoši tiek pakļauts temperatūrai starp 550-900°C, tad no neliela ferīta daudzuma ir iespējams izveidot kaitīgo sigmas fāzi. Šis mehānisms ir aprakstīts zemāk dupleksajiem nerūsējošajiem tēraudiem.
Dupleksais un superdupleksais nerūsējošais tērauds
Tāpat kā ar visizplatītākajiem austenīta nerūsējošajiem tēraudiem, neliela ferīta klātbūtne mikrostruktūrā var palīdzēt ierobežot karstās plaisāšanas iespējamību metināšanas laikā. Ņemot vērā, ka dupleksajos un superdupleksajos nerūsējošajos tēraudos ir gandrīz vienāds austenīta un ferīta īpatsvars, tas noteikti nav problēma. Tāpēc dupleksie tēraudi ir viegli metināmi, taču metināšanas procedūrai jābūt kvalificētai un kontrolētai, lai izvairītos no nevēlamu mikrostruktūru veidošanās.
Galvenā problēma ar dupleksajiem nerūsējošajiem tēraudiem ir to tieksme veidot sigma fāzes mikrostruktūru no ferīta pārveidošanas. Šī transformācija notiek dažādās temperatūrās un laikos, kā vislabāk parādīts TTT (temperatūras-laika transformācijas) diagrammā. Sigma ir nemagnētiska intermetāliska fāze, kas bagāta ar dzelzi un hromu. Apgabalos ap sigmas fāzi būs mazāks hroma saturs, un līdz ar to arī daudz zemāka izturība pret koroziju. Turklāt ferīta pārveide par sigmu var radīt tukšumus, kas izraisa plaisas un ievērojamu mehāniskās izturības un īpaši triecienizturības kritumu. Tāpēc duplekso un superduplekso nerūsējošā tērauda lieliskā izturība pret koroziju un mehāniskās īpašības tiek pilnībā liegtas, ja tie tiek pakļauti augstākai temperatūrai.
TTT diagramma liecina, ka Ferralium 255 (UNS S32550, F61, 1,4507) ir nedaudz mazāka par sigmu nekā S32760 (F55, 1,4501, Zeron 100), S32750 (F53, 1,4410, SAF2507) vai S32205 (F51, 1,4462, DuPlex 2205555555555555555555555555555550 (F51, 1,4462, DuPlex 220555555555555555555555555555555555505 (F51, 1,4462, DuPlex 2205 220555555555555505) ) atzīmes.
Lai izvairītos no sigmas veidošanās, ir jākontrolē metināšanas apstākļi, lai ierobežotu laiku temperatūrā. Kā parādīts TTT diagrammā, relatīvi īsāki laika periodi 800-900°C vai ap to var veidot sigmas fāzi. Tā kā pamatmetāla izmērs ir salīdzinoši liels, salīdzinot ar metinājuma laukumu, metināšanas siltums parasti tiek izkliedēts diezgan ātri. Ilgāki laika periodi zemākā temperatūrā galu galā var izraisīt tādu pašu mikrostrukturālo transformāciju. Tāpēc daudzkārtu metināšanas šuvēm ir svarīgi ierobežot metināšanas temperatūru. To var panākt, samazinot metināšanas siltuma padevi, nodrošinot dzesēšanas pakāpi vai pauzes starp gājieniem.
Otrs galvenais izaicinājums duplekso un superduplekso nerūsējošā tērauda metināšanai ir līdzsvarota austenīta: ferīta mikrostruktūras saglabāšana. Metinātā metāla zonā parasti ir slāpekļa zudumi. Tā kā slāpeklis ir austenīta stabilizators, slāpekļa zudums no metināšanas vietas veicina lielāku ferīta īpatsvaru, kā rezultātā tiek zaudētas mehāniskās un korozijas īpašības. To var novērst, izvēloties pildmetālu, kas ir pārāk leģēts, ti, ar lielāku niķeļa procentuālo daudzumu (citu austenīta stabilizatoru) vai izmantojot slāpekli kā aizsarggāzi, lai metinātais metāls uzņemtu nelielu daudzumu slāpekļa.
