IWE III 2.16 1

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

STALE WYSOKOSTOPOWE

(NIERDZEWNE)

IWE III

8 godz.

IWE III 2.16 2

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Grupy stali Cr-Ni:

¾ Cr

4

÷ 27 % Cr

¾ Cr – Ni 18

÷ 26 % Cr + 0 ÷37 % Ni

Dodatki: Mn, Si, Mo, Ti, Nb, Cu, V, W

Zastosowanie:

¾ stale nierdzewne, gdy Cr >12%

¾ żaroodporne

¾ nierdzewne i kwasoodporne

IWE III 2.16 3

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

IWE III 2.16 4

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Wykres Schaefflera

IWE III 2.16 5

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Struktura stali:

¾ ferrytyczne

¾ austenityczne

¾ ferrytyczno – austenityczne (mała zawartość ferrytu)

¾ ferrytyczno – austenityczne DUPLEX (duża zawartość ferrytu)

¾ martenzytyczne

¾Martenzytyczne z miękkim martenzytem

¾martenzytyczno – ferrytyczne (półferrytyczne)

Własności cieplno-fizyczne:

¾ duży współczynnik rozszerzalności cieplnej

¾ mały współczynnik przewodzenia ciepła

IWE III 2.16 6

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

IWE III 2.16 7

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Stale nierdzewne

Rodzaj stali

Możliwe wady

Wpływ wad na złącze

Cr -martenzytyczne

Podhartowania

Naprężenia strukturalne

Pęknięcia zimne

B. Ograniczona

spawalność

Rozrost ziaren,

Wydzielenia węglików.

Pęknięcia na zimno,

korozja

Ograniczona

spawalność

Cr -ferrytyczne

Cr-Ni

z miękkim martenzytem

Naprężenia strukturalne

Pęknięcia na zimno

Stosunkowo

dobra spawalność

Cr-Ni-Mo

Austenityczno-ferrytyczne

Rozrost ziaren,

Wydzielenia,

Ferrytyzacja,

Korozja, kruchość,

Pęknięcia na zimno

Dobra spawalność

Cr-Ni-Mo

austenityczne

Eutektyki,

Wydzielenia węglikowe,

Wydzielenia fazowe.

Pęknięcia na gorąco,

Korozja, kruchość

B. Dobra

spawalność

IWE III 2.16 8

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

¾ martenzytyczne

¾ pół ferrytyczne (martenzyt + ferryt)

¾ ferrytyczne

Stale Cr:

-

silne hartowanie na martenzyt,

- wymagane: podgrzewanie T~300ºC

odpuszczanie T~700

÷750ºC

temp. pracy < 620

0

C

Cr = 4

÷ 10%

-

hartowanie na martenzyt lub martenzyt + ferryt

- wymagane: podgrzewanie T~300ºC

odpuszczanie T~650

÷750ºC

-spoiwa o składzie MR, gdy ważna jest odporność na obciążenia
dynamiczne,

-Spoiwa austenityczne, w innych przypadkach.

Cr = 11

÷ 18%

C

≈ 0,1%

-Zastosowanie: łopatki turbin, wały pomp, zawory, tłoczyska, noże,
nożyce, narzędzia hirurgiczne, łożyska (wyższa zawartość C)

Wpływ C: Zwiększenie zawartości C powoduje wzrost zawartości martenzytu

gdy C<0,4% stal do ulepszania cieplnego , C>0,4 do 1,2% -hartowanie

IWE III 2.16 9

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

- struktura ferrytyczna

- kruchość wywołana rozrostem ziaren

-temperatura podgrzewania wstępnego – 200 – 300

0

C

-Stosować niską energię liniową,

-Spoiwo o składzie MR, gdy styka się z gazami
zawierającymi siarkę lub nawęglającymi,

-Po spawaniu obróbka cieplna 700- 750

0

C,

-Elektrody i topniki suszyć przed spawaniem.

-Spawalność ograniczona.

Stale X6Cr13, X10Cr13, X6Cr17,

Zastosowanie: rafinerie, wyposażenie hotelowe – noże,
sztućce, itp..

Cr = 18

÷ 28%

C

≈ 0,1%

IWE III 2.16 10

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Stale chromowe

Stale odporne na korozję (nierdzewne i kwasoodporne) wg PN-71/H-86020 oraz stale

żaroodporne wg PN-71/H-86022.

Znak stali

Zawartość, %

Stale

żaroodpornych

C

Mn, maks.

Si

P, maks. S, maks.

Cr

Ni, maks.

inne

OH13 ......................

maks. 0,08

0,8

maks. 0,8

0,040

0,030

12,0

÷14,0

0,6

—

OH13J ..…..............

maks. 0,08

1,0

maks. 1,0

0,040

0,030

11,5

÷14,0

0,6

0,1

÷0,3 Al

1H13

......................

0,09

÷0,15

0,8 maks.

0,8

0,040 0,030

12,0

÷14,0

0,6

—

H17 ........................

maks. 0,10

0,10

maks. 0,8

0,040

0,030

16,0

÷18,0

0,6 —

OH17T ....………...

maks. 0,08

0,8

maks. 0,8

0,040

0,030

16,0

÷18,0

0,6

(5 x C%) Ti do 0,8

H5M (650

°C) ..........

maks. 0,15

0,5

maks. 0,5

0,035

0,030

4,5

÷6,0

0,5

0,45

÷0,60 Mo

H6S2 (800

°C) ..…...

maks. 0,15

0,7

1,5

÷2,0

0,040 0,030 5,0

÷6,5

0,6 —

2H17

(850

°C) ..…....

maks. 0,15

0,7

maks. 1,2

0,040

0,030

16,0

÷18,0

0,6 —

H13JS (950°C) ……

maks. 0,12

0,8

1,0

÷1,3 0,040 0,030 12,0÷14,0

0,5 0,8

÷1,1 Al

H18JS

(1050°C)

….

maks.

0,12

0,8 0,8

÷1,1

0,040 0,030

17,0

÷19,0

0,5

0,7

÷1,2 Al

H24JS (1200°C) ….

maks. 0,12

1,0

1,3

÷1,6

0,045 0,030

23,0

÷25,0

0,5

1,3

÷1,6 Al

H25T(1100°C) …..

maks. 0,15

0.8

maks. 1,0

0.045

0.030

24,0

÷27,0

0,6 (4

x

C%)

Ti

do

0,8

Nierdzewne

Ż

aroodporne

IWE III 2.16 11

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Metody spawania:

¾ MMA

¾ MIG (Ar, Ar+CO

2

, Ar+O

2

)

¾ TIG

Materiały dodatkowe do spawania stali chromowych.

Znak stali

Elektrody (spawanie ręczne)

Druty (spawanie metodą

TIG i MIG)

OH13 .............................. ES18-8-6B lub ES13CrB, ES018-8R

OH13J ............................ ES18-8-6B lub ES13CrR, ES018-8R

1H13 ............................... ES18-8-6B lub ES18-8R, ES18-8B

H17 ................................. ES18-8-6B lub ES17CrB, ES018-8R

OH17T ........................... ES18-8-6B lub ES17CrB, ES018-8R

Sp06H19N9

H5M................................ ES5CrMoB, ES18-8-6B, ES18-8R, ES18-8B

Sp20H23N18

H6S2 .............................. ES18-8

-

6B

Sp06H19NllM2

2H17................................ ES18-8

-

6B

H13JS ............................. ES18-8-6B lub ES13CrR, ES018-8R

H18JS ............................. ES18-8-6B, ES24

-

18B

H24JS ............................. ES18-8-6B, ES24

-

18B

H25T .............................. ES18-8-6B, ES24

-

18B

IWE III 2.16 12

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Struktura stali Cr – Ni:

¾ austenit

¾ austenit + ferryt

Problemy spawalnicze:

¾ korozja (ogólna, międzykrystaliczna, naprężeniowa),

¾ faza

σ i δ,

¾ pękanie na gorąco.

IWE III 2.16 13

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Korozja stali Cr-Ni

Korozja ogólna:

¾ zależna od składu chemicznego,

¾struktury,

¾stanu powierzchni

Stan powierzchni:

¾ technika spawania,

¾ rodzaj otuliny (rutylowe – wyższa gładkość).

IWE III 2.16 14

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Korozja międzykrystaliczna.

Powstaje na granicach ziaren wskutek zubożenia ziaren austenitu w
chrom w warstwie przypowierzchniowej jako skutek wydzielania się
węglików chromu.

Schemat rozkładu chromu w ziarnie
austenitu stali 18-8 po nagrzaniu w
krytycznym zakresie temperatur;

1- ziarno austenitu,

2- węgliki chromu i żelaza

3- strefa ziarna zubożonego w chrom

4- rozkład chromu w ziarnie austenitu

IWE III 2.16 15

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Wpływ temperatury i czasu na
skłonność do korozji
międzykrystalicznej stali 18-8.

Schemat korozji
międzykrystalicznej stali
chromowo – niklowej.

IWE III 2.16 16

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Ograniczenie uwrażliwienia na korozję:

¾ ograniczenie C<0,02%,

¾ stabilizacja austenitu Ti, Nb, Ta - wiążą węgiel i nie dopuszczają do tworzenia C – Cr

¾ Sposobem na uwolnienie się od uwrażliwienia na korozję międzykrystaliczną
jest też przesycanie z temperatury powyżej 1000

o

C.

Przy spawaniu należy dążyć do szybkiego chłodzenia,

Niedopuszczalne jest podgrzewanie wstępne i spawanie z dużą energią
liniową. Temperatura międzyściegowa Tm<150

o

C,

Dla uniknięcia wchłaniania węgla i azotu należy unikać zanieczyszczeń w
spoinie i SWC – stosować gazy osłonowe o zawartości CO

2

<2,5%.

IWE III 2.16 17

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Stale odporne na korozję (nierdzewne i kwasoodporne) wg PN-71/H-86020 oraz stale żaroodporne wg PN-71/H-86022

Stale

Znak

Zawartość, %

stali

C

Mn

Si

P, maks.

S, maks.

Cr

Ni

inne

OH17N4G8 ...……. maks. 0,07

7,0

÷9,0

maks. 0,8

0,050

0,030

16.0

÷18.0 4,0÷5.0 0,12÷0,25 N

1H17N4G9 ...…….. maks. 0,12

8,0

÷10,5

maks. 0,8

0,050

0,030

16,0

÷18,0 3,5÷4,5 0,15÷0,25 N

1H18N9 ....………... maks. 0,12

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045 0,030

17,0

÷19,0 8,0÷10,0

—

OH18N9 ...………... maks. 0,07

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045 0,030

17,0

÷19,0 9,0÷11,0

—

OOH18N10 ...…….. maks. 0,03

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045 0,030

17,0

÷19,0 10,0÷12,5

—

1H18N9T ...………. maks. 0,10

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045 0,030

17,0

÷19,0 8,0÷10,0

(5xC%)Ti do 0,8

OH18N10T ............ maks. 0,08

maks. 2,0

maks. 0,8

0.045 0,030

17,0

÷19,0 9,0÷11,0

(5 x C%) Ti do 0,7

1H18N12T ...……... maks. 0,10

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045 0,030

17,0

÷19,0 11,0÷13,0 (5 x C%) Ti do 0,8

OH18N12Nb .…….. maks. 0,08

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045

0,030

17,0

÷19,0 10,0÷13,0 (10xC%) Nb do 1,1

H18N10MT ………. maks. 0,10

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045

0,030

17,0

÷20.0 9,0÷11,0 1,5÷2,2 Mo

(5 x C%) Ti do 0,8

H17N13M2T .…….. maks. 0,08

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045

0,030

16,0

÷18,0 11,0÷14,0 2÷2,5 Mo

(5xC%)Ti

do

0,7

OOH17N14M2 …… maks. 0,03

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045

0,030

16,0

÷18,0 12,0÷15,0 2,0÷2,5 Mo

OH17N16M3T ....... maks. 0,08

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045 0,030

16,0

÷18,0 14,0÷16,0 0.3÷0,6 Ti

3,0

÷4,0 Mo

OH23N28M3TCu ... maks. 0,06

maks. 2,0

maks. 0,8

0,045

0,030

22,0

÷25.0 26,0÷29,0 0,5÷0,9 Ti

2,5

÷3.0 Mo

2,5

÷3,5 Cu

OH22N24M4TCu ... maks. 0,06

1,2

÷2,0 0,17÷1,0

0,045 0,030

20,0

÷22,0 24,0÷26,0

(5xC%)Ti do 0,7

4,0

÷5,0 Mo

N

ier

d

ze

w

ne

i k

w

as

oo

d

p

orn

e

1,3

÷1,8 Cu

H26N4 ...………….. maks. 0,20

maks. 0,8

maks. 2,5

0,045 0,030

24.0

÷28,0 4,0÷5,0

Dopuszcza się

H18N9S ................. 0,10

÷0,20 maks. 2,0

0,8

÷2,0

0,045 0,030

17,0

÷20,0 8,0÷11,0

zawartość Mo

H23N13 ................. maks. 0,20

maks. 2,0

maks. 1,0

0,045 0,030

22,0

÷25,0 12,0÷15,0

i W maks. 0,5%

H20N12S2 ..……… maks. 0,20

maks. 1,5

1,8

÷2,5

0,045 0,030

19,0

÷22,0 11,0÷13,0

każdego

H23N18 ................. maks. 0,20

maks. 1,5

maks. 1,0

0.045 0,030

22,0

÷25,0 17,0÷20,0

i zawartość

H25N20S2 ............. maks. 0,20

maks. 1,5

2,0

÷3,0

0,045 0,030

24,0

÷27,0 18,0÷21,0 V maks. do 0,2%.

Ż

ar

ood

p

or

ne

H16N36S2 ...……... maks. 0,15

maks. 2,0

1,5

÷2,0

0,045 0,030

15,0

÷17,0 34,0÷37,0

IWE III 2.16 18

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Korozja naprężeniowa:

¾ środowisko z jonami chloru (ciecze i gazy),

¾ naprężenia.

¾Odporność na korozję naprężeniową można
zmniejszyć zmniejszając poziom naprężeń lub
zastosowanie stali o zwiększonej zawartości Ni.

Korozja wżerowa:

Zarodkowanie – od mikrowżerów

Występuje w SWC (najczęściej) stali stabilizowanych wskutek
rozpuszczenia TiC, NbC, TaC i wtórne wydzielenie Cr

x

C

y

N

Mo

Cr

PRE

N

30

3

,

3

+

+

=

Odporność większa dla większego PRE

N

IWE III 2.16 19

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Korozja nożowa – cechy charakterystyczne:

-w stalach o średniej i wysokiej zawartości C z Ti lub Nb,

-W przypadku działania stężonego gorącego kwasu azotowego,

-Występuje w wąskim obszarze SWC przylegającym do granicy stopienia,

-C ma niekorzystny wpływ podobnie jak w przypadku korozji międzykrystalicznej, ale w
tym przypadku nie można się od tego zjawiska uwolnić z użyciem obróbki cieplnej w
wysokiej temperaturze (przesycanie).

Mechanizm:

Przy nagrzaniu do około 1300

o

C nadtapiają się obszary na granicach ziaren i tworzy się

ciecz przesycona w C, Ti lub Nb. Wysoka koncentracja C i Ti lub Nb wynika z
zatrzymania się rozrostu ziaren na nie rozpuszczonych wydzieleniach (węglikach), które
w wysokiej temperaturze teraz się rozpuszczają. W wyniku szybkiego chłodzenia w
czasie spawania z cieczy wydzielają się węgliki w formie eutektyk. Są to złożone węgliki
tytanu lub niobu zawierające w roztworze nieco Cr i Fe. Ten typ węglików w postaci
dendrytycznej jest atakowany szczególnie przez kwas azotowy w bardzo wąskim
obszarze SWC a zniszczenie wygląda jak przecięcie nożem – stąd nazwa.

Wniosek: stale Cr-Ni austenityczne z Ti lub Nb nie powinny pracować w warunkach
kontaktu ze stężonym kwasem, szczególnie azotowym.

IWE III 2.16 20

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Faza σ i ferryt δ

Dla

∼ 40 ÷60%Cr w temperaturze 600

÷ 800°C, tworzy się FeCr (σ) Faza σ
ma dużą twardości i kruchość.

Na szybkość tworzenia σ wpływa:

¾ istnienie ferrytu

δ

,

¾ obecność naprężeń (zgniotu na zimno),

¾ miejscowe nagrzewanie (spawanie),

¾ obecność: Cr, Mo, Si, Ti, Nb.

IWE III 2.16 21

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Faza σ:

¾ kruchość na zimno (niska udarność),

¾ skłonność do korozji,

Zapobieganie:

¾ mała energia liniowa q

l

,

¾ unikanie przegrzewania nawet krótkotrwałego,

¾ unikanie powtórnego nagrzewania do 600

÷ 850°C,

¾ ograniczenie

δ

.

IWE III 2.16 22

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Pękanie na gorąco

Występuje:

¾ w spoinie, czasem w SWC,

¾ jako międzykrystaliczne,

¾ dla struktury czysto austenitycznej.

Sposoby zapobiegania:

¾ spoina o strukturze austenityczno – ferrytycznej (

δ= 3-15FN),

¾ ogólne znane sposoby wynikające z mechanizmu pękania gorącego,
głównie przez kształtowanie przekroju spoiny – stosunek szerokości do
głębokości spoiny = 1 – 1,5.

IWE III 2.16 23

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Wykres DeLonga - wpływ zawartości azotu

Ni equivalent= Ni + 30C +

30N

+ 0.5Mn

IWE III 2.16 24

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Wykres WRC 1992

IWE III 2.16 25

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Pomiary zawartości ferrytu

δ

¾ metalograficzne,

¾ magnetyczne,

Skale zawartości (miary)

¾ % zawartość ferrytu,

¾ FN – Liczba Ferrytowa.

IWE III 2.16 26

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Zaleznosc % ferrytu od FN

Liczba ferrytowa FN

Zawartosc ferrytu [%]

80.21

0

F FN

(

)

100

0

FN

IWE III 2.16 27

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Wpływ ferrytu na własności spoiny austenitycznej

Ferryt niepożądany:

-spoiny niemagnetyczne FN=0

-Szczególna odporność

na korozję FN<0,5

-Stosowanie w

b. Niskich T, FN<0,5

-Stosowanie w

b. Wysokich T, FN<0,5

W przypadku przekroczenia:

Własności magnetyczne,

Korozja selektywna,

Spadek udarności,

Wydzielenia fazowe

Korzystna mała

zawartość ferrytu:

-odp. Na pękanie grubych

elementów w wysokiej T, FN=5-15

-T eksploatacji= 100-400

0

C,

-Brak oddziaływania

środowiska na własności.

W przypadku przekroczenia:

-pękanie na gorąco (FN>15),

-Spadek udarności (FN>15),

-Wydzielenia fazowe (FN>14),

-Korozja selektywna (FN>15).

Konieczna duża ilość ferrytu:

-odporność na korozję

naprężeniową (FN=30-75),

-podwyższenie własności

mechanicznych (FN=30-75),

-Kompensacja stopnia

wymieszania w połączeniach

mieszanych (FN=15-25),

W przypadku przekroczenia:

-obniżenie odporności na

Korozję naprężeniową (FN<30),

- spadek udarności (FN>75),

-spadek własności (FN<30),

-Pękanie na gorąco (FN<15).

IWE III 2.16 28

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Spawanie stali Cr -Ni

9 MMA

9 TIG

9 MIG

9 SAW

9 inne

Uwaga

na duże

odkształcenia spawalnicze !!!

Zasady: ¾odpowiedni dobór spoiwa, (Skład chemiczny stopiwa

taki jak MR, zamiast Ti stosuje się Nb)

¾małe q

l,,

¾nie przegrzewać.

¾stosować osłonę grani spoiny (backing gas).

IWE III 2.16 29

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Materiały dodatkowe do spawania stali chromowo – niklowych.

Znak stali

Elektrody

(spawanie ręczne)

Druty (spawanie

metodą TIG i MIG)

Druty i topniki

(spawanie łukiem krytym)

OH17N4G8.................. ES018R-8R Sp06H19N9 Sp06H19N9

TASt11CrNi

1H17N4G9 ................. ES18-8-6B

Sp06H19N9

Sp06H19N9

ES18-8B

Spl6H19N9G7

ES18-8R

Sp20H20N9G6T

TASt11CrNi

1H18N9 ...................... ES18-8B

Sp06H19N9

TASt11CrNi

ES18-8R

Sp06H19N9

ES18-8NbB

ES18-8NbR

OH18N9 ..................... ES018-8R

Sp06H19N9

Sp06H19N9

TASt11CrNi

OOH18N10 ....……….. ES018-8R

Sp06H19N9

Sp06H19N9

TASt11CrNi

1H18N9T .................... jak 1H18N9

Sp06H19N9

Sp06H19N9

TASt11CrNi

OH18N10T ................. ES018-8R

Sp06H19N9

Sp06H19N9

TASt11CrNi

1H18N12T .................. ES018-14-2R

Sp06H19N11M2

Sp06H19N11M2

ES018-12-2R

Sp08H19N10M2Nb

TASt11CrNi

Sp06H19N11M2Nb
OH18N12Nb ............... zastępczo ES018-8R

Sp08H19N10M2Nb

Sp06H19N11M2Nb

TASt11CrNi

H18N10MT.............…. jak

1H18N12T

Sp06H19N11M2

Sp06H19N11M2Nb

Sp08H19N10M2Nb

TASt11CrNi

Sp06H19N11M2Nb
H17N13M2T................ ES018-142R

⎯

⎯

OOH17N14M2............. ES018-14-2R

⎯

⎯

OH17N16M3T............. ES018-14-2R

⎯

⎯

OH23N28M3TCu......... ES20-244-CuB

⎯

⎯

OH22N24M4TCu......... ES20-244-CuB

⎯

⎯

H26N4 ........................ ES24-18B

Sp20H23N18

Sp20H23N18

ES18-8-6B

Spl6H19N9G7

Spl6H19N9G7

TASt11CrNi

H18N9S....................... ES18-8R Sp06H19N9

Sp06H19N9

ES18-8B

TASt11CrNi

H23N13 ...................... ES24-18B

Sp20H23N18

Sp20H23N18

TASt11CrNi

H20N12S2 .................. ES24-18B

Sp20H23N18

Sp20H23N18

TASt11CrNi

H23N18 ...................... ES24-18B

Sp20H23N18

Sp20H23N18

TASt11CrNi

H25N20S2 .................. ES24-18B

Sp20H23N18

Sp20H23N18

TASt11CrNi

H16N36S2 .................. ES20-33B

⎯

⎯

IWE III 2.16 30

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

IWE III 2.16 31

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Stale Cr-Ni z miękkim martenzytem

Typowe gatunki: X5CrNi13 1, X5CrNi13 4, X5CrNi16 6, X5CrNi17 4

Mała zawartość C<0,05%

Re>635MPa, Rm=780-1080MPa, A5>14%

Zastosowania:

-maszyny w elektrowniach wodnych, turbiny, reaktory, przemysł lotniczy,
pompy, rafinerie, chłodnictwo.

Spawanie:

-Spoiwo o składzie MR (tylko),

-Elektrody i topniki suszyć tak by Hd<5ml/100gFe,

-Grube elementy podgrzewać wstępnie do T=100

0

C,

-Odpuszczanie lub ulepszanie dla uzyskania lepszej udarności.

IWE III 2.16 32

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Pełnoaustenityczne stale Cr-Ni

Stale: X2CrNiMo 18 16 4, X2CrNiMoN 20 16 3, X2CrNiMoN25 22 2, X2NiCrMoNb 27 23 3

Mają dobrą spawalność, tylko ostatnia nieco gorszą,

Zalecenia technologiczne:

-stosować niską energię liniową,

-Stosować spoiwo o takim samym składzie lub o nieco wyższych zawartościach Cr i Ni,

-Stosunek szerokości do głębokości 1,5:1 - 2:1,

-Maksymalna T międzyściegowa 150

0

C,

-Spawać ściegami prostymi,

-Szlifować kratery i miejsca rozpoczęcia ściegów,

-Unikać koncentracji spoin, karbów wewnętrznych i zewnętrznych, gwałtownych uskoków w
kierunku działania obciążenia,

-Stosować właściwą technikę sczepiania,

-Stosować podpawanie, jeśli to możliwe.

IWE III 2.16 33

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Pełnoaustenityczne stale Cr-Ni z Mo>4% - bardzo odporne na korozję szczelinową,
wżerową, naprężeniową

Zalecenia:

-stosować spoiwa o wyższej zawartości Cr, Ni niż w MR, albo o składzie MR + wyżarzanie
zupełne (przesycanie),

-Ograniczyć energię liniową do 20kJ/cm, a w pozycjach przymusowych nawet poniżej 15kJ/cm,

-Tmiędzyściegowa<100

0

C,

-Stosować niezwykłą czystość aby zabezpieczyć przed porami i pęknięciami,

-Stosować zwiększony odstęp w rowku (2 – 3mm) celem zmniejszenia stopnia wymieszania E’,

-Starannie szlifować kratery końcowe i początkowe ściegów,

-Zajarzanie łuku wyłącznie w rowku,

IWE III 2.16 34

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Stale DUPLEX

Skład chemiczny:

0,03

÷ 0,06%C; 18,5 ÷ 25%Cr; 1,5 ÷ 4%Mo;

5

÷ 7%Ni;

0

÷ 2%Cu;

1,6%Mn 0-0,2%N

Struktura:

Fe

γ (70%) + Fe α (30%)

Zalety:

¾ niższy koszt wytworzenia (mniej Ni)

¾ niższy współczynnik rozszerzalności

¾ lepsza odporność na korozję naprężeniową (głównie)

Zastosowania: pola naftowe – rurociągi ropa+woda+gaz, papiernie, odsalarnie wody morskiej, itp..

IWE III 2.16 35

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

R

e

≈ 450MPa, A

5

≈ 30%,

R

m

≈ 700MPa, Kv>55J

Stan: po wyżarzaniu zupełnym (przesycaniu)

Własności:

Wady:

¾ kruchość 475°C w skutek wydzielania:

-faz międzykrystalicznych,

-fazy (

σ),

-azotków chromu Cr

2

N, CrN,

-austenitu wtórnego.

¾ Mogą wystąpić inne wydzielenia:

9 M

7

C

3

, M

23

C

6

,

9 faza

χ (chi),

9 faza R,

9 itp

IWE III 2.16 36

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Spawanie stali DUPLEX metodami:

9 MMA

9 TIG

9 MIG

9 MAG

9 SAW

9 PAW

Metody nie zalecane:

- elektronowe,

- laserowe.

Nie stosować:

¾ małe q

l

daje wąskie spoiny i duży udział ferrytu (Fe

α)

to powoduje obniżenie wytrzymałości złącza,

¾Uwaga na znacznie większą porowatość spoin.

IWE III 2.16 37

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Obróbka cieplna:

¾ przesycanie

Dobrać właściwe spoiwa - Kierować się wytycznymi

wytwórców stali.

Zalecenia szczegółowe:

-Stosować spoiwa z N i podwyższoną zawartością Ni,

-Suszyć elektrody i topniki w T>300

0

C,

-do spawania MAG stosować gazy bez H,

-Ograniczyć wymieszanie Ni stopiwa z MR do 30-40%,

-dla g<20mm nie podgrzewać, dla g>20mm podgrzewać do 150

0

C,

-Spawanie bez spoiwa (TIG) może doprowadzić do zawartości ferrytu do 80% co spowoduje
obniżenie udarności i odporności na korozję.

IWE III 2.16 38

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Trawienie i pasywacja stali Cr-Ni

Stal Cr-Ni pokryta jest warstwą tlenku Cr (dla Cr>12%), bezbarwnego, izolującego od środowiska. Warstewka ta
nazywana jest warstwą pasywną, która w przypadku jej mechanicznego uszkodzenia szybko się odtwarza.

Jeżeli warstwa pasywna zostanie przerwana w wyniku wprowadzenia zanieczyszczeń, innego metalu (cząstki stali
węglowej lub innego metalu), tworzenia związku chemicznego (w wyniku silnego przegrzania – w SWC
powierzchnia o barwie niebieskiej świadczy o utlenieniu z powstaniem warstwy metalu o obniżonej zawartości Cr) to
może to skutkować wzmożonymi procesami korozyjnymi.

Do usunięcia takich zanieczyszczeń służy trawienie powierzchni stali Cr-Ni. Trawienie dokonywane jest najczęściej
z użyciem kwasu azotowego (HNO

3

) i fluorowodorowego (HF). Możliwe jest stosowanie innych środków. Nie jest

dopuszczalne stosowanie kwasu chlorowodorowego (HCl), ze względu na możliwość zwiększenia sklonności do
korozji wżerowej. Po trawieniu otrzymujemy czystą metaliczna powierzchnię metalu. Czasem stosuje się trawienie
(polerowanie) elektrolityczne.

Proces trawienia poprzedzony jest odtłuszczaniem, którego celem jest zdjęcie z powierzchni zanieczyszczeń. Celem
odtłuszczania jest usunięcie smarów, oleju, itp., które mogą oddzielać środek trawiący od powierzchni obrabianej.

Do odbudowy warstwy pasywnej służy pasywacja.

Stosowanym środkiem jest również kwas azotowy (HNO

3

).

Po pasywacji stosuje się neutralizację celem usunięcia środków, które mogą działać pasywująco na powierzchnię w
sposób długotrwały. Nie wolnoużywać chlorowanej wody.

Procedura standardowa: ASTM A380 Standard Practice for Cleaning, Descaling and

Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment and Systems.

IWE III 2.16 39

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Często stosuje się też środki trawiąco-pasywujące.

Forma środków: ciecze, żele, pasty.

Sposoby nanoszenia: zanurzanie, natryskiwanie, pędzlowanie.

Paramterami procesów są:

-stężenia środków (należy kontrolować stężenie wolnych atomów metalu, głównie Fe i ewentualnie wymienić
roztwór)

-Temperatury (poniżej 5

o

C jest bardzo ograniczona),

- postać środków – wpływa na możliwość dotarcia do wgłębień na powierzchni,

-Czas trawienia, zależny jest od metody spawania, gatunku stali, stanu powierzchni – dobrać eksperymentalnie.

Podczas wykonywania obróbki chemicznej powierzchni stali Cr-Ni należy pamiętać o:

-Stosowaniu odpowiednich środków ochrony osobistej,

-Stosowaniu odpowiednich środków przeciwdziałania zanieczyszczeniu środowiska (szczególnie wody).

Odporność korozyjna stali Cr-Ni wynika również z chropowatości powierzchni po jej

obróbce mechanicznej (polerowaniu). Odporność ta znacznie spada, jeśli chropowatość

wzrośnie powyżej wartości R

a

=0.5 µm. Należy więc stosować narzędzia ścierne o

odpowiedniej ziarnistości.

IWE III 2.16 40

Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak

KTMM i Spawalnictwa PG

Obróbka cieplna stali Cr-Ni

Stale austenityczne:

Obróbka cieplna nie jest wymagana, lecz w niektórych przypadkach może
być stosowana, np.:

-dla zmniejszenia naprężeń wewnętrznych (na ogół w T=450

o

C),

-dla zmniejszenia ilości ferrytu oraz ograniczenia segregacji/wydzieleń dla
zoptymalizowania odporności korozyjnej. W takim przypadku wymagane
jest w zasadzie wyżarzanie zupełne. Jeśli jest to niemożliwe lub
niepraktyczne stosuje się tylko wyżarzanie odprężające jak wyżej.

Stale duplex:

Czasem stosowane jest wyżarzanie zupełne z szybkim chłodzeniem.

Stale ferrytyczne:

-wyżarzanie w T=700-800

o

C może poprawić ciągliwość SWC i spoiny oraz

redukuje poziom naprężeń własnych. Uzyskuje się też przywrócenie
odporności na korozję międzykrystaliczną stali niestabilizowanych.