Blog Ko Buijs - Het aan elkaar lassen van verschillende kwaliteiten roestvast staal
Zoals reeds in blog nummer 10 is gesteld, kunnen bij het lassen van zwart/wit verbindingen bepaalde problemen optreden waardoor er voor gezorgd moet worden om buiten de verschillende probleemgebieden te blijven zoals die in het Schaeffler diagram worden aangegeven. Er kan dan gedacht worden aan warmscheurgevoeligheid, verbrossing door de sigmafase, martensietvorming en korrelgroei die hierbij nu eenmaal kunnen optreden.
Door: Ko Buijs - www.innometconsultancy.nl
Zwart/wit verbindingen zijn lasverbindingen die gelegd worden tussen koolstofstaal en roestvast staal. Ook kan men ferritisch chroomstaal aan austenitisch roestvast staal lassen dat uiteraard geen zwart/wit verbinding wordt genoemd. Dat neemt niet weg dat men hier ook van doen heeft met twee totaal verschillende legeringen met hun eigen specifieke eigenschappen. Bij het juist hanteren van het Schaeffler diagram zal het lassen van austeniet/ferriet verbindingen over het algemeen weinig problemen opleveren. Echter er dreigen toch nog enkele gevaren wanneer dit soort verbindingen bij hoge temperaturen worden gebruikt.
Ferritische chroomstalen bevatten meestal relatief veel koolstof omdat de oplosbaarheid hiervan in dergelijke structuren beduidend groter is dan in het geval van austenitische typen. Bij het gebruik in hoge temperaturen wordt de bewegingsvrijheid van koolstof aanzienlijk verhoogd waardoor er een grote diffusie hiervan op gang komt. Dit is vooral het geval zodra het om een langdurig verblijf gaat in een hoog temperatuurgebied. Het gevolg van deze koolstofdiffusie vanuit chroomstaal naar het austenitisch roestvast staal zal een sterke vorming van chroomcarbiden veroorzaken op de korrelgrenzen in het austenitische deel waardoor de bestendigheid tegen interkristallijne corrosie sterk zal afnemen. De reden hiervan is dat er plaatselijk minder dan 11% vrij chroom beschikbaar blijft voor voldoende passiviteit. In dit geval zal men geen austeniet als toevoegmateriaal kunnen gebruiken. De toepassing van bepaalde nikkellegeringen verdient hier de voorkeur doordat deze een diffusiebarrière voor koolstof vormen. Een goed voorbeeld hiervoor is het type ENiCrFe-3.
Een ander punt van aandacht is het grote verschil in uitzettingscoëfficiënt en de taaiheid van de verschillende materialen die aan elkaar worden gelast. Ook het temperatuurverschil, de opwarmsnelheid en de afkoelsnelheid spelen een belangrijke rol. Ook hier kan de oplossing worden gevonden in het toepassen van een nikkellegering als overgang tussen de twee te verbinden materialen. Bovendien is het relevant dat de plaats waar mogelijke vermoeiing optreedt te verleggen naar het austenitische deel. Daar is de taaiheid of beter gezegd de ductiliteit aanmerkelijk groter waardoor de kans op het ontstaan scheurvorming beduidend lager wordt.
Wanneer twee staaltypen, die in verschillende mate hardbaar zijn, aan elkaar gelast moeten worden dan moeten de voorwarm- en gloeitemperatuur worden afgestemd op het meest hardbare materiaal. Men dient dan een toevoegmateriaal te kiezen dat een samenstelling heeft die qua chemische analyse tussen beide materialen inligt. Eventueel kan in twijfelgevallen een Cr-Ni materiaal worden gekozen.
Een terechte vraag is of er complicaties kunnen optreden bij het lassen van ongelijksoortige metaalverbindingen. De complicaties die zich kunnen voordoen vereisen op een aantal gebieden specialistische expertise. Hierbij moet men denken aan specifieke kennis op het gebied van lastechniek en metallurgie. Andere factoren zoals de fysische eigenschappen van de te lassen materialen kunnen een doorslaggevende invloed uitoefenen op de keuze van het lasproces, het lastoevoegmateriaal en het succes van de uiteindelijke verbinding.
Het aan elkaar lassen van ongelijksoortige legeringen lijkt ogenschijnlijk nogal eenvoudig maar dat ligt in de praktijk toch wel wat gecompliceerder. Qua sterkte moet immers het lasmetaal minstens even sterk of sterker zijn dan de zwakste van de twee materialen die aan elkaar gelast moeten worden. Lasmetaal voor de toepassing van het lassen van ongelijksoortige legeringen heeft in verreweg de meeste gevallen een hogere rekgrens dan de te verbinden materialen. Een uitzondering op de regel zal het gebruik van commercieel zuiver nikkel kunnen zijn. Zuiver nikkel heeft slechts een rekgrens die lager is dan 150 N/mm² en zou qua mechanische sterkte problemen kunnen opleveren in een ongelijksoortige verbindingen van bijvoorbeeld gietijzer aan staal of aan roestvast staal.