Blog Ko Buijs - Martensitisch chroomstaal

Martensitische soorten chroomstaal bevatten doorgaans 12-18% chroom en 0,1-1,4% koolstof. Deze typen hebben een kubisch ruimtelijk gecentreerd kristalrooster. De eigenschappen van dit materiaal zijn sterk afhankelijk van de chemische samenstelling. De belangrijkste eigenschappen van deze martensitische staalsoorten zijn:

Harden en ontlaten van martensitisch roestvast staal
Harden is een warmtebehandeling bij hoge temperatuur gevolgd door snel afkoelen. Dit harden is alleen mogelijk bij martensitisch roestvast staal. Ontlaten is een warmtebehandeling welke onmiddellijk na het harden moet plaatsvinden en dat kan op twee verschillende manieren gebeuren t.w.

Spanningsarm gloeien
Het spanningsarm gloeien van gelaste verbindingen die vervaardigd zijn van martensitisch chroomstaal, is meestal noodzakelijk en op zich goed uitvoerbaar. Er wordt dan geadviseerd om dit materiaal te ontlaten op een temperatuur tussen 650 en 750°C om zo brosheid van het materiaal te voorkomen. Als het er dan alleen om gaat inwendige spanningen af te bouwen, kan dit worden bereikt om het bij een lagere temperatuur te gloeien. Uit de praktijk is gebleken dat door het gloeien van martensitisch chroomstaal bij 550 tot 650°C, de inwendige spanningen circa 20 tot 25% afnemen d.m.v. een kortstondige lokale inductieve verhitting,. Door dit materiaal twee uur te gloeien in een oven, bij een temperatuur tussen 550 en 650°C, is het zelfs mogelijk tot een spanningsverlaging van 80 tot 90% te komen. M.a.w. de tijd speelt hier een belangrijke factor om tot een goed resultaat te komen.

Koudscheurvorming
Martensitisch chroomstaal met minder dan 0,15% koolstof kan met de juiste voorzorgsmaatregelen worden gelast, mits men dit materiaal voorverwarmt. Ook is gloeien na het lassen meestal gewenst om koudscheurvorming te voorkomen. Het lassen van martensitisch chroomstaal met hogere koolstofgehalten, dient met de uiterste zorg te gebeuren. Bij niet of onvoldoende voorwarmen is de kans groot dat na het lassen van dit materiaal hardingsscheuren ontstaan in de warmte beïnvloedde zone. Door voorverwarmen en relatief langzaam afkoelen, wordt het krimpspanningsniveau verlaagd wat de kwaliteit van het materiaal ten goede komt. Voor chroomstaal soorten met 12% chroom worden uiteenlopende voor verwarmtemperaturen aangegeven van 150 tot 400°C. Bij het bepalen van de juiste voor verwarmtemperatuur moet rekening worden gehouden met de warmte-inbreng tijdens het lassen. Als er qua temperatuur te hoog wordt voorverwarmd, kan restausteniet in de las ontstaan alsmede in de overgangszone. Na het spanningsarm gloeien kan dit restausteniet zich omzetten in ongewenst hard martensiet. Indien er hoge eisen worden gesteld aan de sterkte of aan de fysische eigenschappen van de lasverbindingen, worden lastoevoegmaterialen met ongeveer dezelfde samenstelling als het basismateriaal toegepast. In alle andere gevallen worden toevoegmaterialen van het type AISI309 of hoog nikkelhoudende materialen aanbevolen.

Mechanisch bewerken
Bij martensitische chroomstaal wordt de verspanende bewerking in zachtgegloeide toestand bemoeilijkt door de grote taaiheid en de neiging tot kleven van het materiaal aan het gereedschap. Een hardheid van circa 250 HB maakt de bewerkingsmogelijkheden gunstiger, vergelijkbaar met die van de ferritische soorten. De ontlaattemperatuur moet dus zodanig worden gekozen dat deze hardheid bereikt wordt. De uitzettingscoëfficiënt van martensitische chroomstalen is ongeveer gelijk aan die van ongelegeerd staal, waardoor deze eigenschap geen problemen zal opleveren bij het toepassen van deze combinatie.

Supermartensitisch chroomstaal
Supermartensitisch chroomstaal heeft ook zijn eigen karakteristieke eigenschappen. Het chroomgehalte bedraagt tussen 12 en 15% en het koolstofpercentage is slechts 0,02%. Bovendien wordt dit materiaal gelegeerd met nikkel, molybdeen en stikstof. Daardoor kan een zeer hoge rekgrens bereikt worden van 550-650 N/mm². Voorts is de prijs lager ten opzichte van duplex roestvast staal terwijl de sterkte hoger is. Veelal leidt dit tot een interessante gewichtsbesparing. Ook bezit het materiaal een goede corrosiebestendigheid. Supermartensitisch chroomstaal kan met succes gelast worden met superduplex lastoevoegmateriaal. Verder is het belangrijk dat er wordt gelast met een gecontroleerde warmte-inbreng en met lasprocessen waarin geen waterstof wordt gebruikt. Praktische toepassingenDe toepassingen van martensitisch chroomstaal zijn zeer afhankelijk van het koolstof- en chroomgehalte. Ook is het afhankelijk of het gewenste eindproduct van martensitisch of van supermartensitisch chroomstaal gemaakt moet worden.


Toepassingen van martensitisch chroomstaal met een laag koolstofgehalte zijn o.a. turbineschoepen, kleppen voor verbrandingsmotoren, bouten en moeren en onderdelen t.b.v. de levensmiddelensector (bijvoorbeeld vleeshaken). Martensitische kwaliteiten met 0,2-0,4% koolstof en 13-15% chroom zijn beduidend harder. Bij een ontlaattemperatuur van circa 200°C bezitten ze een hardheid van ± 50 Rc. Met 0,4% koolstof spreekt men over messenstaal want het is nog voldoende corrosiebestendig waardoor het een compromis vormt met de snijcapaciteit. Toepassingen zijn dan messen, scharen, chirurgische instrumenten maar ook componenten voor pompen en afsluiters. Martensitische kwaliteiten met 0,6-1% koolstof en14-17% chroom wordt ook wel gereedschapsstaal genoemd. Na verhitten op 1050°C gevolgd door afschrikken, bevat de structuur restausteniet. Bij het ontlaten op 200-300°C is dit austeniet niet verdwenen hetgeen wenselijk is. Toepassingen zijn o.m. messen, scharen, kleppen, meetinstrumenten, schroefassen voor schepen, etc. Praktische toepassingen van supermartensitisch chroomstaal vindt men in de offshore t.b.v. de olie- en gaswinning. Supermartensitisch roestvast staal werd aanvankelijk in Japan ontwikkeld, maar dit materiaal wordt nu ook in Europa vervaardigd. Er wordt behoorlijk veel research gepleegd naar de lasbaarheid en de mechanische bewerking. Vooral de olie- en gaswinningsindustrie zien in deze kwaliteit interessante mogelijkheden. Het gebruik van dit type chroomstaal richt zich echter wel primair op een laag tot zeer laag koolstofgehalte (< 0,03%).