ΑΝΟΞΔΙΓΨΤΟΙ ΦΑΛΥΒΔΣ ΚΑΙ ΦΑΛΥΒΔΣ ΥΧΗΛΨΝ ΘΔΡΜΟΚΡΑΣΙΨΝ

Transcript

1 ΑΝΟΞΔΙΓΨΤΟΙ ΦΑΛΥΒΔΣ ΚΑΙ ΦΑΛΥΒΔΣ ΥΧΗΛΨΝ ΘΔΡΜΟΚΡΑΣΙΨΝ 1. ΔΙΣΑΓΨΓΗ Οι χάλυβεσ των οποίων θ περιεκτικότθτα ςε χρϊμιο υπερβαίνει το 12% ζχουν τθν ικανότθτα να ςχθματίηουν ζνα μόνιμο και ςυνεκτικό ςτρϊμα οξειδίου ςτθν επιφάνεια τουσ και για αυτό τον λόγο παρουςιάηουν υψθλι αντίςταςθ ςτθν διάβρωςθ. Αυτά τα υλικά ονομάηονται ανοξείδωτοι χάλυβεσ (stainless steels). Τα υλικά αυτισ τθσ κατθγορίασ που παρουςιάηουν επιπλζον και υψθλι αντοχι ςτθν οξείδωςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ ονομάηονται χάλυβεσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν (heat resisting steels). Ππωσ ζχουμε ιδθ αναφζρει, το ΕΝ διαχωρίηει ςε ξεχωριςτι κατθγορία όλουσ τουσ τφπουσ των ανοξείδωτων χαλφβων. Τα υλικά αυτά χαρακτθρίηονται από τθν χθμικι τουσ ςφςταςθ θ οποία ανά περίπτωςθ είναι κατάλλθλθ για ςυγκεκριμζνεσ εφαρμογζσ όπωσ επίςθσ και από τθν ςυγκολλθςιμότθτα τουσ θ οποία τισ περιςςότερεσ φορζσ δεν παρουςιάηει μεγάλεσ δυςκολίεσ με εξαίρεςθ αυτι των μαρτενςιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων. 4 Οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ ζχουν πολφ μεγάλο εφροσ εφαρμογϊν. Οι χριςεισ π.χ. περιλαμβάνουν μεταλλικζσ καταςκευζσ, προςόψεισ κτιρίων, εξοπλιςμό χθμικϊν βιομθχανιϊν, ςωλθνϊςεισ, αυτοκινθτοβιομθχανία, ναυπθγικι, βιομθχανία τροφίμων, οικιακζσ ςυςκευζσ και πυρθνικι βιομθχανία. Οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ, ανάλογα με τθν χθμικι τουσ ςφςταςθ και τθν εφαρμογι γαι τθν οποία προορίηονται χωρίηονται ςτισ παρακάτω γενικζσ κατθγορίεσ: Φεριτικοί Ανοξείδωτοι Χάλυβες. Ρεριζχουν μόνο Cr ςε περιεκτικότθτεσ από 12-19% χωρίσ ιδιαίτερεσ προςκικεσ Ni. Χαρακτθρίηονται από φερριτικι μικροδομι και είναι μαγνθτικοί. Μαρτενσιτικοί Ανοξείδωτοι Χάλυβες. Και αυτοί περιζχουν ςαν κφριο κραματικό ςτοιχείο το Cr αλλά ζχουν επίςθσ και μεγαλφτερθ περιεκτικότθτα ςε C προκειμζνου να διευκολυνκεί ο ςχθματιςμόσ του μαρτενςίτθ και θ ικανότθτα τουσ για ςκλιρυνςθ. και αυτοί οι χάλυβεσ είναι μαγνθτικοί. Λόγω τθσ μαρτενςιτικισ τουσ δομισ παρουςιάηουν ςθμαντικζσ δυςκολίεσ ςτθν ςυγκολλθςιμότθτα τουσ. Αυτι θ κατθγορία ανοξείδωτων χαλφβων είναι θ μικρότερθ ςε μζγεκοσ. Μία άλλθ κατθγορία αυτϊν των χαλφβων ζχει μικρι περιεκτικότθτα ςε C μία πιο μαλακι μαρτενςιτικι δομι επιτυγχάνεται με τθν προςκιλθ Ni (ςειρά 6xx). Ωστενιτικοί Ανοξείδωτοι Χάλυβες. Αυτοί οι χάλυβεσ, είναι θ μεγαλφτερθ ομάδα ςε μζγεκοσ. Οφείλουν το όνομα τουσ ςτθν ωςτενιτικι τουσ μικροδομι θ οποία δθμιουργείται από τθν προςκικθ Ni και ςυγκεκριμζνα για τθν ςειρά 2xx αυτϊν των χαλφβων τθν 1

2 προςκικθ Mn. Ζχουν υψθλι εϊσ άριςτθ αντοχι ςε διάβρωςθ, ενϊ θ προςκικθ διαφόρων άλλων κραματικϊν ςτοιχείων χρθςιμοποιείται για τθν βελτίωςθ των αντιδιαβρωτικϊν τουσ ικανοτιτων ςε διάφορεσ εφαρμογζσ. Χαρακτθρίηονται επίςθσ από πολφ καλι διαμορφωςιμότθτα και ςυγκολλθςιμότθτα. Θ πολφ υψθλζσ τιμζσ κροφςθσ που επιτυγχάνουν ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ του κάνουν κατάλλθλουσ για χριςθ ςε κρυογενικζσ εφαρμογζσ. Είναι μθ μαγνθτικοί. Ανοξείδωτοι Χάλυβες DUPLEX. Αυτοί οι χάλυβεσ ζχουν μία μικροδομι που αποτελείται από φερρίτθ και ωςτενίτθ ςε περίπου ίςα ποςοςτά. Οι χάλυβεσ αυτοί χαρακτθρίηονται από υψθλζσ περιεκτικότθτεσ ςε Cr (20-25%) και ςε ςχζςθ με τουσ ωςτενιτικοφσ χάλυβεσ μικρότερθ περιεκτικότθτα ςε Ni (1.5-7%). Συνδυάηουν τα κετικά ςτοιχεία και των δφο προθγοφμενων κατθγοριϊν και θ διπλι φάςθσ δομι, τουσ προςδίδει υψθλότερεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ και υψθλι αντοχι ςε εργοδιάβρωςθ (Stress Corrosion Cracking). 2. ΚΑΤΗΓΟΡΙΔΣ KAI ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΑΝΟΞΔΙΓΨΤΨΝ ΦΑΛΥΒΨΝ Για τθν ονομαςία των ανοξείδωτων χαλφβων, ςφμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα, χρθςιμοποιοφνται οι απαιτιςεισ του προτφπου ΕΝ (ονομαςία χαλφβων ςφμφωνα με χθμικι ςφνκεςθ), κακϊσ και το αρικμθτικό ςφςτθμα που περιγράφεται ςτο ΕΝ Θ κατθγοριοποίθςθ ςφμφωνα με τισ κφριεσ ιδιότθτεσ γίνεται ςφμφωνα με το ΕΝ Στο ςχιμα 1 παρακάτω δίνεται ςχθματικά θ κατθγοριοποίθςθ των ανοξείδωτων χαλφβων ςφμφωνα με τθν περιεκτικότθτα τουσ ςε Ni, τθν χθμικι τουσ ςφςταςθ και τισ κφριεσ ιδιότθτεσ τουσ. χήμα 1. Κατθγοριοποίθςθ Ανοξείδωτων Χαλφβων ςφμφωνα με περιεκτικότθτα ςε Ni, χθμικι ςφςταςθ, και τισ κφριεσ ιδιότθτεσ τουσ. 2

3 Οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ με περιεκτικότθτα ςε Ni πάνω από 5% είναι ςυνικωσ ωςτενιτικοί. Οι χάλυβεσ χωρίσ Ni είναι φερριτικοί. Ολοι οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ περιζχουν Cr το οποίο είναι το ςτοιχείο που ευκφνεται για τθν αντοχι τουσ ςτθν διάβρωςθ κακϊσ δθμιουργεί το προςτατευτικό ςτρϊμα οξειδίου. Ρροςκικεσ ςτοιχείων όπωσ τα Mo, N, Ti, Nb, Cu αυξάνουν τθν αντοχι ςε διάβρωςθ ςε διάφορα υδατικά διαλφματα. Για τουσ χάλυβεσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν θ αντοχι ςε διάβρωςθ ςε περιβάλλοντα κερμϊν αερίων και τθγμάτων αλάτων είναι θ πιο ςθμαντικι ιδιότθτα. Τα ςτοιχεία Al και Si δθμιουργοφν οξείδια που είναι κερμοδυναμικά πιο ςτακερά από αυτά του Cr. Για αυτό τον λόγο ςε εφαρμογζσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν Si και/ι Al κα προςτεκοφν μαηί με το Cr. Οι χάλυβεσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν είναι βελτιςτοποιθμζνοι ϊςτε να παρουςιάηουν και υψθλι αντοχι ςε ερπυςμό κάτω από τισ ςυνκικεσ λειτουργίασ τουσ. Στουσ περιςςότερουσ χάλυβεσ αυτισ τθσ κατθγορίασ προςτίκεται και Μο προκειμζνου να βελτιςτοποιθκεί θ αντοχι ςε ερπυςμό. Καρβιδιογόνα ςτοιχεία όπωσ Cr, Nb, V, W προςτίκενται επίςθσ και προςφζρουν ςθμαντικι βελτίωςθ των ιδιοτιτων ερπυςμοφ μζςω τθσ δθμιουργίασ λεπτόκκοκων καρβιδίων τα οποία εμποδίηουν τθν κίνθςθ των ορίων των κόκκων του υλικοφ. Οι πίνακεσ 1-4 δίνουν τυπικά παραδείγματα των πιο διαδεδομζνων τφπων ανοξείδωτων χαλφβων και τθσ ονομαςίασ τουσ με διάφορα διεκνι πρότυπα. Διεκνισ Ονοματολογία Τυπικι Χθμικι Σφςταςθ ΕΝ ASTM UNS JIS C N Cr Ni Mo Άλλα ΦΕΡΡΙΣΙΚΟΙ ΑΝΟΞΕΙΔΩΣΟΙ ΧΑΛΤΒΕ SUS Ti X6CrTi S S41008 SUS X6Cr S43000 SUS X6Cr X3CrTi S43035 SUS 430LX Ti S X6CrMo X2CrMoTi S44400 SUS Ti, Nb Πίνακας 1. Τφποι φερριτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων και θ ονομαςία τουσ με διάφορα διεκνι πρότυπα. 3

4 Διεκνισ Ονοματολογία Τυπικι Χθμικι Σφςταςθ ΕΝ ASTM UNS JIS C N Cr Ni Mo Άλλα ΜΑΡΣΕΝΙΣΙΚΟΙ ΑΝΟΞΕΙΔΩΣΟΙ ΧΑΛΤΒΕ S41000 SUS Ti X12Cr S41600 SUS S X12CrS S42000 SUS X20Cr13 420J X5CrNiCuNb S17400 SUS Cu Nb S17700 SUS Al X7CrNiAl X7CrNiΜοAl S Al Πίνακας 2. Τφποι μαρτενςιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων και θ ονομαςία τουσ με διάφορα διεκνι πρότυπα. Διεκνισ Ονοματολογία Τυπικι Χθμικι Σφςταςθ ΕΝ ASTM UNS JIS C N Cr Ni Mo Άλλα ΩΣΕΝΙΣΙΚΟΙ ΑΝΟΞΕΙΔΩΣΟΙ ΧΑΛΤΒΕ S30100 SUS X10CrNi LN S30153 SUS X2CrNiN L S20100 SUS Mn X12CrMnNiN S30400 SUS X5CrNi L S X2CrNi LN S30453 SUS X2CrNiN LN S32100 SUS Ti X6CrNiTi S34700 SUS Nb X6CrNiNb S30300 SUS S X8CrNiS X4CrNi S30500 SUS 305J S31600 SUS

5 X5CrNiMo L S X2CrNiMo X2CrNiMoN LN S31653 SUS 316LN X6CrNiMoTi Ti S32100 SUS 316Ti Ti ΩΣΕΝΙΣΙΚΟΙ ΑΝΟΞΕΙΔΩΣΟΙ ΧΑΛΤΒΕ ΤΨΗΛΗ ΑΠΟΔΟΗ (SUPER AUSTENITIC STEELS) L S31703 SUS X2CrNiMo L LMN S X2CrNiMoN L N Cu X1NiCrMoCu X1CrNiMoCuN S31254 SUS 312L Cu ΩΣΕΝΙΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ ΤΨΗΛΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΙΩΝ H S30409 SUS X6CrNi H SUS Ti X8CrNiTi S S30908 SUS X12CrNi X8CrNi S S31008 SUS 310S X15CrNiSi S Si Πίνακας 3. Τφποι ωςτενιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων και θ ονομαςία τουσ με διάφορα διεκνι πρότυπα. Διεκνισ Ονοματολογία Τυπικι Χθμικι Σφςταςθ ΕΝ ASTM UNS JIS C N Cr Ni Mo Άλλα DUPLEX ΑΝΟΞΕΙΔΩΣΟΙ ΧΑΛΤΒΕ S Mn Cu Si B S Mn Cu Si B S Mn Cu X2CrMnNiN S Cu X2CrNiN S Mn Cu S32205 SUS X2CrNiMoN J3L S W Cu 5

6 X2CrNiMoCuWN X2CrNiMoN S Πίνακας 4. Τφποι DUPLEX ανοξείδωτων χαλφβων και θ ονομαςία τουσ με διάφορα διεκνι πρότυπα. 3. ΜΔΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ ΑΝΟΞΔΙΓΨΤΨΝ ΦΑΛΥΒΨΝ Θ παρουςία των διάφορων κραματικϊν ςτοιχείων ζχει ςυγκεκριμζνθ επίδραςθ ςτισ ιδιότθτεσ και τθν μικροδομι ενόσ ανοξείδωτου χάλυβα. Για αυτό τον λόγο απαιτείται πολφ προςεκτικι εξιςορρόπθςθ τθσ χθμικισ ςφςταςθσ για κάκε κατθγορία χάλυβα. Σε γενικζσ γραμμζσ τα διάφορα κραματικά ςτοιχεία χωρίηονται ςε ςτακεροποιθτζσ του ωςτενίτθ και ςτακεροποιθτζσ του φερρίτθ, ανάλογα με το αν θ προςκικθ τουσ προωκεί τον ςχθματιςμό τθσ αντίςτοιχθσ φάςθσ του ςιδιρου. Τα κραματικά ςτοιχεία που προωκοφν τον ςχθματιςμό τθσ φάςθσ του ωςτενίτθ ονομάηονται ςτακεροποιθτζσ του ωςτενίτθ (austenite stabilisers). Αυτά τα κραματικά ςτοιχεία κρυςταλλϊνονται ςυνικωσ ςτο εδροκεντωμζνο κυβικό ςφςτθμα (face centred cubic) αλλά μπορεί μερικζσ φορζσ το ςτοιχειϊδεσ κρυςταλλικό τουσ πλζγμα να είναι να είναι και ςτο πυκνό εξαγωνικό ςφςτθμα (hexagonal close packed system). Ανάλογα με τθν επίδραςθ που ζχουν, χωρίηονται ςε ιςχυροφσ ςτακεροποιθτζσ του ωςτενίτθ όπωσ τα ςτοιχεία Ni, Mn, Co και ςε λιγότερο ιςχυροφσ όπωσ τα ςτοιχεία C και Ν. Θ προςκικθ των ςτοιχείων με ιςχυρι επίδραςθ δθμιουργεί ςτο διάγραμμα φάςεων του ςιδιρου άνκρακα μία "ανοικτι" ωςτενιτικι περιοχι ςτερεοφ διαλφματοσ (ςχιμα 2a). Χαρακτθριςτικό παράδειγμα αυτισ τθσ επίδραςθσ είναι το διάγραμμα φάςεων Fe-Ni. Mε τθν προςκικθ των κραματικϊν ςτοιχείων με λιγότερθ ιςχυρι επίδραςθ θ περιοχι τθσ φάςθσ γ περιορίηεται από μία ετερογενι περιοχι δφο φάςεων (ςχιμα 2b). Χαρακτθριςτικό παράδειγμα αυτισ τθσ επίδραςθσ είναι το διάγραμμα φάςεων Fe-C. Τα κραματικά ςτοιχεία που προωκοφν τον ςχθματιςμό τθσ φάςθσ του φερρίτθ ονομάηονται ςτακεροποιθτζσ του φερρίτθ (ferrite stabilisers). Αυτά τα κραματικά ςτοιχεία κρυςταλλϊνονται ςυνικωσ ςτο χωροκεντρωμζνο κυβικό ςφςτθμα (body centred cubic). Ανάλογα με τθν επίδραςθ που ζχουν, χωρίηονται ςε ιςχυροφσ ςτακεροποιθτζσ του φερρίτθ όπωσ τα ςτοιχεία Cr, Mo, Si, και ςε λιγότερο ιςχυροφσ όπωσ τα ςτοιχεία Nb, Ta και Ce. Θ προςκικθ των ςτοιχείων με λιγότερο ιςχυρι επίδραςθ δθμιουργεί ςτο διάγραμμα φάςεων του ςιδιρου άνκρακα μία ωςτενιτικι περιοχι που περιορίηεται από πολλαπλζσ ετερογενείσ περιοχζσ δφο φάςεων (ςχιμα 2c). Χαρακτθριςτικό παράδειγμα αυτισ τθσ επίδραςθσ είναι το διάγραμμα φάςεων Fe-Nb. Mε τθν προςκικθ των κραματικϊν ςτοιχείων με ιςχυρι επίδραςθ θ περιοχι τθσ φάςθσ γ παίρνει τθν μορφι ενόσ εντελϊσ κλειςτοφ βρόγχου (ςχιμα 2d). Χαρακτθριςτικό παράδειγμα αυτισ τθσ επίδραςθσ είναι το διάγραμμα φάςεων Fe-Cr. 6

7 χήμα 2a, b. Αλλαγι του διαγράμματοσ φάςεων του ςιδιρου με τθν προςκικθ κραματικϊν ςτοιχείων που ςτακεροποιοφν τθν φάςθ του ωςτενίτθ. χήμα 2c, d. Αλλαγι του διαγράμματοσ φάςεων του ςιδιρου με τθν προςκικθ κραματικϊν ςτοιχείων που ςτακεροποιοφν τθν φάςθ του φερρίτθ. 7

8 Βζβαια θ ωςτενιτικι ι φερριτικι μορφι τθσ μικροδομισ του χάλυβα δεν είναι θ μόνθ ιδιότθτα που επθρεάηουν τα κραματικά ςτοιχεία. ο πίνακασ 5 παρακάτω δίνει μία περίλθψθ τθσ επίδραςθσ που ζχει κάκε κραματικό ςτοιχείο ςε διάφορεσ ιδιότθτεσ των ανοξείδωτων χαλφβων. Πίνακας 5. Επίδραςθ των κραματικϊν ςτοιχείων ςε διάφορεσ ιδιότθτεσ των ανοξείδωτων χαλφβων. (++): Ιςχυρά κετικι επίδραςθ, (+): Διαπιςτωμζνθ κετικι επίδραςθ, (0): καμία επίδραςθ, (-) Διαπιςτωμζνθ αρνθτικι επίδραςθ, (--) Ιςχυρά αρνθτικι επίδραςθ, (x) Μθ ςχετικό. 3.1 Φεππιηικοί Ανοξείδωηοι Φάλςβερ Ππωσ ζχει ιδθ αναφερκεί, οι φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ περιζχουν κυρίωσ Cr. H προςκικθ του Cr περιορίηει ςθμαντικά τθν ωςτενιτικι περιοχι όπωσ φαίνεται και ςτο αντίςτοιχο διάγραμμα φάςεων του ςχιματοσ 3. Σφμφωνα με τθν μορφι αυτοφ του διαγράμματοσ θ προςκικθ χρωμίου δθμιουργεί τρεισ διαφορετικζσ περιοχζσ περιεκτικότθτασ ςε Cr οι οποίεσ επθρεάηουν τισ τελικζσ ιδιότθτεσ του ανοξείδωτου χάλυβα λόγω των μεταςχθματιςμϊν που ςυμβαίνουν κατά τθν ψφξθ του κράματοσ. Ριο ςυγκεκριμζνα: Θ Ρεριοχι (I) αποτελείται από χάλυβεσ που περιζχουν Cr μζχρι 10.5%. Αυτά τα κράματα υπόκεινται ςε πλιρθ μεταςχθματιςμό γ α κατά τθν ψφξθ τουσ και ςαν αποτζλεςμα με τθν προςκικθ C ςε περιεκτικότθτεσ πάνω από 0.16% μποροφν πολφ εφκολα να ςχθματίςουν μαρτενςιτικι δομι. Θ τελικι ςκλθρότθτα τουσ εξαρτάται από τθν περιεκτικότθτα τουσ ςε C. Θ περιοχι (ΙΙ) αποτελείται από χάλυβεσ που περιζχουν Cr μεταξφ 10.5 και 12%. Αυτά τα κράματα υπόκεινται ςε μερικό μόνο μεταςχθματιςμό γ α κατά τθν ψφξθ 8

9 τουσ. Θ τελικι δομι τουσ μπορεί να αποτελείται από διάφορα ποςοςτά φερρίτθ και μαρτενςίτθ ενϊ θ περιεκτικότθτα τουσ ςε C ςυνικωσ κυμαίνεται μεταξφ 0.10 και 0.16%. Τα κράματα που ανικουν ςτθν περιοχι (ΙΙΙ) με περιεκτικότθτα ςε Cr>12% είναι φερριτικά ςε όλο το εφροσ των κερμοκραςιϊν και ωσ εκ τοφτου δεν υπόκεινται ςε μεταςχθματιςμό φάςεων γ α. Σε αυτό το ςθμείο πρζπει να τονιςτεί ότι θ προςκικθ C μεγαλϊνει τον βρόγχο τθσ φάςθσ του ωςτενίτθ και ωσ εκ τοφτου ανάλογα με τθν περιεκτικότθτα ςε άνκρακα χάλυβεσ που περιζχουν Cr ακόμα και πάνω από 12% μπορεί να υπόκεινται ςε μεταςχθματιςμό φάςεων και να είναι μαρτενςιτικοί. Για αυτό τον λόγο ςτουσ φερριτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ το ποςοςτό του άνκρακα περιορίηεται ςε μία μζγιςτθ τιμι 0.10%. χήμα 3. Διμερζσ διάγραμμα φάςεων Fe-Cr. 9

10 Θ ανάπτυξθ των φερριτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων είχε ςαν ςτόχο τθν δθμιουργία κραμάτων με ικανοποιθτικι αντοχι ςτθν διάβρωςθ χωρίσ τθν προςκικθ νικελίου και με αυτό τον τρόπο τον περιοριςμό του κόςτουσ ςε ςχετικά χαμθλά επίπεδα. Στο ςχιμα 4 φαίνεται μία κατθγοριοποίθςθ των φερριτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων ανάλογα με τθν περικτικότθτα τουσ ςε κραματικά ςτοιχεία και άλλεσ ιδιότθτεσ τουσ. χήμα 4. Κατθγοριοποίθςθ ανοξείδωτων φερριτικϊν χαλφβων ανάλογα με τθν περιεκτικότθτα τουσ ςε κραματικά ςτοιχεία. 10

11 Θ μικροδομι των φερριτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων που δεν υπόκεινται ςε μεταςχθματιςμό αποτελείται από ιςοαξονικοφσ κόκκουσ όπωσ φαίνεται ςτο ςχιμα 5. χήμα 5. Δομι φερριτικοφ ανοξείδωτου χάλυβα 410S. Μεταλλογραφικι εικόνα από ρζπλικα. Λόγω τθσ ζλλειψθσ ενόσ μεταςχθματιςμοφ γ α αυτοί οι χάλυβεσ δεν μποροφν να υποςτοφν κερμικζσ κατεργαςίεσ όπωσ θ ομαλοποίθςθ και θ βαφι / επαναφορά. Αυτό ζχει ςαν αποτζλεςμα θ μικροδομι τουσ να μθν μπορεί να επθρεαςτεί από κάποια κερμικι κατεργαςία και θ μεγζκυνςθ των κόκκων που ςυμβαίνει ςε κερμοκραςίεσ πάνω από τουσ 1000 C δεν μπορεί να αναςτραφεί από κάποια κερμικι κατεργαςία (ςχιμα 6). χήμα 6. Δομι φερριτικοφ ανοξείδωτου χάλυβα 410S με μεγζκυνςθ των κόκκων του φερρίτθ λόγω τοπικισ υπερκζρμανςθσ. Μεταλλογραφικι εικόνα από ρζπλικα. 11

12 Ο πίνακασ 6 δίνει ςυγκεντρωμζνα τα χαρακτθριςτικά των φερριτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων κακϊσ και τουσ μθχανιςμοφσ ευκραςτοποίθςθσ που υπάρχουν ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ. ΦΥΣΙΚΑ ΧΑΑΚΤΘΙΣΤΙΚΑ ΜΘΧΑΝΙΚΑ ΧΑΑΚΤΘΙΣΤΙΚΑ ΜΘΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΥΘΑΥΣΤΟΡΟΙΘΣΘΣ / ΚΑΤΑΚΘΜΝΙΣΕΙΣ Πλοι οι φερριτικοί χάλυβεσ είναι μαγνθτικοί. Ραρουςιάηουν χαμθλι ολκιμότθτα, ιδιαίτερα ςε πάχθ πάνω των 10mm. Θ φερριτικι μικροδομι ςχθματίηει ςχετικά γριγορα κατακρθμνίςεισ που οδθγοφν ςε ευκραυςτοποίθςθ. Θ κερμικι αγωγιμότθτα και θλεκτρικι αντίςταςθ βρίςκονται μεταξφ των μθ κραματωμζνων και των ωςτενιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων Θ κερμικι του διαςτολι είναι ελαφρά μικρότερθ από αυτι των μθ κραματωμζνων χαλφβων. Θ πυκνότθτα τουσ είναι ελεφρά μικρότερθ από αυτι των μθ κραματωμζνων χαλφβων. Για τουσ φερριτικοφσ χάλυβεσ που υπόκεινται μερικό μεταςχθματιςμό γ α το όριο διαρροισ μπορεί να αυξθκεί με βαφι και επαναφορά. Οι φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ δεν μποροφν να ςκλθρυνκοφν λόγω τθσ ζλλειψθσ μεταςχθματιςμοφ γ α που παρουςιάηουν Θ κερμοκραςία μετάβαςθσ για τθν ενζργεια κροφςθσ ςτουσ φερριτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ είναι μεγαλφτερθ από τθν κερμοκραςία περιβάλλοντοσ. ( ςοφπερ φερριτικοί ~ -50 C). Ζχουν τάςθ για ςθμαντικι μεγζκυνςθ των κόκκων. Πίνακας 6. Χαρακτθριςτικά ανοξείδωτων φερριτικϊν χαλφβων. Θ αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ ςε Cr και Mo ενιςχφει τον ςχθματιςμό ενδομεταλλικϊν ενϊςεων ς και χ με τθν λάκοσ κερμικι κατεργαςία. Τα υλικά αυτά παρουςιάηουν ςθμαντικι ευκραυςτοποίθςθ με κζρμανςθ ςτουσ 475 C για περιεκτικότθτεσ Cr 17 % και/ι Mo 2 %. Ο ςχθματιςμόσ καρβιδίων του και νιτριδίων του Cr μπορεί να οδθγιςει ςε περικρυςταλλικι διάβρωςθ αν δεν ζχει γίνει ςτακεροποίθςθ με Ti ι Nb. 3.2 Μαπηενζιηικοί Ανοξείδωηοι Φάλςβερ Θ προςκικθ C πάνω από 0.20% μετατρζπει τουσ φερριτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ με περιεκτικότθτα ςε Cr μεταξφ 12και 18% ςε πλιρωσ μαρτενςιτικοφσ. Οι ςυμβατικοί ανοξείδωτοι μαρτενςιτικοί χάλυβεσ κεωροφνται πρακτικά μθ ςυγκολλιςιμοι λόγω του υψθλοφ ποςοςτοφ C που περιζχουν και τθσ μαρτενςιτικισ τουσ δομισ. Με τθν προςκικθ Ni και τθν μείωςθ του ποςοςτοφ του άνκρακα παράγονται μαρτενςιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ με χαμθλότερθ ςκλθρότθτα και καλφτερθ ολκιμότθτα, ενϊ θ προςκικθ επιπλζον κραματικϊν ςτοιχείων που προςφζρουν ςκλιρυνςθ λόγω κατακριμνιςθσ μπορεί να βελτιϊςει περαιτζρω τισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ αυτϊν των χαλφβων. Θ παραγωγι ςχετικά όλκιμων ανοξείδωτων μαρτενςιτικϊν χαλφβων με τθν προςκικθ Ni οφείλεται ςτο γεγονόσ ότι ςτο διάγραμμα Fe - Ni υπάρχει ζνασ μερικόσ μεταςχθματιςμόσ γ α ο οποίοσ με τισ κατάλλθλεσ ςυνκικεσ ψφξθσ μπορεί να δϊςει μία πλιρωσ μαρτενςιτικι δομι χαμθλισ ςκλθρότθτασ. Στο ςχιμα 7 φαίνεται μία κατθγοριοποίθςθ των φερριτικϊν ανοξείδωτων 12

13 χαλφβων ανάλογα με τθν περικτικότθτα τουσ ςε κραματικά ςτοιχεία και άλλεσ ιδιότθτεσ τουσ. χήμα 7. Κατθγοριοποίθςθ ανοξείδωτων φερριτικϊν χαλφβων ανάλογα με τθν περιεκτικότθτα τουσ ςε κραματικά ςτοιχεία. Ο πίνακασ 7 δίνει ςυγκεντρωμζνα τα χαρακτθριςτικά των μαρτενςιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων κακϊσ και τουσ μθχανιςμοφσ ευκραςτοποίθςθσ που υπάρχουν ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ. Θ μορφι τθσ μαρτενςιτικισ δομισ φαίνεται ςτο ςχιμα 8 χήμα 8. Δομι μαρτενςιτικοφ ανοξείδωτου χάλυβα X46Cr13. 13

14 ΦΥΣΙΚΑ ΧΑΑΚΤΘΙΣΤΙΚΑ ΜΘΧΑΝΙΚΑ ΧΑΑΚΤΘΙΣΤΙΚΑ ΜΘΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΥΘΑΥΣΤΟΡΟΙΘΣΘΣ / ΚΑΤΑΚΘΜΝΙΣΕΙΣ Πλοι οι μαρτενςιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ είναι μαγνθτικοί. Ανάλογα με τθν περιεκτικότθτα ςε C τα υπόλοιπα κραματικά ςτοιχεία οι φυςικζσ ιδιότθτεσ αυτϊν των χαλφβων βρίςκονται πιο κοντά ςτουσ μθ κραματωμζνουσ ι ςτουσ φερριτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ. Ολοι οι μαρτενςιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ μποροφν να ςκλθρυνκοφν (υφίςτανται μεταςχθματιςμό γ α Οι μαρτενςιτικοί ανοξζιδωτοι χάλυβεσ με Ni και ςτοιχεία που προςφζρουν ςκλιρυνςθ κατακριμνιςθσ είναι ςχετικά όλκιμοι και παρουςιάηουν ικανοποιθτικι δυςκραυςτότθτα. Οι μαρτενςιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ δεν παρουςιάηουν ευκραυςτοποίθςθ με κζρμανςθ ςτουσ 475 C Οι μαρτενςιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ δεν παρουςιάηουν ευκραυςτοποίθςθ λόγω ςχθματιςμοφ ενδομεταλλικϊν ενϊςεων ς και χ. Θ κερμικι του διαςτολι είναι Θ πικανότθτα ςχθματιςμοφ ελαφρά μικρότερθ από αυτι των ρωγμϊν ςκλιρυνςθσ και μθ κραματωμζνων χαλφβων. κατακριμνιςθσ καρβιδίων είναι ςθμαντικά χαμθλότερθ ςτουσ μαρτενςιτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ με προςκικθ Ni. Οι μαρτενςιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ είναι επιρρεπείσ ςτθν ρθγμάτωςθ υδρογόνου. Πίνακας 7. Χαρακτθριςτικά ανοξείδωτων μαρτενςιτικϊν χαλφβων. 3.3 Ψζηενιηικοί Ανοξείδωηοι Φάλςβερ Οι ανοξείδωτοι ωςτενιτικοί χάλυβεσ αποτελοφν το είδοσ του ανοξείδωτου χάλυβα με το μεγαλφτερο εφροσ εφαρμογϊν. Συνικωσ οφείλουν τθν ωςτενιτικι τουσ δομι ςτθν περιεκτικότθτα τουσ ςε Ni το οποίο κάνει τθν φάςθ γ του ςιδιρου να είναι ςτακερι ςε κερμοκραςία περιβάλλοντοσ. Το ςχιμα 9 δείχνει μία τoμι για περιεκτικότθτα ςε Fe 70% του τριμεροφσ διαγράμματοσ Fe-Cr-Ni. Ππωσ φαίνεται για περιεκτικότθτα Ni πάνω από περίπου 8% αυτοί οι χάλυβεσ αποκτοφν ωςτενιτικι δομι ακόμα και ςε κερμοκραςία περιβάλλοντοσ, ενϊ από περιεκτικότθτεσ Ni μεγαλφτερεσ του 13% ςτερεοποιοφνται κατευκείαν ςτθν φάςθ γ του Fe χωρίσ κακόλου ςχθματιςμό δ-fe. Οι ωςτενιτικοί χάλυβεσ που θ αρχικι τουσ ςτερεοποίθςθ περιλαμβάνει δ-fe μπορεί να περιζχουν μικρά ποςοςτά αυτισ τθσ φάςθσ ςτθν τελικι τουσ δομι, ενϊ αντίκετα οι χάλυβεσ που περιζχουν πάνω 13% Ni είναι 100% ωςτενιτικοί. Ζνασ αρικμόσ ωςτενιτικϊν χαλφβων περιζχει επιπλζον κραματικά ςτοιχεία όπωσ π.χ. Mo και Ν για τθν βελτίωςθ τθσ αντοχισ ςε διάβρωςθ, ενϊ επίςθσ οι παραδοςιακοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ κάνουν χριςθ των ςτοιχείων Ti και Nb για ςτακεροποίθςθ τθσ μικροδομισ τουσ και αποφυγι τθσ περικρυςταλλικισ διάβρωςθσ. 14

15 χήμα 9. Τομι του τριμεροφσ διαγράμματοσ φάςεων Fe-Cr-Ni ςε περιεκτικότθτα Fe 70%. Θ ςειρά 2xx των ωςτενιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων αντικακιςτά μζρουσ του Ni με % Mn. Με αυτό τον τρόπο διατθρείται θ ωςτενιτικι μικροδομι με όλα τα κετικά τθσ χαρακτθριςτικά αλλά ταυτόχρονα αυξάνεται θ αντοχι του κράματοσ ςε εφελκυςμό. Οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ με περικετικότθτεσ Ni μεταξφ 14 και 25%, Cr μεταξφ 17 και 25% και Mo μεταξφ 3 και 7% ονομάηονται "ςουπερ ωςτενιτικοί" και είναι ςχεδιαςμζνοι για εφαρμογζσ ςε πολφ επικετικά διαβρωτικά περιβάλλοντα. Θ κατθγοριοποίθςθ που περιγράφεται παραπάνω φαίνεται ςχθματικά ςτο ςχιμα 10. Θ μικροδομι των ωςτενιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων αποτελείται από τθν φάςθ του ωςτενίτθ θ οποία αναγνωρίηεται από τισ διδυμίεσ που παρουςιάηει, ενϊ είναι πικανι θ φπαρξθ γραμμϊν δ-φερρίτθ και κάποιων ενδομεταλλικϊν ενϊςεων (ςχιμα 11). Ο πίνακασ 8 δίνει ςυγκεντρωμζνα τα χαρακτθριςτικά των μαρτενςιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων κακϊσ και τουσ μθχανιςμοφσ ευκραςτοποίθςθσ που υπάρχουν ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ. 15

16 χήμα 10. Κατθγοριοποίθςθ ανοξείδωτων ωςτενιτικϊν χαλφβων με βάςθ τθν χθμικι τουσ ςφςταςθ. χήμα 11. Ωςτενιτικι δομι ανοξείδωτου χάλυβα 316L. 16

17 ΦΥΣΙΚΑ ΧΑΑΚΤΘΙΣΤΙΚΑ ΜΘΧΑΝΙΚΑ ΧΑΑΚΤΘΙΣΤΙΚΑ ΜΘΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΥΘΑΥΣΤΟΡΟΙΘΣΘΣ / ΚΑΤΑΚΘΜΝΙΣΕΙΣ Είναι μθ μαγνθτικοί Αντοχι ςε εφελκυςμό ςθμαντικά μικρότερθ από αυτι των μαρτενςιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων Δεν παρουςιάηουν μεγάλθ τάςθ για μεγζκυνςθ των κόκκων Υψθλι δυςκραυςτότθτα ςε κερμοκραςίεσ μζχρι -200 C Σθμαντικά υψθλότερθ κερμικι διαςτολι και μικρότερθ κερμικι αγωγιμότθτα από αυτι των φερριτικϊν χαλφβων Δεν μποροφν να ςκλθρυνκοφν λόγω τθσ ζλλειψθσ μεταςχθματιςμοφ γ α. Τα μζτρα για αφξθςθ τθσ αντοχισ περιλαμβάνουν τα παρακάτω: Σκλιρυνςθ λόγω ςτερεοφ διαλφματοσ με τθν προςκικθ N, Cu, και Mn. Ενδοτράχυνςθ με παραμόρφωςθ εν ψυχρϊ Ζχουν τάςθ για Σκλιρυνςθ λόγω ενδοτράχυνςθ κατά τθν κατακριμνιςθσ φάςεων όπωσ παραμόρφωςθ τουσ καρβίδια και νιτρίδια. Πίνακας 8. Χαρακτθριςτικά ωςτενιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων. Οι ωςτενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ που ςτερεοποιοφνται πρωτογενϊσ ςε γ-fe δεν παρουςιάηουν τάςθ για ευκραυςτοποίθςθ ςτουσ 475 C Ο ςχθματιςμόσ καρβιδίων και νιτριδίων του Cr μπορεί να οδθγιςει ςε περικρυςταλλικι διάβρωςθ 3.4 Ανοξείδωηοι Φάλςβερ DUPLEX Οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ DUPLEX χαρακτθρίηονται από μία μικροδομι που περιζχει φερρίτθ και ωςτενίτθ ςε περίπου ίςεσ ποςότθτεσ ςε κερμοκραςία περιβάλλοντοσ. Οι χάλυβεσ αυτοί ςυνδυάηουν κάποια χαρακτθριςτικά και από τουσ φερριτικοφσ και από τουσ ωςτενιτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ. Οι "super duplex" και οι πιο πρόςφατοι "hyper duplex" χάλυβεσ ζχουν ςχεδιαςτεί για χριςθ ςε πολφ διαβρωτικά περιβάλλοντα. Σε γενικζσ γραμμζσ οι χάλυβεσ αυτισ τθσ κατθγορίασ ζχουν πολφ μεγαλφτερθ αντοχι ςτθν εργοδιάβρωςθ (stress corrosion cracking) από τουσ ωςτενιτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ. Το χαρακτθριςτικό αυτϊν των χαλφβων είναι οι υψθλζσ περιεκτικότθτεσ ςε Cr (20-25%) και ςε ςχζςθ με τουσ ωςτενιτικοφσ χάλυβεσ μικρότερθ περιεκτικότθτα ςε Ni (1.5-7%). Mo (0.3-4%) προςτίκεται επίςθσ για τθν βελτίωςθ τθσ αντοχισ ςε διάβρωςθ ενϊ θ προςκικθ N βελτιϊνει τθν αντοχι ςε διάβρωςθ, ςτακεροποιεί τθν δομι και προςκζτει μεγαλφτερθ αντοχι ςε εφελκυςμό. Το ςχιμα 12 δίνει μία κατθγοριοποίθςθ των χαλφβων duplex ςε ςχζςθ με τθν χθμικι τουσ ςφςταςθ. Το ςχιμα 13 δείχνει τθν τυπικι διπλι μικροδομι αυτϊν των χαλφβων. 17

18 χήμα 12. Κατθγοριοποίθςθ ανοξείδωτων χαλφβων DUPLEX με βάςθ τθν χθμικι τουσ ςφςταςθ. χήμα 13. Φερριτικι - ωςτενιτικι μικροδομι ανοξείδωτου χάλυβα duplex. 18

19 3.5 Δνδομεηαλλικέρ Δνώζειρ Φάζη ζ. ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ ΚΑΙ ΧΑΛΥΒΕΣ ΥΨΘΛΩΝ ΘΕΜΟΚΑΣΙΩΝ Θ φάςθ ςίγμα (ς) είναι μία ενδομεταλλικι ζνωςθ ςιδιρου και χρωμίου που περιζχει περίπου 45% Cr. Είναι πολφ ςκλθρι και ψακυρι. Θ χθμικι τθσ φόρμουλα είναι (Fe, Ni)x(Cr, Mo)y. Ο ςχθματιςμόσ αυτισ τθσ φάςθσ ςτα όρια των κόκκων (ςχιμα 14) οδθγεί ςε ςθμαντικι μείωςθ τθσ περιεκτικότθτασ των γειτονικϊν περιοχϊν ςε Cr. Ο ςχθματιςμόσ φάςεων ς οδθγεί ςε μείωςθ τθσ ενζργειασ κροφςθσ του χάλυβα κακϊσ και ςε ςθμαντικι μείωςθ τθσ αντοχισ ςε περικρυςταλλικι διάβρωςθ. χήμα 14. Κατακριμνιςθ φάςεων ς ςτα όρια των κόκκων. Εικόνα από SEM. Ο ςχθματιςμόσ τθσ φάςθσ ς εξαρτάται από τθν περιεκτικότθτα ςε Cr, τθν κερμοκραςία και τισ ςυνκικεσ ψφξθσ. Θ δθμιουργία τθσ προχωράει πολφ αργά ςε κερμοκραςίεσ μεταξφ μεταξφ 600 και 900 C. Ο απαιτοφμενοσ χρόνοσ είναι αρκετζσ δεκάδεσ ζωσ αρκετζσ εκατοντάδεσ ϊρεσ. Θ φάςθ ς ςχθματίηεται μόνο τα υλικά ζχουν περιεκτικότθτα ςε Cr πάνω από 18 %. Si, Mn και Mo μειϊνουν το όριο του απαιτοφμενου Cr για τον ςχθματιςμό τθσ φάςθσ. Θ παραμόρφωςθ εν ψυχρϊ μπορεί επίςθσ να διευκολινει τον ςχθματιςμό αυτισ τθσ φάςθσ. Ο ςχθματιςμόσ τθσ φάςθσ ς επιταγχφνεται ςθμαντικά εάν ο ανοξείδωτοσ χάλυβασ ι θ ςυγκόλλθςθ περιζχουν δ-φερρίτθ Φάζη τ. Θ φάςθ χ είναι επίςθσ μία ψακυρι ενδομεταλλικι ζνωςθ με τθν χθμικι φόρμουλα Fe 36 Cr 12 Mo 10 or (Fe, Ni) 36 Cr 18 Mo 4 και το πλζγμα τθσ είναι ςτο χωροκεντρωμζνο κυβικό ςφςτθμα. Συνικωσ δθμιουργείται ςτο μζταλλο ςυγκόλλθςθσ και τθν ΘΕΗ των χαλφβων duplex και λιγότερο ςυχνά ςτουσ ωςτενιτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ. 19

20 3.5.3 Φάζη LAVES (θάζη η) ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ ΚΑΙ ΧΑΛΥΒΕΣ ΥΨΘΛΩΝ ΘΕΜΟΚΑΣΙΩΝ Θ εξαγωνικι φάςθ LAVES (θ) είναι μία ενδομεταλλικι ζνωςθ που ςτουσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ ςυνικωσ αντιςτοιχεί ςτθν χθμικι φόρμουλα Fe 2 Mo, αλλά μπορεί επίςθσ να εμφανιςτεί ςαν Fe 2 Nb, Fe 2 Ta, Fe 2 Ti, Fe 2 W. Είναι πολφ ψακυρι ςε κερμοκραςία περιβάλλοντοσ και ωσ εκ τοφτου μπορεί να οδθγιςει ςε ρθγμάτωςθ κατά τθν διεργαςία τθσ παραμόρφωςθσ εν ψυχρϊ. Ππωσ και θ φάςθ χ, ςυνικωσ δθμιουργείται ςτο μζταλλο ςυγκόλλθςθσ και τθν ΘΕΗ των χαλφβων duplex και λιγότερο ςυχνά ςτουσ ωςτενιτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ Εσθρασζηοποίηζη ζηοσς 475 C Εάν μαρτενςιτικοί, φερριτκοί ι duplex χάλυβεσ υποςτοφν κζρμανςθ ςτο κερμοκραςιακό εφροσ C, μετά από κάποιο χρονικό διάςτθμα κα εμφανιςτεί μία ςθμαντικι μείωςθ τθσ δυςκραυςτότθτασ. Το φαινόμενο αυτό παρουςιάηεται ςε κράματα που περιζχουν από 15 ζωσ 75% Cr και θ αιτία τθσ ευκραυςτοποίθςθσ είναι θ ςπινοειδισ αποςφνκεςθ τθσ μιτρασ ςε δφο φάςεισ χωροκεντρωμζνου κυβικοφ ςυςτιματοσ τισ α και α'. Θ πρϊτθ είναι πλοφςια ςε ςίδθρο και θ δεφτερθ ςε χρϊμιο. Αυτόσ ο τφποσ ευκραυςτοποίθςθσ αναφζρεται ςυνικωσ ωσ ευκραυκςτοποίθςθ των 475 C και εμαφανίηεται κυρίωσ ςε φερριτικοφσ και duplex ανοξείδωτουσ χάλυβεσ μετά από παραμονι για αρκετά μεγάλο διάςτθμα ςτθν παραπάνω κερμοκραςία. Θ ευκραυςτοποίθςθ μπορεί να αναςτραφεί με κζρμανςθ του υλικοφ ςτουσ 600 C και γριγορθ ψφξθ. χήμα 15. Κατακριμνιςθ καρβιδίων τφπου M 23 C 6 ςε ωςτενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα. 20

21 3.5.5 Στημαηιζμός Καρβίδιφν ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ ΚΑΙ ΧΑΛΥΒΕΣ ΥΨΘΛΩΝ ΘΕΜΟΚΑΣΙΩΝ Το πιο ςυνθκιςμζνο καρβίδιο είναι του τφπου M 23 C 6 (ζνασ ςυνδυαςμόσ του καρβιδιογόνου ςτοιχείου Cr και του C). Ο ςχθματιςμόσ αυτοφ του καρβιδίου ζχει πολφ αρνθτικι επίδραςθ ςτθν αντιδιαβρωτικι ικανότθτα των ανοξείδωτων Cr-/Cr-Ni-χαλφβων. Ρροκειμζνου να κρατθκεί το Cr ςε διάλυςθ μζςα ςτο ςτερεό διάλυμα του κράματοσ πιο ιςχυρά καρβιδιογόνα ςτοιχεία όπωσ το Nb και το Ti προςτίκενται ςαν ςτακεροποιθτζσ του χάλυβα. 3.6 ΦΑΛΥΒΔΣ ΥΧΗΛΨΝ ΘΔΡΜΟΚΡΑΣΙΨΝ Οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ είναι κατάλλθλοι για χριςθ ςε πολφ υψθλζσ κερμοκραςίεσ λόγω τθσ υψθλισ αντοχισ τουσ ςτθν οξείδωςθ ςε αυτζσ τισ κερμοκραςίεσ. Θ βελτίωςθ τθσ αντοχισ ςτθν οξείδωςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ επιτυγχάνεται με τθν προςκικθ Si και Al ενϊ θ αντοχι ςε ερπυςμό βελτιϊνεται με τθν προςκικθ καρβιδιογόνων ςτοιχείων όπωσ τα Nb, Ti, Ce και V. Για τον ςχθματιςμό των καρβιδίων αυτοί οι χάλυβεσ ζχουν και μεγαλφτερθ περιεκτικότθτα ςε C. Τα ςχιματα 16 και 17 δίνουν μία κατθγοριοποίθςθ των χαλφβων με αντοχι ςτισ υψθλζσ κερμοκραςίεσ ανάλογα με τθν μικροδομι τουσ. χήμα 16. Κατθγοριοποίθςθ χαλφβων υψθλϊν κερμοκραςιϊν με βάςθ τθν μικροδομι τουσ Φερριηικοί Χάλσβες Υυηλών Θερμοκραζιών Σε αντίκεςθ με του απλοφσ ανοξείδωτουσ φερριτικοφσ χάλυβεσ, οι φερριτικοί χάλυβεσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν πρζπει να μθν υπόκεινται ςε μεταβολζσ φάςεων ςτθν κερμοκραςία λειτουργίασ γιατί αυτό κα είχε ςαν αποτζλεςμα τθν ρθγμάτωςθ του προςτατευτικοφ ςτρϊματοσ οξειδίου ου υπάρχει ςτθν επιφάνεια τουσ και προςτατεφει από περαιτζρω οξείδωςθ. Θ αντοχι ςτισ υψθλζσ κερμοκραςίεσ βελτιϊνεται με τθν προςκικθ (πζρα από το 21

22 χήμα 17. Κατθγοριοποίθςθ χαλφβων υψθλϊν κερμοκραςιϊν με βάςθ τθν μικροδομι τουσ Cr) Al και/ι Si. Τυπικά παραδείγματα φερριτικϊν χαλφβων υψθλϊν κερμοκραςιϊν είναι μεταξφ άλλων οι χάλυβεσ: X10CrAlSi13 (1.4724), X10CrAlSi18 (1.4742), X10CrAlSi25 (1.4762) Το ςχιμα 18 δίνει τθν απϊλεια υλικοφ ςε διάφορεσ κερμοκραςίεσ για επιλεγμζνουσ φερριτικοφσ χάλυβεσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν Ωζηενιηικοί Χάλσβες Υυηλών Θερμοκραζιών Οι ωςτενιτικοί χάλυβεσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν χαρακτθρίηονται από μία πλιρωσ ωςτενιτικι δομι που δεν υπόκεινται ςε κανζνα μεταςχθματιςμό. Θ αντοχι ςτισ υψθλζσ κερμοκραςίεσ βελτιϊνεται με τθν προςκικθ (πζρα από το Cr) Al και/ι Si. Τυπικά παραδείγματα ωςτενιτικϊν χαλφβων υψθλϊν κερμοκραςιϊν είναι μεταξφ άλλων οι χάλυβεσ: X15CrNiSi20-12 (1.4828), X15CrNiSi20-12 (1.4841), X10NiCrAlTi32-21 (1.4876). Ωςτενιτικοί χάλυβεσ όπωσ οι X6CrNiWNbN16-16 (1.4945), X12CrCoNi21-20 (1.4971) και X5NiCrAlTi31-20 (1.4958) χαρακτθρίηονται από ακόμα υψθλότερθ αντοχι ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ λόγω τθσ προςκικθσ καρβιδιογόνων ςτοιχείων που βελτιϊνουν ςθμαντικά τθν αντοχι ςε ερπυςμό. 22

23 χήμα 18. Απϊλεια υλικοφ λόγω οξείδωςθσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ για φερριτικοφσ χάλυβεσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν. Το ςχιμα 19 δίνει τθν απϊλεια υλικοφ ςε διάφορεσ κερμοκραςίεσ για επιλεγμζνουσ ωςτενιτικοφσ χάλυβεσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν. χήμα 19. Απϊλεια υλικοφ λόγω οξείδωςθσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ για ωςτενιτικοφσ χάλυβεσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν. 23

24 3.6.3 Χάλσβες DUPLEX Υυηλών Θερμοκραζιών Οι χάλυβεσ duplex χρθςιμοποιοφνται πιο ςπάνια ςε εφαρμογζσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν αλλά και αυτοί πρζπει να ζχουν παρόμοια χαρακτθριςτικά με τουσ υπόλοιπουσ, δθλαδι να μθν υπόκεινται ςε μεταςχθματιςμοφσ φάςεων ςτθν κερμοκραςία λειτουργίασ. Το ΕΝ περιζχει μόνο ζναν χάλυβα duplex για λειτουργία ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, τον X15CrNiSi25-4 (1.4821) Μαρηενζιηικοί Χάλσβες Υυηλών Θερμοκραζιών Μαρτενςιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ, ειδικά κραματωμζνοι με καρβιδιογόνα ςτοιχεία μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν ςε εφαρμογζσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν λόγω τθσ πολφ υψθλισ αντοχισ τουσ ςε ερπυςμό. Θ κερμοκραςία λειτουργίασ τουσ όμωσ δεν μπορεί να ξεπεράςει αυτι τθσ ωςτενιτοποίθςθσ του χάλυβα γιατί με αυτό τον τρόπο καταςτρζφεται θ μαρτενςιτικι δομι. Τυπικά παραδείγματα μαρτενςιτικϊν χαλφβων για εφαρμογζσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν είναι: X10CrMoVNb9-1 (1.4903), X11CrMoWVNb9-1-1 (1.4905) και X22CrMoV12-1 (1.4923). 4. ΓΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΓΟΜΨΝ Από όςα ζχουν αναφερκεί όςον αφορά τθν μεταλλουργία των ανοξείδωτων χαλφβων γίνεται κατανοθτό ότι θ μορφι τθσ μικροδομισ είναι πολφ ςθμαντικι για τισ τελικζσ ιδιότθτεσ του χάλυβα και τα προβλιματα που πικανόν να παρουςιαςτοφν κατά τθν ςυγκόλλθςθ και τθν λειτουργία του. Για αυτό τον λόγο ζχουν δθμιουργθκεί μία ςειρά διαγραμμάτων τα οποία χρθςιμοποιοφνται για τθν πρόβλεψθ τθσ δομισ ενόσ ανοξείδωτου χάλυβα κατά τθν ςυγκόλλθςθ ανάλογα με τθν χθμικι του ςφςταςθ. 4.1 Γιάγπαμμα Schaeffler Αυτό το διάγραμμα μικροδομϊν (ςχιμα 20) αναπτφχκθκε το 1949 από τον Anton L. Schaeffler και λαμβάνει υπόψθ του τθν επιρροι των διάφορων κραματικϊν ςτοιχείων ςτθν μικροδομι μζςω δφο μεγεκϊν που ονομάηονται ιςοδφναμο Ni και ιςοδφναμο Cr. Αυτά τα μεγζκθ λαμβάνουν υπόψθ τουσ το φαινόμενο ςτακεροποίθςθσ τθσ φάςθσ του φερρίτθ που επιτυγχάνουν κάποια κραματικά ςτοιχεία όπωσ το Cr (ιςοδφναμο Cr) και το φαινόμενο ςτακεροποίθςθσ του ωςτενίτθ που επιτυγχάνουν κάποια ςτοιχεία όπωσ το Ni (ιςοδφναμο Ni) Ιςοδφναμο Cr ςφμφωνα με τον Schaeffler: Creq-Sch = % Cr + % Mo % Si % Nb Ιςοδφναμο Ni ςφμφωνα με τον Schaeffler: Nieq-Sch = % Ni + 30 % C % Mn 24

25 χήμα 20. Διάγραμμα μικροδομϊν Schaeffler. 4.2 Γιάγπαμμα Delong Ππωσ φαίνεται το διάγραμμα Delong (ςχιμα 21) καλφπτει ζνα μζροσ μόνο των κραμάτων που καλφπτει το διάγραμμα Schaeffler. Βρίςκει εφαρμογι για τιμζσ του ιςοδυνάμου Ni μεταξφ 10% και 21% και του ιςοδυνάμου Cr μεταξφ 16% και 27%. Μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για να υπολογιςτεί με ακρίβεια θ μικροδομι ςε κερμοκραςία περιβάλλοντοσ ωςτενιτικϊν χαλφβων που ςτερεοποιοφνται πρωτογενϊσ ςε μορφι δ- φερρίτθ. Θ χρθςιμότθτα του ζγκειται ςτο ότι για πρϊτθ φορά καταγράφει τον αρικμό φερρίτθ (FN) που περιζχουν αυτά τα κράματα και όχι το % ποςοςτό φερρίτθ ςτθν μικροδομι. Ιςοδφναμο Cr ςφμφωνα με τον Delong: Creq-DeLong = % Cr + % Mo % Si % Nb Ιςοδφναμο Ni ςφμφωνα με τον Delong: Nieq-DeLong = % Ni + 30 % C % Mn + 30 % N 25

26 χήμα 21. Διάγραμμα μικροδομϊν Delong. 4.3 Γιάγπαμμα WRC 92 To διάγραμμα WRC 92 (ςχιμα 22) είναι ζνα από τα πιο ςφγχρονα διαγράμματα πρόβλεψθσ μικροδομϊν. Δθμιουργικθκε το 1992 από τουσ Kotecki και Sievert για λογαριαςμό του Welding Research Council τθσ AWS (American Welding Society). Σε αντίκεςθ με τα δφο προθγοφμενα διαγράμματα το ποςοςτό του φερρίτθ ςτθν μικροδομι εκφράηεται αποκλειςτικά ςε FN. Ειδικότερα το διάγραμμα επιτρζπει με μεγαλφτερθ ακρίβεια τον υπολογιςμό τθσ μικροδομισ των χαλφβων duplex γιατί θ περιοχι που καλφπτει περιλαμβάνει με ακρίβεια κα υλικά με υψθλό ποςοςτό φερρίτθ. Ιςοδφναμο Cr ςφμφωνα με το WRC: Creq-WRC = % Cr + % Mo % Nb Ιςοδφναμο Ni ςφμφωνα με το WRC 92: Nieq-WRC = % Ni + 35 % C + 20 % N % Cu Οι περιοχζσ που καλφπτουν τα διάγραμματα Delong και WRC 92 ςε ςχζςθ με το αρχικό διάγραμμα Schaeffler φαίνεται ςτο ςχιμα

27 χήμα 22. Διάγραμμα μικροδομϊν WRC 92. Οι κόκκινεσ διακοπτόμενεσ γραμμζσ ςυμβολίηουν τθν περιοχι των δφο φάςεων α+γ από το τριμερζσ διάγραμμα Fe-Cr-Ni όπωσ αυτό φαίνεται ςτο ςχιμα 9. Θ κόκκινθ διακοπτόμενθ γραμμι e χωρίηει τθν ωςτενιτικι περιοχι που ζχει ευαιςκθςία ςτθν εμφάνιςθ κερμισ ρθγμάτωςθσ από αυτι που δεν ζχει. χήμα 23. Ρεριοχζσ κάλυψθσ για τα διαγράμματα Schaeffler, Delong και WRC

28 5. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΑΝΟΞΔΙΓΨΤΨΝ ΦΑΛΥΒΨΝ 5.1 ΦΔΡΡΙΤΙΚΟΙ ΑΝΟΞΔΙΓΨΤΟΙ ΦΑΛΥΒΔΣ Το πιο ςθμαντικό κραματικό ςτοιχείο για όλουσ τουσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ, αλλά κυρίωσ τουσ φερριτικοφσ είναι το Cr. Το ςυγκεκριμζνο ςτοιχείο όμωσ παρουςίαηει μεγάλθ τάςθ να ενωκεί με το οξυγόνο και ωσ εκ τοφτου μπορεί πολφ εφκολα να οξειδωκεί κατά τθν διάρκεια μιασ ςυγκόλλθςθσ τόξου. Εάν θ περιεκτικότθτα ςε Cr πζςει τοπικά κάτω από 12% τότε αυτι θ περιοχι γίνεται πολφ ευάλωτθ ςτθν εκδιλωςθ διαβρωτικϊν φαινομζνων. Θ αντιδιαβρωτικι ικανότθτα των φερριτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων μπορεί να μειωκεί περαιτζρω με τθν οξείδωςθ άλλων κραματικϊν ςτοιχείων. Τα παρακάτω ςθμεία είναι ςθμαντικά όςον αφορά τθν ςυγκολλθςιμότθτα των φερριτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων: Υπάρχει κίνδυνοσ ψυχρϊν ρθγματϊςεων για τουσ χάλυβεσ που λόγω τθσ περιεκτικότθτασ τουσ ςε Cr υπόκεινται ςε μεταςχθματιςμό γ α. Θ πικανότθτα αυτϊν των ρθγματϊςεων αυξάνεται με το ποςοςτό του δθμιουργοφμενου μαρτενςίτθ ςτθν ΘΕΗ. Ο κίνδυνοσ κερμισ ρθγμάτωςθσ είναι περιοριςμζνοσ. Θ ολκιμότθτα περιορίηεται ςθμαντικά για πάχθ πάνω από 12mm Υπάρχει κίνδυνοσ ευκραυςτοποίθςθσ από τθν κατακριμνιςθ καρβιδίων του Cr Ο κίνδυνοσ για τθν δθμιουργία φάςεων ς και χ αυξάνεται με τθν περιεκτικότθτα ςε Cr και Μο. Θ ολκιμότθτα μειϊνεται περαιτζρω λόγω τθσ ευκραυςτοποίθςθσ ςτουσ 475 C μετά από ανόπτθςθ ςε εφροσ κερμοκραςιϊν μεταξφ 400 και 550 C Θ ενζργεια κροφςθσ (δυςκραυςτότθτα) μειϊνεται όςο αυξάνεται θ περιεκτικότθτα ςε Cr. H φερριτικι μικροδομι τείνει να μεγενκφνεται ςθμαντικά με κζρμανςθ ςε κερμοκραςίεσ πάνω από 1,000 C. Υψθλό επίπεδο παραμζνουςων τάςεων λόγω του ςχετικά υψθλοφ ορίου διαρροισ και τθν χαμθλισ κερμικισ αγωγιμότθτασ. Θ φερριτικι μικροδομι είναι μαγνθτικι. Για τουσ ανοξείδωτουσ φερριτικοφσ χάλυβεσ που δεν υπόκεινται ςε μεταςχθματιςμό γ α θ ςυγκόλλθςθ πρζπει να γίνεται με χαμθλι κερμικι παροχι χωρίσ τθν χριςθ προκζρμανςθσ και με κερμοκραςία μεταξφ των πάςςων (interpass temperature) μεταξφ C. Για τουσ φερριτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ που υπόκεινται ςε μεταςχθματιςμό γ α προκειμζνου να μειωκεί θ τάςθ τουσ για ψυχρι ρθγμάτωςθ, προτείνεται θ χριςθ προκζρμανςθσ ςτουσ C για πάχθ υλικοφ πάνω από 6mm. 28

29 Σε όλα τα είδθ φερριτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων μπορεί να απαιτθκεί θ πραγματοποίθςθ ανόπτθςθσ μετά τθν ςυγκόλλθςθ ςτουσ C για τθν διαλυτοποίθςθ των καρβιδίων του Cr που μπορεί να ζχουν δθμιουργθκεί κατά τθν ςυγκόλλθςθ. Οι φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβεσ μπορεί να ςυγκολλθκοφν με τθν χριςθ μετάλλου πλιρωςθσ που δίνει φερριτικό μζταλλο ςυγκόλλθςθσ, ι με τθν χριςθ μετάλλων ωςτενιτικϊν ι duplex μετάλλων πλιρωςθσ. Ο πίνακασ 9 παρουςιάηει τα πλεονεκτιματα και μειονεκτιματα τθσ κάκε περίπτωςθσ. Κατά τθν ςυγκόλλθςθ των φερριτικϊν χαλφβων με ετερογενι μζταλλα πλιρωςθσ χρθςιμοποιοφνται τα: 19-9L, 19-9Nb, 19-9H, 22-12, 25-20, Κατά τθν ςυγκόλλθςθ αυτϊν των χαλφβων με ομογενι μζταλλα πλιρωςθσ, χρθςιμοποιοφνται ανάλογα τθν περίπτωςθ αυτά με περιεκτικότθτεσ ςε Cr 13%, 17% ι ςε ςπάνιεσ περιπτϊςεισ 30%. Πίνακας 9. Ρλεονεκτιματα και μειονεκτιματα ανάλογα με τθν χριςθ μετάλλου πλιρωςθσ για τουσ φερριτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ. 5.2 ΨΣΤΔΝΙΤΙΚΟΙ ΑΝΟΞΔΙΓΨΤΟΙ ΦΑΛΥΒΔΣ Τα παρακάτω ςθμεία είναι ςθμαντικά όςον αφορά τθν ςυγκολλθςιμότθτα των ωςτενιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων: Υπάρχει υψθλόσ κίνδυνοσ κερμισ ρθγμάτωςθσ Ο ςυντελεςτισ κερμικισ διαςτολισ είναι περίπου 50% μεγαλφτεροσ από αυτόν των φερριτικϊν χαλφβων. 29

30 Το κενό ανάμεςα ςτα προσ ςυγκόλλθςθ τεμάχια πρζπει να είναι 40% μεγαλφτερο ςε ςχζςθ με τουσ μθ κραματωμζνουσ χάλυβεσ. Χαρακτθρίηονται από πολφ υψθλι ολκιμότθτα Δεν διατρζχουν κίνδυνο ψυχρισ ρθγμάτωςθσ. Υψθλι δυςκραυςτότθτα ακόμα και ςε πολφ χαμθλζσ κρυογενικζσ κερμοκραςίεσ Είναι μθ μαγνθτικοί. Οι ωςτενιτικοί χάλυβεσ που ςτερεοποιοφνται αρχικά ςαν δ-fe ζχουν ζνα μικρό ποςοςτό φερρίτθ ςε κερμοκραςία περιβάλλοντοσ και ωσ εκ τοφτου μπορεί να είναι πολφ ελαφρά μαγνθτικοί. Ανόπτθςθ μετά τθν ςυγκόλλθςθ ςυνικωσ αποφεφγεται αλλά μπορεί να είναι μερικϊσ χριςιμθ ςε εφαρμογζσ που υπάρχει κίνδυνοσ εργοδιάβρωςθσ. Σε όλεσ τισ εφαρμογζσ ςυγκολλιςεων ωςτενιτικϊν ανοξείδωτων χαλφβων πρζπει να προτιμοφνται οι ςτακεροποιθμζνοι, ι οι χαμθλοφ άνκρακα τφποι. Λόγω τθσ ευαιςκθςίασ τουσ ςτθν κερμι ρθγμάτωςθ κακϊσ και ςτον κίνδυνο κατακριμνιςθσ ενδομεταλλικϊν ενϊςεων, για όλουσ τουσ ανοξείδωτουσ ωςτενιτικοφσ χάλυβεσ θ ςυγκόλλθςθ πρζπει να γίνεται με χαμθλι κερμικι παροχι, χωρίσ τθν χριςθ προκζρμανςθσ και με κερμοκραςία μεταξφ των πάςςων (interpass temperature) μεταξφ C. Θ πραγματοποίθςθ ανόπτθςθσ μετά τθν ςυγκόλλθςθ πρζπει επίςθσ να αποφεφγεται εκτόσ των περιπτϊςεων όπου όπωσ αναφζρκθκε παραπάνω, αυτό κρίνεται απαραίτθτο για τθν μείωςθ των παραμζνουςων τάςεων και τθν αποφυγι εκδιλωςθσ εργοδιάβρωςθσ. Θ ανόπτθςθ μετά τθν ςυγκόλλθςθ ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ γίνεται ςτουσ 450 C για μία ϊρα και ψφξθ ςτον αζρα. Σε περίπτωςθ που είναι εφικτό τα καλφτερα αποτελζςματα επιτυγχάνονται με μία πλιρθ κερμικι κατεργαςία διαλυτοποίθςθσ ςτουσ 1050 C και γριγορθ ψφξθ ςε νερό. Κατά τθν ςυγκόλλθςθ είναι χριςιμο να ακολουκοφνται πρακτικζσ που μειϊνουν τισ παραμζνουςεσ τάςεισ ενϊ επίςθσ είναι απαραίτθτθ και ο πολφ καλόσ κακαριςμόσ τθσ περιοχισ τθσ ςυγκόλλθςθσ από τυχόν ακακαρςίεσ. Κατά τθν ςυγκόλλθςθ των ωςτενιτικϊν χαλφβων που υπόκεινται ςε αρχικι ςτερεοποίθςθ ςε δ-fe τα μζταλλα πλιρωςθσ που χρθςιμοποιοφνται τα: 19-9L, 19-9Nb, L, Nb, 24-12L. Για τουσ "ςοφπερ ωςτενιτικοφσ" χάλυβεσ που ςτερεοποιοφνται κατευκείαν ςε μορφι γ-fe χρθςιμοποιοφνται μζταλλα πλιρωςθσ όπωσ τα 18-8Mn και Mn L. 5.3 ΑΝΟΞΔΙΓΨΤΟΙ ΦΑΛΥΒΔΣ DUPLEX Τα παρακάτω ςθμεία είναι ςθμαντικά όςον αφορά τθν ςυγκολλθςιμότθτα των ανοξείδωτων χαλφβων duplex: 30

31 Θ αφξθςθ του ποςοςτοφ του φερρίτθ πάνω από 60% αυξάνει τον κίνδυνο ευκραυςτοποίθςθσ, μεγζκυνςθσ των κόκκων και ψυχρισ ρθγμάτωςθσ Θ αφξθςθ του ποςοςτοφ του ωςτενίτθ πάνω από 50% αυξάνει τον κίνδυνο κερμισ ρθγμάτωςθσ Ανάλογα με το ποςοςτό του φερρίτθ που επιτυγχάνεται κατά τθν ςυγκόλλθςθ θ κερμοκραςία μεταξφ των πάςςων πρζπει να κρατιζται χαμθλά. Θ χριςθ λάκοσ κερμικισ παροχισ μπορεί να οδθγιςει ςε ευκραυςτοποίθςθ και δθμιουργία φάςθσ ς. Το κενό ανάμεςα ςτα προσ ςυγκόλλθςθ τεμάχια πρζπει να είναι μεγαλφτερο ςε ςχζςθ με τουσ μθ κραματωμζνουσ χάλυβεσ. Δεν επιτρζπεται θ ςυγκόλλθςθ χωρίσ τθν χριςθ μετάλλου πλιρωςθσ Είναι μαγνθτικοί λόγω τθσ υψθλισ περιεκτικότθτασ ςε φερρίτθ. Στισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ οι χάλυβεσ duplex ζχουν καλι ςυγκολλθςιμότθτα, αλλά οι παράμετροι τθσ ςυγκόλλθςθσ πρζπει να είναι τζτοιεσ ϊςτε να μπορεί να επιτευχκεί θ βζλτιςτθ αναλογία των φάςεων του ωςτενίτθ και του φερρίτθ ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ και τθν ΘΕΗ. Εάν οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ duplex ςυγκολλθκοφν με ζνα μζταλλο πλιρωςθσ που ζχει τθν ίδια χθμικι ςφςταςθ με το μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ τότε το μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ςτερεοποιείται αρχικά ςε φερριτκι μορφι και ο ακόλουκοσ μερικόσ μεταςχθματιςμόσ ςε ωςτενίτθ είναι πολφ αργόσ ϊςτε να δθμιουργθκεί μία δομι με ιςορροπθμζνθ αναλογία ωςτενίτθ φερρίτθ. Για αυτό τον λόγο χρθςιμοποιοφνται μζταλλα πλιρωςθσ που είναι πιο κραματωμζνα ςε Ni προκειμζνου o φερρίτθσ να μείνει ςε ζνα ποςοςτό μεταξφ 30-60% ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ. Θ υπερβολικι διαλυτοποίθςθ των ειδικά ςχεδιαςμζνων μετάλλων πλιρωςθσ από το μζταλλο τθσ βάςθσ πρζπει να αποφεφγεται ϊςτε να μθν μειωκεί το ποςοςτό των ςτοιχείων που ςτακεροποιοφν τον ωςτενίτθ (Ni) ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ. Γενικά οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ duplex ςυγκολλοφνται με ςχετικά χαμθλι κερμικι παροχι μεταξφ kJ/mm χωρίσ τθν χριςθ προκζρμανςθσ και ανόπτθςθσ μετά τθν ςυγκόλλθςθ. Σε περίπτωςθ που είναι εφικτό θ μόνθ κερμικι κατεργαςία μετά τθν ςυγκόλλθςθ που επιτρζπεται είναι αυτι τθσ διαλυτοποίθςθσ ςτουσ 1050 C για μικρό χρονικό διάςτθμα με ακόλουκθ γριγορθ ψφξθ ςε νερό. Οι "super duplex" χάλυβεσ ςυγκολλοφνται με ακόμα μικρότερθ κερμικι παροχι που κυμαίνεται μεταξφ των kJ/mm. 5.4 ΜΑΡΤΔΝΣΙΤΙΚΟΙ ΑΝΟΞΔΙΓΨΤΟΙ ΦΑΛΥΒΔΣ Πταν αξιολογοφμε τθν ςυγκολλθςιμότθτα αυτϊν των υλικϊν πρζπει να κατανοιςουμε τισ διαφορζσ μεταξφ των ςυμβατικϊν ανοξείδωτων μαρτενςιτικϊν χαλφβων (ςειρά 4xx) και των πιο όλκιμων "ςουπερ μαρτενςιτικϊν" χαλφβων με χαμθλι περιεκτικότθτα ςε άνκρακα και 31

32 προςκικθ Ni (ςειρά 6xx). Σε γενικζσ γραμμζσ για όλουσ τουσ μαρτενςιτικοφσ ανοξείδωτουσ χάλυβεσ ιςχφουν τα παρακάτω: Πλοι οι μαρτενςιτικοί χάλυβεσ ζχουν τάςθ για τθν δθμιουργία ςκλθρϊν φάςεων. Υπάρχει κίνδυνοσ δθμιουργίασ ψυχρϊν ρθγματϊςεων. Υπάρχει κίνδυνοσ ευκραυςτοποίθςθσ υδρογόνου Δεν παρουςιάηουν ιδιαίτερθ ευαιςκθςία ςτθν μεγζκυνςθ των κόκκων και τθν ευκραυςτοποίθςθ των 475 C. Ραρουςιάηουν τάςεισ ευκραυςτοποίθςθσ από τθν κατακριμνιςθ καρβιδίων του ςιδιρου λόγω τθσ υψθλισ τουσ περικτικότθτασ και ςτα δφο ςτοιχεία. Πλοι οι ανοξείδωτοι μαρτενςιτικοί χάλυβεσ απαιτοφν τθν χριςθ ςυγκεκριμζνθσ κερμικισ παροχισ για να ςυγκολλθκοφν. Είναι μαγνθτικοί. Οι ςυμβατικοί μαρτενςιτικοί χάλυβεσ, είναι πρακτικά πολφ δφςκολοι ςτθν ςυγκόλλθςθ τουσ. Οι χάλυβεσ αυτοί μποροφν να ςυγκολλθκοφν είτε με τθν χριςθ προκζρμανςθσ ςτουσ 200 C ϊςτε να ζχει ολοκλθρωκεί ο μαρτενςιτικόσ μεταςχθματιςμόσ και ςτθν ςυνζχεια να γίνει θ απαιτοφμενθ ανόπτθςθ, είτε με προκζρμανςθ ςτουσ C χωρίσ ολοκλιρωςθ του μαρτενςιτικοφ μεταςχθματιςμοφ και ςτθν ςυνζχεια μείωςθ τθσ κερμοκραςίασ κάτω από τουσ 100 C πριν τθν πραγματοποίθςθ τθσ ανόπτθςθσ. Θ ανόπτθςθ μετά τθν ςυγκόλλθςθ πραγματοποιείται μεταξφ των C. Κατά τθν ςυγκόλλθςθ αυτϊν των χαλφβων γίνεται χριςθ υψθλισ κερμικισ παροχισ. Σε περίπτωςθ που δεν είναι δυνατι θ πραγματοποίθςθ κερμικισ κατεργαςίασ μετά τθν ςυγκόλλθςθ προτείνεται θ χριςθ μετάλλου πλιρωςθσ με 25% Cr και 10-12% Ni. Οι "ςουπερ μαρτενςιτικοί" ανοξείδωτοι χάλυβεσ είναι πιο εφκολα ςυγκολλιςιμοι λόγω του χαμθλοφ ποςοςτοφ άνκρακα που ζχουν και τθσ πιο μαλακισ και όλκιμθσ μαρτενςιτικισ φάςθσ που ςχθματίηουν λόγω τθσ προςκικθσ του Ni. Και αυτοί οι χάλυβεσ μποροφν να ςυγκολλθκοφν είτε είτε με τθν χριςθ προκζρμανςθσ μεταξφ των C ϊςτε να ζχει ολοκλθρωκεί ο μαρτενςιτικόσ μεταςχθματιςμόσ και ςτθν ςυνζχεια να γίνει θ απαιτοφμενθ ανόπτθςθ, είτε με προκζρμανςθ ςτουσ C, ςτθν ωςτενιτικι περιοχι, χωρίσ ολοκλιρωςθ του μαρτενςιτικοφ μεταςχθματιςμοφ. Στθν πρϊτθ περίπτωςθ θ κερμικι κατεργαςία μετά τθν ςυγκόλλθςθ περιλαμβάνει διπλι ανόπτθςθ ςτουσ 600 C με ενδιάμεςθ ψφξθ ςτον αζρα. Αυτό γίνεται γιατί αυτοί οι χάλυβεσ απαιτοφν αρκετοφσ κφκλουσ ψφξθσ για να ολοκλθρωκεί ο μεταςχθματιςμόσ του ωςτενίτθ ςε μαρτενςίτθ. Στθν δεφτερθ περίπτωςθ θ ανόπτθςθ μετά τθν ςυγκόλλθςθ περιλαμβάνει τθν πλιρθ ωςτενιτοποίθςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ με κζρμανςθ ςτουσ 770 C με ψφξθ ςτον αζρα κα ςτθν ςυνζχεια επανάλθψθ τθσ διπλισ ανόπτθςθσ ςτουσ 600 C. 32

33 5.5 Γενικέρ ππακηικέρ για ηοςρ ανοξείδωηοςρ σάλςβερ Ρροτείνεται θ χριςθ ανοξείδωτων εργαλείων (π.χ. ςυρματόβουρτςεσ, τροχοί) και επιχρωμιωμζνων ςφυριϊν. Κατά τθν εν ψυχρϊ παραμόρφωςθ προτείνεται θ χριςθ προςτατευτκϊν για τθν αποφυγι επιμόλυνςθσ τθσ επιφάνειασ του ανοξείδωτου χάλυβα. Ρρζπει να λαμβάνονται μζτρα για τθν αποφυγι μόλυνςθσ των ανοξείδωτων χαλφβων με spatter ανκρακοφχων καταςκευαςτικϊν χαλφβων. Χριςθ αδρανοφσ μθ προςτατευτικοφ αερίου για όλεσ τισ περιοχζσ που κερμαίνονται κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ όπωσ π.χ. το πίςω μζροσ τθσ ρίηασ τθσ ςυγκόλλθςθσ. Κατά τθν ςυγκόλλθςθ με MAG θ χριςθ οξειδωτικοφ αερίου Ο 2 ι CO 2 περιορίηεται ςε ζνα μζγιςτο ποςοςτό 3% με το υπόλοιπο να είναι αδρανζσ Ar. Μεγαλφτερθ περιεκτικότθτα ςε Ο 2 μπορεί να οδθγιςει ςε οξείδωςθ των επιφανειϊν τθσ ςυγκόλλθςθσ και κραματικϊν ςτοιχείων του χάλυβα, ενϊ μεγαλφτερθ περιεκτικότθτα ςε CO 2 μπορεί να οδθγιςει ςε ενανκράκωςθ τθσ ηϊνθσ τθσ ςυγκόλλθςθσ, και κατακριμνιςθ καρβιδίων του Cr. Γενικά θ αντιδιαβρωτικζσ ιδιότθτεσ των ανοξείδωτων χαλφβων οφείλονται ςε ζνα λεπτό ςτρϊμα οξειδίου του Cr πάχουσ 2-4 nm το οποίο πακθτικοποιεί τθν επιφάνεια του χάλυβα. Αν για κάποιο λόγο όπωσ π.χ. θ φπαρξθ υπολειμάτων από τθν ςυγκόλλθςθ, θ οξείδωςθ τθσ επιφάνειασ από τθν υψθλι κερμοκραςία, ι φπαρξθ ακακαρςιϊν κτλ καταςτραφεί αυτό το ςτρϊμα οξειδίου, τότε οι ανοξείδωτοι χάλυβεσ γίνονται πολφ επιρρεπείσ ςτθν ζναρξθ διάβρωςθσ, ειδικά τοπικισ (pitting corrosion). Τα παραπάνω φαίνονται ςτα ςχιματα 24, 25. Για αυτό τον λόγο πάντα μετά το τζλοσ μιασ καταςκευισ που περιλαμβάνει ανοξείδωτουσ χάλυβεσ, όλεσ αυτζσ οι περιοχζσ ςτισ οποίεσ το προςτατευτικό ςτρϊμα οξειδίου ζχει καταςτραφεί, πρζπει να κακαριςτοφν με μθχανικό ι χθμικό τρόπο. 33

34 χήμα 24. Καταςτροφι του προςτατευτικοφ ςτρϊματοσ και οξείδωςθ ςυγκολλιςεων ανοξείδωτου χάλυβα. χήμα 25. Θ δθμιουργία ενόσ ςτρϊματοσ οξειδίου κατά τθν ςυγκόλλθςθ εμποδίηει τθν επαναδθμιουργία του προςτατευτικοφ ςτρϊματοσ οξειδίου του Cr ςτθν επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα. 34