VM42 Lassen van roest- en hittevast staal.pdf - Induteq

29
Hoofdstuk 4
Precipitaten in roest- en hittevast staal
4.1 Inleiding
Bij de verschillende verwerkingsprocessen, maar ook bij
het gebruik op hoge temperatuur, krijgt men bij roestvast
staal te maken met precipitaten. In de meeste gevallen
gaat het hierbij om carbiden en nitriden (of een mengvorm
hiervan) en intermetallische fasen. Veelal hebben precipitaten
een ongunstige uitwerking op de eigenschappen van
roestvast staal; bij precipitatieharding echter maken we
bewust gebruik van precipitaten om de eigenschappen van
roestvast staal te verbeteren. In dit hoofdstuk wordt een
algemeen theoretische achtergrond van precipitaten gegeven.
Elders in deze publicatie zijn meer praktische facetten
van precipitaten belicht:
in hoofdstuk 3: effecten op corrosie en verbrossing;
in hoofdstuk 10: oplossing van precipitaten bij de warmtebehandeling;
in hoofdstuk 12: beproeving op aanwezigheid van precipitaten.
het staal of het lasmetaal tevens gevoelig voor interkristallijne
corrosie (zie hiervoor ook figuur 3.2 in hoofdstuk 3).
Doordat de oplosbaarheid van N in austeniet groter is dan
van C, verloopt de uitscheiding van nitriden veel trager dan
van carbiden. Pas wanneer het staal meer dan 0,15% N
bevat, moet beneden 650 ºC rekening worden gehouden
met de uitscheiding van M 2 N.
Figuren 4.2 en 4.3 tonen ter illustratie een paar structuurfoto's
van 1.4404 (AISI 316L - lasmetaal). Figuur 4.2 is
een opname van lasmetaal met enige procenten ferriet (het
ferriet in de austenitische grondmassa is grauw aangeëtst).
In figuur 4.3 zijn carbiden in 1.4404-lasmetaal na 500 uur
gloeien bij 550 ºC te zien (de zwarte puntjes op de foto zijn
de carbiden; het lasmetaal bevat in dit geval ca. 0,02% C).
4.2 Carbiden en nitriden
Carbiden en nitriden in roestvast staal ontstaan als gevolg
van de teruglopende oplosbaarheid van de elementen C en
N bij daling van de temperatuur (zie figuur 4.1). Uitscheiding
bij een bepaalde temperatuur is mogelijk, als de opgeloste
hoeveelheid koolstof of stikstof groter is dan de oplosbaarheid
bij die temperatuur.
figuur 4.2
Ferriet in 1.4404 (AISI 316L) lasmetaal; ongegloeid
(etsmiddel volgens Kalling)
figuur 4.1
Oplosbaarheid van C en N in austenitisch staal
4.2.1 Carbiden en nitriden in staal van het type
18Cr-10Ni-(Mo)
De carbiden en nitriden in de ongestabiliseerde austenitische
Cr-Ni-stalen hebben respectievelijk de formule M 23 C 6
en M 2 N, waarin M uit Fe, Cr en Ni kan bestaan. De carbiden
zullen zich in het temperatuurgebied 450-800 ºC bij
voorkeur uitscheiden op de kristalgrenzen. Is er naast austeniet
ook ferriet aanwezig, dan zullen de carbiden, behalve
op de korrelgrenzen, ook uitscheiden in het ferriet. De aanwezigheid
van ferriet voorkomt de uitscheiding langs de
korrelgrenzen echter niet.
Indien voldoende koolstof aanwezig is, kan een complete
film van carbiden langs de korrelgrenzen ontstaan. Bij hoge
koolstofgehalten (0,08-0,15%) kan deze film in zeer korte
tijd worden gevormd, bijvoorbeeld in lasverbindingen al
tijdens afkoeling vanaf de smelttemperatuur. Bij lage koolstofgehalten
kan zich echter geen doorlopende film vormen,
omdat onvoldoende koolstof in het staal aanwezig is.
In feite kan de uitscheiding van carbiden en nitriden, als
functie van temperatuur en tijd, in uitscheidingsdiagrammen
worden weergegeven (zie hiervoor ook § 4.3.3).
Chroomcarbiden op de korrelgrenzen verminderen de ductiliteit
(echter minder drastisch dan bij sigma-fase) en maken
figuur 4.3
Carbiden in 1.4404 (AISI 316L) lasmetaal; gegloeid:
500 uur bij 550 ºC (etsmiddel: verdunde
Murakami oplossing)
4.3 Intermetallische fasen
Dit zijn uitscheidingen waarin meerdere metallische elementen
voorkomen.
Uitscheidingen bij een bepaalde temperatuur kunnen in
principe ontstaan als de opgeloste hoeveelheid koolstof
en/of stikstof groter is dan de maximale oplosbaarheid bij
die temperatuur.
De belangrijkste intermetallische fasen in roest- en hittevast
staal zijn:
sigma-fase;
laves-fase;
chi-fase;
gamma prime-fase.