Blog Ko Buijs: De invloed van ferriet in austeniet
Austeniet en ferriet zijn beiden allotropen van het element ijzer, echter hebben deze twee typen een totaal verschillend atoomconfiguratie. Austeniet heeft een kubisch vlakke gecentreerd rooster dat niet te magnetiseren is. Ferriet beschikt over een ruimtelijk gecentreerd rooster, dat net als koolstofstaal, wel door een magneet aangetrokken wordt. Doordat het nikkelgehalte in roestvast staal zo laag mogelijk wordt gehouden, stolt het roestvast staal altijd primair ferritisch.
Door Ko Buijs - Innomet Consultancy BV
Dat betekent dat er bij een rustige afkoeling een bepaalde hoeveelheid ferriet ontstaat in de matrix. De hoeveelheid hiervan is afhankelijk van het nikkel- en chroomgehalte. In het geval van bijvoorbeeld AISI316 speelt het molybdeengehalte ook een bepaalde rol. Door het roestvast staal oplossend te gloeien bij 1065°C en af te schrikken in water wordt een metastabiel austeniet verkregen. Men vriest namelijk de structuur in die zich manifesteert op deze hoge temperatuur. Feitelijk ontstaat er dan bij kamertemperatuur geen natuurlijke situatie en daarom wordt de structuur metastabiel genoemd. Met een thermische behandeling, zoals lassen, zal het onderdrukte ferriet zich op die plaatsen uit gaan scheiden. Dat betekent dat met een sterke magneet enig magnetisme in de laszone wordt ervaren. Voor meer informatie hierover wordt verwezen naar de blog ‘Roestvast staal en magnetisme’.
Indien het nikkelgehalte hoog en het chroomgehalte laag is binnen de bandbreedte van de norm, zal de stolling altijd primair austenitisch verlopen. Dat betekent een stabiele austeniet structuur die geen ferriet zal uitscheiden tijdens het lassen of tijdens een mechanische impact. M.a.w. wat men ook bewerkt aan zo’n stabiele kwaliteit, er zal nooit enige trekkracht met een sterke magneet worden ervaren. In de praktijk zal dit echter niet snel voorkomen want er is geen producent van roestvast staal die het in zijn hoofd zal halen onnodig veel duur nikkel aan de smelt toe te voegen.
Enige procenten ferriet in austeniet is op zich best wenselijk. De reden is om het ontstaan van warmscheuren in het austenitische materiaal tegen te gaan. Ferriet heeft een groter oplossend vermogen voor allerlei verontreinigingen dan austeniet waardoor het een soort vuilnisbakfunctie in het materiaal krijgt. In onderstaande tabel zijn deze verschillen van oplosbaarheid te zien.
Tabel: oplosbare percentages elementen in ferriet en austeniet.
De laag smeltende eutectica en verontreinigingen worden tijdens het stollen voor het austenitische stollingsfront uitgedreven. Dit verschijnsel wordt ook wel segregatie genoemd. Deze uitgescheiden fasen kunnen gaan scheuren tijdens het krimpen van het metaal omdat deze mechanisch zwak zijn. Vaak zijn deze nog niet eens geheel gestold en trekken dan simpel kapot met een scheurtje tot gevolg. Dat worden per definitie warmscheuren genoemd. Zie desgewenst ook de blog ‘zwavel in Roestvast staal’
Wordt het ferrietgehalte in het austeniet behoorlijk hoger, dan is dat goed te voelen met een sterke magneet. Vooral gelaste zones trekken dan behoorlijk aan met een magneet ondanks dat men met de juiste austenitische lasmaterialen heeft gewerkt. Dergelijke hogere percentages ferriet zijn echter niet gewenst. Ferriet is namelijk hard en dat vermindert de ductiliteit en dieptrekbaarheid. Ook kan er in ferriet minder koolstof oplossen dan in austeniet. Hoewel normaal gesproken het koolstofgehalte laag is in roestvast staal, zal de lage oplosbaarheid van koolstof in ferriet het aanwezige koolstof naar het austeniet drijven. Hierdoor kunnen er mogelijk chroomcarbiden ontstaan wat de kans op interkristallijne corrosie weer vergroot. Daarom is het belangrijk dat het ferrietgehalte niet te hoog oploopt.
In de praktijk kan gebruik gemaakt worden van een ferrietmeter, die eenvoudig het percentage ferriet op de gemeten plaats kenbaar maakt. Ook kunnen geoefende handen aardig inschatten hoe hoog het ferrietgehalte is zodra men een sterke magneet op het materiaal aanbrengt. Om het ferrietgehalte niet te hoog op te laten lopen, is het belangrijk dat de heat-input tijdens het lassen zo gering mogelijk blijft. Daarom is het belangrijk nog eens kritisch te kijken naar de lasparameters.