Blog Ko Buijs - Superferritisch Roestvast Staal
Superferrieten zijn ferritische chroomstaalsoorten die een zeer laag gehalte aan koolstof en stikstof bezitten. Hierbij kan gedacht worden aan percentages die lager kunnen zijn dan 0,01%. Daarom wordt ook wel de aanduiding ELI (Extra Low Interstitial) gebruikt voor deze typen chroomstaal. Twee voorbeelden van deze superferrieten zijn de legeringen 18Cr-2Mo-Ti en 29Cr-4Mo-2Ni.
Door Ko Buijs - Innomet Consultancy BV
Twee voorbeelden van deze superferrieten zijn de legeringen 18Cr-2Mo-Ti en 29Cr-4Mo-2Ni. De meeste superferrieten hebben ten opzichte van de conventionele ferritische staalsoorten een beduidend betere kerfslagtaaiheid. De materialen zijn vrijwel ongevoelig voor 475°C-brosheid, wat uiteraard een groot voordeel is. Toepassingen liggen op het gebied van warmtewisselaars voor chloridehoudend koelwater en installaties voor de mijnbouw alsmede de chemische apparatenbouw. Naast de hierboven genoemde legeringen,is er ook nog het in Duitsland ontwikkelde type EN 1.4575 (28Cr-2Mo-4Ni-Nb) wat in dit verband belangrijk is om te vermelden. Dit materiaal betreft een type superferriet met een hoog chroomgehalte die tot een wanddikte van maar liefst 15mm geleverd kan worden. Andere superferrieten zijn slechts alleen in kleinere dikten beschikbaar. Superferritisch chroomstaal, dat ook wel hoog zuiver ferritisch roestvast staal wordt genoemd,werd geïntroduceerd in de jaren zeventig. De oudste en bekendste is het type E-Brite 26-1, hetgeen een legering is die 26% chroom en 1% molybdeen bevat.
Type E-Brite 26-1 wordt gefabriceerd door middel van smelten in vacuüm, met als doel het koolstof- en stikstofgehalte te reduceren tot een zeer laag niveau. Specifieke toepassingen van deze legering zijn onder meer magneetventielen, drukvaten, cokescomponenten, warmtewisselaars en apparatuur voor warmteterugwinning. Er zijn meerdere chemische samenstellingen van deze hoog zuivere ferritische legeringen ontwikkeld die een goede weerstand bieden tegen verschillendeagressieve milieus. Twee voorbeelden hiervan zijn 18Cr-2Mo, 29Cr-4Mo en 29Cr-4Mo-2Ni en 27Cr-3,5Mo-2Ni. Door mogelijke problemen met het lassen en het beheersen van de overgangstemperatuur taai/bros, worden deze legeringen toegepast in plaatdiktes die gelijk of kleiner zijn dan 3,2 mm en voor buizen met geringe wanddikten. De E-Brite 26-1 legering heeft een corrosiebestendigheid die gelijk is of zelfs beter is dan die van AISI304 en 316. Bovendien is deze legering veel beter bestand tegen scheurvormende spanningscorrosieveroorzaakt door chloriden. De hoger gelegeerde superferrieten beschikken in principe over een nog betere corrosiebestendigheid.
Het lassen van superferritisch chroomstaal
Voordat men met het lassen van superferrieten begint, moeten eerst de te lassen oppervlakken en lasnaden zorgvuldig schoongemaakt worden en ontvet. Door het lage gehalte aan interstitiële elementen zijn deze typen namelijk erg gevoelig voor opkoling bij hoge temperatuur. Vooral vet, wat een verbinding is tussen kool- en waterstof, dissocieert bij hoge temperatuur waardoor koolstof vrijkomt. Deze koolstof zal het materiaal gemakkelijk binnendringen door diffusie. Er is dan echter ook kans op opname van waterstof in het materiaal, die brosheid in de warmte beïnvloedde zone kan veroorzaken. Verder dient men errekening mee te houden dat bij het lassen van dergelijke legeringen aanzienlijke korrelgroei in de warmte beïnvloedde zone kan optreden. Deze korrelgroei verlaagt de taaiheid van het materiaal aanzienlijk en kan helaas niet ongedaan worden gemaakt door een warmtebehandeling. Het basismateriaal zal ongeveer bij 20°C een kerfslagwaarde hebben van meestal boven de 100 Joule terwijl de warmte beïnvloedde zone vaak nog maar een waarde heeft van 30 Joule zodra er korrelgroei in het spel is.
Als lastoevoegmaterialen kunnen materialen worden gebruikt met dezelfde chemische samenstelling als het basismateriaal. Ook kunnen austenitische materialen als lasmetaal worden toegepast hoewel dit toevoegmateriaal het meest wordt toegepast om een goede taaiheid van de lasverbinding te bewerkstelligen. Een eis voor het austenitische toevoegmateriaal is dat het koolstofgehalte lager dan 0,03% moet zijn. Toevoegmateriaal zoals E(R)309LMo(L12) geeft tot een bepaalde dikte een ductiele lasverbinding. Voor de hoger gelegeerde superferrieten is vanuit het oogpunt van corrosie gezien, de keuze van een nikkellegering gewenst als lasmateriaal. Een voorbeeld hiervan is E(R)NiCrMo-3(L28). De meest geschikte lasprocessen voor deze chroomstaalsoorten zijn TIG- en het elektrodelassen. Bij beide processen dient een lagewarmte-inbreng te worden gebruikt en dienen er dunne lasrupsen te worden gelegd. Aangezien 475°C-brosheid in lasverbindingen moet worden vermeden, wordt de bedrijfstemperatuur van gelaste componenten in superferritisch roestvast staal veelal beperkt tot 280°C.
