ad 1/ Precipitace karbidu chromu - od svarového spoje korozivzdorné
austenitické oceli požadujeme, aby celkové korozi odolával stejně jako ocel, která
nebyla svařována. Tato skutečnost je zabezpečena tím, že svarový kov má stejné
nebo podobné chemické složení jako základní materiál. Svarový spoj korozivzdorné
Cr-Ni (Mo) může být ohrožen ještě jinými druhy koroze, než je koroze celková.
Ze všech možných druhů koroze je nejnebezpečnější a nejčastější koroze
mezikrystalická. Jejím působením jsou napadány pouze hranice zrn takovým způsobem,
že dochází ke ztrátě soudržnosti sousedních zrn. Při ohybové zkoušce se stává,
že z ohnuté části vzorku vypadne část rozrušeného kovu. Mezikrystalickou korozi
vyvolávají jen silná korozní činidla, např. kyselina dusičná. Neagresivní
kapaliny, jako voda, mléko, pivo apod., normálně nemohou mezikrystalickou korozi svarů
austenitických ocelí vyvolat. To, jak zabránit tomuto koroznímu napadení, má
základní význam pro svařování Cr-Ni (Mo) ocelí.
K vysvětlení mezikrystalické koroze existuje několik teorií. Nejuspokojivější
teorie předpokládá, že precipitace karbidů chromu na hranicích zrn austenitu
ochuzuje okolí karbidu o chrom. Chromniklová austenitická ocel je z hutě dodána ve
vyžíhaném stavu s austenitickou strukturou a tím má i plnou odolnost proti
mezikrystalické korozi. Vyžíháním, tj. zahřátím na teplotu 1050 - 1100 oC a
následujícím rychlým ochlazením nejlépe do vody (rozpouštěcí žíhání), se
dosáhne toho, že se rozpustí karbidy chromu a uhlík, přítomný v oceli, se
rovnoměrně rozpustí v celé hmotě oceli. Rychlým ochlazením dosáhneme toho, že
tento stav bude zachován neomezeně dlouho při normální teplotě. Ohřejeme-li takto
zpracovanou ocel (po rozpouštěcím žíhání) krátkodobě na teploty v rozmezí 600 -
800 oC [ 1 ], začnou se na hranicích zrn austenitu vylučovat karbidy chromu. Kolem
každé částice karbidu chromu se kovová hmota oceli ochudí o chrom, jehož obsah
může klesnout pod 13 %. Tak vznikne na povrchu zrn austenitu pásmo ochuzené o chrom,
tedy neschopné odolávat silnému koroznímu činidlu. Hmota vnitřku zrn přitom
zůstává nedotčena, protože má nezmenšený obsah chromu. Tento proces je
schématicky znázorněn na obr. 3-2.
Zkoumáme-li vznik mezikrystalické koroze u svarů, pak si musíme uvědomit, že teplota
v kolmém řezu klesá z tavicí teploty svarového kovu plynule na teplotu základního
materiálu. Svarový kov se může stát náchylným k mezikrystalické korozi, prakticky
je toto nebezpečí pro svarový kov mnohem menší než u základního materiálu, kde
pásma probíhají podél svaru a ve vzdálenosti několika mm od něho (viz obr. 3-3).
Teplota oceli ve svaru a jeho blízkém okolí nezůstává při svařování na stejné
výši, nýbrž se plynule mění: nejdříve se zvyšuje, až dosáhne určité
nejvyšší hodnoty, a pak se zase snižuje. Tyto teplotní podmínky jsou rozhodující
pro to, zda se určitá austenitická ocel ohřátím stane nebo nestane citlivou k
mezikrystalické korozi.
Na zjišťování mezikrystalické koroze austenitických ocelí se používá korozní
zkouška podle normy ČSN 03 8169. Metoda spočívá v expozici zkušebních vzorků v
zkušebním prostředí a po omytí a usušení se vzorky ohýbají na úhel 90°. Ohnuté
vzorky se prohlíží lupou a důkazem náchylnosti k mezikrystalické korozi jsou trhliny
na povrchu ohnutých vzorků. Odolnost proti mezikrystalické korozi se hodnotí
metalograficky. Když ohříváme korozivzdorné oceli při různých teplotách a
časech, po kterých následuje korozní zkouška, pak můžeme určit náchylnost oceli k
mezikrystalické korozi a určit grafy, které jsou známé jako TTS grafy (viz [ 6 ]). Na
obr. 3-4 je znázorněn TTS graf pro
korozivzdornou ocel typu 18 - 8. Prázdné kroužky udávají teplotu a čas, jenž
nezpůsobily náchylnost na mezikrystalickou korozi, plné kroužky naopak znamenají
podmínky, kdy ocel není schopna korozi odolávat. Vidíme, že u dané oceli nastane
zcitlivění ohřevem na 750 oC za necelou minutu a že při vyšších teplotách, ale i
při nižších teplotách než 750 oC, je k zcitlivění třeba delších dob ohřevu.
Precipitaci karbidu chromu, jež je příčinou mezikrystalické koroze svarů
korozivzdorných austenitických ocelí, je možné ovlivnit třemi způsoby:
a/ tepelné zpracování,
b/ chemické složení oceli,
c/ stabilizační prvky.
Tepelné zpracování oceli - chceme-li u předmětů svařených z
korozivzdorných austenitických ocelí získat odolnost proti mezikrystalické korozi,
musíme dosáhnout rozpuštění karbidů chromu, což se stane rozpouštěcím
žíháním (ohřev na 1050 - 1100 oC, prohřátí, rychlé ochlazení). Toto žíhání
je spojeno se značnými problémy a u rozměrnějších svařenců jej nemůžeme
provést vůbec. Žíhání po svaření se provádí jen ojediněle a v závodech
vybavených potřebným drahým zařízením.
Chemické složení oceli - přítomnost uhlíku způsobuje za určitých
podmínek vyloučení karbidů chromu na hranicích zrn, které způsobují zcitlivění
austenitické oceli k mezikrystalické korozi. Problém lze řešit snížením obsahu
uhlíku pod hranici jeho rozpustnosti v austenitu (viz obr. 3-1). Jednotliví autoři [ 1 ]
, [ 3 ] , [ 6 ] uvádějí, že u austenitické oceli typu 18 - 8 s méně než 0,02 %
uhlíku nenastala mezikrystalická koroze, byť byly v oblasti kritických teplot tj. 600
- 800 oC jakékoli podmínky ohřevu a ochlazování. U svarů s velmi rychlými
tepelnými cykly lze tuto hranici zvýšit z 0,02 na 0,05 %. Každá setina procenta
uhlíku navíc znatelně zkracuje dobu ohřevu, která vyvolá zcitlivění oceli. Na obr. 3-5 jsou znázorněny TTS grafy oceli
typu 18 - 8 s různým obsahem uhlíku.
Výroba ocelí s velmi nízkým obsahem uhlíku je však spojena s velkými technickými
problémy, protože je třeba tavit i odlévat ve vakuu. V současné době se už
vyrábějí korozivzdorné austenitické oceli, které mají maximální obsah uhlíku
0,03 %. Tyto oceli umožňují svařovat i velké tloušťky plechů bez nebezpečí
mezikrystalické koroze. Se snižováním obsahu uhlíku se však zhoršují mechanické
vlastnosti korozivzdorné oceli (mez pevnosti...). Tomu lze zabránit buď válcováním
za tepla nebo legováním dusíkem.
Z ostatních legur zvyšuje odolnost proti mezikrystalické korozi chrom (v určitém
poměru k uhlíku) a molybden. Nepříznivě naopak působí nikl.
Stabilizační prvky - už dříve bylo uvedeno o titanu, že jako prvek má
vyšší afinitu k uhlíku než chrom. Přidáme-li titan (obsah minimálně 4x větší
než uhlík) do austenitické oceli, vytvoří s uhlíkem velmi stálé karbidy, které se
nezmění ani ohřevem na mnohem vyšší teploty než 800 oC. Částice karbidu titanu
jsou rozptýleny rovnoměrně uvnitř zrn oceli. Přísadou titanu uhlík v oceli nemůže
vytvářet karbidy chromu a ocel se chová, jako by neobsahovala skoro žádný uhlík.
Oceli, takto upravené přísadou titanu, se nazývají stabilizované. Vedle titanu má
stejný účinek i niob (obsah minimálně 8x větší než uhlík). Předměty zhotovené
svařováním ze stabilizované austenitické Cr-Ni (Mo) oceli mají ve všech částech a
bez žíhání plnou odolnost proti mezikrystalické korozi.