ad 2/ Citlivost k tvoření trhlin za tepla - austenitické chromniklové
oceli se vyznačují velkou houževnatostí za všech teplot, při nichž jsou
používány. Tuto představu přenášíme i na svary. Skutečnost je však jiná. Dokud
tloušťky svařovaného materiálu nepřesáhly asi 10 mm, nebylo o praskavosti svarů
mnoho známo. Je však skutečností, že za vysokých teplot, blízkých teplotě tání,
mohou ve svaru vzniknout trhliny. Tento fakt je zvlášť markantní, když má
svařovaný materiál větší tloušťku. Praskavost za tepla může nastat v každém
pásmu svaru, tj. ve svarovém kovu, v přechodovém pásmu i v základním materiálu.
Nejčastějším druhem této praskavosti je praskavost svarového kovu, kterou se dále
budeme zabývat.
Praskavost u svarů austenitických ocelí se zjišťuje velmi nesnadně. Magnetické
zjišťování trhlin není možné, protože tyto oceli jsou nemagnetické. Trhlinky
mohou být mikroskopické a je pak obtížné je zjistit i rentgenem. Je proto nejlepší,
můžeme-li se vypořádat s nebezpečím praskavosti za tepla ve svarech takovým
způsobem, aby již předem bylo jisté, že svar bude bez trhlin.
Vznik trhlin za tepla vysvětlují autoři různě (viz [ 1 ] , [ 3 ] , [ 6 ]).
Nejpřijatelnější je teorie vycházející z faktu, že chromniklové austenitické
oceli se vyznačují výraznou tepelnou dilatací (mnohem větší než u uhlíkových
ocelí). Během chladnutí svar tuhne, ale zároveň se smršťuje. Když teplota poklesne
natolik, že se jednotlivá zrna vzniklá z taveniny začínají dotýkat, pak se kov jako
celek snadno poruší i malou deformací smršťováním, neboť je již nedostatek
taveniny, která by vyplnila mezery vzniklé rozestoupením sousedních zrn, a to je
okamžik, kdy vznikají začátky trhlin za tepla. Trhliny vzniklé za tepla je možné
poznat podle toho, že jsou na lomové ploše zoxidované (poznáme to až u studeného
svaru, když ho rozlomíme).
Nelze přehlédnout ani teorii, která připisuje náchylnost čistě austenitických
ocelí k praskavosti za tepla vzniku blanky křemičitanů kolem zrn austenitu. Vzniku
křemičitanů se zabrání, podaří-li se nám vytvořit fázi d, která může
precipitovat na hranicích zrn austenitu. Přebytek feritu není však zvlášť
výhodný, protože snižuje vysokou houževnatost austenitu.
Praktické zkušenosti i výzkumné práce ukázaly, že pro zmenšení praskavosti
svarového kovu chromniklových austenitických ocelí je výhodné, když je v něm
přítomno malé množství feritu vzniklého přímo z taveniny při tuhnutí svaru.
Tento ferit se nazývá ferit d na rozdíl od feritu a, který vzniká až při nižších
teplotách z austenitu. Takový svarový kov pak nemá strukturu čistě austenitickou,
nýbrž austeniticko - feritickou. Vhodné množství je asi 5 % feritu ve struktuře.
Ferit d ve tvaru polygonů (není to síťoví po hranicích zrn) dokáže rozpustit více
fosforu (10x) než austenit. Feritu nesmí být příliš mnoho, protože zmenšuje
houževnatost svaru za normální teploty.
Přítomnost feritu je někdy nežádoucí, protože snižuje korozní odolnost v
některých chemických prostředích (výroba močoviny). V těchto případech musí
být svarový kov čistě austenitický a bezpečnost proti praskavosti za tepla se
dosahuje zvýšenou metalurgickou čistotou. To znamená, že obsah škodlivých prvků,
jako jsou síra a fosfor, musí být menší, než je obvykle přípustné (obsah síry se
musí zmenšit až na 0,01 %). Škodlivé jsou i další prvky, jako kyslík, cín, olovo,
které i při nepatrném obsahu vytvářejí mezi zrny tuhnoucího svaru tenké vrstvičky
s nízkým bodem tání.
V praxi můžeme ve většině případů bez obav připustit ve svarovém kovu omezené
množství feritu. Přítomnost feritu je pak skoro zárukou, že získáme svarový kov
bez trhlin vzniklých za tepla. Je proto velmi důležité zjistit, jaký obsah feritu má
daný svarový kov. Obsah feritu ve svarovém kovu austenitické Cr-Ni (Mo) oceli závisí
v rozhodující míře na chemickém složení svarového kovu. Souhrnný účinek všech
prvků přítomných ve svaru dovoluje vyjádřit diagram, navržený A. C. Schaefflerem.
Klasický Schaefflerův diagram s uvedenými ekvivalenty chromu a niklu (% hmotnosti) je
uveden v příloze č. 3. Podle
chemického složení jsou prvky rozděleny na austenitotvorné (NiE %) a feritotvorné
(CrE %). Podle jejich obsahu lze potom stanovit plošný nebo objemový obsah austenitu a
feritu d ve struktuře oceli po rychlém ochlazení.
Z výše uvedených skutečností vyplývají i možnosti, jak potlačit výskyt trhlin za
tepla v korozivzdorných austenitických Cr-Ni (Mo) ocelí je:
- minimalizováním tepelného příkonu při svařování,
- eliminací nepříznivého vlivu síry, fosforu a kyslíku (desoxidace svarového kovu),
- zabezpečením vhodného obsahu feritu d ve svarovém kovu.
Obsah feritu d ve svarech korozivzdorných austenitických ocelí je možné s
vyhovující přesností stanovit též z upraveného Schaefflerova diagramu De Longem [ 3
]. De Longův diagram je uveden na obr. 3-6.
Ani Schaefflerův ani De Longův diagram není možné použít k odhadům mikrostruktury
Cr - Ni ocelí s vyšším podílem feritu ve struktuře. Pro tento účel byl
zkonstruován nový konstituční diagram, který umožňuje spolehlivé odhady obsahu
feritu ve struktuře Cr - Ni ocelí v rozsahu 0 až 100 FN. Byl nazván diagram WRC - 1992
a je na následujícím obr. 3-7.