Hidegszívós acélok hegesztése
A hidegszívós acélok hegesztése alapvetően az alapanyag, a hozaganyag, összességében hegfürdő nikkel tartalmától függ.
Tekintettel arra, hogy a Ni érdemlegesen csökkenti az Ms-t, a hőhatásövezet kellő szívósságának megtartása érdekében meg kell akadályozni az ausztenit szemcsedurvulását. Ez sok esetben a hőbevitel felülről való korlátozásával érhető csak el. Ugyanebből a célból korlátozott a megengedhető legnagyobb rétegközi hőmérséklet. Tekintettel a varrat kicsi belső formatényezőjére, amely a nikkel-szulfid jelenlétében fokozza a kristályosodási repedési hajlamot, ezeket az acélokat nem célszerű fedett ívű hegesztéssel hegeszteni.
3,5% nikkeltartalmú hidegszívós acélok hegesztése
A 3,5% nikkeltartalmú acéloknál leírt okok miatt a rétegközi megengedhető legnagyobb hőmérséklet 250 °C. Ugyanakkor a hőbevitelt is felső korláthoz kell kötni, mert az alapanyag kiemelkedően kedvező szívósságát egy összetett hőkezelési művelettel, a nemesítéssel érik el. A hőhatásövezet A3 hőmérséklet fölé hevült térfogataiban a nemesített, finom szemcseszerkezet durvul, a zárványok diszperz eloszlásának romlása a szívósság csökkenésében jelentkezik. Az alapanyag eredeti tulajdonságainak visszaállítása hőkezeléssel a hegesztett termékek mérete miatt általában nem lehetséges, de szakszerűen kidolgozott hegesztéstechnológia esetén nem is szükséges. A megengedhetőnél nagyobb tulajdonságromlás megelőzhető, ha olyan hegesztéstechnológiát alkalmaznak, ahol hőhatásövezet szélessége a lehető legkisebb. Ez elérhető a nagyobb energiasűrűségű alkalmazásával, illetve egy adott eljárás esetén a sorok számának növelésével, így a sorok hegesztésekor a hőbevitel csökkentésével.
5% nikkeltartalmú hidegszívós acélok hegesztése
Az 5% nikkeltartalmú acélok hegesztéséhez vagy az alapanyagéval közel azonos összetételű, vagy nikkelalapú hegesztőanyagot szokás használni. A hegesztőanyag nélkül vagy azonos összetételű hegesztőanyaggal készült varratfém és az allotrop átalakuláson áteső részek szövetszerkezete martenzites vagy martenzites mátrixban bénites. A hidrogén okozta repedések elkerülése végett fokozottabban korlátozni kell a varrat diffúzióképes hidrogéntartalmát 5 mL/100 g-ra. Továbbá a termikus feszültségek csökkentése, a H-diffúzió feltételeinek javítása érdekében a 10 mm-nél vastagabb szelvények hegesztésekor – hasonlóan a 3,5% nikkeltartalmú acélokhoz – a táblázatban megadott hőmérsékletre elő kell melegíteni az acélt.
9% nikkeltartalmú hidegszívós acélok hegesztése
A 9% nikkeltartalmú acélok hegesztéséhez nikkelalapú varratfémet biztosító hegesztő anyagot szokás használni. Ennek az az előnye, hogy akár 50 mm szelvényvastagságig elkerülhető az előmelegítés, hiszen a varratból származó hidrogén okozta elridegedéssel nem kell számolni a hőhatásövezetben, mert a nikkel szilárd állapotban egy nagyságrenddel kevesebb hidrogént tud oldatban tartani a kristályosodáskor, mint a vas.
A hőhatásövezet szövetszerkezete még előmelegítés esetén is döntően martenzites lesz, a hűlési sebesség csökkenésével egyre kisebb mennyiségű maradék ausztenittel. A kb. 700 °C fölé hevült anyagrészekben a maradék ausztenit mennyisége csökken, a 900 °C fölé hevült anyagrészekben alig 1%. Ezért ebben az övezetben a keménység 380 HV értéket is elérhet, és a mínusz 190 °C-on mérhető szívósság erősen csökkenhet. A maradék ausztenit jelenléte abból a szempontból előnyös, hogy a nagyobb hidrogénoldó képessége miatt csökkenti a hidrogén martenzitet ridegítő hatását. Tekintettel arra, hogy a 9% nikkeltartalmú acélok széntartalma jellemzően C £ 0,05%, a kis C-tartalomnak köszönhetően a rács torzulás kicsi, s az így képződő martenzit lágy.
A kisebb széntartalom abból a szempontból is előnyös, hogy elkerülhető megeresztéskor és hegesztéskor – ha lassú a hűlés – a martenzit megeresztődése. A martenzit megeresztődése esetén ugyanis belőle az epszilon-karbid válik ki, ami elridegedést okoz. A karbidtartalom csökkenésével ennek a valószínűsége csökken. Csökken az elridegedés veszélye akkor is, ha a szén stabil karbidképzőkkel le van kötve. Ilyen célból ötvöznek ezekbe az acélokba molibdént. A kis C-tartalmú martenzit számottevő szívóssága ellenére a varratok felületét simára célszerű leköszörülni. A sarokvarratok homorúak legyenek, továbbá a varrat-alapanyag átmenetében bemetszés, szegélykiolvadás, ugrásszerű keresztmetszet-változás ne maradjon. Ezek mind növelik a feszültségkoncentráció, és ezzel a repedés veszélyét.
Széntartalom hatása
A 9% nikkeltartalmú acélok garantált átmeneti hőmérséklete –196 oC. Az alumíniumötvözetek és a Cr-Ni ötvözésű ausztenites acélok is szívós anyagok ezen az üzemi hőmérsékleten. Ezek az anyagok azon túl, hogy drágábbak, mintegy harmad akkora folyáshatárúak. A 9% nikkeltartalmú acélok nagyobb szilárdsága nyújtotta előny csak akkor használható ki, ha a hegesztett kötés hőhatásnak kitett térfogata, beleértve a varratot is, közel azonosak mechanikai jellemzőjűek, mint az alapanyag. A Ni- ötvözetekben a kívánt folyáshatár csak speciális ötvözőkkel érhető el. Főleg 65Ni-15Cr-8Fe-7Mo rendszerű hegesztőanyagot alkalmaznak, W-, illetve Nb-ötvözésével egészítve ki. Alkalmazzák az 50Ni-22Cr-10Mo-5Fe-2Ta típusú ötvözetet. Használatos még a 16Cr-13Ni-6Mn ötvözésű ausztenites acél is amelyben kiegészítő ötvözőként W is van. Különösen fontos, hogy a hegesztőanyag C-tartalma ne haladja meg a 0,03%-ot.
A nikkelötvözésű, hidegszívós acélok utóhőkezelést általában nem igényelnek. Ha erre szükség van a leromlott szívóssági tulajdonságok visszaállítása érdekében, akkor ez egy 620–650 °C-os, az anyagvastagságtól függő időtartamú izzítással, majd egy ezt követő gyors lehűtéssel érhető el.
A nikkellel ötvözött acélok is – általában a 350–600°C közötti hőmérsékletközben, de leginkább 370–550°C között megeresztési ridegségre hajlamosak. Ezt az okozza, hogy a foszfor (P), az antimon (Sb), az ón (Sn) és az arzén (As) feldúsulnak az elsődleges ausztenitszemcse-határokon. Majd interkrisztallin repedésterjedéssel végbemenő törést idéznek elő. Ha a Si és a Mn nagy mennyiségben van jelen, akkor az előző szennyezők fokozott hatást váltanak ki. Ennek a hajlamnak a megszüntetése legegyszerűbben 600°C fölötti hőkezeléssel lehetséges. Arra kell törekedni, hogy az anyag rövid ideig legyen a kritikus hőközben.
Az 5%-nál nagyobb nikkelötvözésű acélok sajátossága, hogy mágneses térben felmágneseződnek, és nagy a maradó mágnesességük. Ha a hegesztett kötés helyein a mágnesezettség meghaladja a ± 0,16 A/mm értéket, akkor már zavaró ívfúvó hatással kell számolni. Ennek elkerülésére váltakozó áramú hegesztést ajánlott használni, vagy gondoskodni kell időszakosan a lemágnesezésről ellenkező irányú mágneses térrel.
