Zvariteľnosť vysokolegovaných oceli

Vysokolegované ocele sa najviac používajú na výrobu zariadení v energetike, v chemickom a potravinárskom priemysle. Možno ich rozdeliť na:


  1. feritické a poloferitické ocele,
  2. martenzitické alebo martenziticky starnúce ocele,
  3. austenitické CrNi ocele.

Feritické a poloferitické ocele

Feritické chrómové ocele obsahujú 18 až 30 % Cr. Sú to magnetické a nekaliteľné ocele. Ohrevom ich nemožno dostať do austenitického stavu, lebo oblasť alfa fázy dosahuje až k solidu.
Pri obsahu chrómu nad 25 % pri pomalom ochladzovaní a pri dlhšej výdrži na teplote 500 až 800°C vzniká v týchto oceliach intermetalická fáza, tzv. sigma fáza. Je tvrdá, krehká a spôsobuje krehkosť oceli. Vo zvarových spojoch vzniká sigma fáza v TOZ pri nevhodne zvolenom postupe zvárania.
Feritické ocele sú obťažne zvariteľné. V teplom ovplyvnenej zóne vzniká pri väčších teplotných príkonoch hrubozrnná štruktúra, ktorú vzhľadom na to, že feritická oceľ nemá transformačné premeny, nemožno odstrániť.

Martenzitické ocele

Martenzitické ocele sú magnetické a kaliteľné na vzduchu. Martenzit vzniká pri pomerne nízkych teplotách (300 až 200°C) a vyznačuje sa vysokou tvrdosťou a nízkou ťažnosťou. Preto pri zváraní sa musí používať predhrev a po zváraní tepelné spracovanie.
Voľba prehrevu závisí od chemického zloženia, zložitosti konštrukcie, hrúbky steny a pod. Naj­častejšie sa používa predhrev na teploty 200 až 250°C ak C 0,1 % ale 0,2 % a nad 250 ak C 0,2 %.
V  tomto prípade sa používa aj dohrev. Ak C 0,1 %, predhrev sa nemusí použiť.
Po tepelnom spracovaní po vzniku disperzných karbidov vo feritickej štruktúre získava zvarový spoj vhodnú kombináciu pevnostných a plastických vlastností. Na zabezpečenie lepšej zvariteľnosti znižuje sa pri týchto oceliach obsah uhlíka a pri oceliach sa zvoli také zloženie, aby obsah delta feritu po austenitizačnej teplote bol čo najmenší.
Pri nesprávnom zváracom režime vznikne v podhúsenicovej zóne tvrdý a krehký martenzit, citlivý na vruby. Súčasne sa zvyšuje hladina vnútorných napätí, a tým sa zvyšuje náchylnosť zvarového spoja na krehké porušenie.
Ocele určené pre vyššie teploty sú v porovnaní s klasickými legovanétíSte molybdénom a vanádom. Ocele pre stavbu vodných turbín niklom (1 až 6 % Ni).
Martenziticky vytvrditeľné ocele
Martenziticky vytvrditeľné ocele sa uplatňujú vo zváraných konštrukciách a v chemickom priemys­le. Ide o ocele s obsahom 8,5 až 9 % mangánu, 0,10 až 0,13 % uhlíka, 0,15 až 0,30 % kremíka a znížený obsah síry a fosforu. Majú veľmi dobré plastické vlastnosti aj pri záporných teplotách, dobrú zvaritcľnosť a štruktúrnu stabilitu.

Mechanické vlastnosti týchto oceli závisia od charakteru martinzitu (od jeho subštruktúry, hustoty mricžkových porúch, stupňa rekrystalizácie, morfológie, prítomnosti iných fáz a pod.).
Konkrétny postup zvárania a voľba parametrov sa určuje podľa chemického zloženia.
Auslenitické ocele
Austenitické CrNi ocele sa od feritkkých a martenzitických oceli odlišujú predovšetkým vyššou húževnatosťou, ťažnosťou a nižšími tranzitnými teplotami. V žíhanom stave nemajú medzu klzu a môžu sa deformačné spevniť bez vzniku skrchnutia.
Zvariteľnosť austenitických CrNi oceli ovplyvňuje:

  1. citlivosť na tvorenie trhlín za tepla vo zvarovom kove,
  2. vznik karbidov chrómu a karbidových filmov v tepelne ovplyvnenej zóne pri nestabilizovaných oceliach,
  3. vznik intermetalickej sigma fázy.

Vznik trhlín za tepla najčastejšie podnecuje tvorba tenkých oxidových filmov alebo karbidových obalov po hraniciach zŕn, ktoré okrem trhlín spôsobujú krehkosť teplom ovplyvnenej zóny a náchylnosť
ku korózii.
Vznik karbidov závisi od viacerých faktorov, z ktorých najdôležitejšie sú:

  1. chemické zloženie (obsah uhlíka má byť menší ako 0,03 %).
  2. čas zotrvania na teplote 650 až 850°C (čím dlhší čas, tým vhodnejšie podmienky pre tvorbu kar­bidov).

Tvorbe karbidov chrómu zabraňuje prítomnosť stabilizačných prvkov, ak sú v oceli prítomné. Uhlík sa viaže prednostne s týmito prvkami a netvoria sa karbidy chrómu.