Stal to stop żelaza z węglem o zawartości drugiego pierwiastka poniżej 2,11%. Ma to związek z graniczną rozpuszczalnością go w żelazie. Stal zawiera również inne składniki. Najkorzystniejszymi jej składnikami są przede wszystkim metale: chrom, mangan, nikiel, wolfram, tytan, molibden i miedź. Jeżeli zawartość pierwszego pierwiastka w stopie jest wyższa od 10,5%, a węgla niższa niż 1,2%, to taką stal nazywa się nierdzewną.
Spawalność to jedna z najistotniejszych właściwości technologicznych metali i ich stopów. Nie każda stal jest łatwo spawalna. Stopy o ilości węgla mniejszej od 0,25% uważane są za dobrze spawalne. Większa zawartość tego pierwiastka wpływa na pogorszenie tego parametru. Dobrą spawalnością charakteryzuje się na przykład stal nierdzewna ferrytyczna.
Spawalność stali
Z pojęciem spawalności łączy się cały wachlarz właściwości fizykochemicznych i metalurgicznych, które wpływają na podatność do tworzenia złącz. To zdolność konkretnego surowca do uzyskania ciągłości metalurgicznej i określonych własności mechanicznych po spawaniu.
Materiały metalowe można podzielić na:
- spawalne,
- spawalne pod pewnymi warunkami,
- zazwyczaj niespawalne.
Zasadniczy wpływ na własności mechaniczne i strukturę stali dobrze spawalnej ma zawartość węgla. Stal węglowa zawiera 0,25% węgla oraz cechuje się dobrą spawalnością, kiedy ilość innych składników nie jest znaczna. Podobny poziom tego pierwiastka ma stal kwasoodporna, jednak chromu wynosi tu 18%, a niklu 8% – to powoduje trudności w spawaniu. Małe ilości manganu do około 2% przy zawartości węgla maksimum 0,15%, co poprawia spawalność. Warunki pogarszają się, kiedy krzem występuje powyżej 0,7%-0,8%. Ilość chromu zasadniczo wpływa na własności stopu, głównie na hartowność. Spawanie stali o podwyższonej zawartości tego pierwiastka jest możliwe, gdy stosuje się podgrzewanie wstępne. Nikiel i molibden zwiększają hartowność. Miedź ma wpływ na wytrzymałość oraz granice plastyczności stali, ale jej zbyt duża ilość wywołuje pękanie na gorąco.
Jaka stal do spawania będzie najlepsza?
Zdecydowana większość produkowanych obecnie konstrukcji stalowych jest spawana, dlatego spawalność tego stopu to niezwykle ważny czynnik. Należy się zastanowić, jaka stal jest najlepsza do spawania.
Odpowiednie właściwości wytrzymałościowe mają stale konstrukcyjne. Wpływa na to określony skład chemiczny z ograniczoną ilością pierwiastków stopowych. Dzięki temu są spawalne i plastyczne. Gatunki stali do spawania nie wymagają podgrzewania wstępnego przed procesem łączenia czy cięcia termicznego oraz mają większą odporność na pęknięcia wodorowe.
Stal konstrukcyjna zwana stalą o podwyższonej wytrzymałości ma minimalną granicę plastyczności powyżej 275 MPa i jest odporna na pękanie. Granica plastyczności może być zwiększona przez umocnienie stałego roztworu węgla i ferrytu rozpuszczonymi dodatkami stopowymi (węglikami, azotkami czy węglikoazotkami).
Dobre gatunki stali do spawania to austenityczne stale nierdzewne. Mogą być łączone z zastosowaniem wszystkich rodzajów spawania oporowego. Cechuje je dosyć niska plastyczność, doskonała ciągliwość i odporność na pękanie. Podczas procesu łączenia wymagane jest użycie spoiw, które zawierają w swoim składzie niewielką ilość ferrytu, a to powoduje wzrost właściwości magnetycznych.
Najczęściej porównywana z austenitycznymi rodzajami jest tańsza od nich stal nierdzewna ferrytyczna. Nazwa pochodzi od zawartego w niej ferrytu. To stal dobrze spawalna, ma dobrą odporność na korozję ogólną i naprężeniową oraz stanowi materiał ciągliwy, miękki. Nie zmienia swojej struktury, a także nie utwardza się w wyniku obróbki termicznej. Stale nierdzewne ferrytyczne powinno się spawać z podgrzewaniem – zaleca się temperaturę około 200°C.
Stal nierdzewna ferrytyczna – zawartość pierwiastków stopowych w składzie chemicznym:
- 10% – 30% – chrom,
- 0-4,5% molibden,
- niewielkie procentowe stężenia: niklu, tytanu, aluminium, niobu, cyrkonu.
Stal nierdzewna do spawania to super duplex. W porównaniu z austenityczną ma większą ilość chromu i molibdenu, a to wpływa dobrze na tworzenia ferrytu czy antykorozyjność. Ma dobrą spawalność bez spawania pęknięć na gorąco oraz na zimno.