Metaalelementen in lasdraad: Uitleg over de invloed op de laskwaliteit

Wat is de invloed van legeringselementen zoals Si, Mn, S, P, Cr, AI, Ti, Mo en V in lasdraad op de lasprestaties? Hieronder volgt uitleg voor elk element:

Silicium (Si)

Silicium is het meest gebruikte desoxiderende element in lasdraad. Het kan voorkomen dat ijzer zich verbindt met zuurstof en kan FeO in het smeltbad verminderen.

Als silicium echter alleen wordt gebruikt voor deoxidatie, ontstaat SiO₂ heeft een hoog smeltpunt (ongeveer 1710℃) en de geproduceerde deeltjes zijn klein en moeilijk uit het smeltbad te drijven. Dit kan leiden tot de insluiting van slak in het lasmetaal.

Mangaan (Mn)

De functie van mangaan is vergelijkbaar met die van silicium, maar het desoxidatievermogen is iets minder dan dat van silicium. Als mangaan alleen gebruikt wordt voor deoxidatie, heeft het resulterende MnO een hogere dichtheid (15,11g/cm³) en is ook moeilijk uit het smeltbad te drijven.

Naast de deoxidatiefunctie kan mangaan in lasdraad ook combineren met zwavel om mangaansulfide (MnS) te vormen, dat kan worden verwijderd (ontzwaveld), waardoor de neiging tot warmscheuren veroorzaakt door zwavel wordt verminderd.

Aangezien het moeilijk is om de deoxidatieproducten te verwijderen wanneer silicium of mangaan alleen voor deoxidatie wordt gebruikt, wordt vaak een combinatie van silicium en mangaan gebruikt om een composiet van silicaat (MnO-SiO₂) tijdens deoxidatie.

MnO-SiO₂ heeft een lager smeltpunt (ongeveer 1270 ℃) en een lagere dichtheid (ongeveer 3,6 g/cm³). Het kan coaguleren tot grote slakblokken en uit het smeltbad drijven, waardoor een goed desoxidatie-effect wordt bereikt.

Mangaan is ook een belangrijk legeringselement in staal en een belangrijk element van hardbaarheid. Het heeft een aanzienlijke invloed op de taaiheid van het lasmetaal.

Als het Mn-gehalte lager is dan 0,05%, heeft het lasmetaal een hoge taaiheid. Als het Mn-gehalte hoger is dan 3%, wordt het lasmetaal bros. Als het Mn-gehalte tussen 0,6% en 1,8% ligt, heeft het lasmetaal een hoge sterkte en taaiheid.

Zwavel (S)

Zwavel in staal is vaak aanwezig in de vorm van ijzersulfide, dat in een maaspatroon langs de korrelgrenzen wordt verdeeld en de taaiheid van het staal aanzienlijk vermindert. Het eutectische temperatuur van ijzer en ijzersulfide is relatief laag (985℃).

Daarom is tijdens warmvervormen, omdat de starttemperatuur meestal tussen 1150-1200℃ ligt, het eutect van ijzer en ijzersulfide al gesmolten, wat leidt tot barsten tijdens het verwerkingsproces.

Dit fenomeen staat bekend als "brosheid bij hoge temperaturen". De zwaveleigenschap maakt staal gevoelig voor warmscheuren tijdens het lassen.

Daarom wordt het zwavelgehalte in staal streng gecontroleerd. Het belangrijkste verschil tussen gewoon koolstofstaal, koolstofstaal van hoge kwaliteit en geavanceerd staal van hoge kwaliteit is de hoeveelheid zwavel en fosfor.

Zoals eerder vermeld heeft mangaan een ontzwellend effect omdat het mangaansulfide (MnS) met een hoog smeltpunt (1600℃) kan vormen met zwavel, dat in korrelvorm verdeeld is binnen de korrels.

Tijdens hete bewerking heeft mangaansulfide voldoende plasticiteit om de schadelijke effecten van zwavel te elimineren. Daarom is het gunstig om een bepaalde hoeveelheid mangaan in staal te hebben.

Fosfor (P)

Fosfor kan volledig worden opgelost in ferriet in staal. Het versterkende effect op staal is het tweede na koolstof en het verhoogt de sterkte en hardheid van staal.

Fosfor kan ook de corrosieweerstand van staal verbeteren, maar vermindert de ductiliteit en taaiheid aanzienlijk. Dit effect is vooral ernstig bij lage temperaturen, wat bekend staat als het "fosfor koud brosheid" fenomeen.

Daarom is het schadelijk voor het lassen en verhoogt het de scheurgevoeligheid van staal. Als onzuiverheid moet het fosforgehalte in staal ook worden beperkt.

Chroom (Cr)

Chroom kan de sterkte en hardheid van staal terwijl de ductiliteit en taaiheid in mindere mate afnemen. Chroom heeft een sterke corrosiebestendigheid en zuurbestendigheid, dus austenitisch roestvast staal bevat over het algemeen meer dan 13% chroom.

Chroom heeft ook sterke anti-oxidatie en hittebestendige eigenschappen. Daarom wordt chroom ook veel gebruikt in hittebestendig staal, zoals 12CrMo, 15CrMo en 5CrMo. Chroom is in bepaalde hoeveelheden aanwezig in staal.

Chroom is een belangrijk bestanddeel van austenitisch staal en een bestanddeel van ferriet. Het kan de oxidatieweerstand en mechanische eigenschappen van het staal verbeteren. gelegeerd staal bij hoge temperaturen. In austenitisch roestvast staal, wanneer de totale hoeveelheid chroom en nikkel 40% is en de Cr/Ni verhouding 1 is, is er een neiging tot warmscheuren.

Wanneer de Cr/Ni verhouding echter 2,7 is, is er geen neiging tot warmscheuren.

Over het algemeen, wanneer de Cr/Ni verhouding ongeveer 2,2-2,3 is in 18-8 type staal, kan chroom gemakkelijk carbiden vormen in gelegeerd staal, het warmtegeleidingsvermogen verminderen en problemen veroorzaken bij het lassen door de vorming van chroomoxide.

Aluminium (AI)

Aluminium is een van de sterk desoxiderende elementen. Daarom kan het gebruik van aluminium als desoxidatiemiddel niet alleen de productie van FeO verminderen, maar het ook gemakkelijker maken om FeO te verminderen, de chemische reactie van CO-gas in het smeltbad effectief onderdrukken en het vermogen om CO-poreusheid te weerstaan verbeteren.

Bovendien kan aluminium zich ook verbinden met stikstof om een stikstoffixatie-effect te vormen, waardoor de stikstofporositeit afneemt.

Het gebruik van aluminium voor deoxidatie resulteert echter in de vorming van AI met een hoog smeltpunt.₂O₃ (ongeveer 2050℃), die in vaste toestand in het smeltbad bestaat en gemakkelijk slakinsluitsels in het lasmetaal kan veroorzaken.

Tegelijkertijd is aluminiumhoudende lasdraad gevoelig voor spatten en kan een te hoog aluminiumgehalte de weerstand van het lasmetaal tegen warmscheuren verminderen.

Daarom moet het aluminiumgehalte in lasdraad strikt gecontroleerd worden en mag het niet te hoog zijn. Als het aluminiumgehalte in de lasdraad goed wordt gecontroleerd, worden de hardheid, de vloeipunt en de treksterkte van het lasmetaal iets verbeterd.

Titanium (TI)

Titanium is ook een sterk desoxiderend element en kan ook combineren met stikstof om TiN te vormen, een stikstoffixerende rol spelen en het vermogen van het lasmetaal om stikstofporositeit te weerstaan verbeteren.

Als de juiste hoeveelheden titaan en boor (B) aanwezig zijn in de structuur van het lasmetaal, kan de structuur van het lasmetaal worden verfijnd.

Molybdeen (Mo)

Molybdeen kan de sterkte en hardheid van gelegeerd staal verhogen, de korrelgrootte verfijnen, broosheid en oververhittingstendens voorkomen en de sterkte, kruipsterkte en duurzaamheid bij hoge temperaturen verbeteren.

Als het molybdeengehalte lager is dan 0,6%, kan het de vervormbaarheid verbeteren, de neiging tot barsten verminderen en de slagvastheid verhogen. Molybdeen heeft ook de neiging om grafitisering te bevorderen.

Daarom is het molybdeengehalte in hittebestendig staal zoals 16Mo, 12CrMo, 15CrMo, enz. over het algemeen rond 0,5%.

Wanneer het molybdeengehalte in gelegeerd staal tussen 0,6% en 1,0% ligt, kan molybdeen de plasticiteit en taaiheid van het gelegeerd staal verminderen en de neiging tot afschrikken vergroten.

Vanadium (V)

Vanadium kan de sterkte van staal verhogen, de korrelgrootte verfijnen, de neiging tot korrelgroei verminderen en de hardbaarheid verbeteren.

Vanadium is een relatief sterk carbidevormend element en de carbiden die het vormt zijn stabiel beneden 650℃.

Het heeft ook verouderende effecten. Vanadiumcarbiden zijn stabiel bij hoge temperaturen en kunnen de hardheid van staal bij hoge temperaturen verbeteren. Vanadium kan ook de verdeling van carbiden in staal veranderen, maar het is gevoelig voor de vorming van vuurvaste oxiden, waardoor lassen en snijden moeilijk wordt.

Als het vanadiumgehalte in het lasmetaal rond de 0,11% ligt, kan het een rol spelen bij de stikstoffixatie, waardoor een ongunstige situatie omslaat in een gunstige.