Transcript dswsdddssda e8 Werken met roestvast staal

Werken
met roestvast
staal
dswsdddssda
8e
door
Pierre-Jean
Cunat
by
Pierre-Jean
Cunat
ISBN 978-2-87997-181-0
978-2-87997-182-7
Diamant Building ·Bd A. Reyers 80 ·1030 Brussels ·Belgium ·Tel. +32 2 706 82 67 ·Fax -69 ·e-mail [email protected] ·www.euro-inox.org
Materials en
andToepassingen
Applications reeks,
Series,Volume
Volume2 2
Materiaal
WERKEN MET ROESTVAST STAAL
door Pierre-Jean CUNAT
Materiaal en Toepassingen reeks, Volume 2
Euro Inox
Vaste leden
Euro Inox is de Europese organisatie voor
marktontwikkeling van roestvast staal.
De leden van Euro Inox zijn:
• de Europese producenten van roestvast staal;
• de nationale organisaties voor de marktontwikkeling van roestvast staal;
• de organisaties van de legeringselementenindustrie.
De voornaamste doelstelling van Euro Inox is het
promoten van enerzijds de unieke eigenschappen
van roestvast staal en anderzijds het gebruik
ervan in bestaande toepassingen en nieuwe
markten. Om dit doel te bereiken organiseert Euro Inox conferenties en seminaries
en levert zij ondersteuning via zowel gedrukte als elektronische media, om architecten,
ontwerpers, voorschrijvers, producenten en
eindgebruikers beter vertrouwd te maken met
het materiaal. Euro Inox ondersteunt evenzeer
technisch en marktonderzoek.
Acciai Speciali Terni
www.acciaiterni.it
Auteursrecht
Deze publicatie is onderworpen aan het auteursrecht.
Euro Inox behoudt alle rechten voor inzake
vertaling in gelijk welke taal alsook vermenigvuldiging, hergebruik van illustraties, voordrachten en uitzendingen.
Niets uit deze publicatie mag zonder voorafgaandelijke toestemming van de uitgever (Euro
Inox, Luxemburg) worden vermenigvuldigd,
opgeslagen via microfilm of in een gegevensbestand of overgemaakt worden in gelijk welke elektronische, mechanische, opgenomen of
gefotocopiëerde of andere vorm.
Inbreuken kunnen aanleiding geven tot gerechtelijke vervolging en schadeloosstelling
alsook het vergoeden van de gerechtkosten en
-honoraria. Deze vallen onder het Franse en/of
Luxemburgse auteursrecht en de regelgeving
die binnen de Europese Unie van kracht is.
Pierre-jean CUNAT wordt als auteur van dit boek
beschouwd volgens de franse wet op het
copyright van 11 maart 1957, 3 juli 1985 en
volgende: Art. L121-1 tot en met L121-9, Art.
L122-1 tot en met L122-12, Art. L123-1 tot en
met L123-12.
Acerinox
www.acerinox.com
Aperam
www.aperam.com
Outokumpu
www.outokumpu.com
Geassocieerde leden
Acroni
www.acroni.si
British Stainless Steel Association (BSSA)
www.bssa.org.uk
Cedinox
www.cedinox.es
Centro Inox
www.centroinox.it
ConstruirAcier
www.construiracier.fr
Industeel
www.industeel.info
Informationsstelle Edelstahl Rostfrei
www.edelstahl-rostfrei.de
International Chromium Development
Association (ICDA)
www.icdacr.com
International Molybdenum Association
(IMOA)
www.imoa.info
Nickel Institute
www.nickelinstitute.org
Paslanmaz Çelik Derneği (PASDER)
www.turkpasder.com
Polska Unia Dystrybutorów Stali (PUDS)
www.puds.pl
Stowarzyszenie Stal Nierdzewna
www.stalenierdzewne.pl
SWISS INOX
www.swissinox.ch
Werken met roestvast staal
Inhoud
Eerste uitgave 2013
(Materiaal en Toepassingen Reeks, Volume 2)
Inleiding
ISBN 978-2-87997-182-7
Woord vooraf
Engelse versie: ISBN 978-2-87997-181-0
1
Poolse versie: ISBN 978-2-87997-185-8
1.1 Corrosievormen
Turkse versie: ISBN 978-2-87997-186-5
1.2 Roestvast stalen families
© EDP Sciences en Euro Inox 2013
1.3 Gepaste keuze van het roestvast staaltype
Soorten en eigenschappen van roestvast staal
1.4 Warmtebehandelingen
Oorspronkelijk uitgegeven als “Travailler les aciers inoxy-
1.5 In de handel verkrijgbare roestvast staalproducten
dables”,
2
ISBN 2-906643-15-7 © SIRPE 1998, Parijs.
2.1 Mechanisch en thermisch versnijden
Bewerken van roestvast staal
2.2 Verspanen
Uitgevers
2.3 Koud vormgeven
EDP Sciences, 17 avenue du Hoggar
2.4 Warm vormgeven
P.A. de Courtabœuf, BP112
3
91944 Les Ulis Cedex A, France
3.1 Lassen
Tel.: +33 1 69 18 17 62 / Fax +33 1 69 86 07 65
3.2 Solderen
www.edpsciences.org
3.3 Lijmen
Verbindingstechnieken
3.4 Mechanische verbindingen
Euro Inox
4
Maatschappelijke zetel:
4.1 Karakterisatie van het oppervlak
19, rue de Bitbourg
4.2 Oppervlaktevoorbereiding en -behandeling
1273 Luxemburg,
5
Groot-Hertogdom Luxemburg
5.1 Metallurgische proeven en controles
Tel. +352 26 10 30 50 Fax +352 26 10 30 51
5.2 Mechanische proeven
Kantoor Brussel:
6
Diamant Building, Reyerslaan 80
6.1 Fysische en chemische eigenschappen van roestvast
1030 Brussel, België
Technologie van de oppervlakte
Proeven en controles
Bijlagen
staal
Tel. +32 2 706 82 67 Fax +32 2 706 82 69
6.2 Identificatie en normalisatie van roestvast staal
[email protected]
6.3 Index, letterwoorden en afkortingen
www.euro-inox.org
6.4 Foto’s en afbeeldingen: rechthebbenden
6.5 Literatuurbronnen
Auteur
Geschreven en gecoördineerd door Pierre-Jean Cunat,
Joinville-le-Pont (France), met de steun van “Compagnons
du Devoir du Tour de France”
Vertaling
Benoît Van Hecke, Hasselt (B)
Disclaimer
Euro Inox en EDP Sciences hebben alle inspanningen gedaan
om de technische informatie correct weer te geven. De lezer
wordt echter aangeraden om deze informatie enkel voor
algemene doelstellingen te gebruiken. Euro Inox en EDP
Sciences, hun leden, medewerkers en adviseurs aanvaarden
geen enkele verantwoordelijkheid voor verlies, schade of letsels
die zouden ontstaan op basis van de gepubliceerde informatie.
1
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Inleiding
I
Jzer en de kunst om het te vervormen heb-
uit de algemene kennis van het materiaal, de
ben de mens ongetwijfeld de mogelijkheden
noodzakelijke basiskennis te verschaffen voor
gegeven om de natuurelementen te controle-
de keuze en toepassingen van dit materiaal,
ren en om zijn machtspositie te verzekeren.
en deze kennis op een leesbare en praktische
Algemeen wordt beschouwd dat de Hittieten
manier te brengen.
en de Chalieben (Kaukasus) ijzer konden win-
Mijn dank gaat uit naar Roger DROUHIN
nen uit hematiet omstreeks 1700 voor Christus.
(†), hoofd van de de Société d’Ingénierie,
Het heeft nochtans tot de jaren 1300 van onze
de Recherche, de Prospective et d’Edition
tijdsrekening geduurd vooraleer gietijzer ver-
(SIRPE), zonder wiens ondervinding en kennis
scheen, d.i. een legering van ijzer en koolstof.
dit boek niet had kunnen worden uitgegeven.
En de industriële staalproductie begon pas in
Het boek ‘’Bewerken van roestvast staal’’
de
de 19 eeuw. Staal was welbekend en werd op
is het resultaat van deze voorbeeldige samen-
grote schaal toegepast in de grote industriële
werking en we zijn er zeker van dat het zijn
sectoren, maar in de kleine en middelgrote in-
beoogde doel zal bereiken.
dustrie en de ambachtelijke werkplaatsen had
men nog steeds een gebrek aan kennis over
staal. Het is om deze leemte op te vullen dat
in 1996 het handboek met de titel ‘’Travailler
l’acier – manuel de l’artisan et du technicien’’
(Werken met staal – handboek voor de ambachtsman en de technicus) werd uitgegeven.
De geschiedenis van roestvast staal is veel
jonger en het is pas omstreeks 1910 dat de
eerste industriële ontwikkelingen plaatsvonden. Hoewel roestvast staal bekend staat
om zijn uitzonderlijke corrosieweerstand,
zijn esthetisch aanzien, de bestendigheid
van het oppervlak en, dienovereenkomstig,
zijn levensduur, blijft niettemin de noodzaak bestaan om dit materiaal beter bekend
te maken. En dan betreft het niet enkel de
wezenlijke eigenschappen zoals corrosie- en
oxidatieweerstand, mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen alsook structurele
eigenschappen, maar vooral de geschiktheid
ervan om door middel van talrijke koud- en
warmvervormingstechnieken en verbindingswijzen vorm te krijgen.
Zoals eerder gemeld is het doel van dit
werk ‘’Werken met roestvast staal’’ om van2
Pierre-Jean CUNAT
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Woord vooraf
D
e geschiedenis van roestvast staal is zeer
met het beheersen van bepaalde legeringele-
nauw verbonden met die van chroom
menten, voornamelijk chroom en koolstof.
en met de werken van de Franse chemicus
Vanaf het einde van de jaren 1920 werd
Nicolas Louis VAUQUELIN (1763 – 1829), die
roestvast staal onder verschillende vormen
geleid hebben tot de ontdekking van dit me-
gebruikt in de architectuur. Een van de meest
taal in 1797.
toonaangevende hiervan is het dak van het
De eerste waarnemingen van de ‘’roestvas-
Chryslergebouw in New York, dat samenge-
te’’ eigenschappen van ijzer-chroomlegeringen
steld werd uit in Europa vervaardigde roest-
kwamen van BERTHIER in 1821.
vast stalen platen met 18% chroom en 9%
Toch hebben we de eerste systematische
nikkel.
resultaten met betrekking tot ijzer-chroom-
Ondanks de agressieve atmosfeer van deze
legeringen te danken aan de respectieve-
stad, een mengeling van stads- en zeelucht, is
lijk Franse en Duitse onderzoekers L. Guillet
dit dak nog steeds in perfecte staat en dit na
(1904) en W. Giesen (1909).
meer dan tachtig jaar.
In 1909 publiceerde L. Guillet een stu-
Een ander voorbeeld uit de periode 1928-
die over roestvast staal op basis van ijzer-
1930 is de betonwapening, die gebruikt werd
chroom- en ijzer-chroom-nikkellegeringen en
ter versteviging van de grondvesten van de
maakte zo een classificatie op basis van hun
St. Paulskathedraal in Londen. Deze bestaat
samenstelling: martensitisch (13% chroom),
uit een radiale structuur met trekstangen die
ferritisch (17% chroom) of austenitisch (18%
het binnen- met het buitenoppervlak verbindt.
chroom – 8% nikkel).
Deze toepassing gebruikt het roestvast staal
De eerste industriële productie ervan kwam
er pas in 1910.
zowel voor zijn mechanische eigenschappen
als voor zijn corrosieweerstand. Net zoals in
De naam van de Engelse metaalkundige
het andere voorbeeld is het materiaal nog
Harry Brearley uit Sheffield is nauw verbon-
steeds in perfecte staat en vervult het nog
den met de eerste industriële vervaardiging
steeds probleemloos zijn taak.
van martensitisch roestvast staal in 1913.
Tenslotte verdient onder de meest recente
Buiten de hierboven genoemde personen,
verwezenlijkingen, de Géode een speciale ver-
zijn de tot op heden voornaamste bijdragen
melding. De Géode is het Omnimax filmthea-
die geleid hebben tot de kennis die we van-
ter op het Wetenschaps- en Industriepark van
daag hebben over roestvast staal, geleverd
la Villette in Parijs en werd gebouwd in 1985.
in de periode 1900-1915 en te danken aan A.
Het gaat hier om een bol met een diameter
Portevin (1909) in Frankrijk, P. Monnartz (1911),
van 36 meter, samengesteld uit 6433 driehoe-
B. Strauss en E. Maurer (1912) in Duitsland.
ken van 1,5 mm dik roestvast staal met 17%
Hoewel er in voornoemde periode een
chroom, 11,5% nikkel en 2% molybdeen. Om
groot aantal laboratoriumstudies werd ver-
het beoogde effect te verkrijgen werd gebruik
richt, duurde het bijna een halve eeuw voordat
gemaakt van een ‘’spiegelglans’’ afwerking, die
roestvast staal op een echt industriële basis
het geheel een merkwaardige uitstraling geeft.
geproduceerd werd. Het grootste probleem
Als laatste voorbeeld wordt het Atomium
voor een snelle ontwikkeling had te maken
(gebouwd in 1958) te Brussel vermeld. Dit
3
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
bouwwerk onderging in 2005 een complete
uitgave van ‘’Werken met roestvast staal’’ nog
renovatie, waarbij de buitenoppervlakte gron-
meer zal inspelen op dagdagelijkse uitdagin-
dig werd aangepakt. Ditmaal werd er gekozen
gen die dit materiaal stelt op de werkvloer.
voor type X2CrNiMo17-12-2 / 1.4404, dat in
Daarom gaat een speciaal dankwoord uit naar
honderden driehoeken versneden en gebogen
de “Compagnons du Devoir” voor hun mede-
werd. De driehoeken ondergingen een elektro-
werking.
polijstbehandeling om een glad oppervlak te
verzekeren en aldus het risico op aanhechting
van vuil te beperken. Deze techniek vergemakkelijkt natuurlijk ook de reiniging en levert bovendien een aantrekkelijk en duurzaam
glanzend aanzien op.
Een aantal speciale vereisten voor specifieke toepassingen werden toegelicht door
de Compagnons du Devoir, de heren Prusvot,
Robinet en Gaubert, onder de waakzame en
doeltreffende coördinatie van de heer Malicot.
Hieruit kan afgeleid worden dat de volgende
4
Pierre-Jean CUNAT
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
1 Soorten en eigenschappen van roestvast staal
1.1 Corrosievormen
Corrosie is de oxidatie van metalen en hun
Om dit fenomeen van passiviteit tot stand
legeringen ten gevolge van de inwerking van
te kunnen brengen en te behouden, dient de
het milieu (vaak een vochtprobleem). De cor-
ijzer-chroomlegering minimaal 11 % chroom
rosieve aantasting begint op het grensvlak
te bevatten. Bovendien heeft deze laag in
metaal/oplossing (aanvang) en verspreidt zich
een groot aantal gevallen de basiseigenschap
in de diepte op verschillende manieren.
zichzelf te herstellen wanneer deze op som-
Onder de corrosiebestendige metaallegeringen, houdt roestvast staal (stainless in het
mige plaatsen vernietigd wordt door één of
andere beschadiging (krassen bijvoorbeeld).
Engels, Rostfrei in het Duits) merkwaardig ge-
Echter, bij een verkeerde keuze van roest-
noeg stand tegenover een groot aantal agres-
vast staal al naar gelang de omgeving, kan er
sieve invloeden dankzij een fenomeen dat pas-
een passiviteitsbreuk ontstaan en dus corrosie.
siviteit wordt genoemd. Roestvast staal heeft
Corrosie kan zowel het volledige metaalop-
inderdaad de eigenschap zich te beschermen
pervlak dat in contact komt met de agressieve
tegen deze invloeden door een zeer dunne film
omgeving aantasten (algemene corrosie) of
te vormen – passieve film of passieve laag – die
enkel rondom bepaalde punten (plaatselijke
heel sterk aan het basismateriaal hecht en die
corrosie) of kan enkel optreden bij hoge tem-
contact tussen het metaal en de min of meer
peraturen. Elk van deze gevallen wordt hieron-
agressieve omgevingsinvloeden verhindert.
der beschreven.
Foto 1 : Blankgloeilijn –
inspectiestand
5
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Foto 2 : Het Atomium te
Brussel. Na de renovatie
zijn de bollen bekleed
met sandwichpanelen,
waarvan de buitenhuid
bestaat uit 1,2 mm dik
X2CrNiMo17-12-2/1.4404
roestvast staal
Veralgemeende corrosie
Dit kan strikt genomen slechts vastgesteld
sietabellen die het gedrag van roestvast staal
worden indien het roestvast staaloppervlak
aangeven in verschillende chemische milieus,
“actief ” is, dit wil zeggen wanneer de passi-
gewoonlijk zonder rekening te houden met
vatielaag onstabiel is. In dit geval tast de cor-
onzuiverheden.
rosie het gehele oppervlak gelijkmatig aan.
De gegevens in de corrosietabellen kun-
Dit uit zich in een regelmatige vermindering
nen vanzelfsprekend niet alle gebruiksomge-
van dikte hetgeen ook een vermindering van
vingen behandelen. Ze bevatten een aantal
gewicht met zich meebrengt.
hoofdlijnen die de gebruikers naar een start-
De gegevens met betrekking tot veralgemeende corrosie zijn samengebracht in corro-
keuze leiden. Deze keuze kan dan door een
corrosiespecialist bevestigd worden.
Plaatselijke corrosie
Roestvast staal kan onderhevig zijn aan vier
spleetcorrosie, interkristallijne corrosie en
vormen van plaatselijke corrosie : putcorrosie,
spanningscorrosie.
Putcorrosie
6
Dit komt voor op een zeer beperkte zone van
blijft beschermd door de passieve film. Men
het staaloppervlak, de rest van het oppervlak
neemt een plaatselijke doorbreking van de
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
passieve laag waar en wanneer deze zich niet
er een corrosierisico. Men kan dus voor een
automatisch herstelt, ontwikkelt er zich een
gegeven milieu (stadswater, zeewater) de ver-
“corrosieputje”, dat kan evolueren tot een
schillende legeringen klasseren al naar gelang
volledige doorboring van het metaal.
hun weerstand tegen putcorrosie.
Het is dus belangrijk dit type van corro-
In dit voorbeeld met stadswater met een
sie te voorkomen door het roestvast staal te
temperatuur van 25 °C, waarbij het NaCl gehal-
kiezen dat geschikt is voor de werkelijke ge-
te kleiner is dan 1,17 g/l (hetzij een molariteit (*)
bruiksomstandigheden (fig. 1.1.1).
in de orde van grootte van 0,02 M) en voor een
Zeewater is ongetwijfeld de omgeving
waarin putcorrosie zich het best ontwikkelt,
maar ook het zogenaamde ‘’stads-‘’ of ‘’industriële’’ water kan agressief zijn.
pH van 6,6, verkrijgt men de resultaten zoals
afgebeeld in de linkerkolom van tabel 1.1.1.
In zeewater (een veel agressiever milieu) op
70 °C, waarbij het NaCl gehalte in de orde van
De parameters die de weerstand tegen put-
grootte van 30 g/l ligt (ofwel een molariteit van
corrosie beïnvloeden zijn :
0,5 M), verkrijgt men de klassering zoals ver-
• de toestand van het oppervlak van het
meld in de rechterkolom van dezelfde tabel.
materiaal (lage ruwheid is te verkiezen)
• de voornaamste legeringselementen :
Vrij oppervlak: Kathode
* verhoogde pH
* sterke O2-concentratie
Reductie
O2
Perforatie: Anode
* sterke Cl- concentratie
* lage pH
Oxidatie
chroom, molybdeen, nikkel
• de zogenaamde ‘’secundaire’’
legeringselementen die een rol spelen bij
Fig. 1.1.1 Weergave van de
groei van een putje in een
chlooromgeving
de vorming van niet-metallische insluitsels
OH-
in het materiaal
Vanuit
elektrochemisch
standpunt
O2
Cl-
wordt
aangetoond dat op de kromme van anodische
H+
e
polarisatie (kenmerk van de metaallegering)
M+
een potentiaal bestaat, genaamd ‘’kritische pittingpotentiaal’’. Boven deze potentiaal bestaat
Staaltype :
normbenaming volgens
EN 10088-2
(*)
: zuurstof
OH- : hydroxide-ion
Cl-
: chloorion
H+
: waterstofion
M+
: metaalion
e
: elektron
Weerstandsaanduiding
(volgens pittingpotentiaal)
Stadswater
Zeewater
X6Cr17 / 1.4016
X3CrTi17 / 1.4510
2,5
4,5
0,5
X2CrMoTi18-2 / 1.4521
7,0
2,0
X2CrNi19-11 / 1.4306
X2CrNiMo22-5-3 / 1.4462
X2CrMoTi29-4 / 1.4592
5,0
1,0
4,0
6,0 (geen pitting)
Tabel 1.1.1 Weerstand
tegen putcorrosie
van verschillende
types roestvast staal
in stadswater en in
zeewater
De mol (symbool ‘’mol’’) is een eenheid van materiaalhoeveelheid die elk geheel van identieke partikels aanduidt
die zoveel partikels bevatten als er atomen zijn in 12 gram koolstofisotoop-12. Dit aantal atomen in 12 g koolstof is
het Avogadrogetal N (hetzij N = 6.1023 atomen).
De molariteit is de molaire concentratie (volgens volume) van een oplossingsbestanddeel in een solvent
(opgelost). Deze concentratie is de verhouding tussen de massa van het oplosmiddel en volume V van het mengsel.
Men gebruikt gewoonlijk de molaire massa M als eenheid van massa voor elk bestanddeel.
7
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Spleetcorrosie
Spleet
Vrij oppervlak: kathode
* verhoogde pH
* hoge O2-concentratie
Reductie
O2
M+
H
+
-
Cl
H+
Cl-
OH-
ClM+
O2
Zoals de naam al aangeeft, begint deze corro-
: zuurstof
OH- : hydroxide-ion
sie in holtes of spleten of in besloten ruimten
Cl-
: chloorion
als gevolg van het ontwerp van het onderdeel
H+
: waterstofion
of van de gehele constructie, of als gevolg van
M+
: metaalion
afzettingen tijdens het gebruik (fig. 1.1.2).
e
: elektron
Aangezien een spleet een beperkte ruimte
e
Spleet:anode
* lage pH
* lage O2-concentratie
* hoge concentratie aan
Cl-, M+, H+
Oxidatie
Fig. 1.1.2 – Voorstelling van spleetcorrosie in een
chloorrijke omgeving.
is, is deze gevoelig voor een ophoping van
chemisch afval en voor geleidelijke verzuring
van de omgeving. Dit leidt tot de plaatselijke
afbraak van de passieve laag en laat aldus de
corrosie van de legering toe. Op het moment
dat de pH (*) in deze zone een kritische waarde
Binnenzijde
Platte bodem:
achterblijvende
resten
Bolvormige
of elliptische
bodem
Buitenzijde
Lasnaad
Lasnaad
Spleet
Strip in
roestvast staal
Afgeronde
bodem
Lasnaden
bereikt, genaamd ‘’depassivatie pH’’, begint de
corrosie. De incubatietijd voor de aanvang van
Steun in
roestvast
staal
corrosie hangt af van de vorm van de spleet. De
depassivatie pH wordt gebruikt om de weerstand van een legering tegen spleetcorrosie te
1: slecht
2: beter
3: het beste
Fig. 1.1.3 – Verschillende ontwerpen van bodems van
kookpotten.
kenmerken. Hoe lager de depassivatie pH, hoe
groter de weerstand van een bepaald roestvast
staaltype tegen deze vorm van corrosie. De de-
Omtrekslasnaad Niet doorgedrongen
omtrekslasnaad
Steunring
Spleet
Spleet
Buis 1
Spleet
Buis 2
Spleet
Buis 2
Buis 1
Omtrekslasnaad
Goede doordringing
van lasmateriaal
aan wortelzijde
(geen spleet)
Buis 1
Buis 2
passivatie pH’s van de voornaamste roestvast
staaltypes worden in tabel 1.1.2 weergegeven.
Spleetcorrosie kan vermeden worden :
a) door verstandig ontwerp (door geen
spleten te laten) (fig. 1.1.3 en 1.1.4).
1: slecht ontwerp
2: slechte uitvoering
3: goed
(ontwerp en
uitvoering)
Fig. 1.1.4 – Aan elkaar lassen van buizen.
Depassivatie pH
1
1,1
1,2
1,8
2,1
2,5
3,0
Zuurtegraad
Zeer hoog
Hoog
Gemiddeld
die tijdens het gebruik ontstaan
systematisch te verwijderen.
Type : normbenaming
X2CrNiMo22-5-3 / 1.4462
X2CrMoTi29-4 / 1.4592
X1NiCrMoCu25-20-5 / 1.4539
X2CrNiMo17-12-2 / 1.4404
X5CrNi18-10 / 1.4301
X3CrTi17 / 1.4510
X6Cr17 / 1.4016
Tabel 1.1.2 - Depassivatie pH van de voornaamste types roestvast staal in een
standaardoplossing.
8
b) door vaste afzettingen (vooral kalksteen)
(*) De pH is een aanwijzing om de zuurtegraad te
bepalen in een vochtig milieu. Ter herinnering : een
pH in de orde van grootte van 7 komt overeeen met
een neutraal milieu (niet verzuurd, niet basisch).
Een duidelijk lagere pH (orde van grootte 3) komt
overeen met een verzuurd milieu en een pH groter
dan 7 komt overeen met een basisch milieu.
Bovendien wordt de pH uitgedrukt volgens een
logaritmische schaal, hetgeen betekent dat een
stijging van de pH met één eenheid in werkelijkheid
een tienvoudig verschil in concentratie uitmaakt.
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Milieu:
Cl-, 60 °C
c) door geen rubberen dichtingen te
gebruiken, die door een slechte hechting
Passieve laag
aan het metaal de vorming van holtes
bevorderen.
d) Wat de roestvast staaltypes betreft, kan
Trekspanning
Trekspanning
gezegd worden dat de austenitische
types (ijzer – chroom – nikkel legeringen)
beter weerstaan dan de ferrritische (ijzer
– chroom legeringen). Het voornaamste
legeringselement dat weerstand biedt aan
spleetcorrosie is molybdeen, in zoverre
dat een ferritisch roestvast staal met 18 %
Scheurinitiatie
Initiatie van de spanningscorrosie
Medium: Cl-, ..., 60 °C
Fig. 1.1.5 – Schematische
weergave van
spanningscorrosie.
chroom en 2 % molybdeen een betere
weerstand heeft dan een basis austenitisch
type met 18 % chroom en 8 % nikkel.
100 m
Spanningscorrosie
Onder spanningscorrosie verstaat men de
vorming van scheuren die ontstaan in een
corrosieve omgeving, na een min of meer
lange incubatieperiode en die zich nadien
snel kunnen uitbreiden om toestellen uiteindelijk buiten werking te stellen. (fig. 1.1.5).
Dit fenomeen is te wijten aan de gelijktij-
Interkristallijn
Transkristallijn
Groei
dige werking van een corrosieve omgeving en
een (trek)spanningstoestand en het is vaak
moeilijk opspoorbaar in een stadium voorafgaand aan het plotse falen van een installatie.
Spanningscorrosie kan men vermijden,
door :
a) indien mogelijk, ferritische types te
gebruiken die normaal gesproken
ongevoelig zijn voor dit soort corrosie.
b) indien de omgeving agressief is, ofwel
c) restspanningen te beperken door
spanningsvrij te gloeien vooraleer
een austeno-ferritisch type ofwel een
het toestel in werking te stellen en
austenitisch type te gebruiken met een
de spanningen tijdens het gebruik te
hoger nikkel- en molybdeengehalte.
verminderen (trillingen, uitzetting, enz…)
9
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Intergranulaire of interkristallijne corrosie
Dit type van corrosie uit zich in de vorm van
een chemische aantasting van de korrelgrenzen in de zones verhit tussen 500 en 800 °C.
of met een ‘’stabiliserend’’ element zoals
titaan.
b) Voor de ferritische legeringen (ijzer
De korrelgrenzen worden in dat temperatuurs-
– chroom of ijzer – chroom – molybdeen),
bereik ‘’gesensitiseerd’’. Vaker gebeurt het
een type kiezen dat zeker gestabiliseerd
dat dit fenomeen wordt veroorzaakt door een
is, d.w.z. met toevoeging van titaan en/of
lasoperatie in een zogenaamde WBZ ofwel
niobium.
warmte-beïnvloede zone (wanneer deze tem-
c) Indien de legering “gesensitiseerd” werd,
dient men een gloeibehandeling toe te
peratuur bereikt wordt) (fig. 1.1.6).
Er bestaan een aantal maatregelen om deze
passen tussen 700 en 800 °C (gevolgd
vorm van corrosie te voorkomen :
door een snelle afkoeling) voor de
a) voor de austenitische legeringen
ferritische roestvaste stalen, ofwel een
(ijzer – chroom – nikkel of ijzer – chroom
gloeibehandeling op 1050 °C gevolgd door
– nikkel – molybdeen) een type kiezen
een snelle afkoeling voor de austenitische
met een laag koolstofgehalte (C 0,03 %)
types.
Chroomcarbiden Cr23C6
a
A
Korrelgrens
B
a
Cr23C6: 95% Cr - 5% C
% Cr
Korrelgrens (as van
de chroomcarbiden
Cr23C6)
Doorsnede a a
Korrel A
Korrel B
18% Cr
11% Cr
Ontchroomde zone
10
Cr23C6
Ontchroomde zone
Fig. 1.1.6 – Schematische
voorstelling van
chroomverarming aan
de korrelgrenzen die
een roestvast staaltype
X5CrNi18-10/1.4301
gevoelig maakt voor
intergranulaire corrosie
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Hogetemperatuurcorrosie
De grens van de hoge temperaturen is niet
“Reducerende” gassen bevatten doorgaans
strikt afgelijnd. Rekening houdend met de ver-
waterstof, waterstofsulfide (H2S), koolstofmo-
schillende omstandigheden waarin roestvast
noxide (CO), koolwaterstoffen, ammoniak…
staal wordt gebruikt, stelt men dat deze grens
Gesmolten zouten kunnen zich ofwel oxi-
rond de 500 °C ligt. Op deze hoge tempera-
derend, ofwel reducerend gedragen ten aan-
turen verschillen de weerstandsmechanismen
zien van roestvast staal. Bepaalde gesmolten
tegen corrosie al naargelang het om een oxi-
metalen kunnen corrosie veroorzaken door de
derende – reducerende atmosfeer gaat.
selectieve aantasting van bepaalde legerings-
Sterk “oxiderende” gasvormige omgevin-
elementen.
gen zijn o.a. lucht, zuurstof, waterdamp, zwavel en zwaveloxiden (SO2 en SO3), koolstofdioxide (CO2), stikstofoxiden (NOx) en chloor.
“Oxiderende” atmosferen
Bij verhitting in een oxiderende atmosfeer,
types (ijzer – chroom legeringen) zich dikwijls
is de werking van chroom fundamenteel. Er
beter gedragen in alternerend bedrijf dan hun
vormt zich dan een beschermende laag, ge-
austenitische tegenhangers (ijzer – chroom –
baseerd op het chroomoxide Cr2O3, eventueel
nikkel legeringen) voor dewelke de uitzetting-
bedekt met spinellen zoals FeCr2O4.
coëfficiënt gemiddeld 1,6 maal hoger ligt. Tabel
Het verschil in thermische uitzetting tussen het oxide en het metaalsubstraat speelt
1.1.3 bevat de uiterste gebruikstemperaturen
die aanbevolen zijn in dit type atmosfeer.
een belangrijke rol bij de stabiliteit van de
oxidelaag, zeker wanneer men – thermisch
gesproken – in cyclisch bedrijf opereert. Dit is
de voornaamste reden waarom de ferritische
Normbenamingen volgens
EN 10088-2
Austenitisch
X5CrNi18-10/1.4301
X8CrNi25-21/1.4845
Ferritisch
X6Cr17/1.4016
X2CrMoTi29-4/1.4592
Uiterste gebruikstemperatuur
(°C)
Continu
Alternerend
930
1150
870
1030
820
1090
870
1170
Tabel 1.1.3 – Uiterste
gebruikstemperaturen,
aanbevolen voor
diverse ferritische en
austenitische roestvast
staaltypes in een
oxiderende atmosfeer.
11
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
De toevoeging van minimum 2 % (tot zelfs
Bij deze toepassing en bij een motor die
5-6 %) aluminium en kleine hoeveelheden
bij vollast werkt, kan de temperatuur oplopen
cerium, lanthaan en/of yttrium creëert een
tot 1000 °C in een atmosfeer bestaande uit
taai alumina-oxide dat een hoge mate van be-
stikstofoxiden (NOx), koolwaterstoffen (HC),
scherming biedt.
vluchtige organische bestanddelen (VOC : vo-
Zo worden bijvoorbeeld ferritische 20 % Cr
latile organic compounds) en koolstofmonoxi-
types met verdere toevoegingen van alumini-
de (CO) die, door katalytische reactie worden
um en dergelijke zeldzame metalen gebruikt
omgezet in niet-vervuilende verbindingen zo-
voor metalen katalysatorsteunen voor zuive-
als CO2, H2O, O2 en N2.
ringssystemen voor auto-uitlaatgassen.
“Reducerende” atmosferen
De meest voorkomende reducerende atmos-
Men zal evenwel merken dat in atmosferen
feren zijn deze waarin veel koolstofmonoxide
waar ammoniak gekraakt wordt tot 1100 °C,
of koolwaterstoffen aanwezig zijn, die opko-
roestvast staaltypes met 21 % chroom, 11 %
ling kunnen veroorzaken. Naast chroom zijn
nikkel met toevoeging van cerium goede re-
ook nikkel en silicium zeer doeltreffend ter
sultaten opleveren.
voorkoming van dit type aantasting. Hun ge-
Om aan waterstofsulfide te weerstaan bij
combineerd effect wordt in cijfers uitgedrukt
temperaturen hoger dan 800 °C, heeft nikkel
door een index die men verkrijgt via de for-
een ongunstig effect (vorming van laagsmel-
mule % N + 9 x % S. De meest voorkomende
tend nikkel/nikkelsulfide (Ni/Ni3S2) eutecti-
verschijningsvorm van opkoling is het zgn.
cum). De beste resultaten worden bekomen
‘’metal dusting’’, waarbij het tot stof vervalt
met bepaalde ferritische types.
aan de oppervlakte door een te hoge mate
Tenslotte speelt druk een belangrijke rol op
van absorptie van neergelsagen koolstof uit
het vlak van waterstofopname in waterstofat-
de gasfaze.
mosferen. Bij drukken in de orde van grootte
Nitrering kan optreden door een wissel-
van 300 bar en bij temperaturen hoger dan
werking tussen stikstof – bekomen door het
600 °C gebruikt men meestal de martensiti-
kraken van ammoniak – en een metaalopper-
sche types met 12 % chroom.
vlak op hoge temperatuur. De stikstof die een
grote affiniteit heeft voor titaan, aluminium
en chroom, wordt bij voorkeur in het metaal
gebonden onder de vorm van nitriden. Om de
stabiliteit van de beschermlaag te versterken
(en nitrering te vermijden) is een gehalte van
meer dan 35 % nikkel noodzakelijk.
12
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
1.2 Roestvast stalen families
De belangrijkste groepen roestvaste
staalsoorten
Tabel 1.2.1 bundelt de voornaamste families
volgt uit : smelten in een elektrische oven –
zoals we die in de markt terugvinden, d.w.z.
ontkoling met behulp van argon en zuurstof in
voornamelijk die groepen die in hoge volumes
een AOD-convertor – continu gieten – warm-
geproduceerd worden door industriële staal-
walsen : rollenstand of Steckelwals – initiële
fabrieken en die tevens meer dan 90 % van
uitgloeiing – continu beitsen – koudwalsen op
de markt vertegenwoordigen. Een typische
Sendzimir wals – gloeien en beitsen op eind-
productiecyclus voor grote volumes ziet er als
dikte – afwerking.
• Martensitisch
Dit is roestvast staal dat structurele wijzigingen kan
ondergaan via harding (martensiettransformatie). Afhankelijk
van de chemische samenstelling en de warmtebehandeling,
kunnen de bekomen hardheden oplopen van 40 tot 60 HRC.
– min 0,1 % koolstof
– 12 tot 18 % chroom
• Ferritisch (gestabiliseerd)
– 0,02 tot 0,06 % koolstof
– 0 tot 4 % molybdeen
– 11 tot 29 % chroom
De mechanische eigenschappen van dit roestvast staal
gaan van 250 tot 380 N/mm2 wat betreft de vloeigrens, de
breukweerstand gaat van 410 tot 700 N/mm2 en de verlenging
van 20 tot 32 %. Ze kunnen over het algemeen niet gehard
worden door warmtebehandeling.
• Austenitisch
– 0,015 tot 0,10 % koolstof
– 0 tot 4 % molybdeen
– 7 tot 25 % nikkel
– 17 tot 20 % chroom
De mechanische eigenschappen gaan van 215 tot 360 N/mm2
wat de vloeigrens betreft, de breukweerstand gaat van 600
tot 800 N/mm2. Met verlengingen van 40 tot 55 % behoren
zij tot een familie van legeringen met een buitengewoon
potentieel inzake vormgeving.
• Hittebestendig austenitisch
Hun mechanische eigenschappen zijn identiek aan die
van de austenitische types. Dank zij hun relatief hoog
koolstofgehalte behouden ze die eigenschappen ook bij hoge
temperaturen.
– max 0,2 % koolstof
– 11 tot 22 % nikkel
– 19 tot 26 % chroom
• Austeno-ferritisch
– 0,02 % koolstof
– 3 % molybdeen
– 22 % chroom
– 5,5 % nikkel
冧
typisch
Vooral gekenmerkt door een heel hoge vloeigrens
( 620 N/mm2), een breukweerstand van 800 mm2, waarbij
toch een verlenging behouden blijft van meer dan 30 %.
Tabel 1.2.1 –
Voornaamste roestvast
stalen families
13
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Tabel 1.2.2 geeft de mechanische eigenschappen weer van de voornaamste families van
roestvast staal, alsook hun genormaliseerde
benaming.
Tabel 1.2.2 –
Mechanische
eigenschappen van
de types in gegloeide
toestand
Europese normaanduiding
EN 10088-2
Naam
Nummer
AISI (1)
of commerciele
USA-benaming
Gemiddelde mechanische
eigenschappen
Rm (2)
Rp0,2 (3)
A % (4)
Martensitisch roestvast staal
X20Cr13
X30Cr13
X46Cr13
1.4021
1.4028
1.4034
550
600
650
340
340
400
24
24
23
430
430Ti
444
480
410
510
500
450
540
330
250
370
340
300
380
26
32
27
26
30
27
301
304
304L
304L
321
305
740
630
620
600
610
580
320
300
310
300
280
250
50
52
50
50
48
52
316
316L
316Ti
904L
620
610
610
650
340
310
310
340
48
45
47
40
840
620
30
620
630
600
310
330
300
50
45
42
420
Ferritisch roestvast staal
X6Cr13
X2CrTi12
X2CrNi12
X8Cr17
X3CrTi17
X2CrMoTi18-2
1.4000
1.4512
1.4003
1.4016
1.4510
1.4521
410S
409
Austenitisch roestvast staal
X10CrNi18-8
X5CrNi18-10
X2CrNi18-9
X2CrNi19-11
X6CrNiTi18-10
X4CrNi18-12
1.4310
1.4301
1.4307
1.4306
1.4541
1.4303
Austenitisch roestvast staal met molybdeen
X5CrNiMo17-12-2
X2CrNiMo17-12-2
X6CrNiMo17-12-2
X1NiCrMoCu25-20-5
1.4401
1.4404
1.4571
1.4539
Austeno-ferritisch roestvast staal (Duplex)
X2CrNiMo22-5-3
1.4462
Hittebestendig roestvast staal (EN10095)
X15CrNiSi20-12
X12CrNi23-13
X8CrNi25-21
1.4828
1.4833
1.4845
(1) AISI : American Iron and Steel Institute.
(2) Rm : Breukweerstand (N/mm2).
(3) Rp : vloeigrens (N/mm2).
(4) A % : breukverlenging.
14
309S
310S
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Belangrijkste toepassingen per roestvast staalfamilie
De meest typerende gebruiksdomeinen voor
de verschillende families worden opgesomd.
Austenitisch roestvast staal (0,015 – 0,1 % C, 17 – 20 % Cr, 7 – 25 % Ni, 0 – 4 % Mo)
De voornaamste toepassingen betreffen o.a. op-
Dit is tevens de referentie voor installaties
slag en behandeling van voedingsmiddelen en
in de chemische industrie. Deze types zijn ook
uitrusting voor grootkeukens en ziekenhuizen.
zeer in trek bij huishoud- en elektrotoestellen.
Ferritisch roestvast staal (0,02 – 0,06 % C, 11 – 29 % Cr)
De types met 11 % chroom worden hetzij in de
De types met 29 % chroom tenslotte verto-
uitlaatsystemen van wagens hetzij in matig
nen een uitzonderlijke weerstand tegen corro-
corrosieve omgevingen gebruikt.
sie en worden voornamelijk ingezet bij contact
Het grote toepassingsgebied voor de 17 %
met zeewater.
chroom types zijn de huishoud- en elektrotoestellen.
Austeno-ferritisch roestvast staal
Het referentietype heeft de volgende samen-
De belangrijkste toepassingen zijn : de che-
stelling : 0,02 % koolstof – 22 % chroom –
mische industrie, de papier- en pulpindustrie
3 % molybdeen en 5,5 % nikkel ; de Europese
en de off-shore sector.
normbenaming luidt X2CrNiMo22-5-3/1.4462.
Martensitisch roestvast staal ( 0,1% C, 12 – 14 % Cr)
Types van deze familie worden, zoals bepaal-
De voornaamste toepassingen betreffen
de types koolstofstaal, pas gebruikt na een
messen- en scharenmakerij en chirurgische
thermische hardingsbehandeling. Het verleent
instrumenten.
het eindproduct een hardheid die perfect
aangepast is aan de voorziene toepassing.
15
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
1.3 Gepaste keuze van het roestvast staaltype
Aard van de keuzecriteria
De criteria voor de keuze tussen de verschil-
– Roestvast staal tast de smaak van voedsel
lende roestvast staaltypes worden ener-
niet aan :
zijds bepaald door de functionele eisen die
Dit is een belangrijk gegeven
de beslissingnemer stelt aan het gebruik en
in de landbouw-, voedings-, en
anderzijds door de mogelijke beperkingen
drankenindustrie.
inzake de verwerking van het gekozen type.
– Roestvast staal is gemakkelijk te reinigen,
Het komt er dus op neer dat er een dubbele
te ontsmetten en te steriliseren :
keuze gemaakt moet worden die rekening
Het weerstaat perfect aan reinigings-,
dient te houden met de juiste verhouding tus-
ontsmettings- en sterilisatiemiddelen
sen kosten en prestaties van het gekozen type
(stoom onder druk).
voor een gegeven toepassing. De criteria die
doorgaans in het voordeel van roestvast staal
pleiten zijn onder meer :
– Lage totale kosten (“Cost of ownership” of
“Life Cycle Cost”) :
Indien men zowel de aankoopprijs van het
– Corrosieweerstand en duurzaamheid :
materiaal als de onderhoudskosten op
Roestvast staal weerstaat uitstekend aan
de totale levensduur van een installatie
corrosie in een groot aantal milieus.
of een toestel afschrijft, is roestvast een
goedkope oplossing.
– Mechanische weerstand bij hoge
temperatuur alsook opmerkelijke
– Herbruikbaarheid :
weerstand en ductiliteit bij lage
Roestvast staal is voor 100 % herbruikbaar
temperaturen :
en wordt ook hergebruikt waarbij het
Roestvast staal vertoont sterkte,
kwaliteitsniveau hetzelfde blijft als dat van
vervormbaarheid en taaiheid in
het oorspronkelijke materiaal.
een groot temperatuursbereik (van
Op basis van deze criteria is men roestvast
vriestemperaturen tot boven 1.000 °C).
staal op grote schaal gaan gebruiken in de
volgende toepassingen in de landbouw-, voe-
– Esthetisch aanzien :
dings-, en drankenindustrie :
Roestvast staal is een modern materiaal
– fruitsap
waarvan het duurzaam aanzien een
– bier (productie en distributie) ;
essentiëel kenmerk vormt.
– chocolade
– tomaten (pluk en verwerking)
– Verwerkingsgemak :
Roestvast staal laat zich gemakkelijk
vervormen (dieptrekken, profileren, enz…)
en verbinden (lassen, lijmen, enz…).
16
– vis (opslag en verwerking) ;
– kaas (vanaf de melkverwerking tot de
uiteindelijke verpakking) ;
– wijn (druivenpluk, rijping, opslag), enz…
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Roestvaste stalen worden ook uitvoerig ge-
Deze lijst is lang niet volledig. Er bestaan
bruikt in het transportwezen (trein- en metro-
tal van andere toepassingen in het leven van
wagons, opleggers, koelwagens, koetswerken
alledag. Muntstukken zijn alvast een mooi
van autobussen,…), in de chemische en petro-
voorbeeld.
chemische industrie, in de petroleumwinning,
Het is op basis van de eerder genoemde
elektronica (niet-magnetische eigenschappen
principes dat deze dubbele lijsten werden sa-
voor onderdelen van elektronenkanonnen,
mengesteld : de specificiteit van het gebruik
verankeringen voor metaal/glasverbindingen)
en het daarvoor meest geschikte roestvast
en bouw (verschuifbare tussenmuren, lift-
staaltype. De lijsten zijn ingedeeld volgens de
kooien, roltrappen, daken, rookgasleidingen,
vijf grote families.
straatmeubilair, enz…)
Voorbeelden van typekeuze voor specifieke gebruiksdomeinen
(volgens de vijf groepen RVS-types)
Austenitisch roestvast staal (0,015 – 0,1 % C, 17 – 20 % Cr, 7 – 25 % Ni, 0 – 4 % Mo)
• tanks voor melkopslag
– X5CrNi18-10/1.4301
• tanks voor opslag van witte wijn
– X2CrNiMo17-12-2/1.4404
• biervaten
– X5CrNi18-10/1.4301
• uitrusting voor grootkeukens en
ziekenhuizen, voedingsindustrie, enz…
– X5CrNi18-10/1.4301
• rookgasleidingen
– X5CrNi18-10/1.4301
– X2CrNiMo17-12-2/1.4404
– X1NiCrMoCu25-20-5/1.4539
afhankelijk van het model (stijf, flexibel,
enkel- of dubbelwandig, met of zonder
condensatie), het type van brandstof,
enz…
• warmwaterboilers
– X6CrNiMo17-12-2/1.4404
– X2CrNiMo17-12-2/1.4404
– X2CrNi18-9/1.4307
– X6CrNiMoTi17-12-2/1.4571
• spoelbakken (gelaste en monoblocs)
– X5CrNi18-10/1.4301
• kuipen en binnendeuren van vaatwassers
– X5CrNi18-10/1.4301
• kookgerei
– X5CrNi18-10/1.4301
• bestek en schotels
– X5CrNi18-10/1.4301
• autobus en -car
– X5CrNi18-10/1.4301
17
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Ferritische roestvaste stalen (0,02 – 0,06 % C, 11 – 29 % Cr)
• elektrische huishoudapparaten :
• uitlaten van auto’s
trommels van wasmachines en drogers,
– X2CrTi12/1.4512
kuipen van vaatwassers
– X2CrTiNb18/1.4509
– X6Cr17/1.4016
• aanrechtbladen en spoelbakken
– X6Cr17/1.4016
– X3CrTi17/1.4510
• bestek, schotels en deksels van
kookpannen
– X6Cr17/1.4016
• buisklemmen voor
automobieltoepassingen
– X6Cr17/1.4016
• sierlijsten voor auto’s
– X6Cr17/1.4016
– X6CrMo17-1/1.4113
– X6CrMoNb17-1/1.4526
• kuipen van wasmachines
– X3CrTi17/1.4510
• warmwaterboilers
– X2CrTi17/1.4520
– X2CrMoTi18-2/1.4521
• leidingwerk voor drogers en verhitters
(elektrische centrales)
– X3CrTi17/1.4510
• buizen voor verdampers en boilers ;
uitrusting voor suikerraffinaderijen
– X3CrTi17/1.4510
• rookgasleidingen
– X2CrMoTi18-2/1.4521
– X2CrMoTi29-4/1.4592
• leidingwerk voor ontziltingsinstallaties van
zeewater
– X2CrMoTi29-4/1.4592
• schalmen van transportkettingen
– X6CrNi17-1/1.4017
• bouwelementen, geraamtes van
containers, wagons voor personen en
bulkvervoer, autocar en -bus
– X2CrNi12/1.4003
• munten
– X6Cr17/1.4016 met lage koolstof
Duplex austeno-ferritisch roestvast staal
Het meest gebruikte type heeft de volgende
– drukvaten
samenstelling : 0,02 % koolstof – 22 % chroom
– impregneertoestellen
– 5,5 % nikkel – 3 % molybdeen ; de Europese
– boilers
normbenaming luidt X2CrNiMo22-5-3/1.4462.
De belangrijkste toepassingen zijn :
• chemische industrie
– warmtewisselaars voor de PVC-industrie
– apparaten voor organische zuren
– tanks en buizen
• papierindustrie
18
– Kraft pulpdigesters (kookketels)
• offshore industrie
– flexibele buis
– hittebestendige wanden
• andere
– platen voor elektrostatische
precipitatoren
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Martensitisch roestvast staal
( 0,1% C, 12 – 14 % Cr)
Deze staalsoorten worden, zoals sommige
koolstofstaaltypes, gebruikt nadat ze een thermische behandeling hebben ondergaan, ‘’martensitische harding’’ genaamd. Deze verleent
het eindproduct de gewenste hardheid voor
de bedoelde toepassing. Naar gelang het type,
zijn de toepassingen als volgt samen te vatten :
• meslemmetten
– X20Cr13/1.4021
– X30Cr13/1.4028
– X46Cr13/1.4034
• snijbladen voor de papierindustrie
• membranen voor compressoren en veren
– X20Cr13/1.4021
• chirurgische instrumenten
– X30Cr13/1.4028
– X46Cr13/1.4034
– X30Cr13/1.4028
Hittebestendige austenitische types
• onderdelen voor ovens en
warmtewisselaars
• klokovenonderdelen
– X15CrNiSi20-12/1.4828
– X12CrNi23-13/1.4833
• uitlaatcollectoren voor auto’s
– X8CrNi25-21/1.4845
– X15CrNiSi20-12/1.4828
• branders
– X12CrNi23-13/1.4833
19
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
1.4 Warmtebehandelingen
Martensitische roestvaste staalsoorten
20
Het gaat hoofdzakelijk over de types waarvan
kelhoeveelheid die gewoonlijk tussen 1,5 en
het chroomgehalte ligt tussen 11,5 % en 18 %
5 % ligt. Deze legeringen hebben een punt Ac3
en het koolstofgehalte tussen 0,15 en 1,2 %.
tussen 800 en 900 °C en een austenitisatie-
Deze legeringen worden met name gebruikt in
temperatuur tussen 950 en 1000 °C.
de messen- en scharenindustrie. Bij levering is
De duur van de behandeling hangt af van
de structuur ferritisch met gelijkmatig versprei-
de dikte en dient lang genoeg te zijn om toe
de carbiden. Het komt voor dat strips in reeds
te laten dat de chroomcarbiden volledig in op-
geharde toestand geleverd worden. Om ge-
lossing gaan. De aansluitende snelle afkoeling
bruikt te kunnen worden, als mes of als schaar,
(“afschrikking”) tot de omgevingstemperatuur
dient het materiaal een harding en een ontla-
dient in minder dan een minuut te gebeuren.
ting [engels : quenching and tempering) te on-
Voor dunne stukken volstaat normaal de om-
dergaan teneinde een martensitische structuur
gevingslucht met of zonder blazer. Voor grotere
te krijgen, volledig vrij van chroomcarbide.
dikten (vanaf ongeveer 5 mm), is het gebruik
Om een volledig martensitische structuur
van olie noodzakelijk. Indien men na het afkoe-
te verkrijgen, is het noodzakelijk om het ma-
len vaststelt dat er zich nog chroomcarbiden in
teriaal eerst op te warmen tot in het éénfazig
het materiaal bevinden, betekent dit dat ofwel
austenitisch (of gamma-) gebied, dus boven
de austenitisatietemperatuur te laag was, ofwel
het transformatiepunt, Ac3, dat in functie van
dat de tijd gedurende dewelke ze blootgesteld
het chroom- en koolstofgehalte bereikt wordt
waren aan deze temperatuur te kort was. In die
bij temperaturen rond 900 °C. Voor legeringen
omstandigheden zal de bekomen hardheid te
met een koolstofgehalte lager dan 0,15 % en
laag zijn omdat het martensitische materiaal te
waarvan het chroomgehalte tussen 11,5 en
arm geworden is in koolstof; de corrosieweer-
13,5 % ligt, bevindt het punt Ac3 zich rond de
stand zal afgenomen zijn.
920 °C en ligt de austenitisatietemperatuur
Bij de types met meer koolstof verandert niet
tussen 950 en 1100 °C. Voor de legeringen
al het austeniet in martensiet bij het afschrik-
met een koolstofgehalte tussen 0,15 en 0,5 %
ken en blijft er dus residueel austeniet bestaan.
en waarvan het chroomgehalte tussen 12 en
Dit heeft een verminderde hardheid tot gevolg.
16 % ligt, bevindt het punt Ac3 zich tussen 850
Om dit te vermijden is een cryogene behande-
en 900 °C en ligt de austenitisatietemperatuur
ling bij om en bij -80 °C doeltreffend. De aus-
tussen 950 en 1100 °C. Voor de legeringen
tenitisatie (harden) veroorzaakt een thermische
met een koolstofgehalte tussen 0,6 en 1,2 %
schok die interne spanningen oplevert die het
en waarvan het chroomgehalte tussen 17 en
materiaal bros maken. Om de ductiliteit en de
18 % ligt, bevindt het punt Ac3 zich tussen 830
taaiheid te verbeteren wordt een verdere warm-
en 860 °C en ligt de austenitisatietemperatuur
tebehandeling (“ontlaten”) gebruikt van enkele
tussen 1000 en 1050 °C. Er bestaat nog een
uren op temperaturen tussen 150 en 300 °C die
vierde familie waarvan het koolstofgehalte la-
de residuele spanningen doet afnemen. In elk
ger is dan 0,2 % en het chroomgehalte tussen
geval dient men de zone tussen 400 – 600 °C te
12 en 18 % ligt. Daarnaast bevat deze een nik-
vermijden aangezien deze laatste een uitschei-
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
ding van chroomcarbiden van het type Cr23C6
verarmde zones, hetgeen de legering blootstelt
met zich meebrengt en dus ook aan chroom
aan interkristallijne corrosie.
Ferritische roestvaste staalsoorten
Vanuit metallurgisch oogpunt vormen de fer-
pes met 11 % chroom zijn zo goed als ongevoe-
ritische roestvaste stalen in feite geen homoge-
lig voor dit fenomeen, de 17 % chroomtypes
ne familie. Er moet onderscheid gemaakt worden
zijn weinig gevoelig, terwijl de types met meer
tussen de soort die ferritisch blijft doorheen het
dan 25 % chroom hier zeer gevoelig voor zijn.
gehele temperatuursbereik en de zogenaamd
De types die meer dan 25 % chroom bevat-
‘’semi-ferritische’’ variant die tot 30 % auste-
ten zijn gevoelig voor de vorming van -fase
niet vormt bij opwarming. Dit austeniet wordt
tussen 500 en 800 °C. Het gaat hier over een
omgezet in martensiet tijdens het afkoelen.
zeer brosse chroomrijke fase. Om dit te voorko-
Bovendien ondergaan de niet-gestabiliseerde
men dient een warmtebehandeling te gebeuren
types, d.w.z. de groep van semi-ferritische
van ongeveer een half uur op 1000 °C, gevolgd
types, wanneer ze op een temperatuur ge-
door een heel snelle afkoeling (afschrikking).
houden worden van 900 – 950 °C en vervolgens
De semi-ferritische legeringen met 17 %
worden afgekoeld, een neerslag van chroomcar-
chroom hebben een austenitisch-ferritisch
biden en dus een risico voor intergranulaire cor-
gebied tussen 850 en 1100 °C. Indien de lege-
rosie door chroomverarming aan de korrelgren-
ring op deze temperatuur werd gehouden, zal
zen. De ductiliteit en corrosieweerstand van de
er martensiet ontstaan in de finale structuur,
semi-ferritische types worden hersteld door een
d.w.z. op de omgevingstemperatuur. In feite is
warmtebehandeling (“gloeien”) tussen 750 en
de brosheid van deze types die te wijten is aan
850 °C. De duur van deze behandeling hangt
de aanwezigheid van martensiet zeer betrekke-
af van de dikte van het materiaal. Eén tot twee
lijk en in elk geval is ze veel minder schadelijk
minuten per mm dikte worden aanbevolen. In
dan de aanwezigheid van chroomcarbiden aan
elk geval dient de afkoeling snel te gebeuren
de korrelgrenzen, die niet alleen de corrosie-
teneinde zo snel mogelijk door de verschillende
weerstand teniet doen maar die bovendien ook
temperatuurgebieden heen te gaan, in het bij-
leiden tot interkristallijne breuk bij hoge span-
zonder het gebied rond 475 °C.
ning. De verbrossing van de semi-ferritische ty-
Inderdaad wordt er in het temperatuursbe-
pes (X6Cr17/1.4016) door neerslag van carbiden,
reik tussen 400 en 500 °C (en zeker 475 °C)
nitriden of carbonitriden duikt op nadat ze op
een verbrossing waargenomen die gerelateerd
een temperatuur van 900 tot 950 °C worden ge-
is aan het chroomgehalte. Bij deze tempera-
houden. Om dit fenomeen te vermijden bestaat
tuur vindt immers een splitsing van de be-
een oplossing die gelinkt is aan het analytische
staande ferritische faze in een chroomrijke en
evenwicht van deze soort. Eerst dient het gehal-
een chroomarme faze plaats. De ferritische ty-
te aan interstitiële elementen (koolstof en stik-
21
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
stof) beperkt te worden tot ongeveer 0,020 %
kamertemperatuur uiteindelijk een marten-
en daarna dienen deze elementen verankerd te
sietgehalte zal hebben van ongeveer 10 %. De
worden door titaan, dat tijdens het stollen TiN
warmtebehandeling die op deze legeringen
titaannitriden vormt in de vloeibare faze, en/of
wordt toegepast moet zodanig afgestemd zijn
door niobium. Beide “stabiliserende” elementen
dat in warme toestand een voldoende hoe-
(Ti, Nb) vormen carbonitriden in de vaste fase.
veelheid austeniet gevormd wordt teneinde
Bij de categorie van ferritisch roestvast staal
op omgevingstemperatuur de gewenste hoe-
kunnen ook de ferritisch-martensitische types
veelheid martensiet te bekomen. De vereiste
gevoegd worden, die in warme toestand een
afkoelsnelheid dient groter te zijn dan 20 °C
austentitisch-ferritisch gebied vormen waar-
per uur om de volledige transformatie te be-
van het gehalte aan austeniet van de orde van
komen van austeniet naar martensiet.
grootte 50 % is en waarbij het eindproduct op
Austenitische roestvaste staalsoorten
Oplossingsgloeien
Het gaat hier om een warmtebehandeling die
1150 °C (afhankelijk van het type). De verblijf-
tot doel heeft om bij kamertemperatuur een
tijd bedraagt één tot drie minuten per mil-
homogene austenitische structuur te beko-
limeter dikte, gevolgd door zeer snelle afkoe-
men. Om dat te bereiken wordt het staal ge-
ling (“afschrikken”) door lucht of water.
gloeid op een temperatuur tussen 1000 en
‘’Ferrietvrij’’ gloeien
Een zekere hoeveelheid restferriet kan aan-
Om dit restferriet te elimineren, kan men
wezig zijn in austenitisch roestvast staal. Dat
b.v. de volgende behandeling toepassen :
veroorzaakt over het algemeen geen schade-
gloeien op 1150 °C gedurende 36 uur, gevolgd
lijke gevolgen, behalve een risico op verbros-
door trage afkoeling in de oven tot 1050 °C,
sing door de vorming van -fase tussen 550
gevolgd door een snel afkoelen tot omge-
en 900 °C.
vingstemperatuur.
Spanningsvrij gloeien
De verschillende bewerkingen op het roestvrij
een installatie en die de levensduur ervan
staal kunnen interne spanningen veroorzaken
kunnen inkorten (cfr. spanningscorrosie).
die nadelig kunnen zijn voor een apparaat of
22
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Om deze achtergebleven spanningen te reduceren en zelfs volledig uit te schakelen kan
men twee verschillende gloeibehandelingen
dient verbleven te worden varieert tussen
10 en 20 minuten per millimeter dikte.
b) de tweede wordt toegepast bij de types
toepassen :
die ongevoelig zijn voor intergranulaire
a) de eerste heeft het voordeel geen
corrosie. Hier gaat het om een korte
wijzigingen in de metaalstructuur te
behandeling op ongeveer 850 °C. De
veroorzaken. Het gaat hier om een lange
tijdsduur op deze temperatuur is in de
behandeling tussen 200 en 400 °C gevolgd
orde van grootte van 3 minuten per
door een trage afkoeling. De tijdsspanne
millimeter dikte.
waarop op de behandelingstemperatuur
Duplex austeno-ferritische roestvaste staalsoorten
Oplossingsgloeien
Het gaat hier om een warmtebehandeling die
worden, en wel door het risico op -fasevorming.
tot doel heeft om bij kamertemperatuur een
Voor de types die molybdeen bevatten dient dit
gemengde structuur te krijgen bestaande uit
temperatuursgebied uitgebreid te worden tot
50 % austeniet en 50 % ferriet en dit zonder
1050 °C. In de gegeven omstandigheden, zal
intermetallische fasen en/of precipitaties.
de temperatuur van het oplossingsgloeien dus
Aangezien het ferriet van het austeno-ferri-
rond de 1050 °C bedragen voor de types zon-
tisch roestvast staal bijzonder gevoelig is voor
der molybdeen en 1100 °C voor de types met
de verbrossing bij 475 °C, dient men dus abso-
molybdeen. In elk geval zal de temperatuur tus-
luut de vorming van intermetallische fasen bij de
sen 1000 en 1150 °C gekozen dienen te worden,
afkoeling te vermijden. Ook het temperatuurs-
afhankelijk van de verhouding ferriet/austeniet
gebied tussen 700 en 950 °C dient vermeden te
die men wenst te bekomen.
Behandeling na lassen
De austeno-ferritische types zijn ongevoelig
riet/austeniet evenwicht in de lasnaden. Men
voor intergranulaire corrosie en hoeven geen
vindt in deze gevallen vaak ferrietwaarden van
enkele warmtebehandeling te ondergaan na
90 % en zelfs meer. Om het evenwicht ferriet/
het lassen. Daarentegen verstoort het lassen,
austeniet te herstellen wordt gebruik gemaakt
vooral als het gaat om een éénstapsprocédé
van oplossingsgloeien, dat in de voorafgaande
zonder gebruik van toevoegmateriaal, het fer-
paragraaf beschreven werd.
23
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
1.5 In de handel verkrijgbare roestvast staalproducten
Doorgaans wordt een onderscheid gemaakt
tussen vlakke (~ 85 % van de wereldmarkt) en
lange producten (~ 15 % van de wereldmarkt).
De vervaardiging van elk van beide typische
productvormen verloopt volgens een specifieke
productiemethode (tabellen 1.5.1 en 1.5.2.).
Foto 3 : Slittinglijn in actie
Ladingen Cr
HC – Fe Cr
Roestvast Schroot
staal- van koolschroot stofstaal
Ferronikkel
(en/of Ferromolybdeen)
Tabel 1.5.1 – Typische
productiecyclus voor
roestvast stalen vlakke
producten.
Elektrische vlamboogoven
Raffinage: AOD convertor
(Argon – Zuurstof – Ontkoling)
Tabel 1.5.2 – Typische
productiecyclus voor
roestvast stalen lange
producten.
Ladingen Cr
HC – Fe Cr
Roestvast Schroot
staal
van koolschroot stofstaal
Ferronikkel
(en/of Ferromolybdeen)
Op punt stellen van de vloeibare faze
(toevoegingen van stabilisatoren,
desoxidatie, …)
Elektrische vlamboogoven
Continu gieten (plakken)
Warmwalsen (continu walsen op
rollenstand of gebruik van Steckelwals)
Raffinage: AOD convertor
(Argon – Zuurstof – Ontkoling)
Op punt stellen van de vloeibare faze
Koudwalsen (Sendzimirwals)
Gloeien / beitsen
24
Blankgloeien
(toevoegingen van stabilisatoren, desoxidatie, …)
Continu gieten (in billets of blooms)
Skinpass
Warmwalsen (continu walsen van
vierkante of ronde staf )
Afwerking:
– koudgewalste coils bezomen (slitten)
– in strips snijden 哫 coils
– op lengtemaat knippen 哫 platen
Koudbewerken
(geslepen, gedraaide, gerichte,
getrokken staven, …, getrokken draden)
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Vlakke Producten
Deze maken 85 % van het globale verbruik uit
vloei- en breukgrens te verkrijgen (Rp en Rm
en betreffen :
respectievelijk).
• Coilvormige vlakke producten :
Ferritische
– warmgewalst in diktes van 2,0 tot en
types
X6CrMo17-1/1.4113
met 13,0 mm.
X6Cr17/1.4016
worden
vaak
en
gebruikt
in de koudverstevigde uitvoering. Dit is nog
– koudgewalst met een dikte tussen 0,3
meer het geval voor de austenitische types
en 8,0 mm.
X10CrNi18-8/1.4310,
X5CrNi18-10/1.4301
en
(in deze laatste familie heeft men ook
X2CrNiN18-7/1.4318 waarvan de mechanische
de ‘’extra dunne’’ waarvan de dikte
eigenschappen aanzienlijk kunnen worden ver-
minimaal 50 μm is en die leverbaar zijn
beterd (tabel 1.5.3) door koud nawalsen (koud-
tot 1000 mm breedte.)
versteviging).
Voor deze producten is de meest gangbare
De klasse C850 komt nauw overeen met
breedte 1250 mm, maar voor bepaalde dikten
het zogenaamde 1/4 hard, de klasse C1000
kan deze breedte tot 1500 mm en uitzonderlijk
met 1/2 hard, de klasse C1150 met 3/4 hard
zelfs tot 2000 mm gaan.
en de klasse C1300 tenslotte met de maximale
• Plaatvormige producten, geleverd als
verstevigingstoestand.
dunne plaat (doorgaans koudgewalst),
Bovendien kunnen vlakke producten gele-
dikke plaat (doorgaans warmgewalst)
verd worden volgens een uitgebreide keuze aan
of als quartoplaat. In dit laatste geval
oppervlakteafwerkingen. Men onderscheidt :
kunnen de diktes tot 150 mm gaan en de
• de afwerking nr. 1 : komt overeen met
breedte tot ongeveer 4000 mm.
een warmgewalst, gegloeid en gebeitst
Koudgewalste coil vormt de belangrijkste familie met meer dan 75 % van de toepassingen
oppervlak (toestand 1D).
• de afwerking nr. 2 : staat voor een
van de vlakke producten.
koudgewalst, gegloeid en gebeitst
Deze producten worden niet enkel gebruikt
in de gegloeide toestand (ferritisch roestvast
oppervlak (toestand 2D).
• de afwerking 2B : komt overeen met
staal) of in de oplossingsgegloeide en afge-
toestand 2D na een ‘’Skinpass’’
schrikte toestand (austenitisch en austeno-
behandeling die tot doel heeft de ruwheid
ferritisch roestvast staal) maar tevens in de
te verminderen en de glans te bevorderen
koudverstevigde uitvoering om een hogere
(toestand 2B).
Normbenaming
EN 10088-2
Treksterkte Rm (N/mm2) afhankelijk
van de verstevigingsklasse
C700
C850
X6Cr17 / 1.4016
700/850
850/1000
X6CrMo17-1 / 1.4113
X10CrNi18-8 / 1.4310
X5CrNi18-10 / 1.4301
X2CrNiN18-7 / 1.4318
700/850
850/1000
850/1000
850/1000
850/1000
C1000
1000/1150
1000/1150
1000/1150
C1150
1150/1300
1150/1300
C1300
Tabel 1.5.3 – Opdeling
van koudverstevigde
roestvaste staalsoorten
naar gelang
verstevigingsklassen
(volgens breukgrens)
1300/1500
1300/1500
25
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
• de blankgegloeide afwerking : wordt
Bovendien bestaan er een grote verscheiden-
bekomen door eindgloeiing in een
heid van gepolijste, (toestand 2G), geslepen,
gecontroleerde atmosfeer (stikstof met
geborstelde (toestand 2J) en patroonge-
waterstof of zuivere waterstof). Men
walste afwerkingen (leer-, ruiten- en andere
bekomt aldus een zeer effen oppervlak
motieven,…) met de naam 2M.
waarbij de glans nog versterkt kan worden
WARME FAZE
De typische productiecyclus voor vlakke
door een Skinpass behandeling (toestand
producten (coils) wordt beschreven in tabel
2R).
1.5.1 en wordt weergegeven door figuur 1.5.1.
AOD
Elektrische oven
Grondstoffen
Op punt stellen
van de vloeibare
faze
Warmwalsen
Warmgewalste
niet-gebetste
producten
Walstrein
Voorbehandeling
Eindstraat
Continu gieten
Warmgewalste “zwarte”
coils’
7 afwerkingskooien
5 voorwalskooien
Hefbalkenoven
Slijpmachine
KOUDE FAZE
Behandeling van warmgewalste coils
Ferritisch
Gloeien
in klokovens
Continue straal- en beitsinstallatie
Coils
Continue gloei-, straal- en beitslijn
Austenitisch
(Eventuele) tweede walsing
Koudwalsing
+ gloeibehandeling
Skin-pass
+ afwerking
Platen
Sendzimirwals
Fig. 1.5.1 - Typische
productiecyclus voor
vlakke producten
26
Verzending
Strips
Coils
Afgewerkte
koudgewalste
producten
Schijven
Blankgloeilijn
Gloei-en beitslijn
Skin-pass
Schuren
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Lange Producten
Deze producten vertegenwoordigen ongeveer
Inzake staf en draad liggen de meest voorko-
15 % van de wereldmarkt en komen voor onder
mende diameters tussen 2 en 45 mm. Producten
de vorm van staven, draden, standaardpro-
met een diameter tot 10 mm kunnen decoratief
fielen (rond, vierkant, rechthoekig) en speciale
geslepen worden. De draden met een diame-
profielen (hoekprofielen, U-profielen, T-profie-
ter tussen 2 en 16 mm worden vaak gebruikt
len en I-profielen). De draad-, staf- en profiel-
voor koudstuiken (bevestigingsmaterialen). De
producten kunnen als warmgewalst product
bouwnijverheid gebruikt draadproducten met
geleverd worden na (al of niet) verschillende
diameters tussen 2 en 5 mm voor de decoratie,
warmte- of mechanische behandelingen te heb-
de diameters 2,4 tot 2,7 mm zijn uitsluitend be-
ben ondergaan (verwijderen van de walshuid,
stemd voor haken voor dakpannen.
Het productieschema voor dit producten-
slijpen, enz…) of na koud nabewerken : getrokken, gedraaid, gericht, gepolijst,…
gamma is afgebeeld in figuur 1.5.2.
Figuur 1.5.2 - Typische
productiecyclus van
roestvast stalen lange
producten
VLOEIBARE FAZE
Opslag
automatische
controle
WARMWALSEN
Elektrische
oven
Eindwalsen warm
Warmgewalste
eindproducten
Laadkorf
Schroot
en snij-afval
Onstoffing
Elektroden
Continu
gieten
Elektrische vlamboogoven
Opwarmoven
O2
Gietpan
Ar
AOD
ontkoling
Blooms
Stavenwals
Snijbrander
Opwarmoven
Knuppels
Ronde en rechthoekige staven
Kleine staven
Gietpan
Verfijning vloeibare faze
Voorwals voor
blooms en billets
Opwarm- Draadoven
wals
27
W E R K E N M E T R O E S T VA S T S TA A L
Buizen
De belangrijkste familie van buizen is die van
dés, maar ook via hoogfrequente inductie.
de zogenaamde ‘’continu gelaste’’ buizen,
Deze buizen kunnen zowel rond, vierkant of
vertrekkend van coils. Deze buizen worden
rechthoekig zijn. Na het lassen worden ze ge-
voornamelijk gebruikt voor het transporteren
woonlijk geslepen.
van vloeistoffen (‘’corrosiebuizen”), voor de-
Naar gelang de normen is het gamma van
coratie (‘’decoratieve buizen”) en als bouwele-
afmetingen van deze buizen zeer uitgebreid ;
menten.
de meest voorkomende zijn :
De ‘’corrosieve’’ buis wordt gewoonlijk continu gelast volgens het TIG (Tungsten Inert
Gas) procédé of door plasma- of laserlassen
voor de grotere diktes. Het gaat hier vrijwel
altijd over ronde buizen.
De ‘’decoratieve‘’ buis kan gelast worden
via één van de hierboven genoemde procé-
28
• voor de ronde buizen : diameter : 10 tot
168,3 mm - dikte : 0,5 tot 2,0 mm.
• voor de vierkante buizen : zijde : 12 tot
80 mm – dikte : 1,0 tot 2,0 mm.
• voor de rechthoekige buizen : lange zijde :
20 tot 100 mm ; korte zijde : 6 tot 40 mm ;
dikte : 1,0 tot 2,0 mm.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
2 Bewerken van roestvast staal
2.1 Mechanisch en thermisch versnijden
Deze bewerkingen omvatten het geheel van
werkingen die mechanisch worden uitgevoerd
manieren om platen of blanks te maken die
(knippen, ponsen, ponsnibbelen, zagen) ter-
vervormd en / of verbonden dienen te worden
wijl de term snijden verwijst naar thermische
(bv. door te lassen) om een complexer geheel
bewerkingen via procédés als plasmasnijden,
te vormen. Een eerste groep betreft de be-
lasersnijden, enz…
Foto 4: Hydraulische
guillotineschaar
29
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Knippen
Knippen met de guillotineschaar
De snijcapaciteit van een guillotineschaar is
bedragen met een tolerantie van 0,01 mm
doorgaans geldig voor het snijden van (zacht)
(fig. 2.1.1). Indien het knippen dicht bij de rand
koolstofstaal. Aangezien de krachtsinspan-
van de plaat dient te gebeuren, moet deze re-
ning voor het knippen van austenitische
gel strikt worden toegepast. Indien het knip-
roestvast staalsoorten (ijzer – chroom – nikkel
pen in het midden van de plaat gebeurt, kan
legeringen) groter is, bedraagt de maximum
men iets toleranter te werk gaan. Voor platen
toegelaten dikte voor een gegeven machine
van 1,5 mm dikte, is de aanbevolen speling
70% van de maximaal voorziene dikte van
0.07 mm. Voor grotere diktes vormt een spe-
koolstofstaaltypes. Een voorbeeld: een guil-
ling van 0,1 mm een goed compromis. De snij-
lotineschaar die zacht staal van 5 mm dik kan
hoek of kniphoek kan variëren van 0°30’ tot
knippen zal die maximum dikte zien afnemen
2°. De meest gebruikte waarde is 1°30’.
tot 3,5 mm voor austenitisch roestvast staal.
De speling tussen de bladen dient ongeveer 4 tot 7% van de dikte van de platen te
Bewegend mes
Inklemming
2° max
Steun
Plaat
Speling: 4 tot 7% van
de plaatdikte
Figuur 2.1.1 - Werking van
een guillotineschaar
30
Vast mes
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Het aanbevolen materiaal voor de bladen
is gehard werktuigstaal of met chroom gele-
den daarom de klauwen van de plaatklemmen
bekleed met kunststof.
geerde staalsoorten. Om de onderhoudsduur
Na het knippen is een onderzoek van de
tussen twee aanscherpbeurten te verlengen,
snede een handig controlemiddel. Indien de
is het aangeraden de bladen licht in te smeren
speling correct was, dient het bovenste deel
met paraffine of viskeuze olie.
van de snede (‘’gesneden’’ zone) overeen te
Zoals voor andere plaatbewerkingen waar-
stemmen met 40% van de dikte, terwijl het
bij er contact bestaat tussen het werktuig en
onderste deel (‘’afgescheurde’’ zone) de res-
het roestvast staal, is het noodzakelijk steeds
terende 60% inneemt.
dezelfde messen te gebruiken teneinde elk
Indien de speling te klein was, zal de plaat
risico van vervuiling, met name door de ijzer-
over de hele oppervlakte gescheurd zijn.
partikels, te voorkomen.
Indien de speling te groot was, gaat het me-
Indien men smalle stroken snijdt, dient
taal tussen de bladen vloeien, hetgeen een
een factor 30 te worden gehandhaafd tussen
overdreven braam en plaatselijke opharding
de bandbreedte en de dikte van de plaat. Op
veroorzaakt.
die manier bedraagt de minimale breedte van
stroken, uitgaande van een plaat van 1 mm
dikte, 30 mm.
Bij het bedienen van een guillotineschaar
dient men er op te letten dat bij het klemmen
van de plaat, het oppervlak van de platen niet
beschadigd wordt (krassen, indrukkingen).
Vooral wanneer het dunne platen betreft wor-
Slitten
Slitten betekent dat een coil (ook bobijn of rol
geharde toestand vergen een kleine verticale
genoemd) verdeeld wordt in een reeks van
overlapping in verhouding tot de dikte van de
smallere banden. Een van de typische toepas-
coil. Een speling van 5% van de dikte is een ge-
singen van slitten is de productie van smalle
middelde waarde. Naar gelang het type en de
strips bestemd om buizen van het zogenaam-
dikte, varieert de lineaire snijsnelheid van 60
de “rolnaadgelaste” type te bekomen waarbij
tot 200 m/min. De ronde messen dienen goed
de strips door een systeem van meervoudige
geslepen te zijn om een mooie snijrand te be-
rolletjes rondgezet en aansluitend in de langs-
komen en de vorming van braam te voorkomen
richting dichtgelast worden. Om een correcte
op de snijranden. Om de levensduur van de
snede te bekomen, is het noodzakelijk de
messen te verhogen, is het aan te raden een
speling (horizontaal) en de overlapping (verti-
smeermiddel te gebruiken zoals olie op basis
caal) van de bladen of de ronde messen aan
van paraffine of oplosbare olie. De aanbevolen
te passen. Koudverstevigd austenitisch roest-
materialen voor de ronde messen zijn dezelfde
vast staal of martensitisch roestvast staal in
als voor de bladen van de guillotineschaar.
31
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Uitsnijden (“blanking”)
Uitsnijden met behulp van een pers
Fig 2.1.2 - Uitsnijden van
rechthoekige blanks met
de pers.
Het uitsnijden van roestvast stalen blanks (of
Stempel
plaatjes) vereist krachtiger machines dan voor
Stempel
Plaatdikte
Plaatdikte
zacht staal. Om het uitsnijden te vergemakkelijken kunnen de stempel of de matrijs een
helling vertonen vanaf de rand naar het midden toe waarvan het hellingsverschil ongeveer
gelijk is aan de dikte van de blank. De speling
tussen stempel en matrijs dient tussen de 5%
Matrijs
en 10% van de dikte van het product te bedra-
Matrijs
gen (fig. 2.1.2).
Blank
Blank
Uitsnijden met behulp van een rollenschaar
Fig 2.1.3 - Uitsnijden
met behulp van een
rollenschaar
De rolmessen dienen elkaar te overlappen
Bovenste rolmes
zoals het geval is bij het rechtdoor slitten.
Deze rolmessen worden gebruikt voor het
snijden van ronde platen van grote diameter
Centreertoestel
Ronde
blank
bestemd als bodems of als grote persdelen.
Hun maximale capaciteit heeft een diameter
van de orde van grootte van 2 m en een dikte
van 4 mm. De gebruikelijke speling is van dezelfde grootte-orde als voor het slitten. Het
snijden (circulair) gebeurt via een geleidende
Centrale spil
centreerder die in het midden van de plaat
geplaatst wordt. De indruk die achtergelaten
Schroot
wordt door de druk van de centreerder dient
Onderste rolmes
beperkt, of beter zelfs, vermeden te worden
door het gebruik van een van rubberen zuignappen voorziene centreerder (fig. 2.1.3).
32
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Ponsnibbelen
Het ponsnibbelen is een mechanische snijtechniek waarbij materiaal wordt weggenomen volgens een welbepaald pad waarvan de breedte
gelijk is aan die van de stempel (fig. 2.1.4)
Op-en-neer
gaande beweging
ronde stempel
Mal
Blank
Vaste stalen
matrijs
Malsector
Het bovenste werktuig (stempel) maakt
een op-en-neer gaande, voortschrijdende beweging en komt langs het onderste werktuig
Ponsnibbelpad
Pas
Halvemaanvormig
schrootafval
(matrijs) terwijl het het versneden metaal (halvemaanvormig) wegneemt. In feite is ponsnibbelen een herhaalde ponsbewerking waarvan
de pas (hoeveelheid materiaal die per bewer-
op een mal of door gebruik te maken van een
king kan verwijderd worden) geregeld wordt
numeriek bediende machine. Na het ponsnib-
aan de hand van de dikte van het te snijden
belen vertonen de randen opeenvolgende
materiaal. Met deze methode is het mogelijk
markeringen (achtergelaten door de stempel)
volgens een precies afgelijnd traject te knip-
die verwijderd dienen te worden, gewoonlijk
pen dat gevolgd kan worden door te steunen
door fijn te slijpen (fig. 2.1.4).
Fig 2.1.4 - Versnijden door
ponsnibbelen
Ponsen
Ponsen wordt regelmatig gebruikt om gaten te
cisie’’taken neemt men de volgende uitdruk-
maken waarvan de minimale diameter gelijk
king in acht: C = 0,07 x plaatdikte. De gepons-
dient te zijn aan tweemaal de dikte van de plaat
te gaten vertonen steeds een soort kegelvorm
en de minimum afstand tussen twee opeenvol-
die sterker wordt naarmate de plaat dikker is.
gende gaten gelijk dient te zijn aan de helft van
Het smeermiddel dient niet alleen gekozen
de diameter van het gat. De toegepaste krach-
te worden om het knippen te vergemakkelijken,
ten bij het ponsen van roestvast staal zijn heel-
maar ook om het ‘’aankleven’’ van uitgestanst
wat hoger dan die voor het knippen van zacht
materiaal op de werktuigen te vermijden.
staal en staan ongeveer in verhouding tot hun
De handmatige ponswerktuigen met een hef-
respectievelijke breukweerstand. Deze krachten
boom zijn beperkt tot diktes van 2,0 mm en hun
worden ook bepaald door de werkelijke speling
productiviteit is zeer matig. De mechanische
tussen stempel en matrijs, door het aantal ga-
ponsmachines zijn uitgerust met een schacht-
ten en door de ponssnelheid (fig. 2.1.5).
stempel voorzien van een geleidingsbus.
De speling (C) tussen stempel en matrijs is
De numeriek gestuurde ponsmachines laten
het verschil tussen de diameter van de matrijs
een aanzienlijke verbetering van de productivi-
(D) en deze van de stempel (d) en wordt als
teit toe en verzekeren daarbij een uitstekende
volgt uitgedrukt: C = D - d. Voor courante be-
precisie inzake positionering van de gaten (in de
werkingen wordt de speling bepaald door de
orde van grootte van ± 0,03 mm). De hellings-
uitdrukking C = 0,12 x plaatdikte en voor ‘’pre-
hoek van de stempels bedraagt maximaal 3°.
Fig. 2.1.5 - Principe van het
ponsen
d
Stempel
D
3° max
Matrijs
33
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Zagen
Manueel zagen
Roestvast staal kan gemakkelijk gezaagd wor-
ren van het blad om elk fenomeen van ophar-
den met een metaalzaag. Het contact tussen
ding te vermijden. De maximale snelheid is in
het zaagblad en het metaal dient te gebeuren
de orde van grootte van 50 bewegingen per
tijdens het drukken en het is aangeraden het
minuut met zaagbladen met 7 tot 12 tanden
zaagblad lichtjes op te heffen bij het terugke-
per cm.
Zagen met de wipzaag
Wipzagen zijn uitgerust met een blad dat ver-
De maximale verwerkbare plaatdikte met dit
ticaal op en neer gaat. Voor roestvast staal ge-
procédé is ongeveer 2,0 mm.
bruikt men korte bladen met fijne vertanding.
Zagen met de zaagfrees
Deze techniek wordt gebruikt voor precisiefrees-
Voor dunne profielen kan vervorming ver-
werk, vooral in profielen en buizen. Het werktuig
meden worden door stukken hout aan de bin-
is een smalle frees met een dikte van enkele
nenzijde te plaatsen waarvan de doorsnede
millimeters. Om onder verschillende hoeken te
aangepast is aan de profielen. Indien de uit
kunnen zagen, dient de werktuigdrager te kun-
te voeren verzaging zulks toelaat, heeft men
nen bewegen. Het oppervlak van roestvast sta-
er baat bij profielen of buizen te groeperen en
len profielen dient beschermd te zijn om niet be-
alzo de productiviteit te verhogen.
schadigd te worden door het klemgereedschap.
Zagen met de cirkelzaag
Deze techniek wordt vooral gebruikt op wer-
door oxidatie te vermijden. Indien dit toch
ven en kan alleen gebruikt worden voor korte
gebeurt, dient plaatselijk een beits- en passi-
lengtes. Men dient er op te letten dat de druk
veerbehandeling op de snijranden uitgevoerd
die de schijf uitoefent zo laag mogelijk blijft
te worden.
om aldus de oververhitting en verkleuring
Zagen met de lintzaag
34
Dit is de meest gebruikte methode. Deze me-
gelang de dikte en het type van het roestvast
thode is uiterst geschikt voor rechtlijnig zagen
staal varieert de snelheid van de band van
in een diktegamma van 0,8 tot 8,0 mm. Naar
15 tot 40 m/min. De hoogste snelheden gel-
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
den voor de dunste platen terwijl boven de
Het zorgt voor een betere productiviteit dan
1,5 mm de snelheden tussen 15 en 30 m/min
met een op-en-neer gaande zaag. Voor deze
beperkt blijven. Voor deze zaagwijze is geen
producten kan de lineaire snelheid van de band
smeermiddel nodig maar het is wel noodzake-
gaan van 30 m/min voor het meest gebruike-
lijk om doorlopend perslucht op de snijzone
lijke austenitische type X5CrNi18-10/1.4301
te blazen die de metaalpartikels verwijdert en
tot 40 m/min voor het vlot verspaanbare au-
een te hoge opwarming verhindert. Om het
stenitische type X10CrNiS18-09/1.4305 en
rendement op te drijven kan men ook platen
tot 45 m/min voor het vlot verspaanbare
met dunne dikte gegroepeerd verzagen, na ze
ferritische type X10CrS17/1.4104.
vooraf in pakketten te hebben gestapeld.
Het zagen met de bandzaag is ook uitstekend geschikt voor lange producten (staven).
Waterstraalsnijden
Bij deze methode wordt, via een gekalibreerde
hoge kwaliteit toe. Dit procédé is gemakkelijk
buis, een waterstraal onder hoge druk (2000
te automatiseren en gezien zijn flexibiliteit is
tot 5000 bar) en met een schuurpoeder (gra-
het goed geschikt voor snijbewerkingen in
naat of korund met een diameter van 0,2 tot
kleine reeksen. Wanneer roestvast stalen pla-
0,5 mm) loodrecht op het te snijden metaalop-
ten gesneden worden, is het raadzaam de pla-
pervlak gespoten en bewogen met een snel-
ten te groeperen in stapels van ongeveer 10
heid in de orde van grootte van 20 cm/min.
mm dikte teneinde de productiviteit van het
Deze waterstraal heeft een kleine diameter
procédé te verhogen; de snelheid is immers
en rekening houdend met zijn grote snelheid
niet in verhouding tot de dikte van het mate-
(in de orde van grootte van 2 tot 3 maal de
riaal.
snelheid van het geluid) laat hij een snede van
Thermisch snijden
Oxy-acetyleensnijden
Dit procédé wordt enkel ter informatie ver-
wordt zuurstofsnijden met metaalpoeder veel
noemd, omdat het niet geschikt is voor het
gebruikt voor het snijden van roestvast stalen
snijden van roestvast staal. Het veroorzaakt
plakken (dikte in orde van grootte van 200 mm)
namelijk een aanzienlijke oxidatie aan de op-
bij het verlaten van de continugietmachines
pervlakte evenals een belangrijke warmte-
die in de staalfabrieken worden gebruikt. In dit
beïnvloede zone. Het kan enkel beschouwd
geval stelt noch de oppervlakteoxidatie, noch
worden
de warmte-beïnvloede zone een probleem.
als
noodoplossing.
Daarentegen
35
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Plasmasnijden
Fig. 2.1.6 - Principe van
plasmasnijden
Het gaat hier om een procédé waarbij een
het meest gebruikt worden zijn argon en de
ingesnoerde plasmastraal op zeer hoge tem-
mengsels argon-waterstof, stikstof en pers-
peratuur (10.000 tot 20.000 °C) het metaal
lucht. Naargelang het gebruikte plasmagas en
waarop deze straal gericht is, doet smelten
het type van roestvast staal zijn de oxidatie en
(fig. 2.1.6). Het plasma is een sterk geïoni-
de aantasting van de randen in meer of min-
seerd gasmengsel. De plasmagassen die
dere mate uitgesproken. Over het algemeen
volstaat een enkele slijpbewerking tot op een
te vinden. Plasmasnijden onder water zorgt
Pool -
ervoor dat het oxidatiefenomeen vermindert
Water
Kathode
(wolfram
+ thorium)
Plasma gas
Plasmageen gas
Water
diepte van 0,5 mm om het gave metaal terug
en dat de snelheid duidelijk verhoogt.
Voor austenitische roestvaste stalen van
3,0 mm dikte bedraagt de snijsnelheid
ongeveer 3,5 m/min. Ten opzichte van de
mechanische snijmethoden (behalve voor
het ponsnibbelen) is het verlies aan metaal
Verplaatsing
duidelijk hoger. Bovendien is de ontstane
Nozzel
snede niet recht en zal voor de verwijdering
Plasmastraal
ervan – alsook voor het verwijderen van
Pool +
Spatten
Gesmolten metaal
LASERsnijden
(Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation)
Aanvoer van
de gassen CO2, N2, He
Vlakke doorboorde
spiegel
Venster
Weerkaatsingsspiegel
oxidatie – nabewerking vereist zijn.
Laserholte
Zoals bij het laserlassen worden bij het snijden twee soorten bronnen gebruikt: de CO2
laser (emissiebron: koolstofdioxide (CO2),
stikstof (N2) en helium (He)) en de Y.A.G.laser (Yttrium-Aluminium-Garnet, d.i. yttrium-
f
Focusafstand
Laserbundel
diameter ~
– 20 mm
Focuslens
Nozzel
Te snijden stuk
aluminium-granaat). Bij het snijden werkt de
Snijgas
laser meestal volgens twee regimes: continu
N2, O2
(laat grote snijsnelheden toe) of gepulseerd,
Focusplek
Gesneden stuk
Verplaatsing van
Fig. 2.1.7 - Principe van
CO2-lasersnijden
36
het stuk
waarbij de warmte-beïnvloede zones beperkt
blijven. Met de CO2-lasers (fig 2.1.7) ligt het
beschikbare vermogen tussen 0,5 en 3 kW.
Voor de Y.A.G.-lasers is dit vermogen kleiner
dan 2 kW, hetgeen de snijsnelheid beperkt.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Aangezien de laserbron bevestigd is, dient
men ook een ‘’hulp’’gas (stikstof of zuurstof)
men de de bundel te leiden tot bij het te bewer-
dat concentrisch in de bundel wordt gespoten
ken stuk, ofwel via een optisch geleidingssys-
door middel van een nozzel en dat het verwij-
teem dat uitgerust is met weerkaatsingspiegels
deren van smeltend metaal bewerkstelligt.
(CO2-lasers) ofwel via een optische vezel (Y.A.G.-
Wanneer men zuurstof gebruikt, komt daar nog
lasers). Om het metaal te kunnen snijden, is het
een exotherme reactie bij die de snijsnelheid
noodzakelijk de energie te concentreren door
verhoogt. Voor een mooie snede moet men erop
middel van een focusseringssysteem dat toe-
letten dat de laserbundel goed gecentreerd is
laat om op het impactpunt een energiedicht-
ten opzichte van de nozzel en anderzijds dat de
2
heid te bekomen die boven de 1000 kW/cm
focalisatie op het bovenoppervlak van de plaat
kan uitkomen. De convergentie van de bundel
(dunne platen) of op een derde van de dikte van
wordt verkregen door de focalisatielens. Deze
het materiaal (dikke platen) ligt. Met een CO2-
laat toe dat de bundel zich niet richt op een
laser met een vermogen van 1,5 kW bereikt men
punt, maar op een focusplek waarvan de dia-
resultaten zoals vermeld in tabel 2.1.1.
meter (d) wordt bekomen door de verhouding
d = f/D waarbij de golflengte voorstelt ( =
Stikstof laat een zeer mooi uitziende snede
toe, maar vermindert de snijsnelheid.
10,6 μm voor een CO2-laser), f de focusafstand
Men dient tenslotte nog te vermelden dat
en D de diameter van de bundel (parallel) voor
dit laserprocédé, dat goed geschikt is voor de
focalisatie (in de orde van grootte van 20 mm
vlakke platen, ook geschikt is voor vormstuk-
voor een CO2-laser). De scherptediepte van
ken en in het bijzonder voor korte buizen.
de focusplek is gekoppeld aan de diameter
Aangezien de laserbundel niet beweegt, kan
ervan en wel volgens de verhouding /(f/D) .
het buiselement dat vastgehouden wordt door
Wanneer men deze twee uitdrukkingen naast
het handvat van een robot gemakkelijk gesne-
elkaar legt, ziet men dat er voor een kleine fo-
den worden volgens een ingewikkeld profiel.
cusplek, een korte focusafstand (f) nodig is en
Het is vanzelfsprekend dat dit type van (gero-
dat dezelfde afstand tegelijkertijd lang dient te
botiseerde) handelingen enkel in beschouwing
zijn om een grote scherptediepte te bereiken.
kan worden genomen voor voldoende grote
De industriële oplossing zal een compromis zijn
reeksen. Deze oplossing wordt bij voorbeeld
tussen een korte (60 mm) en een lange focus-
toegepast bij fabrikanten van uitlaatsystemen
afstand (300 mm). Een focusafstand in de orde
voor wagens.
2
van grootte van 150 mm geeft een focusplek
van ongeveer 0,3 mm en geeft een scherptediepte die iets kleiner is dan een millimeter.
Rekening houdend met hun respectievelijke prestaties, zijn het vooral de CO2-lasers
die gebruikt worden voor het snijden, met een
mengsel van gewoonlijk 40 tot 80% helium,
15 tot 55% stikstof en 3,5 tot 7% CO2.
Behalve het gas van de uitzendbron hetgeen
ook het ‘’laser’’-gas wordt genoemd, gebruikt
Plaatdikte (mm)
Snijsnelheid (m/min)
Snijgas:zuurstof
1,0
2,0
3,0
6,0
9,0
5,0
3,0
1,5
Snijgas:stikstof
1,0
2,0
3,0
6,0
8,0
3,5
2,0
0,5
Tabel 2.1.1 – Met een
CO2-laser van 1,5 kW
bereikbare snijsnelheden
op roestvast staal met
18% chroom en 9% nikkel.
37
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
2.2 Verspanen
Inleiding
Onder de vele technieken voor het verwerken
worden ook wel “automatenstaal” of in het
van roestvast staal, wordt de verspaning voor-
engels “free-machining grades” genoemd.
al op lange producten toegepast. Handelingen
Momenteel onderscheidt men twee types:
zoals boren, frezen, tappen worden ook vaak
• types met een verhoogd zwavelgehalte;
toegepast voor plaatproducten. In dit laatste
• types met een gecontroleerd oxidegehalte,
geval gaan ze vaak vooraf aan een mecha-
waarvan de verspaanbaarheid verbeterd
nische verbinding via schroeven, bouten of
wordt door een meer gecontroleerde
klinknagels. Over het algemeen wordt met
verdeling alsook de chemische
verspaning een proces bedoeld waarbij ma-
samenstelling van AlSiCa oxide-insluitsels.
teriaal verwijderd wordt door middel van een
De gecontroleerde oxidebehandeling kan
snijwerktuig. Het concept van verspaanbaar-
toegepast worden op types met een laag
heid wordt eerder gerelateerd aan een be-
zwavelgehalte (tot 0.03% S volgens de
paald staaltype of aan een familie van types.
norm) of zelfs op types met een verhoogd
In het geval van de roestvaste staalsoorten,
zwavelgehalte, dit om de synergie tussen
werd verspaanbaarheid gedurende lange tijd
beide methoden te verbeteren.
beschouwd als bijzaak, omdat duidelijk was
In beide gevallen laten de chemische sa-
dat roestvast staal moeilijk bewerkbaar was,
menstelling en de oppuntstelling van het
in het bijzonder de austenitische types. De
vloeibare staalbad toe om niet-metallische
staalproducenten hebben echter geprobeerd
insluitsels te verkrijgen die het afbreken van
om deze eigenschap onder controle te krijgen
de spanen bevorderen en een smeringslaag
en hebben roestvast staaltypes ontwikkeld
voorzien op het contactoppervlak tussen ge-
met een verbeterde verspaanbaarheid. Deze
reedschap en spaan.
Verspaanbaarheidscriteria
38
Deze criteria zijn talrijk maar vanuit praktisch
het oppervlak (ruwheid), en het verbruikte
standpunt worden enkel de criteria weerhou-
vermogen. Naar gelang de geschiktheid van
den die gemakkelijk te observeren zijn, nl.:
een staalsoort ten aanzien van deze criteria
het vlot afbreken van spanen, de levensduur
en in functie van de snijcondities, zal de pro-
van het gereedschap, de bekomen staat van
ductiviteit hoger of lager liggen.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Gedrag van de verschillende families roestvaste staalsoorten
Austenitische roestvaste stalen
Deze legeringen neigen sterk tot koudverste-
ben deze types een warmtegeleidbaarheid
viging. In de koudverstevigde toestand zorgen
die ongeveer drie maal kleiner is dan die van
hun mechanische eigenschappen voor vroeg-
koolstofstaal. Hieruit volgt een verhoogde
tijdige slijtage van de werktuigen. Toch be-
temperatuur aan het contactoppervlak me-
houden zij zelfs in koudverstevigde toestand
taal/werktuig hetgeen een opwarming van dit
een zekere vervormbaarheid die de vorming
laatste veroorzaakt en dus een vermindering
van lange spanen veroorzaakt en het aankle-
van zijn levensduur. Om al deze redenen ver-
ven van de spanen aan het werktuig. Hierdoor
tonen de voor verspaning bestemde austeni-
kan op het werktuig een opgestuikte rand
tische types over het algemeen een verhoogd
ontstaan (aankleefverschijnsel) waardoor de
zwavelgehalte, liggend tussen 0,15 en 0,35%.
benodigde snijkrachten groter worden met
In de rest van dit hoofdstuk zullen deze mate-
een risico op werktuigbreuk ten gevolge van
rialen desondanks als “gewone” of “traditio-
beschadiging van het snijvlak. Tenslotte heb-
nele” types beschouwd worden.
Ferritische roestvaste staalsoorten
Deze familie vertoont veel minder neiging tot
austenitische types, blijft de neiging tot lange
koudversteviging dan de austenitische types.
spaanvorming, alsook het risico op aankleven
Voor een vervormingsgraad van 50%, stijgt
nog steeds groot. Daarom wordt ook ferritisch
de breukgrens slechts ongeveer 200 N/mm2
roestvast staal voor verspaning praktisch al-
terwijl dit voor sommige austenitische types
tijd van een hoger zwavelgehalte voorzien (zie
2
meer dan 1000 N/mm bedraagt. Zelfs indien
verder in het gedeelte over sulfidische insluit-
hun thermische geleidbaarheid hoger en hun
sels en automatenstaal).
koudversteviging lager ligt dan die van de
Martensitische roestvaste staalsoorten
Hun fysische eigenschappen (koudverstevi-
Omdat deze types echter meestal gehard en
ging, thermische geleidbaarheid) liggen dicht-
ontlaten worden, ligt hun breukgrens hoog,
bij die van gelegeerde staalsoorten en in het
en blijft dus ook de vereiste snijkracht zeer
bijzonder die van de gelegeerde bouwstalen.
hoog.
39
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Effect van niet-metallische insluitsels
Sulfidische insluitsels – automatenstaal met verhoogd zwavelgehalte
De toevoeging van zwavel (in gehaltes tus-
pen metallurgen ertoe aangezet om te zoeken
sen 0,15% en 0,35%) die leidt tot de vorming
naar nieuwe oplossingen (zie verder ‘’oxidi-
van mangaansulfides heeft een gunstig effect
sche insluitsels’’). Zwavelhoudende roestvaste
op de verspaanbaarhied dat niet meer hoeft
automatenstalen bestaan in drie categorieën:
aangetoond te worden. Daarentegen leidt hun
austenitisch, ferritisch en martensitisch. Het
aanwezigheid tot een duidelijke verlaging van
zijn de meest gebruikte types in de verspa-
de corrosieweerstand (in het bijzonder de
nende industrie. Zij zijn genormaliseerd onder
weerstand tegen putcorrosie). Een teveel aan
volgende benamingen:
zwavel vermindert tevens de lasbaarheid en
• X8CrNiS18-9/1.4305 en
verhoogt het risico op warmscheuren (vooral
X6CrNiCuS18-9-2/1.4570 voor de austenieten
bij austenitische types). Dus ook indien de
• X6CrMoS17/1.4105 voor de ferrieten
toevoeging van zwavel het beoogde resultaat
• X12CrS13/1.4005 en X29CrS13/1.4029 voor
bereikt heeft qua verspaanbaarheid, heeft
de martensieten.
de negatieve invloed op andere eigenschap-
Oxidische insluitsels
Er werd aangetoond dat harde oxides, d.i. op
vormen ze een smerende film op het oppervlak
basis van aluminiumoxide (Al2O3), van silicium-
van het werktuig die de opwarming vermindert
oxide (SiO2) en van chroomoxide (Cr2O3) niet
en de slijtage terugdringt. Zowel voor lange als
vervormen en een hoge hardheid behouden
voor vlakke producten werden legeringen van
bij hoge temperatuur. Het directe gevolg is een
dit type op punt gesteld. Vergeleken met het
sterk abrasieve werking. Standaard roestvast
overeenkomstige standaardtype (dus zonder
staaltypes bevatten dergelijke insluitsels en ver-
vervormbare insluitsels) leidt een correct uit-
korten dus de levensduur van snijgereedschap.
gevoerde “gecontroleerde oxidebehandeling”
Wanneer men daarentegen de harde oxides
voor een type X5CrNi18-10 / 1.4301 tot een
vervangt door bij hoge temperaturen meer ver-
productiviteitsverbetering van de grootte-orde
vormbare oxides van de types SiO2-CaO -Al2O3,
van 25% voor draaibewerkingen. De verhoog-
dan bekomt men insluitsels die kunnen vervor-
de verspaanbaarheid van deze legeringen met
men tijdens het snijden en die zich kunnen uit-
vervormbare oxides gaat niet ten koste van de
strekken in de snijzones, hetgeen het afbreken
corrosieweerstand zoals in het geval van de ty-
van de spanen vergemakkelijkt. Daarenboven
pes met hoge zwavel.
Synergie tussen de effecten van zwavel en die van vervormbare oxides
40
De gelijktijdige toepassing van beide pro-
bare oxides, zorgt voor een synergetische pro-
cédés om de verspaanbaarheid van roestvast
ductiviteitswinst tot 50% met “gecontroleerd
staal te verbeteren, nl. de toevoeging van zwa-
oxide” X8CrNiS18-9 / 1.4305, vergeleken met
vel en de behandeling gebaseerd op vervorm-
het traditionele type.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Gereedschapkeuze
De keuze van het gereedschap voor de ver-
op specifieke vormen van slijtage gericht zijn,
spaning van roestvast staal is fundamenteel.
zoals slijtage van het vrijloopvlak en kolkslij-
De productiviteit hangt hier direct mee samen.
tage. Hierdoor wordt het toepassingsgebied
Momenteel kunnen vier soorten gereedschap
van het gereedschap uitgebreid. Momenteel
onderscheiden worden:
vormt het CVD-proces het enige coatingproces
• Bekleed en onbekleed
snelstaalgereedschap (HSS);
• Beklede hardmetalen (carbide)
wisselplaatjes;
dat daadwerkelijk aluminalagen (Al2O3) kan
aanbrengen, die hoge snijsnelheden toelaten.
De TiN coating, die meestal bovenaan wordt
aangebracht, heeft een goudgele kleur (zo
• Cermets;
kunnen de overeenstemmende gereedschap-
• Keramieken en met siliconenvezels
pen en wisselplaatjes gemakkelijk herkend
versterkte wisselplaatjes.
worden), terwijl de andere zwart of grijs zijn.
Over het algemeen wordt snelstaalgereed-
De term cermet is afgeleid van de begrippen
schap gebruikt voor boren en draadtrekken,
CERamic en METal. Cermets bestaan hoofdza-
terwijl beklede hardmetalen wisselplaatjes
kelijk uit Ti(C,N) carbonitriden die door sinte-
aangewend worden voor draaien en frezen
ring met een metallische faze (Co, Ni, Mo), die
(vlakfrezen) bij hogere snijsnelheden. De
als bindmiddel dienst doet, werden samen-
vaakst gebruikte coatings bestaan uit titaan-
gevoegd. Cermets hadden in het verleden de
nitride (TiN), titaancarbonitride {Ti(C,N)} en
reputatie slechts beperkt bestand te zijn tegen
aluminium oxide (Al2O3). Coatings kunnen op
thermische en mechanische schokbelasting.
twee wijzen aangebracht worden:
“micrograincermets” ontwikkeld die beter be-
• Chemical Vapor Deposition (CVD).
stand zijn tegen thermische schokken. Tevens
PVD coatings worden op lage temperatuur op
kunnen deze cermets hogere snijsnelheden
het substraat aangebracht. Dit proces behoudt
(tot 900 m/min) aan. Cermets worden hoofd-
de sterkte van de randen en laat toe scherpe
zakelijk voor de fijne afwerking gebruikt. Ze
randen te bekleden. PVD coatings worden ge-
bieden een uitstekende oppervlakte, die vaak
kenmerkt door een gladde oppervlakte die
geen nabewerking vereist. Ze zijn ook geschikt
minder wrijvingswarmte genereert, lagere snij-
voor het aanhouden van enge toleranties.
bouw, dat tot aankleven zou kunnen leiden.
Foto 6: Bekleed CERMET
wisselplaatje, gebruikt bij
fijndraaien
In het recente verleden werden fijnkorreligere
• Physical Vapor Deposition (PVD);
snelheden toelaat en weerstaat aan snijkantop-
Foto 5: Bekleed
hardmetalen wisselplaatje
(carbide), gebruikt bij
voordraaien
Keramische wisselplaatjes werden voorheen
niet gebruikt voor roestvast staal, maar de ont-
CVD coatings worden op hoge tempera-
wikkeling van siliconenvezels voor de verster-
tuur op het substraat aangebracht. Dit proces
king van de wisselplaatjes laten nu toe om ook
veroorzaakt diffusie van het coatingmateri-
hooggelegeerd roestvast staal te verspanen.
aal in het substraat en verzekert een sterke
Tabel 2.2.1 geeft een idee van de mogelijke
binding. Het CVD-proces proces laat ook het
snijsnelheden voor roestvast staal in functie
aanbrengen van meerdere lagen toe, die elk
van het gebruikte snijgereedschap.
41
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Draaien
Fig 2.2.1 - Fundamentele terminologie van
draaigereedschap
Vergeleken met
koolstofstaal, dienen het
roestvast stalen halffabrikaat en het werk-
5
tot
15°
tuig uiterst strak vastgehouden te worden.
Naar gelang de combinatie van het roestvast
staaltype en het bekleed hardmetaal, dient de
Zijdelingse
stelhoek
b
4
tot
10°
snijsnelheid in het bereik 75-750 m/min te liggen. De toevoer per omwenteling situeert zich
hierbij tussen 0,1 tot 0,3 mm per omwenteling
a
(mm/rev). De hogere snelheden kunnen toege90°
past worden voor het snijden van combinaties
90°
van hardmetalen met CVD coating enerzijds
Frontale
stelhoek
90°
en roestvaste staalsoorten met verhoogde
zwavel ofwel met een gecontroleerde oxidebe-
b
handeling anderzijds. Tijdens het voordraaien
a
dient de snijsnelheid verminderd te worden
Neusradius
Doorsnede a a
5
tot
10°
4
tot
10°
ten gunste van de toevoer per omwenteling,
Doorsnede b b
terwijl men tijdens de afwerking precies het
omgekeerde doet. De typische geometrie van
dergelijk gereedschap is ter informatie weergegeven in fig. 2.2.1 en is afhankelijk van de
Achterwaartse spaanhoek
Zijdelingse spaanhoek
7 tot 10°
aard van het snijmateriaal.
5 tot 8°
Frontale vrijloophoek
Zijdelingse vrijloophoek
Boren
Fig 2.2.2 - Boorbeitel uit
snelstaal
6
tot
15°
120 tot 140°
42
Boren wordt vooral toegepast voor lange pro-
ters 15mm worden hardmetalen wisselplaten
ducten, dikke platen en strips en quartopla-
ingezet. Voor lange producten en dikke platen
ten. Wanneer in dunne platen geboord moet
bedraagt de tophoek 120° tot 135° met een
worden, heeft men er belang bij de platen als
vrijloophoek van ongeveer 6°. Om oppervlak-
bundels te groeperen en zodoende voldoende
tespanningen bij dunne platen te verminderen,
steun te verzekeren. Boorkoppen of -beitels
kan de tophoek gaan tot 140° en de vrijloop-
met een kleine diameter ( 6mm) zijn meestal
hoek verminderd worden tot 5° (fig 2.2.2).
gemaakt van snelstaal. Voor boorkoppen van
De draaisnelheid van de boor is afhankelijk
tussenliggende diameters wordt doorgaans
van het te bewerken materiaaltype en van het
(bekleed) volhardmetaal gebruikt. Voor diame-
type van gebruikte boor (tabel 2.2.2).
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Voor het boren van diepe gaten is het
Gereedschap
Snijsnelheid (m/min)
aangeraden te beginnen met een korte boor.
Cermets
Het is ook belangrijk dat het smeermiddel de
beiteltip bereikt en dat het boorvijlsel door
Keramische materialen
de spaangroeven uitgeworpen wordt, door de
met TiN beklede wisselplaatjejes
nodige smeergroeven in de beitel en door hoge
smeermiddeldruk (p 20 bar). Plaatselijke
Bekleed snelstaal
opharding vermijdt men door niet “aan te punten”. Hiervoor is een zelfcentrerende boor of
Onbekleed snelstaal
een mal beter geschikt. Het boren van grote
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
diameters gebeurt door uitboren met beitels,
waarmee een cirkelvormige groef aangebracht
bare messen. De boor is gewoonlijk uitgerust
wordt, die de kern onbewerkt laat. Beitelboren
met een centreergeleiding die het boren van
bestaan gewoonlijk uit één, twee of drie regel-
een voorgat onnodig maakt.
Tabel 2.2.1 - Snijsnelheden
voor roestvast staal
voor verschillende types
gereedschap
Ruimen
Voor het ruimen komen frezen of (machine)rui-
voor de standaard roestvast staaltypes en van
mers in aanmerking.
0,67 tot 0,75 voor de types met verbeterde ver-
In het eerste geval gebruikt men al dan niet
spaanbaarheid. Dezelfde voedingssnelheid als
beklede hardmetalen wisselplaatjes. Teneinde
voor het draaien kan worden gebruikt indien
trillingsproblemen en kegelvorming te vermij-
voor een zelfde snijdiepte het niet-ondersteun-
den, moet geprobeerd worden om het niet-on-
de gedeelte van de frees kleiner of gelijk is aan
dersteunde gedeelte van de frees te beperken
4 maal de diameter of, indien deze groter is,
tot viermaal zijn diameter. De snijsnelheden
met een reductiecoëfficiënt van 0,67 ten aan-
liggen duidelijk lager dan die voor draaien bij
zien van de snijsnelheden die voor het draaien
gelijke snijdiepten. Over het algemeen gebruikt
worden toegepast.
men een (snelheids)reductiecoëfficiënt van 0,5
boordiameter
3 mm
6 mm
Tabel 2.2.2 – Snijsnelheden
voor verschillende
roestvast staaltypes en
boordiameters
12 mm
18 mm
Staaltype
Snijsnel- Voeding/ Snijsnel- Voeding/ Snijsnel- Voeding/ Snijsnel- Voeding/
heid (1) m/ omw (1)
heid (1)
omw (1) heid (1) m/ omw (1) heid (1) m/ omw (1)
min
mm/tr
m/min
mm/tr
min
mm/tr
min
mm/tr
X5CrNi18-10 / 1.4301
“COT” (2) X5CrNi18-10 / 1.4301
“COT” (2) X8CrNiS18-9 / 1.4305
“COT” (2) X14CrMoS17 / 1.4104
X2CrNiMoN22-5-3 / 1.4462
16
20
26
35
14
0,09
0,09
0,17
0,30
0,09
(1)
Snijparameters voor het boren van meer dan 15 m zonder vervanging
van het gereedschap
(2)
COT : met gecontroleerde oxidebehandeling
18
22
32
38
16
0,11
0,11
0,20
0,35
0,11
20
25
37
43
18
Draaisnelheid (tr/min) =
0,15
0,15
0,24
0,42
0,15
22
28
40
50
20
0,18
0,18
0,30
0,50
0,18
1000 x snijsnelheid (m/min)
x boordiameter (mm)
43
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Voor ruimers gebruikt men meestal snel-
gebruikt wordt voor het boren met snelstaal-
staal met schroefvormige of rechte spaan-
boren. Voor de ‘’normale’’ types dient deze
groeven voor de afwerking. De spaanhoek ligt
verlaagd te worden tot 0,67, zelfs 0,5 maal die
tussen 3 en 8°, terwijl de vrijloophoek in de
voor het boren. De voedingssnelheid hangt
orde van grootte van 7° ligt. De handruimers
vooral af van de ruimerdiameter en is gewoon-
hebben gewoonlijk een konisch uiteinde van
lijk van de orde van grootte van 0,10 tot
enkele graden waaraan men – voor machinale
0,20 mm/omwenteling voor een ruimer van
ruimers – een afschuining van ongeveer 40°
3 tot 4 mm diameter en van 0,3 tot 0,5 mm/
dient toe te voegen. Voor de roestvast staal-
omwenteling voor een ruimer met diameter
types met verbeterde verspaanbaarheid, is
van 8 tot 12 mm.
de snijsnelheid identiek aan de snelheid die
Frezen
Voor de doorgaans hoge snijkrachten, zijn
tussen 50 en 150 m/min voor de ‘’normale’’
hoge vermogens aangewezen. Het is ook
types. Voedingssnelheden liggen hierbij tus-
belangrijk om de met meeloopfrezen (of
sen 0,012 en 0,125 mm/omwenteling/tand,
“neerfrezen”) geassociëerde typische spe-
afhankelijk van de diameter van de frees. Bij
ling (“backlash”) te vermijden. Zoals bij het
hardmetalen vlakfrezen liggen de snijsnelhe-
draaien worden beklede hardmetalen gereed-
den tussen de 80 en 400 m/min voor de ty-
schappen of wisselplaatjes aanbevolen. Voor
pes met verbeterde verspaanbaarheid en tus-
hardmetalen vingerfrezen hanteert men snij-
sen 50 en 300 m/min voor de andere types.
snelheden tussen 90 en 200 m/min voor de
De voedingssnelheid ligt tussen 0,05 en
types met verbeterde verspaanbaarheid en
0,2 mm/omwenteling/tand.
Tappen
Deze handeling verloopt moeilijk voor de aus-
ne diameters en met 4 groeven voor de andere
tenitische types, vooral wanneer het om kleine
diameters. De spaanhoeken liggen gewoonlijk
diameters gaat. De neiging tot draadvormige
tussen 10 en 15° terwijl de snijsnelheden vari-
spaanvorming kan de breuk van het werktuig
eren van 5 tot 30 m/min. Smering onder druk
veroorzaken. Om dit risico te beperken ge-
vergemakkelijkt de verwijdering van spanen.
bruikt men tappen met 3 groeven voor de klei-
Draadsnijden
44
Voor het verspanend draadsnijden op een
nend gebuik van snijmoeren (voor uitwendige
draaibank zijn de snijsnelheden gelijk aan 2/3
schroefdraad) of van draadtappen voor inwen-
van die van het draaien voor de types met
dige schroefdraad, of niet-verspanend gebruik
verhoogde verspaanbaarheid, en aan 1/2 van
van cylindrisch draadrolgereedschap, liggen
die van het draaien voor de ‘’normale’’ types.
de snijsnelheden voor snelstaalgereedschap
Voor de andere procédés, zoals het verspa-
tussen 5 en 25 m/min.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
2.3 Koud vormgeven
Buigen
Inleidende opmerkingen
Het buigen van roestvast stalen platen gebeurt
ook de plooihoeken overeenkomstig aan te
met behulp van procédés en machines die ge-
passen (ten opzichte van koolstofstaal). Voor
lijkaardig zijn aan hetgeen toegepast wordt
de uitgegloeide toestand (doorgaans de gele-
voor koolstofstaal. De voor het buigen van
verde toestand) is de minimale plooistraal ge-
austenitisch roestvast staal benodigde kracht
lijk aan de dikte van de plaat. Voor de koud-
ligt 50 tot 60% hoger dan voor koolstofstaal.
verstevigde types, dient men de plooistraal te
Aangezien de austenitische types een grotere
verhogen tot ongeveer zes maal de dikte van
elastische terugvering ondergaan, dient men
de plaat.
Oppervlaktebescherming van roestvast stalen platen
Roestvast stalen platen worden vaak zonder op-
Om markeringen op de plaat te vermijden
pervlaktebescherming geplooid op werktuigen
is het aan te raden tussen de matrijs en de
(matrijs en stempel). De wrijving ontstaan tijdens
te buigen plaat een rubbervel (latex) aan te
het buigen veroorzaakt krassen of, wanneer er
brengen van ongeveer 1 mm dikte (fig 2.3.1).
onvoldoende glijden plaatsvindt, ontstaan er af-
Er worden ook steeds vaker platen gebruikt
drukken veroorzaakt door de machine. Buigen
die beschermd worden door een zelfklevende,
met dermate weinig beschermingsmaatrege-
afpelbare bekleding die na het buigen verwij-
len kan toegelaten worden voor niet-zichtbare
derd wordt, of nog beter, net voor de finale
bouwdelen, maar kan niet aanvaard worden
constructie wordt opgeleverd.
voor zichtdelen of onderdelen bestemd voor de
voedings- of chemische industrie.
Stempel
Plaatsing latexvel
Stempel
of kunststoffolie
Latex
1 tot 1,5 dik
Afgeronde
hoeken
Stalen
Fig. 2.3.1 - Buigen met
aanbrengen van een
latexvel om het zichtbare
oppervlak te beschermen
matrijs
45
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Manueel buigen
Buigen van roestvast staal verloopt zonder
moeilijkheden, vooropgesteld dat de binnen-
straal van de plooi niet kleiner is dan de dikte
van de te buigen plaat.
Buigen op een mechanische zetbank
Verstelbare zetbanken (kantbanken) zijn zeer
3,0 mm. Zij zijn geschikt om profielen van uiteenlo-
geschikt voor het buigen van roestvast staal
pende doorsnede te maken. In principe buigen
indien men elementaire voorzorgen neemt aan-
deze machines niet in een scherpe hoek, de mi-
gaande onderhoud en oppervlaktekwaliteit van
nimale binnenplooihoek is gelijk aan ongeveer
het gereedschap. Deze zetbanken zijn over het
twee maal de dikte van de plaat. Een aantal van
algemeen beperkt tot nuttige lengten van 3 m en
deze machines wordt nog manueel bediend,
maximale dikten in de orde van grootte van
maar de meesten zijn gemechaniseerd.
Buigen met een hydraulische zetbank
De werking van een kantbank met hydrauli-
Momenteel worden er een viertal methodes
sche aandrijving biedt een grote soepelheid en
gebruikt om roestvast stalen platen te buigen
een uniforme kwaliteit van het buigen. Dit type
met een hydraulische kantbank:
machine is uiterst geschikt om verschillende
• vrijbuigen
types roestvast stalen platen te buigen tot pro-
• matrijsbuigen
fielen, panelen en gevelbekledingen en worden
• kalibreren of dooddrukken
frequent toegepast in de bouw- en interieur-
• met rubber beklede matrijs
sector. Met goed onderhouden werktuigen en
voldoende beschermde oppervlakken kunnen
Vrijbuigen
uitstekende resultaten verkregen worden.
Bij dit type van buigen wordt de plaat gesteund
door twee steunpunten waartussen de neus
van de stempel gedrukt wordt (fig. 2.3.2). De
stempel duwt de plaat niet tegen de flanken
van of tot onderaan de matrijs, maar stopt
Stempel
op een ‘’vrij’’ punt dat vooraf is vastgesteld.
Vrijbuigen
Afhankelijk van de plooihoek kiest men naar
gelang de situatie vaak een matrijs in U-vorm.
60°-90°
Gedeeltelijk
vrijbuigen
Men dient ook rekening te houden met de
elastische terugvering van het materiaal. Met
deze methode is het mogelijk dikke platen
met verschillende hoeken te buigen, doch de
Fig 2.3.2 - Principe van het
vrijbuigen
46
Afgeronde
hoeken
straal van de binnenhoek is nog steeds vrij
groot en kan niet gegarandeerd worden.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Matrijsbuigen
De stempel of het plooimes duwt de plaat tot op
In functie van de verwachte elastische te-
de bodem van de matrijs zonder dat het mate-
rugvering kiest men matrijzen in V-vorm met
riaal daadwerkelijk gestrekt wordt, zodanig dat
hoeken die gaan van 85° tot 89° voor een
de plaat de voorgeschreven vorm van de matrijs
plooihoek van 90°. Met het oog op voldoen-
kan aannemen. De binnenstraal is gewoonlijk
de nauwkeurigheid dient de opening van de
gelijk aan de dikte van de plaat (fig. 2.3.3). Dit
V-vorm 4 tot 5 maal de dikte van de te buigen
procédé vereist op maat gemaakt gereedschap,
plaat te bedragen voor dunne platen en 6 tot
dat aangepast is aan de gewenste plooihoek.
8 maal voor de platen van gemiddelde dikte
De stempels zullen verschillend zijn naargelang
(in de orde van grootte van 2,0 mm).
de straal en de hoek die men wil bekomen.
Kalibreren of dooddrukken
Deze variant van buigen gebeurt in twee stappen. De eerste fase bestaat uit vrijbuigen tot
Fig 2.3.3 - Principe van het
matrijsbuigen
90°
de gewenste hoek bereikt wordt. Tijdens de
tweede fase komt de stempel pijlsnel naar be-
di
kt
e
“doodgedrukt”) wordt en de terugvering dus
0,
3 8 to
m
m
neden waarbij de plooinaad hard geraakt (of
88°
r=
beperkt of zelfs uitgeschakeld wordt. De plooi-
Elastische
terugvering
hoek is daarbij gelijk aan die van de stempel.
Dit procédé laat toe om met voldoende preci6 tot 8 ×
dikte
sie roestvast stalen platen te buigen tot 1,5 mm
dikte. De binnenste plooihoek kan gereduceerd
worden tot 0,5 maal de plaatdikte (fig. 2.3.4).
De aangebrachte slag veroorzaakt echter een
plaatselijke vervorming in de plaat die kan
gaan tot het begin van insnoering. Zodoende
vormt de plooi dus een zwakke plek.
Stempel
Stempel
Plaatdikte
Scherpe
hoek
V = 5 tot 6 x
90° matrijs in V-vorm
dikte
Fig 2.3.4 - Kalibreren of
dooddrukken
47
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Met rubber beklede matrijs
Fig 2.3.5
a - Buigen in V op
rubberen kussen
b - Rondbuigen op
rubberen kussen
Voor precisiewerk, waarbij er geen beschadi-
fielstukken te buigen zoals onderdelen voor
ging van het plaatoppervlak mag optreden,
decoratieve toepassingen. Wat roestvast staal
wordt aangeraden de platen te buigen door
betreft, worden op deze manier vooral platen
gebruik te maken van een matrijs die bestaat
of strips verwerkt waarvan de dikte gewoon-
uit een rubberen kussen met toereikende
lijk begrepen is tussen 0,4 en 1,5 mm. Deze
(Shore-)hardheid. Het gebruik van een der-
methode heeft twee grote voordelen:
gelijk rubberen kussen, dat de gewone stalen
a. één enkele rubberen matrijs maakt het
matrijs vervangt, laat toe ingewikkelde pro-
mogelijk een groot aantal (dure) stalen
matrijzen te vervangen;
b. het plaatoppervlak blijft intact na contact
Stalen stempel
Stalen
stempel
met de matrijs zodat (eveneens dure)
nabewerkingen vermeden worden.
Om de mogelijkheden die deze methode biedt
Holle
kussens
Rubberen strip
a
te illustreren, stelt fig. 2.3.5a het traditionele
V-buigen voor en fig 2.3.5b het buigen vol-
Ingebouwd
of vrij
gens een rond profiel.
b
Berekening van de uitgeslagen lengte van een profiel
Aangezien buigen het materiaal vrij laat vloei-
voor de uitgeslagen lengte wanneer het gaat
en, worden de binnenste vezels samenge-
om platen van gemiddelde tot hoge dikte.
drukt en ingekort terwijl de buitenste vezels
Voor dunne platen, d.i. waarvan de dikte niet
onder trekspanning staan en dus uitrekken.
groter is dan een millimeter, gebeurt de bere-
De “neutrale” vezel, die niet wordt beïnvoed
kening volgens de binnenste vezel.
door het buigen, dient als berekeningsbasis
Elastische terugvering (“springback” effect)
De elastische terugvering hangt af van het
matrijshoek geven. Bijvoorbeeld, voor een
roestvast staaltype, van de mechanische ei-
plooihoek gelijk aan de dikte van het materi-
genschappen van het product (in het bijzonder
aal is de verhouding tussen de hoek van het
van al of niet aanwezig zijn van koudverstevi-
werktuig en die van de plooi in de orde van
ging) alsook van de geometrische eigenschap-
grootte van 0,97 voor het austenitische type
pen van het buigen: straal en plooihoek, dikte
X5CrNi18-10/1.4301 in gegloeide toestand.
van de plaat. In functie van al deze parameters
Daarentegen zal deze verhouding niet meer
bestaan er in acht te nemen verhoudingen die
dan 0,90 bedragen voor hetzelfde type in de
voor een gegeven plooihoek (na opheffen
halfharde koudverstevigde toestand.
van de krachten), de benodigde stempel- en
48
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Rolbuigen
Algemeenheden
Plaatwalsen (zoals bv. drie- of vierrollenbuig-
chines die ontworpen zijn voor zacht staal ook
machines) hebben tot doel vlakke platen
geschikt om gebruikt te worden voor roestvast
“rond te zetten” tot cylindrische stukken zoals
staal maar hun capaciteit zal verminderd wor-
tankmantels. Over het algemeen zijn de ma-
den met ongeveer 30%.
Plaatwalsen in de praktijk
De handeling die hieraan vooraf gaat is de
de rollenbuigmachine de regeling van de straal
voorbereiding van de uiteinden van de plaat al-
plaats met behulp van de bovenrol of buigrol,
vorens deze de rollenbuigmachine ingaat. Over
die tussen 1/8 en 1/6 van de doorsnede be-
het algemeen worden deze uiteinden eerst aan-
dekt. De berekening van de uitslag gebeurt op
gebogen in een kantpers. Aansluitend vindt in
identieke wijze als voor het buigen.
Dieptrekken
Principes en achtergrond
De vereiste tot instandhouding van het voDieptrekken is een vormgevingsproces om
lume tijdens de vervorming kan als volgt be-
vertrekkende van een vlakke plaat een hol
schreven worden : 1 + 2 + 3 = 0
lichaam te maken. Het dieptrekproces doet
Bij het dieptrekken onderscheidt men twee
het materiaal opeenvolgende toestanden van
belangrijke wijzen van vervorming. Dit zijn:
combinaties van trek- en drukbelasting onder-
”expansie” of “strekken” (fig 2.3.6) waarbij
gaan. De resulterende vervormingstoestand
van een stukje plaat kan correct beschreven
worden aan de hand van de vervormingen in
⭋
de drie hoofdrichtingen:
• in de langsrichting (gewoonlijk de
Stempel
walsrichting):
1 = In (l/l0) met l0: oorspronkelijke lengte
Stempelsteun
Vlakhouder
Vlakhouder
en l: eindlengte van het element
Stempel
• in de dwarsrichting (gewoonlijk de richting
⭋
loodrecht op de walsrichting):
2 = ln(b/b0) met b0: oorspronkelijke breedte en b: eindbreedte van het element
Plaatstuk
R
• in de dikterichting:
3= ln (e/e0) met e0: oorspronkelijke dikte
Plaat
Matrijs
Matrijs
Fig 2.3.6 - Vervorming
volgens de strekmodus:
de plaat wordt ingeklemd
tussen de matrijs en de
vlakhouder
en e: einddikte van het element
49
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
de plaat ingeklemd wordt tussen de vlakhou-
stempel een halfrond uiteinde terwijl in het
der en de matrijs en “dieptrekken” (fig. 2.3.7)
tweede geval (dieptrekmodus) de stempel ge-
waarbij het metaal tussen de matrijs en de
heel vlak is.
vlakhouder kan vloeien om zo het rechte deel
In figuur 2.3.8 worden de voornaamste
te vormen van het dieptrekstuk. In het eer-
vervormingswijzen voorgesteld zoals ze voor-
ste geval (strekmodus) heeft de cylindrische
komen bij de typische bekertjestests die kenmerkend zijn voor vervormingsproeven (Swift,
Erichsen, enz..).
⭋
De meest waarheidsgetrouwe voorstelling
van vervormingen tijdens en na dieptrekken
Stempel
Vlakhoudersteun
R
wordt gegeven door de overeenkomstige
Stempelsteun
Vlakhouder
worden voorgesteld waarvan de orthogonale
assen de hoofdrekken 1, 2 voorstellen. Het
Vlakhouder
⭋
R
“ware rekken”. Deze kunnen in een diagram
Vlakhoudersteun
Stempel
“strek”domein wordt daarin ruwweg begrensd
door de oppervlakte gelegen tussen de halve
Matrijs
rechten 1=2 en 1=-22. Het ”dieptrek”gebied
wordt bepaald door de halve rechten 1=-22
Plaat
Matrijssteun
Matrijs
Matrijssteun
en 1= -2/2. In de dieptrekmodus valt in het
Plaatstuk
Fig 2.3.7 - Vervorming
volgens de dieptrekmodus:
de plaat vloeit tussen de
matrijs en de vlakhouder
bijzonder de dikteverhoging (30) bovenaan
de kraag van het dieptrekstuk op te merken,
Uitwerpplaat
terwijl er bij de strekmodus eerder sprake is
van een diktevermindering van de plaat onder
de neus van de stempel (30).
␧1 ⬎ 0 Dieptrekken
␧2 ⬍ 0 (Swift test)
␧3 ⬎ 0
␧1
Vlakke
spanningstoestand
Mixed
Gedeeltelijk
hemispherical
halfrond
bekertje
cup
(Swift
test)
(Swift
test)
␧1 ⬎ 0
␧2 = 0
␧3 ⬍ 0
Strekken • Erichsen
• Olsen
• Jovignot
• Bulge
2
␧
=
Halfrond
bekertje
1
␧1 =
– /1
2␧
2
Cylindrisch bekertje
met vlakke bodem
␧
Fig 2.3.8 - Belangrijkste
vervormingswijzen zoals
ze voorkomen bij typische
bekertjestests
␧1 ⬎ 0
␧2 ⬎ 0
␧3 ⬍ 0
␧2
50
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Bij de Swiftproef laat men een schijf tussen
de matrijs en de vlakhouder glijden onder een
ronde stempel met plat uiteinde van 33,0 mm
diameter. Men bepaalt hierbij de ‘’limiting dra-
Europese aanduiding:EN 10088-2
Naam
Nummer
X6Cr17
1.4016
X3CrTi17
1.4510
X5CrNi18-10
1.4301
LDR
(Limiting drawing ratio)
2,05–2,10
2,15–2,25
2,00–2,05
wing ratio’’ (LDR) die de verhouding aangeeft
tussen de maximaal bereikbare plaatdiameter
ven. Het verloop van de ware spanning-rekcur-
die net geen breuk oplevert enerzijds en de
ve f() laat toe het koudverstevigingsgedrag
constante stempeldiameter anderzijds. (LDR
voor te stellen. De helling van de curve geeft
= maximale diameter van de plaat/diameter
de mate van koudversteviging van de legering
van de stempel.) Met dezelfde types als voor-
aan. Over het algemeen is de wiskundige voor-
heen uit figuur 2.3.8, verkrijgt men de resulta-
stelling van de ware spanning-rekcurve van de
ten zoals gegeven in tabel 2.3.1.
vorm: = f()=Kn. De exponent (n) vertegen-
Ook al is de geschiktheid tot dieptrek-
woordigt de koudverstevigingscoëfficiënt, die
ken van austenitisch roestvast staal (ijzer
eenvoudigweg de helling “n” aangeeft van de
- chroom - nikkel legeringen) globaal gezien
rechte die ln weergeeft in functie van ln .
beter dan die van ferritisch roestvast staal (ij-
Deze constante is dus een handige indicatie
zer - chroom), valt het uitstekende gedrag van
van de mate van koudversteviging. Er bestaat
het met titaan gestabiliseerde 17% chroomty-
overigens ook – naast de rek in de lengterich-
pe uit de tabel op. Voor dieptrekstukken (met
ting (1) – een verhouding tussen de ware rek
uitsluitend dieptrek en geen strek) vormt deze
in de dwarsrichting 2 en de ware rek in de dik-
minder dure ferritische soort een interessant
terichting 3, die bekend staat als de anisotro-
alternatief voor een austenitisch type.
piecoëfficiënt “r” = 2/3 .
De belangrijkste dieptrekproeven zijn voor
Deze verhouding geeft in feite de neiging van
het strekken de Erichsenproef en voor het diep-
een legering weer tot dikker worden (opstui-
trekken de Swiftproef. Bij de Erichsenproef,
ken), respectievelijk dunner worden (insnoe-
waarbij men een schijf vastklemt tussen de
ren) tijdens het vervormen. Indien r 1 zal het
matrijs en de vlakhouder, meet men de in-
metaal eerder de neiging hebben te verdunnen
dringdiepte of ‘’Erichsen Index’’ wanneer de
dan te verdikken, terwijl als r 1 het metaal
insnoering – die aan de breuk voorafgaat –
eerder gaat verdikken dan verdunnen.
optreedt. Voor een blank met een begindikte
De anisotropiecoëfficiënt r hangt af van de
(eo) van 0,8 mm wordt in tabel 2.3.2 de su-
oriëntatie van de vervorming ten aanzien van
perioriteit van de austenitische staalsoort
de walsrichting. Dus om de anisotropie van
X5CrNi18-10/1.4301 voor het strekken weer-
een materiaal te kenmerken, is het noodzake-
gegeven.
lijk deze ratio op te meten onder hoeken van
Tabel 2.3.1 Maximale
dieptrekverhouding
(LDR) volgens SWIFT
proef uitgevoerd
op 0,8 mm dikke
schijven.
Tabel 2.3.2 Waarden
van de Erichsenproef
voor platen van 0,8mm
dik voor ferritische en
austenitische types
Vanuit een meer wetenschappelijk standpunt kan de geschiktheid tot vormgeving van
roestvast staal afgeleid worden uit de ware
spanning-rekcurve die de ware spanning () aangeeft in verhouding tot de ware rek () : = f()
en opgenomen wordt gedurende trekproe-
Europese aanduiding: EN 10088-2
Naam
Nummer
X6Cr17
1.4016
X3CrTi17
1.4510
X5CrNi18-10
1.4301
Indringdiepte volgens
Erichsen(mm)
8,7
9,6
11,5
51
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
0°, 45° en 90° ten aanzien van de walsrich-
2.3.9). Er bestaat een tamelijk goed verband tus-
ting. Zo bepaalt men:
sen de koudverstevigingscoëfficiënt, de gemid-
• de gemiddelde anisotropiecoëfficiënt
delde anisotropiecoëfficiënt rn en de resultaten
rn = (r0 + r90 + 2 r45)/4
van Erichsen(strekken)- en Swift(dieptrek)tests.
Voor vervormingen die hoofdzakelijk vol-
• de vlakke anisotropiecoëfficiënt:
r = (r0 + r90 - 2 r45)/2
gens de strekmodus verlopen, kiest men een
Deze laatste formule vormt niet altijd een ge-
type waarvan de koudverstevigingscoëfficiënt n
trouwe weergave van het anisotropiegedrag
hoog ligt. In het tegenovergestelde geval, indien
van roestvast staal en men verkiest dan ook
de dieptrekmodus overheerst, kiest men een
vaak onderstaande formule:
soort waarvan de gemiddelde anisotropiecoëf-
• r =[(r0 - rn) + (r90 - rn) + (r45 - rn) ]
2
2
2 1/2
ficiënt rn hoog is. In feite zijn de coëfficiënten
De gemiddelde anisotropiecoëfficiënt rn laat toe
n en rn intrinsieke en globale kenmerken van
de geschiktheid te bepalen voor de dieptrekmo-
het materiaal terwijl de kritieke fenomenen die
dus terwijl de vlakke anisotropiecoëfficiënt r
bij het dieptrekken optreden eerder van lokale
een goede correlatie vertoont met de mate van
aard zijn (insnoering of breuk). De betekenis en
oorvorming op typische dieptrekstukken (fig.
het nut van deze twee coëfficiënten dienen dus
Fig 2.3.9 - Oorvorming
voor verschillende
staaltypes
gerelativeerd worden. Zij geven een algemene
indicatie omtrent het gedrag en dus over de geschiktheid tot dieptrekken van de verschillende
types, maar zijn op zichzelf onvoldoende om een
Swiftbekertje (*)
h
⭋ 33 mm
H
specifiek probleem op te lossen. Tabel 2.3.3 bevat karakteristieke waarden van n, rn en Δr voor
de belangrijkste ferritische en austenitische types die bij dieptrekken toegepast worden.
(*) Initiële schijfdiameter: 62,5 mm
Oorvorming (%) =
H–h
De lokale factoren die net werden aangehaald (insnoering, breuk), kunnen verschillende
200
H+h
oorzaken hebben. Bepaalde ervan zijn gelinkt
aan de metallurgische eigenschappen van de
Europese benaming
Naam
X6Cr17
X3CrTi17
X5CrNi18-10
Nummer
1.4016
1.4510
1.4301
r
Oorvorming
(%)
legering. Het gaat bijvoorbeeld om de korrelgrootte, de afmetingen en de verdeling van de
0,50
0,35
0,45
8 tot 12
4 tot 6
5 tot 7
insluitsels en/of van de precipitaten, de ruwheid van het oppervlak die de smering gaat
beïnvloeden, enz... Verder spelen een aantal
technologische factoren een bepalende rol. De
Tabel 2.3.3 Gemiddelde en vlakke anisotropie- en koudverstevigingscoëfficiënten voor
verschillende types
belangrijkste ervan zijn: de speling tussen de
stempel en de matrijs, de vlakhouderkracht, de
Europese benaming: EN 10088-2
Naam
Nummer
X6Cr17
1.4016
X3CrTi17
1.4510
X5CrNi18-10
1.4301
52
rn
r
n
afrondingsstralen van de stempel en van de ma-
1,1/1,6
1,6/2,0
1,0/1,3
0,50
0,35
0,45
0,20/0,25
0,22/0,28
0,50/0,70
trijs, de aard en de oppervlaktekwaliteit van de
werktuigen en tenslotte het type smeermiddel.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Grensvervormingskrommen
Lokale vervormingen tijdens en na het vormge-
␧1
ven worden beschreven in functie van de ware
hoofdrekken, in de langsrichting, 1 (of radiaal
r indien het gaat om cirkelvormige stukken)
0,7
en in de dwarsrichting, 2 (of omtrek c voor
0,6
dezelfde configuratie als voorheen). De verschillende combinaties van deze twee hoofdrekken
die tot het begin van ofwel insnoeren ofwel
breuk leiden kunnen weergegeven worden door
middel van zgn. grensvervormingskrommen of
=
␧1
0,5
␧ =
1
– /1
2 ␧
0,4
Breuk
0,3
Insnoering
␧2
2
0,2
“forming limit curves” (FLC). De figuren 2.3.10
0,1
- 11 geven de grensvervormingskrommen weer
␧2
voor respectievelijk een ferritisch 17% - chroomtype (X6Cr17/1.4016) en voor een austenitisch
–0,6 –0,5 –0,4 –0,3 –0,2 –0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
18% Cr - 9% Ni-type(X5CrNi18-10/1.4301). Vermits
alleen positieve verlenging mogelijk is bij het diep-
Fig 2.3.10 - FLC curve voor
X6Cr17/1.4016
trekken, wordt alleen het verticale asgedeelte
waarvoor 1 0 getoond. De verticale as (1)
scheidt de domeinen van laterale expansie (2 0)
en van inkrimping (2 0). Het opmeten van de
voornaamste vervormingen 1 en 2 gebeurt in
␧1
de praktijk door middel van rasters, gevormd
door overlappende cirkeltjes van twee millimeter diameter die vooraf elektrochemisch op het
0,7
oppervlak worden aangebracht.
0,6
De opmeting van het – na het dieptrekken
Fracture
0,5
– vervormde rooster gebeurt dus eigenlijk met
een optisch apparaat van het type profielprojector met een vergroting in de orde van grootte van tien. Voor het tracé van de grensvervormingskrommen voorgesteld in figuren 2.3.10
en 2.3.11, heeft men zes types tests gebruikt:
=
␧1
0,4
␧
1
=–1
/2 ␧
2
␧2
Necking
0,3
0,2
0,1
trekproeven op zowel gladde als gekerfde
proefstaafjes, en verder de bekertjestests vol-
–0,6 –0,5 –0,4 –0,3 –0,2 –0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
␧2
gens Erichsen, Olsen, Bulge en Swift, telkens
met verschillende smeermiddelen.
Fig 2.3.11 - FLC curve voor
X5CrNi18-10/1.4301
53
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Er wordt verondersteld dat de vervormings-
(d.i. eerst expansie/strekken en daarna diep-
trajecten – bij de weergave van de grensvervor-
trek) dan zullen insnoering en breuk plaats-
mingskrommen – rechtlijnig zijn, ofwel dat de
vinden op een punt onder de conventioneel
verhouding 2/1 constant blijft. In de praktijk
vastgelegde FLC.
is dit niet het geval en recente studies heb-
Toch vormen de analyse van vervormings-
ben aangetoond dat het traject van de ware
rasters samen met de kennis van de grensver-
rek de werkelijke ligging van de limietcurve
vormingskrommen een nuttig hulpmiddel om
beïnvloedt. Dit betekent dat indien de vervor-
een vervormingsproces te analyzeren. Indien
ming initiëel plaatsvindt in de dieptrekmodus
het opgemeten vervormingsraster sterk over-
en vervolgens overgaat in de strekmodus, in-
eenstemt met de FLC, is het risico op breuk
snoering of breuk zal optreden op een punt
voor een grotere reeks dieptrekdelen groot.
dat duidelijk boven de FLC gelegen is zoals
Ligt de positie van de opgemeten vervorming
deze bepaald werden volgens de hierboven
daarentegen duidelijk onder de grensvervor-
gedane veronderstelling. Indien daarentegen
mingskromme, dan bestaat er weinig risico.
de vervorming precies omgekeerd verloopt
Modellering
Bij modellering simuleert men de opeenvolgen-
met de wrijving tussen de plaat en respectie-
de dieptrekstappen aan de hand van de ein-
velijk de matrijs, de stempel en de vlakhouder.
dige elementenmethode. De meest moderne
Uitgaande van de uiteindelijke vorm van het
software houdt ook rekening met het vervor-
dieptrekstuk kan men ook de optimale vorm
mingsgedrag van specifieke staaltypes, alsook
en afmetingen van de aanvangsplaat bepalen.
Gereedschap
54
De aard van de werktuigen speelt een rol bij
straal rond zes maal de plaatdikte terwijl men
de wrijving tussen de werktuigen en de plaat
voor austenitische types kan dalen tot vier
en dus het vloeien van het materiaal. Voor
maal de plaatdikte. De matrijsafrondings-
zware dieptrek geeft aluminiumbrons de beste
straal R wordt voornamelijk bepaald door de
resultaten. Voor zeer hoge drukken kan men
plaatdiameter D, de stempeldiameter d en de
ofwel gebruik maken van tot 60 HRC warm-
plaatdikte t. Voor de eerste dieptrekstap ge-
tebehandeld
bruikt men de formule :
martensitisch staal met 13%
chroom, ofwel van gelegeerd gietijzer waarvan
R = 0,8 [t x (D - d)]1/2
de wrijvingscoëfficiënt tussen die van alumini-
Voor de volgende stappen zal de matrijsafron-
umbrons en staal ligt.
dingsstraal gelijk zijn aan Rn = ½ (dn-1 - dn) waar
De afrondingsstraal van de stempel dient
dn-1 en dn respectievelijk de stempeldiameter
het vloeien van het metaal toe te laten zon-
op stap n-1 en stap n voorstellen. De speling
der de plaat te doen scheuren. Voor ferritisch
tussen de matrijs en de stempel moet toela-
roestvast staal ligt deze minimale afrondings-
ten het metaal te laten vloeien. In de praktijk
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
zal deze gelijk zijn aan tweemaal de plaatdikte
maal de dikte van de film gevormd door het
vermeerderd met: tweemaal de diktetoleran-
smeermiddel.
tie, tweemaal de diktevermeerdering van het
metaal te wijten aan de opstuiking en twee-
Smering
Aangezien roestvast staal gladder is dan de
dieptrekken. Deze laatste kunnen (corrosieve)
andere materialen die diepgetrokken kunnen
chloorverbindingen bevatten die zeker verwij-
worden, verdient smering de nodige aandacht
derd dienen te worden door wassen en spoe-
indien men tenminste de hoge oppervlak-
len van het dieptrekstuk. Voor het dieptrekken
tekwaliteit van het metaal niet wil teniet doen
wordt de plaat trouwens dikwijls bekleed met
en vastlopen wil vermijden. Bovendien is het
een plastic film van 20 tot 100 μm dik. De rol
voor zichtdelen noodzakelijk om het smeer-
van deze plastic film is dubbel. Enerzijds be-
middel vlot te kunnen verwijderen, met name
schermt de film het oppervlak en anderzijds
wanneer het corrosieve bestanddelen bevat.
speelt hij de rol van smeermiddel. De dikke
Onder de meest gebruikte smeermiddelen
films op basis van PVC laten zware dieptrek-
bevinden zich de minerale oplosbare oliën
handelingen toe terwijl de dunnere films op
met een toevoeging van ongeveer 20% wa-
basis van polyethyleen in het gebruik beperkt
ter, de minerale oliën of zogenaamde ‘’hoge-
zijn tot minder zware dieptrekprocessen.
druk’’ oliën die heel goed geschikt zijn voor
Voorbeeld
Dit voorbeeld behandelt in geen geval de di-
bedragen. Aangezien de hoogte van het diep-
versiteit van dieptrekprocédés voor roestvast
trekstuk (260 mm) groter is dan tweemaal de
staal, maar illustreert de algemene aanpak
diameter (2 x 115 = 230 mm) kan het niet in
ervan. Het betreft een cylindrische dieptrek-
één stap
bewerking met een platte bodem van 115 mm
zijn de reductiecoëfficiënten gegeven in tabel
diameter en met een hoogte van 260 mm,
2.3.4.
verwezenlijkt worden. Overigens
uit te voeren op austenitisch roestvast staal
X5CrNi18-10/1.4301 van 1,0 mm dikte. De afrondingsstraal tussen de bodem en de wand
bedraagt 10 mm. Het gaat hier duidelijk om
een zware dieptrekbewerking.
Europese
Benaming
Volgens EN 10088-2
De juiste plaatdiameters kunnen bekomen
worden uit speciaal daartoe ontworpen tabellen, gebaseerd op de geometrische kenmerken van de dieptrekstukken. In dit geval dient
Naam
X6Cr17
X3CrTi17
X5CrNi18-10
Nummer
1.4016
1.4510
1.4301
Tabel 2.3.4
Reductiecoëfficiënt:
verhoudingen tussen
de stempeldiameter en
de plaatdiameter of van
de tussenvormen voor
de voornaamste roestvast
staaltypes
Verhouding tussen de
Verhouding tussen de
stempeldiameter en
stempeldiameter en de
de diameter van de
plaatdiameter
tussenvorm(en)
(eerste stap)
(volgende stappen)
0,60
0,52
0,55
0,80
0,80
0,80
de aanvangsdiameter van de plaat 365 mm te
55
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Met een reductiecoëfficiënt van 0,55 voor
de eerste stap zal de diameter van de eerste
na de derde stap: 0,37 en na de vierde stap:
0,31.
tussenvorm 365 x 0,55 = 200 mm bedragen.
Na elke dieptrekstap “verstevigt” de le-
Om de uiteindelijke diameter te bereiken zijn
gering en bij een hardheid hoger dan 35-40
drie extra stappen noodzakelijk, met een re-
HRC, is het onmogelijk het dieptrekken verder
ductiecoëfficiënt in de orde van grootte van
te zetten. Deze hardheidswaarde komt nage-
0,80. Voor de tweede stap zal de diameter
noeg overeen met een gecumuleerde reduc-
van de tussenvorm 200 x 0,80 = 160 mm be-
tiecoëfficiënt van 0,40. Om de legering zijn
dragen. Om de uiteindelijke diameter van
oorspronkelijke eigenschappen terug te ge-
115 mm te behalen, dient de reductiecoëfficiënt
ven, dient men een gloeibehandeling (verwij-
van de volgende twee stappen 0,85 te zijn. Na
zend naar het rekenvoorbeeld: na de tweede
de derde stap zal de diameter 160 x 0,85 =
stap) uit te voeren (oplossingsgloeien in het
136 mm bedragen en na de vierde 136 x 0,85
geval van een austenitische soort). Indien
= 115 mm. In dit voorbeeld zijn de gecumu-
deze behandeling gebeurt in een oxiderende
leerde reductiecoëfficiënten de volgende: na
omgeving dient deze gevolgd te worden door
de eerste stap: 0,55; na de tweede stap: 0,44;
beitsen en passiveren.
Bijzonder dieptrekgedrag van bepaalde types
”Roping” en “ridging”
Fig 2.3.12 - Schematische
voorstelling van “roping”
en “ridging” van een
ferritisch roestvast staal
Deze oppervlaktefenomenen, die optreden na
Aangezien de microgeometrie van het op-
profileren of na dieptrekken, zijn kenmerkend
pervlak voornamelijk afhangt van de korrel-
voor niet-gestabiliseerde (ofwel “semi-ferriti-
grootte, is het effect van het stabiliserend ele-
sche”) ferritische types zoals X6Cr17/1.4016.
ment op dit specifieke fenomeen slechts van
”Ridging” kenmerkt het complete oppervlak-
tweede orde. De met titaan gestabiliseerde
teprofiel na vervorming of dieptrekken en om-
ferritische soort X3CrTi17/1.4510 vormt een
vat zowel de microgeometrie als het “touw-
goed alternatief voor austenitische types in
tjes” uitzicht (“roping”) dat verkregen wordt
zuivere dieptrektoepassingen (m.a.w. indien
bij een vervorming overeenstemmend met
“strekken” niet aan de orde is).
een verlenging van ongeveer 15% (fig. 2.3.12).
Hoewel ze uitstekende oppervlaktekenmer-
De toevoeging van een stabiliserend element
ken vertonen en dus goed geschikt zijn om te
zoals titaan beïnvloedt de microstructuur na
polijsten, vertonen de met niobium gestabili-
het walsen waardoor “roping” beperkt wordt.
seerde types een nog meer uitgesproken vorm
van “ridging”. De effecten van zowel stabilisa-
Microgeometrie van het oppervlak
tie met titaan als met niobium in acht nemend
Oppervlakte na vervorming
kan verwacht worden dat een stabilisatie met
beide elementen een type oplevert dat goed
“roping”
”ridging”
dieptrekgedrag combineert met een gemakkelijk bewerkbare oppervlakte.
56
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Delayed cracking
De voor dieptrekken gebruikte austenitische
staaltypes vertonen een zekere instabiliteit.
Tijdens het dieptrekken van het materiaal
wordt een zekere hoeveelheid van het oorspronkelijke austeniet omgezet in martensiet,
vervormingsmartensiet genaamd. De vorming
van vervormingsmartensiet hangt niet enkel
af van de chemische samenstelling maar ook
ding groter dan 1,5 op een temperatuur van
van omstandigheden zoals temperatuur en
20 °C voor een instabiele austenitische soort
vervormingssnelheid. Martensietvorming kan
met 17% chroom en 7% nikkel.
voordelig zijn in de strekmodus, aangezien de
Om dit risico te beperken dient o.a. de vorm
overeenkomstige versteviging de neiging tot
van de diep te trekken plaat geoptimaliseerd te
insnoering vermindert. Daarentegen kan de
worden, en ook de snijrand van goede kwaliteit
aanwezigheid van vervormingsmartensiet in
te zijn. Ook dienen de opeenvolgende stappen
de dieptrekmodus in bepaalde zones van dik-
snel na elkaar uitgevoerd te worden zodat een
ke stukken leiden tot het fenomeen van ‘’de-
zekere temperatuur behouden blijft (alsof er
layed cracking’’ (het vertraagd optreden van
warm vervormd wordt). Tot slot dient het bijwer-
de breuk) dat eruit ziet zoals een paraplubak.
ken van de vervormde kraag zo snel mogelijk na
Dit kan optreden wanneer de dieptrekverhou-
de laatste dieptrekstap te gebeuren. Indien er
ding hoger ligt dan de limietwaarde voor een
ook maar de minste twijfel bestaat, wordt een
zekere temperatuur (fig. 2.3.13). Een dergelijk
warmtebehandeling in de grootte-orde van 200
risico bestaat bv. voor een dieptrekverhou-
°C toegepast gedurende minimaal 2 uur.
Fig 2.3.13 - Voorbeelden
van ‘’delayed cracking’’
op dieptrekstukken
uit een austenitisch
type die nagenoeg
volledig volgens
de dieptrekmodus
vervormd werden. Links:
cylindrische stukken met
platte bodem en kraag,
rechts: cylindrische
stukken met platte
bodem zonder kraag.
Buigen van buizen
Het buigen van buizen uit roestvast staal
De maximale verlenging van de uitwen-
wordt meer en meer toegepast, niet in het
dige vezel wordt gegeven door de formule:
minst door de grootschalige toepassing er-
e(%) = 100 (D/2R) waarbij D de diameter van
van voor uitlaatsystemen voor auto’s. Of het
de buis is en R de buigstraal (d.i. de straal
nu gaat om buizen vervaardigd uit ferritische
genomen op de neutrale vezel). De ervaring
types met 11% chroom en gestabiliseerd met
toont dat de verlenging e (%) die de buis
titaan (X2CrTi12/1.4512), ferritische types
kan verdragen 5 tot 30% groter kan zijn
met 17% chroom gestabiliseerd met titaan
dan de verlenging A (%) zoals die door een
en niobium (X2CrTiNb18/1.4509), de gewone
conventionele trekproef, uitgevoerd op het
austenitische types (X5CrNi18/1.4301) of de
voormateriaal, bepaald wordt. Voor dunne
austenitische types gestabiliseerd met titaan
buizen, veruit de meest gebruikte, is de ver-
(X6CrNiTi18-10/1.4541), allemaal hebben ze
houding tussen de diameter D en de dikte
een uitstekende vervormbaarheid die ze bij-
d bepaald door de uitdrukking 15 D/d 40.
zonder geschikt maakt voor buiging.
Met deze buisgeometrie bekomt men op
57
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Klem
moderne machines buigverhoudingen R/D in
de buurt van 1, zowel voor de ferritische als
geleider
voor de austenitische types. Om deze pres-
FASE 1
Buis
Rimpelveger
Buigvorm
taties te bereiken, dient bij het buigen gebruik gemaakt te worden van buigmachines
(fig 2.3.14) uitgerust met een geleider, een
rimpelveger en een voortstuwingssysteem
Voortstuwing
voor de buizen.
Ook de vaste doorn aan de binnenzijde
(fig 2.3.15) speelt een belangrijke rol.
FASE 2
Stijve doorns worden gebruikt voor de
grootste buigstralen terwijl flexibele doorns
beter geschikt zijn voor de kleine buigstralen.
Om optimaal gebruik te kunnen maken van
flexibele doorns, dient de machine te beschik-
FASE 3
ken over een krachtig doornterugtreksysteem
met een grote slaglengte. De laatste voorwaarde om een goede buiging te realiseren
heeft met smering te maken. De smering
geleider
dient het glijden van de buis op de doorn te
vergemakkelijken. Rekening houdend met
Buis
de zeer grote druk die door de wand van de
Rimpelveger
buis op de doorn wordt uitgeoefend, dienen
Vaste doorn
zogenaamde ‘’extreme druk’’ oliën gebruikt te
Buigvorm
worden. Om een constante smering te kunnen
Spanklem
verzekeren, wordt de olie automatisch vanuit
Fig 2.3.14 - Machine voor
het buigen van buizen
de doorn toegevoerd.
STIJVE DOORNS
R
R
Fig 2.3.15 - Buigdoorns
58
FLEXIBELE DOORNS
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Hydroforming
Fig 2.3.16 - Principe van
hydroforming van buizen
Door hydroforming op te vullen volume
Hoewel deze technologie reeds meer dan 30
jaar gebruikt wordt kent ze nu nieuwe ontwik-
Cylinder
kelingen dankzij een technologische evolutie
Cylinder
van de machines die buizen onder waterdruk
vormgeven. Deze laten toe een vloeistof op
Maximaal beschikbaar volume voor hydroforming
waarbij – en dat is zonder twijfel de grootste
vooruitgang – de vervorming onder waterdruk
slechts enkele seconden duurt. Met gaat hier
V1 = V2 max
Zuiger
ongeveer 3000 bar in de buis te injecteren,
LG
1
t
uitsluitend om strekvervorming zodat maxi-
D
D1 ⯝ 1,8 D et LG ⯝ 2 × D
1
2
DAmin ⯝ 0,6 D et DAmax ⯝ D
t min ⯝ 1,0 mm et t max ⯝ 0,2 × D
zodat vervormingen beter voorspeld kunnen worden aan de hand van de FLC curves.
len (vooral manifolds) van wagens in de ty-
Tenslotte is de stempel die gebruikt wordt bij
pes X15CrNiSi20-12/1.4828 (fig 2.3.17) en
het klassieke dieptrekken vervangen door een
X6CrNiTi18-10/1.4541 maar ook ingewikkelde
hydraulische vloeistof zodat men vanuit dat
geometrische vormen verkregen uit vooraf
opzicht geen smeerproblemen meer heeft.
diepgetrokken roestvast stalen cylinders uit
De eerste onderdelen die via hydroforming
LA ⯝ 1.7 DA
LA
D
worden plaatselijke vervormingen vermeden
t
D1
maal gebruik kan gemaakt worden van de uitstekende verlenging (fig. 2.3.16). Bovendien
DA
2
X5CrNi18-10/1.4301.
Fig 2.3.17 - Typische
buisgeometrieën
voor austenitisch
roestvast staal
X15CrNiSi20-12/1.4828,
vervormd door
hydroforming.
vervaardigd werden, waren uitlaatonderde-
Forceren
Deze techniek bestaat erin een ronddraaiende
Geforceerd
onderdeel
Oorspronkelijke vorm
Tussenvorm
schijf met behulp van een werktuig aan te
drukken tegen een cirkelsymmetrische draai-
DRAAIDOORN
doorn. De doorn staat gemonteerd op een
draaibank en drijft de schijf aan. Het aandrukken van de plaat op de doorn gebeurt door
middel van een werktuig dat ondersteund
Werktuig
wordt door een staaf en manueel gericht
wordt. De vervorming gebeurt progressief tot
de plaat praktisch het profiel van de doorn
De vervormingskracht vertaalt zich hoofd-
heeft aangenomen. Tussen de oorspronkelijke
zakelijk in drukspanningen, die het roestvast
dikte en de einddikte van het stuk is weinig
staal doen verstevigen (opharden). Daarom
verschil, wat neerkomt op een vervorming bij
wordt deze methode best beperkt tot dunne
quasi constante dikte (fig. 2.3.18).
platen met diktes tussen 0,3 en 2,0 mm.
Fig 2.3.18 - Principe
van het forceren op een
draaibank
59
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
De meest geschikte types voor dit procédé
De smering speelt een belangrijke rol bij
zijn dus types waarvan de elasticiteitsgrens
dit type van vervorming. Ze zorgt er name-
laag ligt en die slechts weinig koudversteviging
lijk voor dat hechting van de schijf aan het
vertonen onder deze drukspanningen. Vanuit
werktuig vermeden wordt hetgeen de kans op
dit standpunt vertonen het ferritische basis-
oppervlaktefouten verkleint. Gelet op de ge-
type X6Cr17/1.4016 en vooral de ferritische
hanteerde drukken, zijn minerale ‘’hogedruk’’
titaan- en/of niobiumgestabiliseerde types
oliën aangewezen.
een
In vergelijking met het dieptrekken zijn de
belangrijk voordeel door hun beperkte nei-
investeringskosten voor deze vormgevings-
ging tot koudversteviging. Voor de stabiele
techniek eerder laag. De keerzijde is dat de
austenitische types – die weinig vatbaar zijn
productiviteit beperkt blijft. Het procédé wordt
voor vorming van vervormingsmartensiet –
dus aangewend voor het vervaardigen van
hangen de omtreksvervormingssnelheden af
prototypes of kleine reeksen. Aangezien het
van de plaatdiameter. Voor schijven van gerin-
twee totaal verschillende vormgevingsprinci-
ge diameter (in de orde van grootte van 200
pes betreft, is het noodzakelijk, in het geval
mm), zullen de omtreksnelheden in de orde
van prototypes, opnieuw een volledige studie
van grootte van 600 m/min liggen terwijl voor
te maken wanneer men seriestukken plant te
schijven van grotere diameter (in de orde van
vervaardigen door dieptrekken.
(X3CrTi17/1.4510,
X2CrTiNb18/1.4509)
grootte van 800 mm), deze verlaagd zullen
worden tot ongeveer 300 m/min.
Vloeidraaien
Fig 2.3.19 - Principe van
het vloeidraaien
Vloeidraaien is vergelijkbaar met het force-
waarbij de kegelvorm kan variëren van 10° tot
ren, met dit verschil dat de dikte opzettelijk
ongeveer 60°. Vergeleken met het vorige pro-
verminderd wordt zodat het in feite om een
cédé kan de wanddikte beter beheerst wor-
“strek” bewerking gaat. De vervorming wordt
den. Afhankelijk van het type (austenitisch
verzekerd door een draaiende rol (mechanisch
of ferritisch) en naar gelang de vorm van het
of hydraulisch aangedreven) die loodrecht ten
stuk, kan men over het algemeen diktereduc-
aanzien van het doornoppervlak opgesteld
ties bereiken van ongeveer 60%.
wordt en waartegen het metaal dus “geplet”
Er bestaat een variant van vloeidraaien waarbij
bin-
vertrekkende van een cylindrisch diepgetrok-
nenvorm van het
ken stuk met platte bodem, een hol lichaam
eindstuk komt pre-
gevormd wordt waarvan de hoogte vele malen
cies overeen met
groter is dan de diameter. In functie van het
die van de doorn
gekozen roestvast staaltype en de aard van
(fig. 2.3.19).
de gebruikte aandrukrol, varieert de verplaat-
wordt.
Doorn
De
Rol
De
meest
gang-
bare vormen zijn
konisch van aard,
60
singssnelheid tussen 200 en 800 mm/min.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
2.4 Warm vormgeven
Wanneer mogelijk, wordt best voor koud vormgeven gekozen, aangezien warm vormgeven
oxidatie van de oppervlakte veroorzaakt, die –
zonder nabehandeling – de corrosieweerstand
zou verminderen. Wanneer warm vormgeven
toch noodzakelijk blijkt, dan dient men de de
passivatielaag te herstellen door een beits- en
passiveerbehandeling.
Warmvervormen van austenitisch
roestvast staal
Warmvervormen betreft hoofdzakelijk de dikke
(of “quarto”-) platen en dient te gebeuren bij
een temperatuur begrepen tussen 950 °C en
Foto 7: “La lentille de la cour de Rome” te Parijs: structuur uit roestvast staal en glas
1300 °C. Vooral de temperatuurzone tussen
500 °C en 900 °C moet vermeden worden, zo-
niet het geval is, zal oplossingsgloeien noodza-
wel tijdens de opwarming als tijdens de afkoe-
kelijk blijken. Deze bestaat uit een opwarming
ling. Indien na de vervormingsbehandeling de
tot en een handhaving op 1100 °C gevolgd door
afkoeling snel genoeg gebeurt, kan men deze
een zeer snelle afkoeling tot omgevingstempe-
als een afschrikking beschouwen. Indien dit
ratuur.
Warmvervormen van ferritisch
roestvast staal
Het vervormen gebeurt tussen 850 °C en
door precipitatie van chroomcarbiden aan de
1100 °C. Tijdens de afkoeling, behalve voor
korrelgrenzen. Om dit risico te beperken is
gestabiliseerd ferritisch roestvast staal, be-
een gloeibehandeling nodig tussen 750 °C en
staat een belangrijk risico op sensitisatie
850 °C gevolgd door een snelle afkoeling met
(gevoeligheid aan interkristallijne corrosie)
water of lucht.
Warmvervormen van austenoferritisch roestvast staal
De warmvervorming dient uitgevoerd te wor-
ontbeerlijk oplossingsgloeien door te voeren
den boven de 950 °C. Indien de temperatuur
op 1100/1150 °C.
boven deze waarde wordt gehouden gedurende de hele vervorming en de afkoeling achteraf snel gebeurt, is er geen oplossingsgloeien
nodig. In het tegengestelde geval is het on-
61
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
een buigmachine beschikt. In dat geval kan
de vervorming ook warm uitgevoerd worden
aan de hand van de volgende procedure. Eén
van de uiteinden van de buis wordt hermetisch afgesloten door er een volle flens op te
lassen. Men plaatst de buis verticaal en vult
Foto 8: “La lentille de la
cour de Rome” te Parijs:
warmgeëxtrudeerde
profielen voor een
roestvast stalen structuur
deze met droog zand (korrelgrootte in de orde
van grootte van 100 μm of 150 mesh om een
goede stroming en een goede vullingsgraad te
bekomen) waarbij het zand voorzichtig dient
Warmbuigen van buizen
gecompacteerd te worden. Wanneer de buis
vol is sluit men de andere zijde af door er ook
Het buigen van buizen wordt grotendeels koud
een volle flens op te lassen. Zo is de buis klaar
uitgevoerd. In bepaalde gevallen, zelfs als dit
om opgewarmd en daarna gebogen te worden
maar zelden voorkomt, gebeurt het dat een
volgens de aangewezen straal en gewenste
firma buizen moet buigen zonder dat ze over
vorm.
Warmbuigen van buizen in austenitisch roestvast staal
Zoals reeds vermeld dient de buiging (dit is
stellen dat de afkoeling gelijk staat aan een
tenslotte een vervorming) van austenitische
afschrikking. Aangezien de opwarming ge-
types te gebeuren tussen 950 °C en 1300 °C.
woonlijk gebeurt door middel van een vlam,
Indien de opwarming en afkoeling voldoende
moet erop gelet worden dat deze noch redu-
snel gebeuren, is er praktisch geen risisco op
cerend, noch carburizerend is, maar wel licht
vorming van chroomcarbiden tussen 500 °C
oxiderend is.
en 900 °C. Onder deze voorwaarden kan men
Warmbuigen van buizen in ferritisch roestvast staal
De buiging gebeurt tussen 850 °C en 1100 °C
ferritisch roestvast staal’’. Zoals voor de aus-
rekening houdend met de aanbevelingen ge-
tenitische types dient de voor de opwarming
geven in de paragraaf ‘’Warm vormgeven van
gebruikte vlam licht oxiderend te zijn.
Nabehandeling van de buizen
62
Na buiging en volledige afkoeling van de buizen
voor het transport van vloeistoffen, is interne
snijdt men de twee uiteinden open en verwijdert
chemische behandeling zelfs essentiëel. Indien
men het zand. Daarna is zowel een inwendige
het om een ‘’decoratie’’ buis gaat, dient de bui-
als een uitwendige beits- en passiveerbehan-
tenkant na beitsen gepolijst te worden met een
deling noodzakelijk. Indien de buis bestemd is
schuurmiddel met geschikte korrelgrootte.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
3 Verbindingstechnieken
3.1 Lassen
Men toont zo aan:
De metallografische structuur van de lasnaden
in gelaste toestand (zonder enige thermische
•
dat een volledig austenitische structuur
nabehandeling) wordt voornamelijk bepaald
(gewoonlijk samenhangend met een hoog
door de relatieve gehaltes van de verschil-
nikkelgehalte) gevoelig zal zijn voor het
lende legeringselementen. Deze elementen
fenomeen van ‘’warmscheuren’’ dat zich
worden in twee groepen ingedeeld met elk
voordoet bij afkoeling vanop temperaturen
een tegengestelde invloed:
boven ongeveer 1250 °C;
•
•
austenietvormers, d.w.z. de elementen die
•
dat een volledig ferritische structuur
hetzelfde effect hebben als nikkel, zoals
gevoelig zal zijn voor korrelgroei bij hoge
koolstof, mangaan, kobalt , koper, ...
temperaturen (in de orde van grootte
ferrietvormers, d.w.z. de elementen die
van 1150 °C) hetgeen tot een gebrek aan
zich gedragen zoals chroom: molybdeen,
vervormbaarheid kan leiden, zelfs tot een
silicium, niobium, titaan, aluminium, ...
gebrek aan taaiheid waardoor de zgn. lage
temperatuursverbrossing ontstaat.
De effecten van al deze elementen kunnen in
kaart gebracht worden door gebruik te maken
•
dat een volledig martensitische structuur
van een chroom- en nikkelequivalent die als
gevoelig zal zijn voor het fenomeen
assenstelsel dienen in een diagram dat de ge-
genaamd ‘’koudscheuren’’ dat zich voordoet
laste structuur in termen van metallurgische
bij afkoeling op lage temperaturen (lager
fazen weergeeft. Het meest gekende diagram
dan 400 °C). Het treedt doorgaans pas na
is dat van Schaeffler (1949), waarvan echter
enkele uren of zelfs dagen na het lassen op.
verbeterde versies bestaan zoals dat van De
Door het lassen ondergaan de verschillende
Long (1973) en dat van de Welding Research
types roestvast staal structurele veranderin-
Council – WRC (1992).
gen. De aanbevelingen die daarmee gepaard
gaan zijn weergegeven in tabel 3.1.1.
63
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Foto 9: manueel TIGlassen
64
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Staaltype
Martensitisch
10,5 – 13% Cr
0,2 – 0,5% C
Semi-ferritisch
17% Cr
0,04% C
Voornaamste kenmerken van de lasnaad (voor nabehandeling) en aanbevelingen
• Gevoelig voor koudscheuren (afhankelijk van het koolstof- en wa-
terstofgehalte en de spanningstoestand) beneden ongeveer 400 °C;
Aanbevelingen:
– Voorverwarming (200-300 °C) gewoonlijk noodzakelijk;
– Gebruik van toevoegmaterialen met laag waterstofgehalte;
– Naverwarming op ongeveer 300 °C;
• Hogere treksterkte en hardheid;
• Uitstekende taaiheid, vooral voor de types met laag koolstofgehalte.
• Gevoelig voor verbrossing door korrelgroei boven 1150 °C (voorverwarming
verboden);
• Matige taaiheid en ductiliteit;
• Gevoelig voor interkristallijne corrosie (vooral in de warmte-beïnvloede
zone);
• Thermische nabehandeling (op ongeveer 800 °C) zal de mechanische
eigenschappen alsook de weerstand tegen interkristallijne corrosie
herstellen.
Ferritisch
17 – 30% Cr
0,02% C
Stabilisatie door:
Ti, Nb
Austenitisch
18% Cr – 8% Ni
0,05% C
Austeno-ferritisch
22% Cr – 5% Ni
3% Mo – 0,02% C
• Gevoelig voor verbrossing door korrelgroei boven 1150 °C (voorverwarming
verboden);
• Gevoelig voor de zgn. “475 °C verbrossing” (temperatuursbereik: 350 °C –
550 °C) die kan opgeheven worden door gloeien;
• Voldoende vervormbaarheid en betere taaiheid ten opzichte van de semi-
ferritische types;
• Doorgaans ongevoelig voor interkristallijne corrosie.
– Volledige austenitische structuur
• Gevoelig voor warmscheuren (optredend tijdens het stollen);
• Goede weerstand tegen interkristallijne corrosie voor de gestabiliseerde
en de laagkoolstoftypes;
• Zeer goede taaiheid en zeer goede ductiliteit.
– Types met enkele procenten ferriet
• Ongevoelig voor warmscheuren;
• Goede weerstand tegen interkristallijne corrosie voor de gestabiliseerde
en de laagkoolstoftypes;
• Verbrossing door decompositie van het ferriet en vervolgens sigmafasevorming tussen 550 °C en 900 °C voor lange blootstellingstijden, hetgeen
met het lassen van dikke platen het geval is. Door de gelijkwaardigheid
van een verblijf van 1000 uur op 650 °C en een verblijf van 10 uur op
750 °C, toont men ook duidelijk de invloed van temperatuur en verblijftijd
aan;
• Uitmuntende taaiheid en vervormbaarheid.
– Tweefazige austeno-ferritische structuur
• Ongevoelig voor warmscheuren;
• Zeer goede taaiheid en ductiliteit in de temperatuurzone -40 °C tot
+ 275 °C;
• Gevoelig aan sigmafaseverbrossing na verblijf tussen 500 °C en
900 °C.
Tabel 3.1.1 - Kenmerken
van lasnaden volgens
roestvast staaltype.
65
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Lasprocédés
Er bestaan een groot aantal lasprocédés die
zijn voor deze staaltypes. Tabel 3.1.2 vat ze
toegepast kunnen worden op roestvast staal,
kort samen.
waarvan er slechts enkele werkelijk geschikt
Weerstands- en
inductieprocessen
Booglasprocessen
Tabel 3.1.2 Belangrijkste
lasprocédés gebruikt
voor roestvast staal
• Met hittebestendige elek-
• Zuiver weerstandslassen
trode
– GTAW of TIG of WIG
– PAW (plasma)
• Met afsmeltende elektrode
– GMAW of MIG
– SMAW (omhulde elektrode)
– SAW (onder poederdek)
– FCAW (gevulde draad)
(Joule-effect)
– puntlassen
– rolnaadlassen
– projectielassen
• Afbrandstuiklassen
• Inductielassen bij hoge
frequentie (HF) en bij gemiddelde frequentie (MF):
longitudinaal lassen van
buizen
Processen gebruik makend van
stralingsenergie
• Laserlassen
• Elektronenbundellassen
Booglassen
TIG-lassen
Het TIG (Tungsten Inert Gas), GTAW (Gas
trische boog. Deze boog wordt ontstoken en
Tungsten Arc Welding) of WIG (Wolfram Inert
in stand gehouden tussen een wolfram- of
Gas) lassen wordt geïllustreerd in figuur 3.1.1.
wolframgelegeerde elektrode en het werk-
De voor het smelten van het metaal noodza-
stuk, onder een inerte of licht reducerende
kelijke energie wordt geleverd door een elek-
atmosfeer. Roestvast staal wordt altijd onder
Ontspanner
Netspanning
Beschermgastoevoer
220 / 380 V
Bedieningseenheid
Netspanning
220 / 380 V
Lasgenerator met
dalende (“drooping”)
karateristiek
–
Circulatie-eenheid
voor koelwater
Water
–
–
HF toestel
voor
boogonsteking
+
+
0
–
Fig 3.1.1 - Principe van
een (manueel) TIGlasapparaat
66
220 /
380 V
220
+
V
3000
S
C
Pistool
–
+
+
Netspanning
220 / 380 V
Lascircuit
V: Vonkbrug
S: Spoel
C: Condensator
Werkstuk
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Keramische nozzel
Vuurvaste
elektrode
Fig 3.1.2 - Voorbeeld van
(manueel) TIG-lassen
70 tot 90°
Pistool
–
20°
Toevoegmetaal
Boog
Beschermgastoevoer
Lasstroombron
Beschermgas
+
Voortlooprichting
Koperen steun+backing gas
gelijkstroom gelast, met ofwel negatieve, of-
en bevordert de onsteking van de boog terwijl
wel positieve elektrode. Op deze manier bot-
het risico op vervuiling vermindert. Bij het las-
sen de elektronen op het werkstuk, waardoor
sen onder gelijkstroom met directe polariteit
de penetratie verhoogt, terwijl de elektrode
(negatieve pool van de generator verbonden
weinig slijtage ondervindt. De elektrode is
met de elektrode) zijn elektrodediameters – in
meestal gemaakt van wolfram gelegeerd met
functie van de intensiteit van de lasstroom –
thoriumoxide (2% ThO2). Het lassen kan ma-
geldig zoals weergegeven in tabel 3.1.3.
nueel of geautomatiseerd gebeuren. Wanneer
toevoegmateriaal wordt gebruikt dan is dat
in de vorm van massieve staven (fig. 3.1.2) of
gewikkelde draad (fig. 3.1.3) voor automatisch
lassen. De inerte gasstroom die de boog af-
Toevoegdraad
Toevoerrolletjes
Spoel
toevoegdraad
Pistool
(watergekoeld)
schermt van de omgeving, zorgt ervoor dat er
–
een zeer stabiele boog wordt onderhouden.
De belangrijkste voordelen van dit proces
bij het lassen van roestvast staal zijn:
•
Bijkomende
stroombron
+
een geconcentreerde warmtebron, die
aanleiding geeft tot een smalle smeltzone;
•
een zeer stabiele boog en een rustig lasbad
•
hoge kwaliteit en compactheid van de
Koperen steun
+ backing gas
Fig 3.1.3 - Voorbeeld
van (automatisch) TIGlassen met ofwel ‘’koud’’
toevoegmetaal (zonder
bijkomende stroombron)
ofwel met ‘’warm’’
toevoegmetaal (draad)
verwarmd door het
Joule-effect met behulp
van een bijkomende
stroombron
met kleine afmetingen;
lasnaden;
•
geringe elektrodeslijtage;
•
eenvoudig aan te leren.
Het actieve element van het laspistool is de
vuurvaste elektrode. Deze is gewoonlijk uit
wolfram (ook tungsten genaamd) gemaakt,
gelegeerd met thorium (1 tot 3% thoriumoxide)
Lasstroom (ampère)
(gelijkstroom/directe
polariteit)
25 – 70
60 – 150
100 – 200
200 – 350
350 – 500
500 – 800
Elektrodediameter
(mm)
1,0
1,6
2,0
3,0
4,0
5,0
Tabel 3.1.3 - Diameter van
de vuurvaste elektroden
in functie van de
lasstroom.
67
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
68
De beschermgassen worden bepaald door de
Als backing gas, dat de onderkant van de
norm ISO 14175. Bij manueel lassen wordt ge-
lasnaad beschermt, wordt argon het meest
woonlijk zuiver argon gebruikt. Bij complexe las-
gebruikt. Stikstof kan ook als bescherming
werkzaamheden kan men ook mengsels van ar-
gebruikt worden bij het lassen van austeno-
gon en helium of argon en waterstof gebruiken.
ferritisch of austenitisch roestvast staal wan-
Daarentegen zijn mengsels van argon en zuurstof
neer men het ferrietgehalte aan de wortelzijde
te vermijden omdat dit een snelle beschadiging
van de lasnaad wil beperken. Daarentegen zijn
van de vuurvaste elektrode teweegbrengt. De
stikstof en waterstof te vermijden bij het lassen
mengsels van argon en helium worden gebruikt
van ferritisch en martensitisch roestvast staal.
wanneer een evenwicht gezocht wordt tussen
In de contekst van het lassen wordt de term
de stabiliteit van de boog en het ontstekingsge-
‘’roestvast staal’’ vaak impliciet beperkt tot ‘’aus-
mak dat argon levert enerzijds en de penetratie,
tenitisch roestvast staal’’. Er mag echter niet ver-
de lassnelheid en de compactheid die gegeven
geten worden dat de ferritische, austeno-ferriti-
worden door helium anderzijds. Mengsels van
sche en zelfs martensitische types ook lasbaar
dit type kunnen zowel gebruikt worden voor
zijn, maar dat daarvoor aanzienlijk verschillende
het lassen van austenitisch, ferritisch als mar-
procedures voor nodig zijn. Vooral titaan- en/of
tensitisch roestvast staal. De mengsels argon-
niobiumgestabiliseerd ferritisch roestvast staal
waterstof (R1 of R2) worden veelvuldig gebruikt
laat toe lasnaden te bekomen van opmerkelijke
voor het lassen van austenitisch roestvast staal,
kwaliteit, op voorwaarde dat elementaire voor-
of het nu automatisch lassen of manueel lassen
zorgsmaatregelen in acht worden genomen aan-
betreft. Het mengsel 95% Ar en 5% H2 wordt dik-
gaande waterstof en stikstof.
wijls gebruikt voor automatisch lassen. Het laat
De toevoegmaterialen die eventueel ge-
toe de penetratie te verbeteren, de breedte van
bruikt dienen te worden bestaan in de vorm
de lasnaad te verminderen en de lassnelheid
van ofwel naakte staven voor manueel lassen,
gevoelig op te voeren (het kan tot 50% sneller
ofwel in de vorm van lasdraad op spoelen bij
gaan dan met argon). Ten opzichte van de meng-
automatisch lassen.
sels argon-helium bieden ze een grote garantie
Het TIG-procédé leent zich uitstekend tot
tegen randinkarteling (onvoldoende opvulling
automatisatie door de lage elektrodeslijtage
of “undercut”). Daarentegen zijn mengsels van
en de zeer stabiele boog. De belangrijkste uit-
argon en waterstof te vermijden voor het lassen
daging inzake automatisatie betreft het con-
van ferritisch, martensitisch en austeno-ferritisch
stant houden van de booglengte tijdens het
(duplex) roestvast staal omdat de aanwezigheid
voortschrijden van de lasnaad. In ieder geval
van waterstof in het fusiebad een verbrossing
is het van belang de naden verzorgd voor te
van de lasnaad teweeg kan brengen. Voor het
bereiden en een regelmatige aanvoersnelheid
lassen zonder toevoegmetalen van austeno-
van toevoegdraad te voorzien.
ferritisch roestvast staal gebruikt men vaak een
Voor plaatdikten tussen 1,5 mm en 15 mm
mengsel argon-stikstof om het evenwicht ferriet-
wordt bij manueel TIG-lassen de “vertical UP
austeniet in het lasbad te bewaren: stikstof is
BUTT” modus (2 operatoren) vaak toegepast
immers een krachtige austenietvormer (ook wel
(fig 3.1.4). In dit geval wordt het smeltbad
een “gammageen element” genoemd).
goed afgeschermd van de atmosfeer, vermits
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Elektrisch circuit met gebruik van
één enkele stroombron
Elektrisch circuit met gebruik van
twee identieke stroombronnen
220 /
380 V
220 /
380 V
220 / 380 V
Stroombron
Stroombron
Stroombron
H.F.
H.F.
H.F.
H.F.
Pistool
Pistool
Werkstuk
Pistool
Pistool
Werkstuk
Fig 3.1.4 - Principe van
TIG-lassen met twee
operatoren
beide zijden van de lasnaad in contact staan
met het beschermgas.
Het TIG-procédé wordt ook toegepast bij
puntlassen (fig 3.1.5). De verbinding wordt bekomen door de boog te ontsteken op het beoogde
punt en dan de boog in stand te houden zolang
dat vereist is. Het laspistool is uitgerust met een
speciale nozzel zodat het gas kan ontsnappen.
Fig 3.1.5 - Principe van
TIG-puntlassen
De bovenste plaat dient voldoende dun te zijn
om er gemakkelijk doorheen te kunnen gaan,
de dikte ervan ligt gewoonlijk tussen 0,5 en
1,5 mm. De beschermgassen die kunnen gebruikt
worden zijn argon en argon-helium mengsels
indien men de penetratiediepte wil verhogen.
Argon-waterstof mengsels kunnen ook gebruikt
worden maar ze dienen strikt voorbehouden te
worden voor de austenitische types.
Actief poeder (flux) TIG- of A-TIG-lassen
–
vormt een nieuwe techniek waarbij TIG- (of
GTAW-)lassen ondersteund wordt door het aan-
Speciale nozzel
Vuurvaste electrode
brengen van een dun laagje (flux)poeder bij de
lasvoorbereiding met het oog op het verhogen
van de doelmatigheid en de productiviteit van
Argon
Argon
+
het TIG-proces. De belangrijkste verbetering
69
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
bestaat uit een verhoging (tot 3x) van de pene-
Aangezien de temperatuur T1 hoger ligt in
tratie. De techniek werd tijdens de zestiger ja-
het midden van het lasbad, is de oppervlakte-
ren ontwikkeld door het E.O. Patonlasinstituut
spanning 1 in die zone (centrum) lager dan die
uit Oekraïne. De rol van het actief poeder ligt
(2) aan de rand. Daarom vloeit het gesmolten
bij de invloed ervan op de oppervlaktegradiënt
metaal zoals aangegeven in figuur 3.1.6 met
d die plaatsgrijpt in het lasbad. Normaal ge-
een relatief oppervlakkige las tot gevolg.
sproken nemen voor de meeste legeringen op-
Een oppervlakte-actief element zoals zwavel
pervlaktespanningsgradiënten af bij stijgende
echter, kan de stromingsrichting van het vloei-
temperatuur (hetgeen neerkomt op d/dT0).
bare metaal in het lasbad beïnvloeden. Bij een
Hierbij vloeit gesmolten metaal van de zones
voldoende hoog zwavelgehalte (van de groot-
met lage oppervlaktespanning naar die met
te-orde 0,007%), wordt d/dT 0 en vloeit het
hoge oppervlatespanning (21).
metaal zoals weergegeven in figuur 3.1.7. Dit
levert een eerder smalle en diepe lasnaad op.
T1⬎T2
Lasrichting
Elektrode
T2
␥2
T1
␥1
T2
␥2
T1⬎T2
T2
T1
␥1
␥2
␥1⬍␥2
Dwarsdoorsnede van het stromingsgedrag
in het lasbad d␥/dT⬍0
␥1⬍␥2
Fig 3.1.6 Stromingsgedrag van
het vloeibare metaal
aan en onder de
oppervlakte van het
lasbad – negatieve
oppervlaktespanning/
temperatuurscoëfficiënt
70
T2
␥2
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
T1⬎T2
Elektrode
T1⬎T2
Lasrichting
T2
T2
␥2
T1
␥1
T2
␥2
␥2
T1
T2
␥2
␥1
␥2⬍ ␥1
Dwarsdoorsnede van het stromingsgedrag
in het lasbad d␥/dT⬎0
␥2⬍ ␥1
Indien er een oppervlaktespanningsgradi-
gebracht (zie figuur 3.1.8) met een kwast en
ent in het lasbad (het zgn. Marangoni-effect)
droogt snel. Het kan zondermeer toegepast
bestaat (zoals in figuur 3.1.7 afgebeeld wordt),
worden bij conventioneel TIG-lassen. Voor het
worden de convectiestromen naar het centrum
lassen in meerdere stappen wordt aangeraden
van het lasbad gericht, met een goede pene-
eerder ingewerkte fluxresten te verwijderen
tratie (of inbranding) tot gevolg. Indien dit niet
door middel van een roestvast stalen borstel.
Fig 3.1.7 Stromingsgedrag
van het vloeibare
metaal aan en onder
de oppervlakte van
het lasbad – positieve
oppervlaktespanning/
temperatuurscoëfficiënt
het geval is, dan kan de inbranding toch tot
een factor drie verbeterd worden bij gebruik
van een actief poeder (of flux).
Actieve poeders zijn normaal gesproken gemakkelijk te hanteren. Voor het autogeen lasElektrode
sen van dun materiaal kunnen ze ingezet worden om het effect van lot-tot-lot variaties te
10 - 20 mm
beperken. Op dikke materialen tot ongeveer
5 mm – gebruik makend van een inbranding
met stompe naden – verzekeren ze volledige
Actief poeder
inbranding in één enkele stap. Het actief poeder (of flux) wordt bij de lasvoorbereiding aanFig 3.1.8 Dwarsdoorsnede van een
lasnaad
71
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
MIG-Lassen
Figuur 3.1.9 - Principe
van booglassen onder
gasbescherming met
afsmeltende elektrode
(GMAW: Gas Metal Arc
Welding of MIG).
Bij het MIG (Metal Inert Gas) of GMAW (Gas
een elektrische boog onder gasbescherming
Metal Arc Welding) procédé wordt – in tegen-
die opgebouwd is tussen een afsmeltende
stelling tot het TIG-procédé – de elektrode ver-
elektrodedraad en de samen te voegen stuk-
bruikt. Het gaat in feite om een procédé met
ken (fig. 3.1.9).
Afwikkelspoel (toevoegdraad)
+
+
Lasstroomkabel
Aanvoerrolletjes
Bedieningsconsole
+
Gelijkspanningsbron
Gasslang
–
Gas
Beschermgastoevoer
220 / 380 V
Draadaanvoermechanisme met:
• draadtoevoer : motor
– aanvoerrolletjes
• bedieningsconsole : elektrische gasklep
– besturingsrelais – elektronische
variator-regelaar voor de afwikkelsnelheid
Metalen huls
Bedieningskabel
Beschermgasregeling
Pistool
Toevoegdraad
(elektrode)
Nozzel
Contacttip
Lasrichting
Aarding
De kenmerken van dit proces zijn:
•
•
hand vastgehouden (zgn. ‘halfautomatische’
gebruik van zeer hoge stroomdichtheden
2
•
•
72
het laspistool wordt over het algemeen met de
in de draad ( 90 A/mm ), d.i. ongeveer
processen), maar voor hoge lasstromen
10 keer hoger dan in het proces met
wordt het laspistool vastgezet in een slede
beklede elektroden (SMAW);
(‘automatische’ processen).
snel afsmelten van de draad (smeltsnelheid
Het mechanisme van de metaaloverdracht in
ongeveer 8m/min) door de hoge
de boog is een belangrijke procesparameter.
temperatuur van de boog, waardoor
Men onderscheidt drie varianten (fig. 3.1.10):
het nodig is om een automatisch
•
Kortsluitbooglassen (“dip transfer mode”)
draadtoevoersysteem te gebruiken,
waarbij het metaal afsmelt in de vorm van
voorzien van bobijnen van 12 kg;
grote druppels waarvan de diameter vaak
roestvast staal wordt steeds in DCEP (Direct
groter is dan de draaddiameter. Wanneer
Current Electrode Positive) of DCRP (Direct
een druppel gevormd wordt op het uiteinde
Current Reverse Polarity) mode gelast,
van de elektrode, maakt die contact met
waarbij de positieve pool van de generator
het lasbad en veroorzaakt daarbij een
verbonden wordt met de elektrode;
kortsluiting, met een plotse stroomstijging
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
tot gevolg. De oppervlaktespanning
veroorzaakt een insnoerend effect dat de
druppel afscheidt van de elektrode. De
Kortsluitbooglassen
(“Dip” of “Short circuiting”
transfer)
Lasstroomintensiteit
(A)
frequentie van dit fenomeen is in de orde
Tijd (s)
van grootte van 20 tot 100 Hz, hetgeen
overeenkomt met een cyclustijd tussen
Boogspanning
(V)
0,01 en 0,05 seconden.
•
0
In het globulaire overgangsgebied gebeurt
(0,01 to 0,05)
Tijd (s)
(0,02 to 0,10)
het afsmelten in de vorm van grote druppels,
die afbreken wanneer hun massa voldoende
is om de oppervlaktespanning te doorbreken.
Lasstroomintensiteit
(A)
Vrije overdracht
met globulair afsmelten
(“Globular Transfer”)
Door de grotere booglengte, vallen ze vrij
voordat ze in contact komen met het lasbad.
•
Tijd (s)
Boogspanning
(V)
Het sproeibooglassen vereist
stroomdichtheden boven een zeker niveau,
Tijd (s)
0
2
in de orde van grootte van 200 A/mm . De
elektrode smelt en geeft een stroom van
fijne druppels. Wanneer de stroomdichtheid
verder toeneemt, wordt het uiteinde van
Lasstroomintensiteit
(A)
(0,01 to 0,05)
(0,02 to 0,10)
A
B
Tijd (s)
de elektrode konisch en de stroom van nog
fijnere druppels wordt axiaal verspreid.
Boogspanning
(V)
De beschermgassen worden bepaald volgens
de norm ISO 14175. Ze dienen neutraal, licht
Sproeibooglassen
(“Spray Transfer”)
A – Gebruikelijke vorm
B – Axiale verstuiving
0
(0,01 to 0,05)
Tijd (s)
(0,02 to 0,10)
reducerend of zeer licht oxiderend te zijn.
De belangrijkste gasmengsels zijn:
Fig 3.1.10 Metaaloverdracht bij
MIG-lassen
Argon-zuurstofmengsels (M 13):
Zuurstof, zelfs in kleine hoeveelheden, vermin-
werking is echter veel geringer dan die van
dert de oppervlaktespanning van het vloeibare
zuurstof en de lasnaden zullen minder oxide-
metaal en vergroot de stabiliteit van de boog.
ren. In de praktijk wordt het CO2-gehalte be-
Zo merkt men op dat de bevochtiging van de
perkt tot 3% hetgeen de bovenlimiet is voor
lasnaad verbetert en dat het risico op randinkar-
het lassen van ferritisch roestvast staal.
teling (“undercut”) vermindert. De zuurstofactie
is vooral voelbaar bij het sproeibooglassen. In
Argon-CO2-waterstofmengsels (M 11):
de praktijk wordt de hoeveelheid zuurstof be-
Met een typische samenstelling: 95% Ar, 3% CO2
perkt tot 2% ongeacht het type roestvast staal.
en 1 tot 2% H2, zorgen zij voor een uitstekende
stabiliteit van de boog bij het kortsluitbooglas-
Argon-CO2 mengsels (M 12):
sen waarbij het CO2-gehalte geen merkbare
CO2 heeft hetzelfde effect op de metaalover-
koolstofverrijking veroorzaakt. Daarentegen is
dracht als dat van zuurstof. De oxiderende
het waterstofgehalte voldoende hoog om het
73
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
gebruik ervan voor het lassen van ferritisch
Zoals voor het TIG-lassen, bestaat er ook
roestvast staal af te raden indien de naden
een MIG-puntlasprocédé. Hiervoor gebruikt
geen thermische nabehandeling ondergaan.
men een pistool uitgerust met een speciale
nozzel (fig. 3.1.11) en een bedieningseenheid
Argon-helium-zuurstof
en argon-helium-CO2 mengsels:
uitgerust met een tijdsmechanisme dat toe-
Deze mengsels kunnen beschouwd worden als
te stellen (van 0,5 tot 5 seconden).
laat de duur van handhaving van de boog in
een logische uitbreiding van de argon-zuur-
Voor gepulseerd MIG-lassen bestaan meerde-
stof en argon-CO2 mengsels. De vastgestelde
re soorten stroombronnen: invertor- en transis-
effecten zijn een verbeterde vloeibaarheid van
torstroombronnen of met constante spanning,
het lasbad, een verbetering van het profiel van
die het onafhankelijk instellen van de pulspara-
de lasnaad en een betrouwbaardere, compac-
meters toelaten. Meer verfijnde stroombronnen
tere las. Mits het zuurstof- en het CO2-gehalte
maken gebruik van synergetische besturingen
niet hoger ligt dan 2% resp. 3%, kunnen deze
mengsels ook gebruikt worden voor het las-
Fig 3.1.11 - Op MIG
(GMAW) gebaseerde
vorm van puntlassen
sen van ferritisch roestvast staal.
Argon-zuurstof-stikstof
en argon-CO2-stikstof mengsels:
Bij het lassen van stikstofgelegeerd austenitisch
roestvast staal en austeno-ferritisch roestvast
Nozzel
staal (duplex) kan aan het beschermgas stikstof
Contacttip
toegevoegd worden om het verlies aan stikstof
in het gesmolten metaal te compenseren. Voor
duplex roestvaste stalen is gekend hoezeer
stikstof een rol speelt bij het evenwicht tussen
Ontsnappingsgaten
voor beschermgas
Boog
de austenitische en de ferritische structuren.
Voor het MIG-lassen met volle draad onder
argon-zuurstof of argon-CO2 bescherming, zijn
de aanbevolen parameters weergegeven in
tabel 3.1.4.
Diameter
van de massieve
draadelektrode
(mm)
Tabel 3.1.4 - Aanbevolen
MIG-lasparameters
voor het lassen van
austenitisch roestvast
staal
74
0,8
1,0
1,2
Lasstroomintensiteit (A)
Kortsluitboog
60 – 80
80 – 120
120 – 150
Sproeiboog
140 – 210
180 – 250
220 – 290
Boogspanning
(V)
Kortsluitboog
15 – 17
16 – 18
17 – 20
Sproeiboog
25 – 28
26 – 29
27 – 30
Gasdebiet
Ar – O2
of Ar – CO2
(l/min)
15
20
25
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
(“synergic controls”), die voorgeprogrammeerd
draad enkel het metaalomhulsel elektriciteit
zijn zijn voor een bereik van draadtoevoersnel-
geleidt, terwijl de kern, die samengesteld is uit
heden dat een optimale combinatie biedt van
een mengsel van mineralen en metaalpoeders,
grond- en piekstroom. Dit komt zeer van pas bij
soms gebonden in een alkalisilicaat, een hoge
de verticaal stijgende (PF of “vertical-up”) en
elektrische weerstand heeft.
boven-het-hoofd (PE of “overhead”) posities.
Een recente ontwikkeling komt van het “surf-
Indien men ze aanduidt als:
– A, de doorsnede van de huls;
ace tension transfer” procédé, waarbij de mo-
– L, de lengte van de vrije draad (afstand
gelijkheid bestaat om grond- en piekstromen
tussen de contacttip en het werkstuk);
te regelen om de boog stabieler te maken. De
Omhulsel
– I, de intensiteit van de lasstroom,
stroom wordt in nauwelijks enkele microsecon-
verkrijgt men de volgende uitdrukking, die
den aangepast, resulterend in een spectaculaire
de neersmeltsnelheid weergeeft (g/min) in
afname van lasspatten alsook van rookontwik-
functie van de bovenstaande factoren.
keling hetgeen de gebruiksvriendelijkheid als-
Neersmeltsnelheid (g/min) = K1 + K2I + K3LI2/A
ook de veiligheid ten goede komt. Eén van de
waarbij K1, K2 en K3 evenredigheidscoëffici-
belangrijkste toepassingen ligt bij grondlagen
Kern
Kern
enten zijn.
voor het lassen van buizen en meer algemeen
Opmerking: Er ontstaat vaak verwarring
gesproken bij verticaal stijgend stomplassen,
tussen MIG- en MAG-lasprocessen. Bij het
boven-het-hoofd lassen en buisverbindingen.
MIG-proces (“Metal Inert Gas”) is de oxide-
Een variant van het MIG-lassen is het MIG-
rende werking van het beschermgas verwaar-
lassen met gevulde draad (FCAW: Flux Cored Arc
loosbaar, terwijl deze oxiderende werking
Welding), waarbij de elektrode samengesteld is
opzettelijk verhoogd werd in het MAG-proces
uit een omhulsel van roestvast staal en gevuld
(“Metal Active Gas”). Dat is de reden waarom
is met een vaste flux (fig. 3.1.12). De rol van de
het MIG-procédé voorbehouden wordt voor
flux is vergelijkbaar met die van de elektrode-
roestvast staal terwijl het MAG-procédé van
bekleding bij het elektrodelassen. Het MIG/
toepassing is voor koolstofstaal.
MAG-lassen met gevulde draad combineert de
In het GMAW/MIG-proces is echter een klein
voordelen van het elektrodelassen met de hoge
percentage zuurstof (O2) of koolstofdioxide (CO2)
productiviteit van een automatisch of halfauto-
in het beschermgas (Ar) vaak nodig om zowel de
matich proces door het continu kunnen toevoe-
boogstabiliteit als de bevochtiging door het ge-
ren van de gevulde draad. In vergelijking met
smolten metaal te verbeteren. Typische gehaltes
een conventionele massieve elektrode, zorgt de
zijn 2 % O2 of 3 % CO2. Hogere gehaltes aan O2
flux voor een slakafscherming en verhoogt ze
en CO2 geven aanleiding tot overmatige oxidatie
de productiviteit. Zo bedraagt voor een stroom
van chroom (Cr), mangaan (Mn) en silicium (Si)
van ongeveer 200 A, de neersmeltsnelheid on-
en overmatige opname van koolstof (C) uit het
geveer 100 g/min voor een massieve (diameter:
lasbad. Bij wijze van voorbeeld hiervan kan ge-
1,6 mm ) draad met 20% Cr en 10% Ni, te verge-
zegd worden dat het koolstofgehalte (% C) in het
lijken met ongeveer 170 g/min voor een gevul-
lasmetaal dat ongeveer 0.025 % bedraagt bij ge-
de draad met dezelfde diameter. Dit grote ver-
bruik van beschermgas met 2 % CO2, kan oplo-
schil is te danken aan het feit dat in de gevulde
pen tot 0.04 % voor beschermgas met 4 % CO2.
Omhulsel
Figuur 3.1.12 - Gevulde
draadelektrode: principe
75
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Plasmalassen (PAW “Plasma Arc Welding”)*
Het principe van het plasmalassen wordt voor-
speciale opening – gebruiken. Het uiterst smal-
gesteld in figuur 3.1.13. De insnoering van een
le plasma kan geen goede bescherming bieden
elektrische boog werd getest rond 1920 door
voor het lasbad. Hierdoor wordt het noodza-
Gerdien en Lotz, wiens eerste experimentele
kelijk om te zorgen voor een ringvormige be-
toestel een elektrische boog tussen twee gra-
schermgasstroom met een grotere diameter.
fietelektroden onder stoom insloot. Maar dit
De gassen die voor deze voorziening en om
principe werd pas in 1955 uitgebreid naar het
het plasmagas te vormen gebruikt worden zijn
lasdomein, toen de Amerikaanse firma Union
dezelfde als die welke gebruikt worden voor het
Carbide een patent nam op een ingesnoerd
TIG-lassen, nl. zuiver argon (Ar), argon-waterstof
elektrisch boogsysteem afgeleid van het TIG-
(H2 tot 10%), 25% Ar- 75% helium (He). De wa-
procédé. De insnoering van de boog levert een
terstofhoudende mengsels zijn aanbevolen voor
geïoniseerde gasstraal (plasma) op, die een
het lassen van austenitische roestvaste stalen,
uitstekende elektrische geleider vormt. De be-
maar zoals in het geval van TIG-lassen, dienen
schikbare energie is dus sterk geconcentreerd
ze uitgesloten te worden voor ferritische, mar-
en de bereikbare temperaturen liggen tussen
tensitische en duplex types. Voor deze laatste
10000 en 20000 K (fig. 3.1.13).
materialen is het aangeraden stikstof toe te
Lasprocessen maken meestal gebruik van
voegen om de noodzakelijke verhoudingen van
een getransfereerde boogopstelling, waarbij
austeniet en ferriet in de las te behouden.
de ingesnoerde boog gevormd wordt tussen
Bij manueel plasmalassen, waarbij het las-
de elektrode en het werkstuk, waar andere
pistool in de hand wordt gehouden, worden
toepassingen eerder een niet-getransfereerde
de zogenaamde “micro-plasma” en “mini-plas-
ingesnoerde boog – tussen de elektrode en een
ma” processen gebruikt voor stromen tussen
Beschermgas
Water
Kathode
(wolframthorium)
Plasmageengas
Plasmageengas
Stroombron
H.F.
Water
–
Beschermgas
–
+
Fig 3.1.13 - Principe
van het “keyhole”*
plasmalassen (waarbij
de straal in het werkstuk
penetreert en er langs
de andere zijde weer
uitkomt)
76
Plasmastraal
Gelaste naad
Smeltbad
Lasrichting
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
0.1 en 15 ampère en de “melt-in”-techniek
•
een verbeterde lasbaarheid met gebruik van
voor stromen tussen 15 en 100 ampère. Bij
toevoegmateriaal, door de grotere afstand
het automatisch lassen, waarbij het laspistool
tussen de nozzelopening en het werkstuk;
gemonteerd wordt op een slede, wordt het zo-
•
genaamde “keyhole” proces gebruikt.
(WBZ) en over het algemeen hogere
Ten opzichte van het TIG-procédé dient, wat
de boogvorming betreft, de belangrijke rol
een smallere warmte-beïnvloede zone
lassnelheden;
•
een verlaagde gevoeligheid t.a.v.
onderlijnd te worden van enerzijds de vorm
gebrekkige voorbereiding, in het bijzonder
van de nozzel en anderzijds de positie van de
in het geval van keyhole-lassen.
elektrode ten opzichte van de nozzelopening.
Tabel 3.1.5 geeft de aanbevolen lasparame-
Het grootste voordeel van het plasmaproces
ters voor het austenitische type X5CrNi18-10/
t.o.v. het TIG-lassen is de opmerkelijke stabili-
1.4301.
teit van de boog hetgeen aanleiding geeft tot:
•
een “strakke” boog die betere controle
toelaat van het toegevoerde vermogen;
•
een verlaagde gevoeligheid t.a.v. variaties
in de afstand tussen nozzel en werkstuk,
zonder noemenswaardige veranderingen in
de vorm van de las;
Plaatdikte
(mm)
1,5
3,0
6,0
8,0
Debiet
plasmageen
gas (l/min)
Stroomintensiteit (A)
100
200
300
330
Debiet
beschermgas
(l/min)
5
7
12
13
100
60
30
25
Fig 3.1.14 - Principe van
het onder poederdek
lassen (SAW: Submerged
Arc Welding)
1 – Flux in poedervorm
2 – Vloeibare slak
3 – Basismetaal
Dit procédé werd voor de tweede wereldoorlog tegelijkertijd ontwikkeld in de VS door
‘’The Lincoln Electric Company’’ en door het
Bobijn met
toevoegdraad
derdeklassen wordt de warmte voor het lassen
Lassnelheid
(cm/min)
30
30
30
30
Onder poederdek lassen (SAW “Submerged Arc Welding”)
instituut B.E. Paton te Kiev. Bij het onderpoe-
Tabel 3.1.5 Lasparameters voor
“keyhole” plasmalassen
voor het type X5CrNi18-10/
1.4301 voor
stomplasnaden
Toevoegdraad
gegenereerd door het aanleggen van een hoge
elektrische stroom tussen één of meerdere
+
continue draden en het werkstuk dat onder
een poedervormige flux ligt. Deze laatste vormt
een beschermende gesmolten slak die de las
+
Aanvoerrolletjes
+
Fluxtoevoer
Contacttip
Stroombron
bedekt. Hoewel de slak een zekere geleidbaarheid bezit, gebeurt het smelten vooral door de
–
1
elektrische boog. Opwarming van de slak door
het Joule-effect is slechts bijkomstig.
Gestold lasmetaal
3
Lasbad
Bij het automatische proces (fig. 3.1.14) kan
de stroom hoog oplopen, tot zo’n 2000 ampère
Gestolde slak
2
Mengzone
Lasrichting
77
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
per draad, hetgeen aanleiding geeft tot een hoge
In geleverde toestand is de flux volkomen
spanning en bijgevolg een grote vermenging van
droog, hetgeen overeenstemt met een dif-
het basismetaal met het toevoegmateriaal (tot
fundeerbaar waterstofgehalte van minder dan
80%). De stroomvoorziening is meestal DCEP
5 cm3/100 g neergesmolten lasmetaal. Om
met omgekeerde polariteit, en af en toe AC,
vochtopname te vermijden, wordt aangeraden
wanneer verschillende draden tegelijk gebruikt
de flux op te slaan in een ruimte waarvan de
worden om magnetische blaaswerking te ver-
temperatuur ongeveer 10 °C hoger ligt dan die
mijden. Voor zowel DC als AC generatoren moet
van de werkplaats en bij een relatieve voch-
de draadaanvoersnelheid dezelfde zijn als de af-
tigheid van niet meer dan 50%. Indien er een
smeltsnelheid om een perfect stabiele boog te
vermoeden bestaaat van vochtopname, wordt
kunnen vormen. Dit kan verkregen worden door
aangeraden de flux gedurende minimaal twee
voedingsrollen te gebruiken die gestuurd wor-
uur te drogen op 300 °C. Wil deze droging
den door een servomotor. De keuze van lasflux
doeltreffend zijn, dan dient de flux in dunne
is ook belangrijk. Er bestaan vijf types van flux:
lagen (dikte 40 mm) uitgespreid te wor-
•
type 1: mangaansilicaat
den op metalen platen. De korrelgrootte van
•
type 2: calciumsilicaat
de flux wordt gedefiniëerd aan de hand van
•
type 3: aluminium-rutiel
de gebruikte zeef. Het “mesh number” is het
•
type 4: kalk-aluminium
aantal zeefopeningen per lengte-eenheid (ge-
•
type 5: kalk-fluoride.
woonlijk per duim). De standaard Tyler schaal
Voor het lassen van roestvast staal wordt
die gewoonlijk gebruikt wordt voor metalen
meestal een kalk/fluoride flux gebruikt met
zeven start bij 200 (mesh), hetzij 200 ope-
volgende typische samenstelling:
ningen (afstand tussen de draden) per duim
25% ≤ CaO + MgO ≤ 40%, SiO2 ≤ 15%, 20%
≤ CaF2 ≤ 35%
Er bestaan twee verschillende vormen van
(25,4 mm). Het verband tussen “mesh number” en mazenopening (mm) wordt weergegeven in tabel 3.1.6.
flux, nl. als gesmolten ofwel als geagglomereer-
Tabel 3.1.6 - Vergelijking
tussen het “mesh
number” en de
mazenopening in de
Tylerschaal.
de poeders. Gesmolten fluxen worden gemaakt
door verhitting tot temperaturen in de grootteorde van 1600 – 1700 °C, en worden omgezet in
poedervorm ofwel door verstuiven bij het verlaten van de smeltoven, ofwel door het verbrij-
”Mesh number”
zelen en zeven van het gestolde bulkmateriaal.
Geagglomereerde fluxen worden vervaardigd uit
ruwe materialen met geschikte korrelgrootte,
en gebonden met een alkalisilicaat bindmiddel.
Het verkregen mengsel wordt gedroogd en dan
mechanisch behandeld om de gewenste korrelgrootte te krijgen. Dit tussenproduct wordt dan
gebakken op hoge temperatuur die in bepaalde
gevallen kan oplopen tot boven 700 °C.
78
8
12
14
16
20
42
60
100
150
200
Mazenopening
(mm)
2,362
1,397
1,168
0,991
0,833
0,350
0,246
0,147
0,104
0,074
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Voor de keuze van granulometrie dienen
een fijne granulometrie vereist is. De gebruikte
twee regels in acht genomen te worden. Ten
flux speelt een belangrijke rol in de overdracht
eerste dat voor alle posities behalve de ho-
van de legeringselementen van het lasmetaal
rizontale (bv. horizontale hoek- en stomplas-
naar het lasbad. Het effect ervan wordt be-
naden) een fijne granulometrie aanbevolen
paald door de basiciteit van de slak waarvoor
wordt. Ten tweede dat voor de procedures die
de formule van S.S. Boniszewski een goede
een hoge lasstroomintensiteit vereisen, ook
uitdrukking biedt:
B=
[CaO + MgO + Na2O + K2O + Li2O + CaF2 + 1/2(MnO + FeO)]
[SiO2 + 1/2(Al2O3 + TiO2 + ZrO2)]
Hoe hoger deze index, hoe groter de
sigmafase als gevolg van hoge warmte-in-
overdracht van legeringselementen zal zijn.
breng. Dit is zeker het geval voor 25%Cr-
Siliciumoxide of silica (SiO2) reageert met
20%Ni legeringen, maar ook voor 18%Cr
chroom dat men onder de vorm van oxides
-9%Ni types met hoge ferrietgehaltes. Bij
in de slak terugvindt. Rutiel (TiO2) heeft een
lassen in meerdere lagen waarbij de tempe-
beperkter effect. Bij fluxen met een lage ba-
ratuurszone 650 °C-900 °C meerdere malen
siciteit (B 1) kan de oxidatie van chroom
doorlopen wordt, is het risico op de vorming
tot 30% bedragen. Bij sterk basische fluxen
van sigmafase groter. In dat geval is aanslui-
(B 3) is het verlies aan chroom kleiner dan
tend oplossingsgloeien bij 1050 °C aanbevo-
10% en wordt gemakkelijk gecompenseerd
len.
door toevoeging van ferrochroom in de flux.
De aanbevolen lasparameters als functie
Nikkel en molybdeen zijn weinig oxideren-
van de granulometrie van de flux en de di-
de elementen en dus begiftigd met een goede
ameter van de elektrodedraad zijn opgeno-
overdrachtscoëfficiënt in de elektrische boog.
men in tabel 3.1.7.
Omdat het onder poederdek lassen voornamelijk gebruikt wordt voor dik austenitisch
roestvast staal, dient bijzondere aandacht
besteed te worden aan het vermijden van de
Elektrodedraad
Diameter (mm)
2,4
3,2
4,0
5,0
Lasintensiteit
(A)
250 – 500
300 – 700
400 – 900
500 – 1100
Tabel 3.1.7 - Lasparameters
aan de hand van
elektrodedraaddiameter
en granulometrie van de
flux.
Boogspanning
(V)
22 – 32
23 – 36
24 – 40
25 – 43
Granulometrie
(mesh)
8 48
14 48
16 150
42 200
79
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Elektrodelassen met beklede elektrode (SMAW “Shielded Metal Arc Welding”)
Hoewel het elektrodelassen, ook bekend als
de viscositeit en oppervlaktespanning van de
SMAW (“Shielded Metal Arc Welding”) of MMA
slak, die de overgang van metaaldruppels, de
(“Manual Metal Arc”), zeer oud is (de eerste
effectieve bescherming van het lasbad en zijn
toepassingen werden immers gerapporteerd
bevochtiging alsook de geschiktheid tot het in
in 1907 door Kjelberg), wordt het nog steeds
situ lassen in bepaalde posities (zoals verticaal
vaak toegepast vanwege de grote flexibiliteit
stijgend en horizontaal stomplassen) bepaalt.
en eenvoud van gebruik. De elektrode bestaat
De metallurgische rol bestaat uit chemische
uit een metalen kern bekleed met een fluxlaag
uitwisseling tussen het lasbad en de slak, d.i.
(fig. 3.1.15). De kern is meestal een massieve
de zuivering van het lasmetaal. De bekleding
roestvast stalen draad. In uitzonderlijke geval-
bevat een bepaalde hoeveelheid calciumcar-
len kan het gaan om een gevulde draad of om
bonaat (CaCO3) die in de boog ontbindt bij
een stalen draad (dan spreekt men van “syn-
900 °C om CaO en CO2 te vormen, die op hun
thetische” elektrodes) De bekleding speelt een
beurt de bescherming van de boogzone ver-
belangrijke rol in het proces. Deze wordt over
zekeren. Tenslotte neemt de slak – zoals bij
de kern geëxtrudeerd en verleent de elektrode
de gewone elektroden het geval is – ook deel
zijn specifieke eigenschappen. De bekleding
aan de verfijningsreacties die de finale samen-
heeft drie belangrijke functies: elektrisch, fy-
stelling van het gestolde lasmetaal bepalen.
sisch en metallurgisch. De elektrische functie
Zodoende kan de slak legeringselementen
heeft te maken met het ontsteken en in stand
toevoegen die niet in de elektrodekern vervat
houden van de boog. De fysische actie omvat
zijn (molybdeen bijvoorbeeld) of er slechts in
beperkte hoeveelheden in aanwezig zijn.
Beklede
elektrode
Fig 3.1.15 – Elektrodelassen
(SMAW “Shielded Metal
Arc Welding”).
1 – Afgezet metaal
(gestold)
2 – Mengzone
3 – Bekleding
4 – Elektrodekern
3
Gestolde slak
den, terwijl met kalk beklede elektroden ge-
4
3
woonlijk alleen bij gelijkstroom met positieve
Gesmolten
metaaldruppels
1
2
Basismetaal
Vloeibare
slak
Lasbad
Lasrichting
Tabel 3.1.8 - Aanbevolen
elektrodelasparameters
als functie van de diameter
van de elekrodekern.
Kerndiameter
(mm)
2,5
3,2
4,0
5,0
80
Rutielbeklede elektroden kunnen zowel bij
gelijkstroom als bij wisselstroom gebruikt wor-
elektrode (DCEP) gebruikt worden. De aanbevolen lasparameters voor de elektroden die
legeringen met resp. 17% chroom enerzijds en
19% chroom en 10% nikkel doen afsmelten anderzijds worden weergegeven in tabel 3.1.8.
Lasstroomintensiteit (A)
Afgezet metaal: ferritisch
met 17% chroom
50 – 100
80 – 110
110 – 160
150 – 230
Afgezet metaal: austenitisch
met 19% Cr en 10% Ni
40 – 90
60 – 100
90 – 150
130 – 220
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Elektrisch weerstandslassen
Puntlassen (RSW “Resistance Spot Welding”)
Dit proces wordt nog steeds erg veel gebruikt en
van de bovenste elektrode en instellen van de
is in het bijzonder geschikt om dunne roestvast
aandrukkracht, het lassen bij een lage spanning
staalplaten te lassen. Een elektrische stroom
en met wisselstroom, waardoor als volgt warm-
door de te verbinden werkstukken doet bij het
teënergie geproduceerd wordt: W(J) = R (ohm)
contact weerstandsverwarming (Joule-effect)
x I2 (A) x t (s). Daarna volgt het handhaven van
ontstaan met smelten tot gevolg. Het weer-
de aandrukkracht of aanbrengen van een bijko-
standslasproces kent vijf verschillende stap-
mende drukkracht en tenslotte het naar boven
pen (fig. 3.1.16), nl. het positioneren van de te
halen van de bovenste elektrode voordat aan
verbinden platen, vervolgens het laten zakken
de volgende cyclus wordt begonnen.
Fig 3.1.16 - Principe
van elektrisch
weerstandspuntlassen
Lastransformator
W(J) = R (ohm) x
I2 (A) x t (s)
R = R1 + R2 +
Automatische
Te verbinden
schakelaar
platen
R3 + R4 + R5
Primaire
Secundaire
R4 en R5: weerstanden van de werkstukplaten
(afhankelijk van hun resistiviteit) )
R2: contactweerstand tussen de twee platen (afhankelijk van
hun oppervlaktetoestand en de klemkracht F)
R1 en R3: contactweerstanden tussen de
elektroden en de platen
Positioneren
F
R4
R1
Contact-
R2
R5
F
F
F
Klemmen
Lassen
weerstanden
R3
I
F’
Vasthouden:
Drukken:
F’ = F
F’ > F
81
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Indrukdiepte van de electrode (indrukking)
Basismetaal
Warmte-beïnvloede zone
1
Laslensdiepte
of penetratie
Kern (smeltzone)
Basismetaal
Verbindingsvlak
Diameter van de
indrukking van de electrode
Fig 3.1.17 - Schematische
voorstelling van een
puntlasverbinding en de
laslens. 1 - Schematische
weergave van de
dendrietvorming.
Diameter van de kern
Het beste elektrodemateriaal – in termen
de oppervlaktetoestand (gebeitst, geskinpas-
van combinatie van lage resistiviteit en hoge
seerd, blankgegloeid) die in sterke mate de
mechanische sterkte – voor het lassen van
contactweerstand tussen de platen bepaalt en
roestvast staal wordt gevormd door koper-ko-
dus ook invloed uitoefent op de kernvorming.
balt-beryllium legeringen. De elektrodetip heeft
In tegenstelling tot andere smeltprocessen,
meestal een kegelvorm met een tophoek van
kan bij weerstandslassen het lasbad niet vi-
120°. De vorming van de laslens of de kern (fig
sueel gecontroleerd worden. De enige fouten
3.1.17) is afhankelijk van de lasstroom en de
die met het oog kunnen worden waargenomen
lastijd en van de op de elektroden toegepaste
zijn een overmatige elektrode-indrukking en
aandrukkracht. De aanbevolen lasparameters
spatvorming. Een eenvoudige maar destruc-
voor het lassen van 18% Cr-9% Ni austenitische
tieve inspectiemethode is de zogeheten afpel-
roestvaste stalen en gestabiliseerde 17% Cr fer-
proef waarbij één gelaste plaat van de andere
ritische types zijn weergegeven in tabel 3.1.9.
afgetrokken wordt, hetgeen een snelle indica-
De parameters vermeld in tabel 3.1.9 die-
tie geeft van de kwaliteit (lensdiameter) van de
nen geoptimaliseerd te worden in functie van
Plaatdikte
(mm)
Tabel 3.1.9 - Aanbevolen
lasparameters voor
puntlassen van
austenitisch roestvast
staal met 18% chroom
en 9% nikkel en
gestabiliseerd ferritisch
roestvast staal met 17%
chroom.
82
Elektrodetip
diameter
(mm)
puntlas.
Aandrukkracht
tussen elektroden
(daN)
Austenitisch: 18% Cr-9% Ni
0,5
3,0
0,8
4,5
2,0
6,0
Ferritisch: 17% Cr-gestabiliseerd met titaan
0,5
3,0
0,8
4,5
Intensiteit van de
lasstroom
(A)
Lastijd
(aantal perioden)
170
300
650
3500
6000
11000
3
4
8
150
250
4000
7550
3
4
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Rolnaadlassen (SW “Seam Welding”)
Het principe van het rolnaadlassen is vergelijkbaar met dat van het puntlassen, met dien
verstande dat het proces continu verloopt.
Het grootste verschil betreft het type elektroden, die bestaan uit twee wielen met een
gepast aandrijfsysteem (fig. 3.1.18 en 3.1.19).
In vergelijking met puntlassen, waarbij de belangrijkste procesparameters de lasstroom,
de lastijd en de aandrukkracht zijn, komen
bij het rolnaadlassen bijkomende parameters
kijken zoals het gebruik van gemoduleerde of
gepulste stroom en de lassnelheid. De omtrekssnelheid van de wielen bepaalt immers
de verplaatsing van de plaatstukken. Het voor
de wielen vaakst gebruikte materiaal bestaat
Discontinu rolnaadlassen
Continu rolnaadlassen
uit een koperlegering met kobalt en beryllium
voor verhoogde mechanische eigenschappen.
De randen van de wielen hebben meestal een
dubbele afschuining of een convex profiel. De
lasparameters die aanbevolen worden voor
Fe-Cr-Ni austenitische roestvaste types zijn
weergegeven in tabel 3.1.10.
Fig 3.1.18 - Principe van
het rolnaadlassen
Fig 3.1.19 - Typische
verbindingen die
realiseerbaar zijn
door middel van
rolnaadlassen
t
1,5 t
“Mash seam
welding”
Vaste
ronde
haspel
Longitudinaal lassen
van een hol cylindrisch lichaam
Dwars lassen van
een bodem aan
een cylindrisch lichaam
83
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Tabel 3.1.10 –
Aanbevolen
lasparameters voor
het rolnaadlassen van
austenitisch roestvast
staal met 18% chroom en
9% nikkel.
Plaatdikte
(mm)
Wielbreedte Aandrukkracht
Lastijd
Rusttijd
(mm)
(daN)
(aantal cycli) (aantal cycli)
0,5
0,8
1,5
2,0
3,0
3,0
4,5
6,5
8,0
9,5
320
460
800
1200
1500
Tabel 3.1.10 toont de noodzaak aan om de las-
3
3
3
4
5
2
3
4
5
7
•
Stroomintensiteit
(A)
Lassnelheid
cm/min
7900
10600
15000
16700
17000
140
120
100
95
95
de virtuele afwezigheid van oppervlakte-
stroom te moduleren. De afstand tussen op-
oxidatie (op voorwaarde dat de platen
eenvolgende laslenzen wordt bepaald door de
voldoende gekoeld zijn door stromend
pulsfrequentie (las- + rusttijd) en de lassnel-
koud water);
heid (omtrekssnelheid van de wieltjes). De
lastijd wordt gekozen in functie van het staal-
•
de zeer kleine vervorming van de platen na
het lassen.
type en de dikte van de te verbinden platen,
terwijl de rusttijd afhangt van de lassnelheid.
Zowel bij puntlassen als bij weerstandslas-
Varianten van weerstandslassen
sen bestaan de grootste voordelen van de
elektrische weerstandsverwarming uit:
•
Stuiklassen (UW “Upset Welding”)
de beperkte wijziging in de microstructuur
Dit procédé (figuren 3.1.20 en 3.1.21), ook weer-
van de warmte-beïnvloede zones;
standstuiklassen genoemd, wordt voornamelijk gebruikt voor lange producten: draad, staf,
buis,... Het lassen gebeurt door het Joule-effect,
wat inhoudt dat er een zeer goed contact moet
zijn tussen de twee aan elkaar te zetten vlakken. De twee te lassen onderdelen zitten geklemd in klemmen (één mobiele en één vaste)
die eveneens dienst doen als aansluiting voor
de stroomtoevoer. De stroom opgewekt door
F
F
het Joule-effect brengt een sterke temperatuurstijging teweeg in de zone tussen de twee
Fig 3.1.20 – Principe van
het stuiklassen
Vaste
klem
Door
Joule-effect
Mobiele
opgewarmde zone klem
klemmen. De bijkomende elektrische contactweerstand tussen de twee vlakken veroorzaakt
een lokaal verhoogde temperatuur. Wanneer de
temperatuur hoog genoeg is, wordt tussen de
klemmen een opstuiking veroorzaakt, teneinde
een smeedlas (zonder smelten dus) te bewerk-
Fig 3.1.21 – Stuiklassen
van een ronde staaf
84
stelligen. Aangezien de stuikkracht hoog is,
moeten de stukken een voldoende grote door-
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
snede hebben om knikken te vermijden. Na het
Spijts de beperkingen van het proces wordt
lassen merkt men een belangrijke verdikking op
stuiklassen nog steeds toegepast voor het aan
in de laszone. Dit zeer oude procédé, dat voor
elkaar lassen van draadrollen om het continu
het eerst geïntroduceerd werd in 1887 door
draadtrekken tot 8,0 mm te vergemakkelijken.
Elihu Thomson, werd inmiddels vervangen door
afbrandstuiklassen (“flash welding”) waarvan
de mogelijkheden veel uitgebreider zijn.
Fig 3.1.22 - Principe van
het afbrandstuiklassen
Afbrandstuiklassen (FW “Flash welding”)
Dit lijkt a priori op het stuiklassen, maar is
in werkelijkheid volledig verschillend (figuren
3.1.22, 3.1.23 en 3.1.24). Men heeft inderdaad
vastgesteld bij het stuiklassen dat wanneer
F
F
de samen te voegen vlakken onregelmatig gevormd zijn (slecht contact), de stroom slechts
Vaste
klem
langs een beperkt aantal contactpunten (elek-
Mobiele
klem
trische bruggen) loopt, waar zeer hoge stroomdichtheden ontstaan. Dit geeft aanleiding tot
lokale zeer intense opwarming en zeer vlug
smelten. Hierdoor ontstaan bogen die gesmolten metaal met kracht uit de las wegschieten
als gevolg van de hiermee gepaard gaande
Fig 3.1.23 - Ruwheden
van de twee samen
te voegen vlakken
(symmetrie noodzakelijk
ten opzichte van het
grensvlak)
magnetische velden (vonk- of afbrandfeno-
Goed
Slecht
– bij een optimale vonkenergie merkt men de
aanwezigheid van talrijke kraters op (links)
– bij een te hoge vonkenergie vermindert het aantal
kraters maar hun diepte vergroot (rechts)
meen). De belangrijke procesparameters zijn
de lasstroom en de spanning, die voldoende
hoog moeten zijn om het afbranden te kunnen
veroorzaken, de afbrandsnelheid, die in verhouding moet zijn met het metaalverbruik en
gecompenseerd wordt door de beweging van
de mobiele klemmen, de duur van afbranden
en het finale aandrukken. De initiële ruwheid
Fig 3.1.24 - Invloed van
de lasparameters op het
profiel van de gelaste
naad
Goed
␣ ⬎ ~ 45°
Vorming van
3 uitstekende lippen,
wijzend op een correcte las
␣
van de aaneenliggende oppervlakken (fig.
3.1.23) moet zo zijn dat er voldoende contact-
Slecht
␣ ⬍ ~ 30°
onvoldoende
energie en/of opstuiking
␣
punten bestaan die goed verdeeld zijn om een
uniform afbranden over de volledige te verbinden doorsnede te bewerkstelligen. Na het finale aandrukken, zou de verbinding het typische
drie-rillen profiel (fig. 3.1.24) moeten vertonen,
Scheuren
Slecht
Te grote
plastische zones
en scheurvorming door
onvoldoende verhitting
hetgeen op een succesvolle lasoperatie wijst.
85
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Hoogfrequent inductielassen (HFIW “High Frequency Induction Welding”)
Het hoogfrequent inductielassen wordt in
In het geval van ferritisch roestvast staal,
hoofdzaak gebruikt om buizen te maken uit-
vermijdt dit proces met hoge productiviteit
gaande van smalband. Het proces wordt uit-
het korrelgroeifenomeen waaraan deze types
gevoerd in een continue lijn waarin een aantal
gevoelig zijn. In dit geval varieert het lasver-
profileerstappen het lassen voorafgaan. Bij
mogen tussen 150 en 300 kW, afhankelijk van
het verlaten van het laatste profileerstation
de buisdiameter. De lassnelheid varieert vol-
vertoont de buis in wording een langsnaad die
gens de machine van 50 tot 90 m/min.
gesloten wordt door lassen. De naad wordt gevormd door een drukcontact met smelten wanneer de stripranden bij elkaar worden gebracht
door een paar horizontale rollen (aandrukrollen – fig. 3.1.25). Door het “skineffect”, volgt
de HF-geïnduceerde stroom (140 tot 500 kHz)
de weg van de minste weerstand, waardoor de
warmte geconcentreerd wordt aan de randen.
Fig 3.1.25 – Principe van
HF inductielassen
HF voeding
Inductor
Las
a
Inzetstuk
a
Stroomlijnen
Buis
Las- of
aandrukrollen
86
Inzetstuk
(magnetische kern)
Toppunt
Doorsnede a a
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Laserlassen (LBW „Laser Beam Welding“)
Het laser effect (Light Amplification by
De continu beschikbare vermogenniveaus
Stimulated Emission of Radiation) werd ont-
zijn hoog voor koolstofdioxide lasers. Men
dekt in het optische golflengtebereik door
mag echter niet vergeten dat de effectieve
Maiman in 1958. Hieruit volgde onmiddellijk
laservermogens afhangen van het reflectie-
de mogelijkheid om voor lastoepassingen een
vermogen – voor een welbepaalde golfleng-
laserstraal te gebruiken als fijne contactvrije
te – van het materiaal waaruit het werkstuk
energiebron met hoge intensiteit. Bovendien
vervaardigd werd.
hoeft er geen vacuüm geschapen te worden
De meest gebruikte bronnen voor lastoe-
zoals gewoonlijk het geval is bij het lassen
passingen zijn CO2-gaslasers en vaste stof
met elektronenbundels. De voor vaste stof en
yttrium-aluminium-granaat lasers (YAG). YAG-
gaslaserlassen gangbare opstellingen worden
lasers worden meestal verkozen voor het
getoond in fig 3.1.26 en 3.1.27.
gepulseerd lassen van dun roestvast staal
Diameter
6 tot 10 mm
Flitslamp
Fig 3.1.26 - Principe van
vaste stof laserlassen
Uitgangsvenster
Eindspiegel
(totale weerkaatsing)
Voorste spiegel
(weerkaatsing ongeveer 70%)
Actieve staaf
(Robijn, glas, YAG)
Beschermgas (argon)
Argon
87
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Koelbuis
Vlakke doorboorde spiegel
Gastoevoer
(CO2, N2,
He)
Uitgang vacuümpomp
Gastoevoer
(CO2, N2, He)
NaCl
venster
Diameter
20 tot 100 mm
Excitatieelektrode
Ontladingsbuis
Excitatieelektrode
Vlakke
of holle
spiegel
Excitatieelektrode
Beschermgas (argon)
Hoogspanning
= 10 tot 20 kV
Argon
Fig 3.1.27 - Principe van
koolstofdioxide (CO2’, N2’,
He) laserlassen
( 1,5 mm). De CO2-lasers (waarbij het laser-
ductie van langsnaadgelaste buizen. Met een
gas in feite gevormd wordt door een CO2-N2-He
vermogen van ongeveer 6 kW kan een 2 mm
mengsel) zijn beter geschikt voor het lassen
dikke strip uit gestabiliseerd 17% Cr ferritisch
van dikkere roestvast staalplaten of strips (1,5
roestvast staal gelast worden met een snelheid
tot 6,0 mm).
van 7 m/min. Aangezien de thermische cyclus
Zoals het hoogfrequent inductielassen
wordt dit proces vaak gebruikt voor de pro-
erg kort is, wordt overdreven korrelgroei in de
warmte-beïnvloede zone zeer beperkt.
Andere lasprocédés
Het is onmogelijk alle lasprocédés op te som-
lang product te laten draaien en het onder ge-
men die toegepast worden bij roestvast staal.
controleerde druk in contact te brengen met
We vermelden nog het lassen met elektronen-
een andere (vastgeklemde) staaf. De daarmee
bundel, dat weliswaar onder vacuüm plaats
gepaard gaande intense wrijving veroorzaakt
moet vinden, maar tegelijkertijd naden toe-
een lasverbinding die gebaseerd is op beperk-
laat van hoge precisie, zowel bij dunne als
te oppervlaktesmelting en diffusiebinding.
dikke materialen.
Tenslotte wordt ook het wrijvingslassen
gebruikt om lange producten (staven) aan
elkaar te zetten. Het proces bestaat erin een
88
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Nabehandeling van lasnaden
Beitsen
Bij bepaalde procédés wordt de lasnaad (met
weerstand te herstellen. Tot op zekere hoogte
inbegrip van de warmte-beïnvloede zone) be-
gebeurt dit weliswaar spontaan, maar om de
dekt door gekleurde oxides die in elk geval
snelheid en kwaliteit van de bewerking te ver-
verwijderd dienen te worden om de gepassi-
zekeren wordt onderdompeling in een passi-
veerde toestand van het metaal te herstellen.
veerbad aanbevolen.
Meerdere technieken kunnen worden toegepast (gegevens voor austenitische types):
Badpassivatie
De stukken worden ondergedompeld in een
Dompelbeitsen in een bad
zuurbad waarvan de benaderende samenstel-
– salpeterzuur 52% (36° Baumé):
100 l
ling als volgt is:
– waterstoffluoride 65%:
20 l of
– salpeterzuur 52% (36° Baumé): 250 l,
30 kg
– water: 750 l.
900 l.
De duur van de onderdompeling, bij een tem-
natriumfluoride:
– water:
De dompeltijden geldig bij een temperatuur
peratuur van 20 °C, wisselt gewoonlijk tussen
van 20 °C variëren gewoonlijk tussen 1 en 3
15 minuten en 1 uur. Na de passivatie worden
uur. De temperatuur van het bad en de dom-
de stukken nogmaals zorgvuldig gespoeld
peltijd dienen zorgvuldig gecontroleerd te
met niet-chloorhoudend zuiver water.
worden om corrosie te voorkomen. Na beitsen
dienen te stukken overvloedig gespoeld te
Passivatie met een pasta of een gel
worden met niet-chloorhoudend zuiver water.
Ook hier laten pasta’s en gels toe enkel de
gelaste zones te behandelen. Het product, op
Beitsen met een pasta of een gel
basis van salpeterzuur, wordt uitgestreken op
Het gebruik van pasta of gel laat toe de be-
de te behandelen zones en dient vervolgens
handeling te beperken tot de gelaste zones.
volledig te worden verwijderd door schuren
De samenstelling is variërend, maar ze bevat-
(borstels in roestvast staal of nylon) en na-
ten vaak salpeterzuur. De pasta of gel wordt
spoelen met niet-chloorhoudend zuiver water.
met een kwast aangebracht, waarna men
dient te borstelen met een roestvast stalen
Verwijderen van ijzerdeeltjes
borstel. Zoals voorheen wordt de beitsoperatie beëindigd met een waterspoeling.
De verschillende plaatbewerkingen (knippen,
buigen, vormen, ...) kunnen ijzerhoudende
Passiveren
deeltjes achterlaten op de roestvast stalen
oppervlakte, die verwijderd moeten worden.
Na het beitsen is het metaal niet meer be-
Hoewel het doel verschillend is, zijn de voor
schermd en dient men opnieuw een passieve
verwijdering van ijzer en voor passivatie ge-
laag aan te brengen teneinde de corrosie-
bruikte methoden dezelfde.
89
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
3.2 Solderen
Inleiding
Fig 3.2.1 – Bevochtiging
van het substraat door
het (hard)soldeersel
Solderen is een techniek die erin bestaat meta-
basismetalen. Men onderscheidt het ‘’zacht-
len stukken te verbinden door middel van een
solderen’’ (ook verkeerdelijk “tinsolderen” ge-
toevoegmiddel waarvan de smelttemperatuur
noemd) dat gebeurt met een toevoegproduct
gevoelig lager ligt dan die van de te verbinden
waarvan de smelttemperatuur lager ligt dan
LV
V: gas
SV
L: vloeibaar
(soldeersel)
SL
450 °C, en het ‘’hardsolderen’’ (ook “brazeren” genoemd) dat gebeurt met een toevoegproduct waarvan de smelttemperatuur hoger
ligt dan 450 °C. Het basismetaal blijft in vaste
toestand en het toevoegproduct of soldeersel
S: substraat (vast)
Contacthoek : 90°
goede bevochtiging van het substraat door het (hard)soldeersel
Young-model : SV = SL + LV cos
LV : oppervlaktespanning van de vloeistof (soldeersel) in evenwicht met zijn gasfaze (mN/m)
SV : oppervlaktespanning van de vaste stof in evenwicht met gasfaze (mN/m)
SL : spanning tussen de vloeistof (soldeersel) en het substraat (vast) (mN/m)
wordt in vloeibare toestand gebracht, waarbij
het absoluut noodzakelijk is dat het soldeersel, vermits dit in gesmolten toestand is, het
basismetaal perfect bevochtigt (fig. 3.2.1).
Hardsolderen (brazeren)
Opwarmtechniek
De opwarmtechniek wordt zowel door het type
b) de naad dient op een homogene
verbinding als door economische overwegin-
temperatuur gebracht te worden die iets
gen bepaald. Welke ook de gekozen techniek
hoger ligt dan de liquidustemperatuur van
is, dienen de volgende twee basisregels in
het gebruikte het hardsoldeersel.
acht genomen te worden:
De voornaamste technieken zijn:
a) de opwarming dient snel te gebeuren
• opwarming met oxy-acetyleentoorts;
teneinde een homogene fusie te krijgen
• opwarming met HF- of MF-inductie;
van het hardsoldeersel (en zo het ‘’vloei’’
• opwarming in doorstroomoven of moffeloven;
fenomeen te vermijden) en ook om elke
• opwarming door onderdompeling;
structurele wijziging van de te verbinden
• opwarming met soldeerbout (enkel voor
basismetalen te vermijden;
zachtsolderen).
Opwarming met oxy-acetyleentoorts
90
De samen te voegen stukken dienen be-
Wanneer het hardsoldeersel een groot smelt-
schermd te worden door een flux, gewoon-
temperatuurbereik heeft (meer dan 50 °C), is
lijk in de vorm van een pasta. De vlam dient
het belangrijk de te verbinden stukken op een
neutraal te zijn, d.w.z. niet opkolend, noch
homogene temperatuur te brengen en zo elk
oxiderend ten aanzien van het basismetaal.
fenomeen van vloeien te voorkomen.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Opwarming door inductie
Dit is wellicht de meest aangepaste opwar-
Praktisch gezien komt 90% van de calori-
mingswijze voor het in serie solderen van
sche energie terecht in een laag met dikte p.
stukken met ingewikkelde vormen. Hiervoor
Aangezien de magnetische permeabiliteit μ
is het absoluut noodzakelijk dat de vorm van
en de weerstand (constante) kenmerken zijn
de inductor aangepast is aan die van de sa-
van de te verbinden materialen, zal de diepte
men te voegen stukken. Dit geldt ook voor de
p omgekeerd evenredig zijn met de vierkants-
vorm van het hardsoldeersel (ringen, plaatjes,
wortel van de frequentie f. Opwarming door
schijven, enz...). De opwarming door inductie
inductie is het meest doeltreffend voor cir-
laat een snelle opwarming toe van het basis-
kelsymmetrische stukken. De meest typische
materiaal en van het soldeersel in de orde van
toepassingen (figuur 3.2.2) maken gebruik
grootte van 30 seconden. Voor de opwarming
van uitwendige spoelen of ringen of inwen-
op zich gebruikt men generatoren van gemid-
dige spoelen.
delde frequentie (MF) werkend met frequenties
Voor hardsoldeersels met relatief lage
van meerdere tientallen kiloHertz en generato-
smelttemperatuur kan de opwarming gebeuren
ren met hoge frequentie (HF) die werken tus-
in open lucht. In dat geval is het noodzakelijk
sen 300 en 500 kHz. De opwarming door MF
een beschermende flux te gebruiken met beit-
inductie is beter geschikt voor stukken van ge-
sende werking, waarvan de restanten na hard-
middelde tot hoge dikte terwijl de opwarming
solderen absoluut verwijderd moeten worden.
door HF inductie beter aangepast is voor dun-
De opwarming kan ook gebeuren in een be-
wandige stukken. De penetratiediepte van de
schermde atmosfeer (neutraal of reducerend
toegevoerde warmte in een werkstuk varieert
gas) hetgeen de oxidatie minimaliseert.
inderdaad met de frequentie. Ze wordt gegeven door de volgende uitdrukking:
p = k x 冪( x f )
Hardsoldeersel
(ring)
Inductiespoel
Fig 3.2.2 – Op
inductie gebaseerde
opwarmsystemen voor
hardsolderen
Inductiespoel
Hardsoldeersel (ring)
Inductiespoel
Hardsoldeersel (schijf )
Hardsoldeersel (ring)
Inductiespoel
91
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Opwarming in een oven
Austenitisch roestvast staal (ijzer-chroom-
vormen. Dit houdt een goede bevochtiging
nikkellegeringen) kan gemakkelijk hardge-
van het hardsoldeersel op het basismetaal in.
soldeerd worden door o.a.: koperlegeringen,
Over het algemeen volstaan enkele minuten.
zilver-koper-zink-tin-, nikkel-chroom-boor- of
nikkel-chroom-siliciumlegeringen.
een steile opgang. Het hardsolderen van deze
Ferritisch roestvast staal (ijzer-chroom-
types onder gasbescherming of onder vacuüm
legeringen) kan men hardsolderen met pro-
vereist specifieke procedures en hardsoldeer-
ducten van het type zilver-koper-tin-nikkel,
sels omdat de stabiliserende elementen een
zilver-koper-zink-nikkel, zilver-koper-zink-tin,
schadelijke rol kunnen spelen bij de bevochti-
volgens dezelfde procedures als die voor de
ging. De hardsoldeeratmosferen die het meest
austenitische types. Het essentiële verschil
voorkomen zijn die onder gasbescherming
bestaat in een strikte inachtname van de
(zuivere waterstof, waterstof plus 10% stik-
hardsoldeertemperatuur, en het handhaven
stof, waterstof plus 25% stikstof ) en die onder
van deze temperatuur om korrelgroei en (of )
vacuüm. Onder de stabiliserende elementen
chroomcarbidenprecipitatie te vermijden. In
die het meest gebruikt worden (niobium en
een moffeloven of in een doorstroomoven
titaan), merkt men dat het eerste praktisch
wordt de warmte geleverd door verbranding
geen effect heeft op de bevochtiging terwijl
van een gas of elektrisch door het Joule-effect.
het tweede een zeer negatief effect heeft met
Teneinde oxidatie van het roestvast staal te
name wanneer het gehalte ervan duidelijk bo-
voorkomen, gebeurt de hardsoldeeroperatie
ven de minimum waarde ligt, nodig voor sta-
onder beschermende atmosfeer of onder va-
bilisatie. De nieuwe hardsoldeersels die voor
cuüm, ofwel onder reducerende atmosfeer sa-
dit type gebruikt worden, zijn de legeringen:
mengesteld uit waterstof of droge gekraakte
Cu-30% Mn-5% Ni en Cu-30% Mn-5% Ag bij
ammoniak (stikstof met waterstof ). De redu-
temperaturen in de orde van grootte van 1000
cerende atmosferen vereisen een dauwpunt
°C en met een dauwpunt van -60 °C onder zui-
van minimum -55 °C en indien mogelijk -70 °C.
vere waterstof of onder vacuüm van 10-5 torr.
In functie van het gebruikte hardsoldeersel
De hierboven vermelde opwarmtechnieken
kan de temperatuur van de oven oplopen van
zijn in principe voorbehouden voor hardsolde-
600 tot 1200 °C met een temperatuurstijging
ren. De legeringen voor dit type solderen worden
in de orde van grootte van 15 tot 20 °C per
in tabel 3.2.1 opgesomd, waarbij aanbevelingen
minuut.
worden gegeven voor de drie grote families:
De afkoeling gebeurt eerst onder vacuüm
en daarna versneld in een reducerende atmosfeer (austenitische types) of in een neutrale
argonatmosfeer (ferritische types) om oxidatie
te voorkomen. In elk geval houdt men het stuk
niet langer op de hardsoldeertemperatuur
dan nodig is om de hardgesoldeerde naad te
92
Gestabiliseerde ferritische types kennen
austenitisch, ferritisch en martensitisch.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Zachtsolderen
Voor het zachtsolderen van roestvast staal
moeten worden, aangezien de corrosieve wer-
gebruikt men normaal twee soorten soldeer-
king ervan op roestvast staal genoegzaam
sel. De eerste is quasi puur tin waarvan het
bekend is. De fluxen op basis van ortofos-
smeltpunt ligt rond de 230 °C, de tweede is
forische zuren geven uitstekende resultaten
een tin-zilver legering met een smeltpunt tus-
zonder roestvast staal aan het gevaar van de
sen 215-225 °C (fig 3.2.3).
chloorhoudende fluxtypes bloot te stellen. De
Austenitisch roestvast staal van het type
roestvast stalen oppervlakken dienen goed
18% Cr-9% Ni is zeer goed geschikt voor zacht-
gespoeld te worden om elk restant van flux te
solderen, terwijl het ferritisch staal met 17%
verwijderen.
Cr een voorafgaandelijke oppervlaktebehan-
Een uitstekende manier om een quasi
deling nodig heeft. Ongeacht het type wordt
perfecte zachtsoldering te verkrijgen is door
door toevoeging van titaan en/of niobium het
gebruik te maken van roestvaste stalen (fer-
zachtsolderen wat moeilijker indien het opper-
ritische zowel als austenitische) met een ge-
vlak niet goed voorbereid is. Zoals bij ieder be-
controleerde ruwheid. Deze producten worden
vochtigingsfenomeen, speelt de oppervlakte-
vaak gebruikt voor dakbedekkingen en acces-
afwerking een belangrijke rol. De gebeitste
soires voor de bouwnijverheid. Bovendien
afwerking (afwerking nr. 1 – warmgewalst – of
verlenen ze het roestvast staal een mat as-
afwerking 2D – koudgewalst) is beter geschikt
pect, dat in deze toepassing vaak nagestreefd
dan de geskinpasseerde afwerking (afwerking
wordt door architecten.
2B) en a fortiori dan de hoogglanzende afwer-
Fig. 3.2.3 - Principe van
zachtsolderen
Soldeerbout
king (afwerking 2R) (tabel 4.1.2).
Soldeersel
Flux
Opwarmen gebeurt doorgaans met de
soldeerbout maar men kan ook een oxy-acetyleentoorts gebruiken. Het gebruik van flux
vergemakkelijkt het zachtsolderen, waarbij
chloorhoudende fluxtypes echter vermeden
Classificatie
ASTM-AWS
BAg 1
BAg 1 a
BAg 4
BAg 13
BAg 21
BAg 26
BNi 1
BNi 2
BNi 5
Basismetaal
Gestold soldeersel
Nominale samenstelling (%)
EN 1044
Ag 302
Ag 301
Ag
45
50
40
54
63
25
Cu
15
15,5
30
40
28,5
38
Ni 101
Ni 102
Ni 105
Ni
2
1
2,5
2
74,1
82,4
71
Zn
16
16,5
28
5
Cr
Si
Sn
Cd
24
18,0
Andere
6
33
14
7
19
4.0
4,5
10
Mn=2
B=3,4 Fe=4,5
B=3,1 Fe=3,0
Tabel 3.2.1 –
Belangrijkste legeringen
voor hardsolderen van
roestvast staal
Temperatuur
(°C)
620 / 730
630 / 760
780 / 900
860 / 970
800 / 900
800 / 900
1070 / 1200
1010 / 1180
1070 / 1200
Basismetaal*
A
X
X
X
X
X
X
X
X
X
F
M
X
X
X
X
X
X
X
*A: austenitisch, F = ferritisch, M: martensitisch
93
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
3.3 Lijmen
Inleiding
Lijmen is een verbindingstechniek die de
Lijmen laat vaak een aanzienlijke gewichts-
“mechanische’’ verbindingen (bouten, klink-
besparing toe, wat ten zeerste gewaardeerd
nagels, enz...) kan aanvullen. Bovendien kan
wordt in de transportindustrie.
het ook als op zichzelf staande verbindings-
Tegenover deze onbetwistbare voordelen,
techniek zeer goed worden toegepast bij dun
dient gezegd dat de mechanische eigenschap-
roestvast staal waarbij het oppervlakteaspect
pen van gelijmde naden lager liggen dan die
niet veranderd hoeft te worden. En tenslotte
van gelaste of gesoldeerde naden, dat ze een
leidt het lijmen niet tot structurele wijzigingen
beperkte temperatuurweerstand hebben (over
van de legering noch tot dimensionele wijzi-
het algemeen begrensd tot ongeveer 200 °C)
gingen van de samen te voegen naad. Indien
en ze een zekere gevoeligheid vertonen voor
ze correct ontworpen en uitgevoerd worden,
vocht. Om het succes van gelijmde verbindin-
zijn deze verbindingen ook goed bestand te-
gen te verzekeren, dient men te werken met
gen vermoeiing. In bepaalde gevallen kunnen
schone en goed voorbereide oppervlakken.
de gelijmde naden ook dienen als thermische
en elektrische isolatie en verder als trillingsdemping en aldus geluidshinder verminderen.
De belangrijkste families kleefmiddelen
Een lijm is een complex product waarvan
feite om een mengsel waarvan de specifieke
elk onderdeel een eigen rol heeft: kleefmid-
samenstelling essentieel is om de gewenste
del, uitharder, oplosmiddel, enz… Het gaat in
eigenschappen te bekomen.
Onderverdeling naar gelang het fysische type lijm
Vanuit fysisch standpunt kunnen kleefmidde-
Pasta’s en flexibele lijmen (“mastieken”)
len bestaan onder poeder- of vloeibare vorm,
band, pasta of film.
Dit zijn één- of tweecomponentproducten die
na droging en/of vernetten (uitharding) hech-
Vloeibare lijmen
ting en waterdichtheid verzekeren.
Dit zijn opgeloste producten die dus een dro-
Poeders of korrels
ging nodig hebben. Ze zijn doorgaans in water
94
of solvent opgelost of bestaan als emulsie. Het
Dit zijn vaste harsen bij omgevingstempera-
kunnen ook warm of koud polymeriserende
tuur, die hun kleefeigenschappen krijgen na
één- (1K) of twee- (2K) componentharsen zijn.
opwarming.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Zelfklevende films en strips
Het gaat hier om een enkel- of dubbelzijdige
om een door warmte polymeriserende film, of-
zelfklevende film. Het kan zowel gaan om een
wel om een film uit synthetisch materiaal, inge-
lijmfilm die gewoon kan gekleefd worden, als
smeerd met lijm op één of op beide zijden.
Onderverdeling volgens het uithardingsmechanisme
Volgens deze classificatie kan men drie grote
Thermoplastische lijmen
families onderscheiden: de thermohardende
lijmen, de thermoplastische lijmen en de kou-
Dit zijn kleefmiddelen die week worden door
de lijmen (waaronder de elastomeren).
opwarming, en verharden door afkoeling. Dit
proces is omkeerbaar. Men vindt in deze ca-
Thermohardende lijmen
tegorie lijmen op basis van ethyl-vinyl-acetaat
(EVA) en vinyl-ethyleen, solventlijmen (neo-
De uitharding, traag op omgevingstempera-
preenlijmen, op basis van rubber en op basis
tuur, wordt versneld door opwarming of door
van polyurethaan elastomeren) en lijmen op
middel van een uitharder. In deze categorie
waterbasis (vinyl, acryl, epoxy en polyester).
vindt men de fenollijmen, de epoxylijmen
(epoxy-polyamide, nylon, siliconen, polysul-
Mastieken (of flexibele lijmen)
fide en fenol), de acryllijmen (cyaanacryl, anaerobe en gewijzigde acryl) en de aminoplasti-
Dit zijn kleefmiddelen die polymeriseren door
sche lijmen (ureum-formol).
de luchtvochtigheid. Men onderscheidt siliconenmastieken en polyurethaanmastieken.
95
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Hechting
Hechtingsmechanismen
Er bestaan talrijke theorieën betreffende
sche theorie – gebaseerd op de verankering
dit mechanisme, gaande van mechanische,
van de lijm in de microruwheid van het opper-
elektrische diffusie-, thermodynamische tot
vlak – alsook de thermodynamische theorie,
chemische theorieën. Geen enkele van deze
gebaseerd op de Van der Waalskrachten, de
theorieën verklaart op zichzelf het fenomeen
meest aannemelijke verklaringen voor deze
van hechting. Nochtans blijken de mechani-
fenomenen te zijn.
Bevochtiging van oppervlakken
De voorwaarde voor een goede verlijming is
lijm het substraat correct zou bevochtigen (of
de bevochtiging van het substraat door de
er over uitgespreid zou raken zodat 0°
lijm. De geschiktheid van een lijm om een op-
en cos 1), dienen praktisch gesproken de
pervlak te bevochtigen hangt af van de waar-
oppervlaktespanningen van het kleefmiddel
de van de oppervlaktespanning van de lijm
en van het substraat te beantwoorden aan de
(kleefmiddel) en van het substraat (substraat) en
ongelijkheid: substraat kleefmiddel.
van de oppervlaktespanning op het grensvlak
tussen lijm en substraat (fig. 3.3.1). Opdat de
: oppervlaktespanning (mN/m)
LV
V
SV
S
S: Vast substraat
L
SL
V: Dampfaze van de lijm L: Vloeibare lijm
LV : oppervlaktespanning tussen de vloeistof en de damp (mN/m)
SV : oppervlaktespanning tussen de vaste stof in evenwicht met de damp (mN/m)
SL : grensspanning tussen de vloeistof en het substraat (mN/m)
Young-model: SV = SL + LV cos
Fig 3.3.1 – Bevochtiging
van het substraat door
lijm
96
Contacthoek: 90°
goede bevochtiging van het substraat door de lijm
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Uitvoering van het lijmen
Voorbereiden van het oppervlak
Om de verlijming goed te laten verlopen die-
te verbeteren. De meest gebruikte behande-
nen alle chemische of fysische bestanddelen
lingen zijn mechanisch (stralen, schuren,...),
verwijderd te worden die de bevochtiging
chemisch (beitsen, anodiseren,...) of een
kunnen tegenwerken. Beter nog, de behande-
combinatie ervan (bijvoorbeeld zandstralen
ling van het oppervlak dient de bevochtiging
gevolgd door het aanbrengen van een primer).
Aanbrengen van de lijm op het substraat
De gekozen techniek wordt bepaald door de
zijn insmeren (met rol of kwast), verstuiven of
fysische en chemische eigenschappen van
gieten.
het kleefmiddel. De beschikbare technieken
Verbinden
Dit bestaat eruit de twee oppervlakten in contact te brengen met elkaar, erop lettend dat er
geen onderbrekingen zijn in de lijmfilm.
Uitharding of vernetting van de lijm
De uitharding van het kleefmiddel kan op ver-
of zonder druk, met opwarming met of zonder
schillende wijzen plaatsgrijpen. De uitharding
druk of op omgevingstemperatuur met behulp
kan gebeuren op omgevingstemperatuur met
van ultraviolette straling.
Belang van lijmen voor roestvast staal
Zoals in de inleiding reeds vermeld werd, kan
varieert van 1 tot 30 N/mm2 terwijl de weerstand
verlijming zeer goed toegepast worden op
van een gelaste naad (welke ook de richting van
roestvast staal omdat noch de structuur, noch
de belasting is) in de orde van grootte van 500
de geometrie, noch, en dit is het belangrijk-
N/mm2 ligt. Hierdoor dient een gelijmde naad
ste, het oppervlakte-aspect gewijzigd worden.
steeds overlappend uitgevoerd worden waarbij
Daartegenover kan men geen verbindingen ma-
de overlapping voldoende groot dient te zijn om
ken waarvan de mechanische weerstand verge-
de belasting op te vangen. Om betrouwbaar te
lijkbaar is met die van een gelaste of gesoldeerde
zijn, mag een gelijmde naad slechts belast wor-
naad. De afschuifsterkte van een gelijmde naad
den onder (trek)afschuifspanning.
97
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Voorbereiding van de oppervlakken voor lijmen
De passivatielaag van roestvast staal, voorna-
storend is voor een goede hechting. Daarom is
melijk samengesteld uit oxiden en hydroxiden
het noodzakelijk het oppervlak zodanig te reini-
van chroom en ijzer, kan verontreinigd zijn door
gen dat een goede bevochtiging (zie ‘’bevochti-
vreemde elementen waarvan de aanwezigheid
ging van oppervlakken’’) verkregen wordt.
Mechanische voorbereiding
Het doel is om de ruwheid en dus de mecha-
een schuurbewerking met behulp van schuur-
nische verankering van de lijm te verbeteren
banden of schuurschijven. Het schuurmiddel
na uitharding. Dit kan echter alleen wanneer
zelf kan op basis van aluminiumoxide (corin-
de (door de ruwheid gevormde) microholten
don) zijn, van siliciumcarbide (carborundum)
goed bevochtigd zijn door de lijm. De mechani-
of een zirconiumoxide. Na de zandstraal- of
sche voorbereiding bestaat gewoonlijk uit een
schuurbehandeling is het noodzakelijk een
straalbewerking met straalkorrels uit silicium-
ontvetting door te voeren met behulp van een
of aluminiumoxide die door onder druk (in dro-
oplosmiddel (1-1-1 trichlorethaan) om elk spoor
ge lucht) op het oppervlak worden gestraald of
van schuurmiddelafzetting te verwijderen.
Reiniging
Het gebruik ervan in de dampfaze levert de
Ontvetting in warme alkalibaden
beste resultaten omdat het oplosmiddel dat aan
Deze baden laten toe alle vreemde deeltjes
de oppervlakte condenseert steeds zuiver blijft.
van het roestvast staal te verwijderen. Om
Indien de reiniging gebeurt met een doek, dient
goed uitgevoerd te kunnen worden, is het
deze wit te zijn en vervangen te worden vanaf het
aangeraden te roeren. Na de ontvettingsope-
moment dat hij er niet langer wit uiziet. Indien de
ratie is het onontbeerlijk overvloedig te spoe-
reiniging gebeurt door onderdompeling in baden
len met zuiver water.
is het noodzakelijk na te gaan of het schoon is
(weinig of zeer weinig vette bestanddelen). Na
Ontvetting met oplosmiddelen
reiniging met een oplosmiddel dient het residu
De meest gebruikte oplosmiddelen zijn tri-
verwijderd te worden door een detergent gevolgd
chlorethyleen en 1-1-1 trichloretaan.
door overvloedige spoeling met zuiver water.
Chemische behandelingen
Beitsen in zuurbad
Beitsen en anodisatiebehandeling
Het detail van deze behandelingen wordt ge-
Na de beitsing in een zuurbad, voert men een
geven in hoofdstuk 4.2 van dit werk. De meest
anodisatiebehandeling uit in salpeterzuur of
gebruikte behandeling betreft het beitsen in
in een mengsel van zwavel- en chroomzuur.
een bad met waterstoffluoride en salpeterzuur.
98
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Laboratoriumresultaten verkregen met verschillende lijmsoorten
De resulaten die volgen werden verkregen op
minimaal 2 uur onder druk (of 48 uur zonder
gelijmde naden – zonder nabehandeling – die
druk) uithardende polyurethaanlijm, bedroeg
aan trekafschuifsterkteproeven onderworpen
de afschuifsterkte, voor een 200 μm dikke naad,
werden. Er werd uitsluitend rekening gehouden
ongeveer 12 N/mm2 met gebruik van een hech-
met resultaten met betrekking tot scheuren in
tingsprimer, hoewel een waarde van 2 N/mm2
de gelijmde naad (cohesiescheuren) en niet
frequent voorkwam bij andere lijmen van
met scheuren tussen de lijm en het substraat
deze familie. In het gamma van epoxykleefmid-
(adhesiescheuren). Alle resultaten hebben be-
delen, kan men afschuifsterkten bereiken van
trekking op roestvast staal X5CrNi18-10/1.4301
30 N/mm2 voor naden waarvan de dikte in de
met een 2B-oppervlakte waarvan de ruwheid
orde van grootte van 200 μm ligt. Bij omge-
Ra kan variëren van 0,03 tot 0,2 μm. Om de
vingstemperatuur bedraagt de uithardingsduur
hechting van zekere lijmen te vergemakkelij-
48 uur tot meerdere dagen. Bij temperaturen
ken werd gebruik gemaakt van een hechtings-
tussen 100 en 170 °C wordt de uithardingsduur
primer van het verbeterde acryl-epoxy type.
verminderd tot enkele tientallen minuten.
Met een op omgevingstemperatuur gedu-
Voor de mastieken (polyurethaan, siliconen),
rende minimaal 20 minuten uithardende acryl-
varieert de afschuifsterkte van 1 tot 3 N/mm2.
lijm, bedroeg de afschuifsterkte, voor een
De uithardingsduur (of vernettingsduur) is ge-
2
200 μm dikke naad, ongeveer 13 N/mm , welke
woonlijk begrepen tussen 2 en 4 weken op om-
ook de voorbereiding van het oppervlak was.
gevingstemperatuur. Deze producten laten dik-
Met een op omgevingstemperatuur gedurende
ke lijmnaden toe, nl. groter dan één millimeter.
Ontwerp van gelijmde verbindingen
a) Teneinde voor een gelijmde verbinding
dikte van de metalen delen. Voor de andere
een voldoende gebruiksweerstand te
lijmen kan deze overlapping tot 100 maal
bewerkstelligen, dient de naad zodanig
bedragen. De volgende empirische formule
ontworpen te worden dat deze uitsluitend
geeft een waarde van de overlapping l (mm)
onderworpen wordt aan afschuiving of
in functie van de dikte van de onderdelen
zelfs alleen aan druk. Men dient dus steeds
t (mm), hun vloeigrens Rp (N/mm2) en de
afpellen of klieven te vermijden. Dergelijke
treksterkte (N/mm2) van het kleefmiddel;
afpeleffecten kunnen vermeden worden
deze laatste wordt bepaald door een
door gebruik te maken van gefelste naden.
trekafschuifsterkteproef:
b) Bij het ontwerp moet het lijmoppervlak
l = Rp.t/τ
zodanig groot gemaakt worden dat er
Dus, voor austenitische roestvast stalen on-
voldoende overlapping bestaat om de
derdelen X5CrNi18-10/1.4301 van 0,5 mm dik-
last goed te verspreiden. Voor de ‘’hoge
te en voor een lijm waarvan de afschuifsterkte
prestatie’’ lijmen kan de overlapping
20 N/mm2 is, komt men aan een overlapping
beperkt worden tussen 15 tot 30 maal de
“l” van 320 x 0,5/20 = 8 mm.
99
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
c) Men dient ook de dikte van de stukken en de
ervan ongeveer vier maal hoger zijn dan
dikte van de lijmnaad te optimaliseren inzake
deze dynamische belasting. Voor lijmen met
mechanische weerstand. De weerstand van
hoge mechanische eigenschappen, ligt de
de gelijmde naad moet goed aangepast zijn
naaddikte in de orde van grootte van 0,2 mm.
aan de gebruiksbelasting waarbij elk effect
Daarentegen is een dikte van 2,0 mm
van klieven vermeden moet worden. Wanneer
gebruikelijk met zekere soepele kleefstoffen,
de gelijmde verbinding blootgesteld is aan
in het bijzonder de mastieken, hetgeen een
dynamische belasting, moet de weerstand
belangrijk voordeel kan inhouden.
Gebruiksvoorbeelden
Sandwichpanelen voor gevels van gebouwen
Het gaat vaak om panelen in austenitisch
reiding van het oppervlak van roestvast stalen
roestvast staal die gelijmd worden op een ho-
delen kan bestaan uit een straalbewerking of
ningraatstructuur uit een aluminiumlegering.
op basis van epoxyprimer. De kleefstoffen zijn
De panelen dienen een uitstekende vlakheid
polyurethaanlijmen of epoxykleefmiddelen.
te vertonen na verbinding, en dit vormt precies
De assemblage kan door warm- of koudper-
het sterke punt van de verlijming. De voorbe-
sen gebeuren.
Bekleding van muren
De opmerkelijke eigenschappen van roestvast
kan men zonder probleem panelen in auste-
staal inzake geschiktheid tot reiniging en ont-
nitisch roestvast staal lijmen met behulp van
smetting, maken er een eerste keuze materi-
een epoxylijm; de uitharding gebeurt op om-
aal van voor steriele ruimtes. Op een structuur
gevingstemperatuur.
van koolstofstaal, die goed gereinigd wordt,
Decoratie – Monumenten
100
Gemakkelijk reinigbare, slijtvaste en bovendien
den dat ze kunnen aangebracht worden en uit-
mooie vloeren kunnen uit getextureerd roest-
harden bij omgevingstemperatuur.
vast staal gemaakt worden. Dit laatste wordt
De bouw van grote monumenten in roest-
vaak gelijmd ofwel op houten panelen (triplex,
vast staal (gewoonlijk in austenitisch roestvast
vezelplaat) ofwel direct op het beton. Voor dit
staal X5CrNi18-10/1.4301) gebeurt gewoonlijk
type van onder drukbelasting werkende lijm-
door gebruik te maken van een tweetal ver-
verbinding, kunnen lijmen gebruikt worden op
schillende verbindingstechnieken. De eerste
basis van neopreen (in een solvent opgeloste
vereist een zelfdragende ‘’huid’’ die gewoonlijk
rubberen kleefmiddelen) die het voordeel bie-
gelast wordt. Door dit lassen is het noodzake-
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
lijk de thermisch beïnvloede zones te beitsen
volgens een dunne huid opgekleefd krijgen in
en te passiveren en daarna het oppervlak te
hetzelfde roestvast staaltype. Voorheen werd
polijsten om het geheel een homogeen uit-
deze huid vastgemaakt met klinknagels, maar
zicht te geven. De tweede verbindingstechniek
nu wordt dit gedaan door lijmtechnieken ge-
vergt een dragende structuur gemaakt van
bruik makend van een polyurethaan kleefmid-
buizen en profielen uit roestvast staal die ver-
del dat uithardt bij omgevingstemperatuur.
Transportmaterieel
Typische toepassingen zijn o.a.:
de constructeurs ertoe gebracht de
• de deuren van treinwagons: de deuren zijn
skeletten van autobussen te vervaardigen
samengesteld uit twee austenitisch roestvast
uitgaande van profielen en buizen in
stalen panelen waarvan de binnenzijden
ferritisch roestvast staal X2CrNi12/1.4003
gepolijst zijn alvorens een hechtingspolymeer
of in austenitisch roestvast staal
te krijgen (epoxy). Na plaatsing van de
X5CrNi18-10/1.4301. Op deze roestvast
panelen wordt een polyurethaanschuim
stalen structuur wordt een huid gelijmd die
geïnjecteerd waarna warmpersen wordt
bestaat uit panelen in glasvezelversterkt
toegepast om de hechting te verzekeren.
polyester. Het kleefmiddel dat hiervoor
• het koetswerk van autobussen: de
gewoonlijk wordt gebruikt is een
noodzaak om bussen en autocars een
polyurethaanlijm en de hechting gebeurt
langere levensduur te verlenen en ze
door persen op omgevingstemperatuur.
tegelijkertijd ook lichter te maken, heeft
Medische toepassingen
De voornaamste toepassingen zijn:
• injectienaalden: de naald zelf wordt
• heupprothesen: het kogelgewricht
gemaakt van een kleine buis uit
wordt vaak gemaakt van met molybdeen
austenitisch roestvast staal die vervolgens
gelegeerd vacuüm hersmolten austenitisch
koudgetrokken en gekalibreerd wordt om
roestvast staal. De verbinding tussen het
de gewenste diameter te verkrijgen. Na het
dijbeen en de prothese wordt bekomen
op lengte knippen en schuin afknippen aan
door middel van een cement op basis van
één uiteinde, wordt het andere uiteinde in
methylmethacrylaat. Bij direct contact met
de uitboring van een stuk polycarbonaat,
lichaamsvocht vertonen zowel dit roestvast
glas of ethyleen-polymethacrylaat
stalen product als deze lijm een goede
geplaatst. Het gebruikte kleefmiddel is een
verdraagzaamheid ten aanzien van het
‘’medisch’’ acrylaat dat uithardt onder UV
organisme.
straling op omgevingstemperatuur.
101
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
3.4 Mechanische verbindingen
Opmerkingen
Het lassen, (zacht-en hard)solderen en ver-
zijn uit hetzelfde type (of ten minste uit een
lijmen buiten beschouwing gelaten, zijn de
gelijkaardig type) roestvast staal.
overige verbindingstechnieken die bij koolFoto 10:
Bevestigingsmiddelen.
Roestvast stalen
onderdelen moeten
bevestigd worden
met roestvast stalen
bevestigingsmiddelen
zoals schroeven en
bouten.
stofstaal worden toegepast, zondermeer toe-
Schroeven en bouten
pasbaar op roestvast staal. Men dient zich er
echter van te vergewissen dat de aanwezige
Het martensitische staal met 13% chroom
contactoppervlakken geen risico inhouden
wordt voor schroeven en bouten gebruikt in-
op galvanische corrosie. Om dit te vermijden,
dien een grote mechanische weerstand vereist
dienen al de te verbinden delen gemaakt te
is. De ferritische stalen met 17% chroom mogen slechts gebruikt worden in matig agressieve omgevingen. Toevoeging van 1 tot 1,5%
molybdeen zorgt voor een verbetering van de
corrosieweerstand in chloorrijke omgevingen.
Austenitische roestvast staaltypes en vooral
de types met molybdeen bieden een oplossing voor de meeste corrosieproblemen.
Schroeven en bouten worden volgens drie
procédés vervaardigd: afdraaien (d.i. door
verspaning), koudstuiken gecombineerd met
extruderen en tenslotte warmpersen (in de matrijs). Om de productiviteit van het afdraaien
te verhogen, gebruikt men vaak types met een
verbeterde verspaanbaarheid.
Het beschikbare gamma bestaat hoofdzakelijk uit zeskantbouten, sleuf- of kruiskopschroeven, zelftappende plaatschroeven, stiften, zeskantmoeren en rondsels.
Schroeven en bouten in roestvast staal
worden gewoonlijk geleverd na een passivatiebehandeling te hebben ondergaan teneinde
ze de gepaste corrosieweerstand te verlenen.
Schroeven en bouten uit bepaalde types die
door koudvervorming gemaakt worden, vertonen hoge mechanische eigenschappen.
102
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Klinken
Het klinken wordt praktisch uitsluitend koud
klinknagels en blindklinknagels (poprivet-
gedaan met behulp van klinknagels (rivetten)
ten) voor het geval wanneer één van de te
waarvan de diameter in de orde van grootte
verbinden platen niet bereikbaar is.
van 5,0 mm ligt. De belangrijkste roestvast
Het wordt sterk aanbevolen de bevestiging
stalen bevestigingsmiddelen zijn de massieve
zodanig te ontwerpen dat de klinknagels op
klinknagels met ronde kop, de buisvormige
afschuiving en niet op trek belast worden.
Drukvoegen (clinchen)
De uitstekende vervormbaarheid van roest-
of met behulp van hydraulische persen. Het
vast staal maakt het clinchen (fig.3.4.1) goed
gereedschap bestaat uit een stempel en een
toepasbaar. Omdat het een ‘’koud’’ procédé
vaste matrijs of een mobiele, gelede matrijs.
betreft, brengt het noch structurele wijzigingen,
Met vaste matrijzen wordt een verbinding
noch verzwakkingen toe aan de staat van het
met cirkelvormige doorsnede gemaakt, terwijl
oppervlak, en vormt het een alternatief voor
deze bij een toestel met mobiele matrijs rond
puntlassen of klinken. Aangezien de verbinding
of rechthoekig kan zijn.
– zoals bij het klinken – plaatsgrijpt door een
Talrijke verbindingen werden reeds uitge-
overlapping van de samen te voegen platen,
voerd in roestvast staal. De belangrijkste zijn
kan dit de vorming van een weinig beluchte
o.a. uitlaatonderdelen van wagens in enerzijds
zone veroorzaken, waar spleetcorrosie kan
X6CrTi12/1.4512 met diktes tot 1,5 mm en
ontstaan. Een bijkomende verlijming verzekert
1,0 mm dikke elementen in X6CrTi17/1.4016
hier een waterdichte naad die elke vorming van
en X5CrNi18-10/1.4301 anderzijds. Indien voor
holtes uitsluit. Bovendien verschaft de aanwe-
een referentiediameter van 1,0 mm, de voor
zigheid van een lijmnaad een trillingsdempende
koolstofstaal vereiste stempelkracht F is, zal
eigenschap aan de verbinding.
deze 1,5 x F bedragen voor ferritisch roestvast
Praktisch gesproken gebeurt het clinchen
met behulp van hydraulische handwerktuigen
Figuur 3.4.1 - Principe
van het drukvoegen
(clinchen)
staal X6Cr17/1.4016 en 2 x F voor austenitisch
roestvast staal X5CrNi18-10/1.4301.
Felsen
Bij het felsen worden één of beide platen op
trische huishoudtoestellen een dieptrekstuk in
de uiteinden over 180° geplooid om samen
austenitisch roestvast staal X5CrNi18-10/1.4301
een stevige naad te vormen. Vaker nog wordt
op een relatief weinig vervormd onderdeel in
Fig 3.4.2 - Felsen
rolvormprofileren met behulp van een reeks
rolletjes (fig 3.4.2) toegepast.
Zoals bij het clinchen laat het felsen toe om
verschillende metalen met elkaar te verbinden.
Zo kan bijvoorbeeld bij de productie van elek-
Enkelvoudig felsen
Dubbel felsen
103
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
ferritisch roestvast staal X6Cr17/1.4016 – dat
er toch twijfel zou bestaan kan de waterdicht-
voldoende corrosieweerstand in het beschouw-
heid nog verbeterd worden door toevoeging
de milieu vertoont – gefelst worden. Indien een
van een lijmnaad. Rekening houdend met de
dergelijke verbinding reeds vanbij het ontwerp
snelheid van uitvoering en de besparingen die
in beschouwing genomen wordt, kan een aan-
mogelijk zijn, wordt dit procédé veel gebruikt
zienlijke besparing gerealiseerd worden.
bij het assembleren van kuipen voor elektrische
In tegenstelling tot wat er gedacht wordt,
laat het felsen van roestvast staal wel degelijk
huishoudtoestellen omdat deze laatste slechts
in geringe mate mechanisch belast worden.
toe om waterdichte naden te realiseren. Indien
Walsen van buisuiteinden
Er bestaan drie types verbindingen:
Deze vorm van walsen bestaat erin om op
strakke en waterdichte wijze het uiteinde van
• het eerste type is door middel van walsen
een buis van een warmtewisselaar aan te bren-
in een gladde boring, waarbij de buizen
achteraf vervangen kunnen worden;
gen in de gaten van de kopplaat (fig. 3.4.3).
De wals (“dudgeon” in het engels) bestaat
• het tweede type betreft het walsen in
uit een konische doorn en een wieltjeskroon of
een gegroefde boring. Deze laat geen
-ring die op de doorn steunen en rollen. De draai-
vervanging toe;
ende doorn wordt in het buisuiteinde gedreven
• het derde type behelst walsen in een
zodat deze laatste verwijdt. Het krachtenkoppel
gladde boring met verwijding van het
verhoogt met de mate van expansie en bereikt
uiteinde van de buis.
een limiet opgelegd door een koppelbegrenzer.
In bepaalde gevallen wordt het walsen aan-
Hierdoor kan de dikte van het verwijde buisuit-
gevuld door een lasbewerking (orbitaal TIG-
einde precies ingesteld worden.
procédé). Dit is evenwel niet zonder risico en
De initiële speling tussen de buitendiame-
wordt over het algemeen afgeraden. De wa-
ter van de buis en de boring in de buisvormige
terdichtheid wordt gewoonlijk verzekerd tot
plaat varieert tussen 0,2 mm voor buizen van
interne drukken in de buizen in de orde van
kleine diameter, en 0,4 mm voor een buisdia-
grootte van 50 bar en maximum temperaturen
meter vanaf 30 mm.
van 150 °C.
d = 25,4
Fig 3.4.3 - Assemblage
door walsen van
buisuiteinden
d = 25,4
d = 25,4
19 mm
19 mm
19 mm
104
d + 0,6
d + 0,6
d + 1,2
2
d + 0,6
45°
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
4 Technologie van de oppervlakte
4.1 Karakterisatie van het oppervlak
Inleiding
Zoals reeds aangegeven in hoofdstuk 1.5
bestaat er een grote variëteit van mogelijke
afwerkingen die ter beschikking staan van de
ontwerper en die gekozen dienen te worden in
functie van de beoogde toepassing. Deze grote
verscheidenheid betreft voornamelijk de vlakke producten (coils, strips en platen) waarbij
de oppervlaktekwaliteit inderdaad een belangrijk criterium vormt. Het aanzien van het oppervlak en vooral de stabiliteit ervan doorheen
de tijd is te danken aan de corrosieweerstand.
De verschillende types industriële afwerkingen
a) door ‘’lijn’’ behandelingen. Het gaat hier
vooral over (fabrieks)afwerkingen zoals
‘’gegloeid en gebeitst’’ en ‘’blankgegloeid’’.
b) nog steeds door ‘’lijn’’ behandelingen,
ditmaal door patroonwalsen, waarbij
een – in één of in beide walscylinders
– gegraveerd motief (patroon) in de
roestvast stalen coil ingewalst wordt.
c) door abrasief bewerken met behulp van
schuurbanden of -schijven. Dit soort
behandelingen wordt zowel op coil als op
plaat toegepast.
worden op drie verschillende manieren bekomen:
Foto 11: Installatie voor
het pasteurizeren van
melk
105
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Karakterisatie van de afwerking
Ook al is het aspect van een afwerking deels
om ze te typeren en ze vervolgens op indus-
subjectief, is het niettemin noodzakelijk ge-
triële wijze te vervaardigen. De meest gebruik-
bruik te maken van ‘’objectieve’’ maatstaven
te maatstaven zijn de ruwheid en de glans.
Ruwheid
Ruwheidsmeters laten toe de microgeome-
rekenkundig gemiddelde te berekenen van alle
trie van het oppervlak in twee of drie dimen-
profielverschillen ten opzichte van de gemid-
sies aan te geven. Uitgaande van opgemeten
delde lijn lm. De maximale ruwheid wordt be-
ruwheidsprofielen, berekent men de gemiddel-
paald door het verschil tussen het hoogste en
de ruwheid Ra en de maximale ruwheid Rt. De
laagste punt van het ruwheidsprofiel (fig 4.1.1),
gemiddelde ruwheid wordt bepaald door het
over de gehele meetlengte beschouwd.
h2
h1
h4
h9
h7
Im
Ra
h3
Fig 4.1.1 - Gemiddelde
ruwheid Ra en maximale
ruwheid Rt
106
h6
h5
Ra = (h1 + h2 + h3 + ... hn)/n
h8
Rt
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Glans
Fig 4.1.2 - Glansmeting
Het gaat om een optische meting van de intensiteit van een lichtbundel die weerkaatst wordt
door het te analyseren oppervlak uitgaande
van de intensiteit van de invallende lichtbun-
Lichtbron
Meting
weerkaatst licht
del en van de invalshoek (fig 4.1.2). Bij wijze
van voorbeeld geeft tabel 4.1.1 de glans van
enkele gangbare afwerkingen voor verschil-
␣
␣
Plaatoppervlakte
lende types weer.
Europese aanduiding
volgens EN 10088-2
Naam
Nummer
X5CrNi18-10
1.4301
X6Cr17
1.4016
Glans
(dimensieloos)
2B
(gegloeid, gebeitst en geskinpasseerd)
Austenitisch
20 – 30
Ferritisch
50 – 55
2R (blankgegloeid en
geskinpasseerd)
Tabel 4.1.1 - Typische
glanswaarden voor
gangbare afwerkingen
van roestvast staal
50 – 55
56 – 60
De belangrijkste afwerkingen voor vlakke producten
De verscheidenheid aan beschikbare afwerkin-
lingen. Zo worden drie types van koudgewalste
gen wordt geïllustreerd in tabel 4.1.2. Deze ta-
producten verkregen:
bel vormt een aanvulling op tabel 1.5.1 (hoofd-
• koudgewalst, gegloeid en gebeitst
materiaal (toestand 2D),
• 2D materiaal dat vervolgens
geskinpasseerd werd (toestand 2B) en
• koudgewalst, blankgegloeid (gegloeid
onder reducerende atmosfeer) en
vervolgens geskinpasseerd materiaal
(toestand 2R).
stuk 1.5) die de productieroutes aangeeft
voor vlakke roestvast stalen producten. Het
uitgangsproduct is de warmgewalste coil (ofwel van een continue walstrein ofwel van een
Steckelwals). Deze coil wordt vervolgens gegloeid, gestraald (mechanisch verwijderen van
de oxidehuid) en gebeitst. Men verkrijgt aldus
wat beschouwd wordt als een warmgewalst
De skinpassbehandeling bestaat erin de
eindproduct, gekenmerkt volgens EN 10088-2
roestvast stalen band door een ‘’duo’’ wals te
door de toestand 1D.
sturen (met gepolijste cylinders) die de opper-
Dit warmgewalst product ondergaat vervolgens een reeks koudwalsbewerkingen
vlakteglans en de vlakheid aanzienlijk verhoogt
en ook een lichte verlenging veroorzaakt.
(doorgaans uitgevoerd op Sendzimirwalsen),
vergezeld van één of meerdere gloeibehande-
107
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Warmgewalst
(continu op walstrein of op Steckelwals)
Warmgewalst – eindafwerking 1D
(gegloeid, gestraald en gebeitst)
Koudgewalst, gegloeid
en gebeitst – toestand 2D
Koudgewalst
Koudgewalst 2D, vervolgens
geskinpasseerd – toestand 2B
Geslepen: (afwerking verkregen door
schuren of hoogglanspolijsten met behulp
van schuurbanden of -schijven. Het aspect
is afhankelijk van de korrelgrootte van het
gebruikte schuurmiddel) – toestand
2G / 2J / 2K
Korrel
Tabel 4.1.2 Belangrijkste
oppervlakteafwerkingen
van vlakke roestvast
stalen producten
108
80
120
180
240
320
Koudgewalst,
blankgegloeid
Koudgewalst,
blankgegloeid,
geskinpasseerd –
toestand 2R
Patroongewalst: (afwerkingen verkregen
door de overdracht van een in één (of
beide) walscylinders aangebracht patroon
naar de roestvast stalen coiloppervlakte)
Toestand 2M
Ruwheid Ra (µm)
⬍ 5,5
⬍2
⬍1
0,3 – 0,6
0,1 – 0,3
Vertrekkend vanuit de verschillende koudge-
Naast het mechanisch bewerken met behulp
walste afwerkingen gebeurt het vaak dat roest-
van schuurbanden en -schijven, kan roestvast
vast stalen coils geslepen worden met behulp
staal ook electrolytisch gepolijst worden. Dit
van een schuurmiddel waarvan de korrelgrootte
procédé wordt speciaal toegepast op stukken
dient gekozen te worden in functie van de be-
waarvan de vorm het mechanisch polijsten on-
oogde decoratieve afwerking (van mat tot glan-
mogelijk maakt. In dit procédé speelt het in een
zend). De visuele beoordeling ervan blijft rela-
electrolytisch bad ondergedompelde roestvast
tief subjectief. Slijpen met schuurbanden kan
stalen onderdeel de rol van anode. De samen-
goed toegepast worden op grote oppervlakken.
stelling van het bad kan verschillen volgens
Voor een geslepen afwerking, worden borstels
het gebruikte procédé. De drie belangrijkste
gebruikt uit natuurlijke of synthetische vezels.
types die gebruikt worden zijn de samenstel-
Slijpen met behulp van een lamellenschuurband
ling op basis van fosforzuur, een mengsel van
levert korte slijpsporen op, hetgeen herstelwerk
citroenzuur en zwavelzuur of een mengsel van
vergemakkelijkt. Tenslotte wordt spiegelglans
glycolzuur en zwavelzuur.
bereikt door op polijstwielen samengeperst vilt.
Naar gelang het badtype bedraagt de
De diameter van dergelijke wielen varieert tus-
stroomdichtheid tussen de 8 en 65 A/dm2, de
sen 200 en 300 mm en de omtreksnelheid be-
spanning tussen de 2 en 12 volt en de tempera-
draagt ongeveer 2000 m/min.
tuur tussen 60 en 90 °C.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
4.2 Oppervlaktevoorbereiding en -behandeling
Parelstralen
Het parelstralen bestaat uit het stralen van
een stroom harde, quasi ronde, deeltjes – met
diameter tussen 0,15 en 0,6 mm – op de
oppervlakte van het product, met behulp van
een aan een turbine verbonden nozzel. De
snelheid van de deeltjes en de duur van de behandeling dienen geoptimaliseerd te worden
in functie van het gewenste resultaat. Een verhoging van de snelheid van het parelstralen
en de afmetingen van de deeltjes verhoogt de
ruwheid. Voor een gegeven deeltjesdiameter
zorgt een verhoging van de duur van de behandeling voor een vermindering van de ruwheid.
De aangebrachte drukspanningen beïnvloeden de vermoeiingsweerstand positief (opharding tot ± 0,3 mm diepte). Het parelstralen kan
dus gebruikt worden om de levensduur van
een werkstuk te verlengen.
Indien het parelstralen niet gevolgd wordt
door een chemische behandeling dient het
een ideale voorbereiding voor het lakken van
gebruik van ijzerhoudende deeltjes vermeden
roestvast staal.
te worden. Tenslotte vormt parelstralen vaak
Zandstralen en glasparelstralen
Zandstralen bestaat uit het stralen van
is een gelijkaardige behandeling waarbij de
abrasieve deeltjes (siliciumcarbide, alumin-
deeltjes hierboven vervangen worden door
iumoxide,…) met behulp van een fluïdium
kleine glasbolletjes, hetgeen een uniform uit-
onder druk (lucht of water). Glasparelstralen
zicht verzekert.
Foto 12:
Oppervlaktebehandeling.
Een waaier aan diverse
afwerkingen, zoals
spiegelglans, kunnen in
functie van technische
vereisten geselecteerd en
toegepast worden.
Grof slijpen
Deze bewerking behelst een slijpwiel dat op
Voor grof slijpwerk (lasnaden) gebruikt men
grote snelheid draait (tangentiële snelheden
slijpwielen (diameters tussen 100 en 200 mm)
tussen 20 en 80 m/sec). De schuurkorrels zijn
waarvan de korrelgrootte in de orde van grootte
gewoonlijk deze op basis van aluminiumoxide
van 40 ligt. De snelheden liggen in functie van
(korund) of siliciumcarbide (carborundum) en
het type bindmiddel tussen 25 en 60 m/sec.
uitzonderlijk op basis van boorcarbide of dia-
Voor de fijne afwerkingen, gebruikt men half-
mantpoeder.
109
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
harde of flexibele slijpschijven. In dit geval
250 mm, de korrelgrootte tussen 80 en 320 en
ligt de diameter van de schijven tussen 150 en
de snelheid tussen 12 en 15 m/sec.
Decoratief slijpen1)
Op een afgewerkt stuk (in tegenstelling tot
Vergeleken met andere materialen vereist
coil of plaat uit de fabriek, tabel 4.1.2) gaat
het (abrasief ) verwijderen van roestvast staal
het erom aan een beperkte zone (las, …) het
een grotere krachtinspanning die, indien ze
originele uitzicht terug te geven. In het to-
niet beheerst gebeurt, kan leiden tot overver-
epassingsdomein
huishoudartikelen
hitting en daardoor tot een lichte oxidatie van
(kookgerei, schotels) wordt het toegepast om
de oppervlakte die de vorming van de passiva-
het artikel een mat of glanzend aspect te ver-
tielaag bemoeilijkt. De druk van de schijf of de
lenen, dat niet onmiddelijk bereikt kan worden
band dient dus zodaning aangepast te worden
na de vormgevings- of dieptrekbehandeling. In
dat de enerzijds abrasieve werking kan plaats-
elk geval is het noodzakelijk dat de verschil-
vinden terwijl anderzijds lokale oververhitting
lende werktuigen enkel gebruikt worden voor
kan vermeden worden.
van
roestvast staal teneinde elk risico op ijzerverontreiniging te voorkomen.
Chemische behandelingen2)
Voorbeitsen of conditioneren van de oxidehuid
Na bepaalde behandelingen in oxiderende
omgevingen op hoge temperatuur, maken de
dikte en densiteit van de ontstane oxidelaag
de verwijdering ervan door klassieke beitsbehandelingen onmogelijk.
In deze omstandigheden kunnen drie types
behandeling gebruikt worden:
• een onderdompeling gedurende
ongeveer 15 minuten in gesmolten
natriumhydroxide op 450 °C waaraan 5
tot 20% natrium- of kaliumnitraat wordt
toegevoegd, ofwel
• een onderdompeling gedurende ongeveer
15 minuten in een gesmolten mengsel
samengesteld uit 85% natriumhydroxide,
14% natrium- of kaliumnitraat en
1% natriumchloride, verhit tot een
temperatuur van 485 °C, ofwel
• een onderdompeling gedurende
enkele minuten in een mengsel
van natriumhydroxide en 1 tot 2%
natriumhydride, verhit tot een
temperatuur van 380 °C.
Welke ook de gebruikte behandeling weze,
deze dient gevolgd te worden door onderdompeling en spoeling met koud water en beitsen
in een zuurbad.
1)
Dit onderwerp wordt diepgaander beschreven in de volgende Euro Inox publicatie: VAN HECKE , Benoît, Mechanisch bewerken van decoratieve
roestvast stalen oppervlakken (Materiaal en Toepassingen Reeks, Volume 6), Luxemburg: Euro Inox, 2005
2)
Dit onderwerp wordt diepgaander behandeld in de volgende Euro Inox publicatie: CROOKES , Roger, Beitsen en passiveren van roestvast staal
(Materiaal en Toepassingen Reeks, Volume 4), Luxemburg: Euro Inox, 2004
110
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Beitsen in zuurbad
Beitsen verwijdert de aan het oppervlak ge-
Voor het ferritisch en martensitisch roest-
vormde oxiden, die ontstaan tijdens warmte-
vast staal worden ofwel een fluor-salpeterzuur-
behandelingen in een oxiderende omgeving
bad of een zwavelzuurbad als volgt toegepast:
of tijdens het lassen. Meerdere technieken
kunnen gebruikt worden, maar indien mogelijk
wordt de voorkeur gegeven aan dompelbeitsen.
a) Fluor-salpeterzuurbad
• salpeterzuur op 62% (40° baumé):
200 liter
• waterstoffluoride op 65% : 10 liter
• of natriumfluoride
: 15 kg
• water
: 800 liter
• temperatuur
: 50 – 60 °C
• duur
: ongeveer
15 minuten
Voor austenitisch roestvast staal gebruikt men
ook ofwel een fluor-salpeterzuurbad of een
zwavelzuurbad, maar met andere doseringen.
a) Fluor-salpeterzuurbad
• salpeterzuur op 62% (40° baumé) :
200 liter
• waterstoffluoride op 65% : 20 liter
• of natriumfluoride
: 30 kg
• water
: 800 liter
• temperatuur
: 50 – 60 °C
• duur
b) Zwavelzuurbad
• zwavelzuur op 90%
• waterstofchloride 35%
• water
• temperatuur
• duur
b) Zwavelzuurbad
• zwavelzuur op 90%
• water
• temperatuur
• duur
: 100 liter
: 50 liter
: 900 liter
: 50 – 55 °C
: ongeveer
15 minuten
: 100 liter
: 900 liter
: 60 °C
: enkele minuten
: ongeveer
15 minuten
Passivatie
Roestvast staal dat aan de buitenlucht is
mosfeer. Om zeker te zijn dat de passivatielaag
blootgesteld passiveert op natuurlijke wijze.
onmiddellijk hersteld wordt na het beitsen, is de
Daarentegen kan de nodige passivatietijd langer
volgende passivatiebehandeling in zuurbaden
of korter zijn, al naar gelang de aard van de at-
onder volgende omstandigheden aangewezen.
111
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Ferritisch en martensitisch roestvast staal
• salpeterzuur op 62% (40° baumé) :
500 liter
• water
: 500 liter
• temperatuur
: ongeveer 20 °C
• duur
: ongeveer 30 minuten
Austenitisch roestvast staal
• salpeterzuur op 62% (40° baumé) :
250 liter
• water
: 750 liter
• temperatuur
: ongeveer 50 °C
• duur
: ongeveer 15 minuten
Decontaminatie
Tijdens het bewerken van roestvast staal kan
doel van decontaminatie, de behandeling is
het oppervlak vervuild worden door ijzerpar-
technisch gesproken identiek aan de passiv-
tikels die men dient te verwijderen. Dit is het
atiebehandeling.
Afwerking van lasnaden
Deze behandeling (pag. 89) is zo goed als
identiek aan de hierboven beschreven proces-
sen en verleent de lasnaden dezelfde corrosieweerstand als het basismetaal.
Reiniging en onderhoud1)
Roestvast staal wordt vooral gebruikt voor zijn
bewaard blijft. Het is nochtans onontbeerlijk om
corrosieweerstand die een lange levensduur ver-
de oppervlakte regelmatig te reinigen teneinde
zekert en ook omdat het oorspronkelijke uitzicht
het eventueel afgezette vuil weg te halen.
Reinigingsproducten
reiniging dient steeds gevolgd te worden door
Producten voor algemeen gebruik
een overvloedige spoeling met zuiver water.
Deze mogen gebruikt worden voor roestvast
staal. Omdat hun precieze samenstelling
Poeders en schuursponzen
meestal niet bekend is, dient een reiniging
Deze bewijzen hun nut bij de verwijdering van
steeds gevolgd te worden door een overvloe-
aanklevend vuil. Gewoonlijk verminderen ze de
dige spoeling met zuiver water.
glans en wijzigen ze dus het uitzicht. Daarom
kiest men bij voorkeur zachtere schuurcrèmes.
1)
Detergenten en zepen
In ieder geval dienen de gebruikte poeders vrij
Het merendeel van de afwasmiddelen en zepen
te zijn van ijzeroxide. Een overvloedige spoeling
voor huishoudelijk gebruik zijn toegelaten. De
met zuiver water dient steeds te gebeuren na
schoonmaakproducten voor ramen zijn in het
de reiniging. In geval van gepolijste oppervlak-
algemeen zeer goed geschikt voor periodieke
ten dient de schurende bewerking steeds te ge-
reiniging. Welk product ook gebruikt wordt, de
beuren in de polijstrichting.
Dit onderwerp wordt diepgaander behandeld in de volgende Euro Inox publicatie: Reiniging en onderhoud van architectonische afwerkingen in
roestvast staal, Luxemburg: Euro Inox, 2003
112
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Oplosmiddelen
De gewone oplosmiddelen zijn over het alge-
van heel veel voorzorgsmaatregelen. Warm
meen bruikbaar bij hardnekkig vuil, maar de res-
bleekwater, zelfs verdund, is daarentegen
tanten ervan dienen verwijderd te worden door
ten strengste verboden. De contacttijd met
een overvloedige spoeling met zuiver water.
het metaal dient zo kort mogelijk gehouden
te worden. Meer nog dan met de andere pro-
Reinigingsmiddelen op zuurbasis
ducten, is overvloedig naspoelen met zuiver
Zuren mogen alleen in zeer specifieke geval-
water noodzakelijk.
len gebruikt worden (bijvoorbeeld voor de verwijdering van kalksteen). Bepaalde producten
Crèmes en was
op basis van fosforzuur of salpeterzuur werden
Deze producten verbeteren de corrosieweer-
speciaal samengesteld voor roestvast staal.
stand niet naar vormen een risico omdat het
Daarentegen zijn producten op basis van chlo-
vuil erdoor blijft aankleven.
riden volstrekt verboden. De achtergebleven
zuurresten dienen verwijderd te worden door
een overvloedige spoeling met zuiver water.
Geschiktheid van reinigingsproducten voor
roestvast staal
Niet alle reinigingsproducten vertonen de-
Alkalische reinigingsproducten (basen)
zelfde geschiktheid ten opzichte van roestvast
Oplossingen van natrium en kalium zijn over
staal. Het is dus de verantwoordelijkheid van
het algemeen geschikt voor roestvast staal.
elke gebruiker om zich er bij de leverancier van
Overvloedige spoeling met zuiver water is ver-
het reinigingsproduct ervan te vergewissen dat
eist.
zijn product geschikt is voor het bedoelde type
roestvast staal.
Ontsmettingsmiddelen
Bleekwater, verdund met koud water, kan
slechts gebruikt worden mits inachtname
Reinigingsmethoden
Gebouwen - decoratie
Er bestaan drie types van reinigingsmethoden:
gesteld werd aan zonnestralen, mag de plastic-
bij de oplevering, gedurende het gewone on-
film niet langer dan zes maanden opgekleefd
derhoud en bij renovatie.
blijven. Na het afpellen van de plasticfilm dient
men erop toe te zien dat de oppervlakken
Reiniging bij oplevering
schoon blijven, zeker wanneer er nog andere
Gedurende het vervoer naar en tijdens be-
werkzaamheden plaatsvinden op het werkter-
werkingen op de werf, worden roestvast
rein. Wanneer de constructie onvoorzien vuil
stalen oppervlakken doorgaans beschermd
wordt, moet het gepaste schoonmaakmiddel
door een afpelbare zelfklevende plasticfilm.
gebruikt worden, gevolgd door een overvloe-
Indien het gaat om een oppervlak dat bloot-
dige spoeling met zuiver water.
113
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Reiniging tijdens het gewone onderhoud
• Buitenoppervlakken: Het gewone
onderhoud gebeurt met normale
reinigingsproducten, zonder chloriden,
onder de vorm van detergenten in
poeder- of vloeibare vorm of zepen. Het
reinigen gebeurt met een spons, gevolgd
door een overvloedige spoeling met
zuiver water. Voor droging en om een
marmerachtig uitzicht te vermijden wordt
het aanbevolen een rubberen wisser te
gebruiken.
• Interieuroppervlakken: Het gewone
onderhoud kan gebeuren met dezelfde
producten als voor de buitenreiniging.
Wanneer het echter gaat om het
verwijderen van vingerafdrukken, zijn
deze methodes niet doeltreffend. In
dit geval gebruikt men zuurhoudende
producten met ontvettende werking.
Voor hardnekkige bevuiling kan het
noodzakelijk blijken over te gaan op
schuursponzen. Deze moeten van
roestvast staalwol, nylon of van het
type scotch-brite™ zijn. Het wrijven
dient te gebeuren in de oorspronkelijke
polijstrichting. Hierbij is het gebruik van
staalwol volstrekt verboden. Men dient
ook goed op te letten met het gebruik
van chloorhoudende producten voor het
onderhoud van de vloeren (bleekwater,
ontsmettingsmiddelen, enz...) en ervoor
te zorgen dat ze niet op het roestvast
staal terechtkomen. Indien dit gebeurt,
volstaat het om direct overvloedig te
spoelen met zuiver water.
Reiniging bij renovatie
Indien het onderhoud te lang werd verwaarloosd of indien het roestvast staal sporen van
corrosie vertoont, is een speciale behandeling
nodig na het stellen van een precieze diagnose.
Reiniging van installaties in de voedingsindustrie
De reiniging dient aangepast te zijn aan het
die in feite de geschiktheid van zijn product
type product dat in aanraking komt met de
voor het type roestvast staal dient te garan-
roestvast stalen installatie en wordt praktisch
deren. Indien het begin van corrosie wordt vast-
steeds gevolgd door een ontsmettingsbehan-
gesteld dient er onmiddelijk contact te worden
deling die weer gevolgd wordt door een over-
opgenomen met de fabrikanten van enerzijds
vloedige spoeling met zuiver water. Bepaalde
het reinigings- of ontsmettingsproduct en die
ontsmettingsmiddelen kunnen schadelijk zijn
van het roestvast staal anderzijds teneinde –
voor roestvast staal. De gebruiksaanwijzingen
volgens hun respectievelijke aanbevelingen –
dienen dus zeer strikt gevolgd te worden. Ze
een geschikte behandeling uit te voeren.
dienen goedgekeurd te zijn door de leverancier
Reiniging van grootkeukenuitrusting en van huishoudelijke toestellen
De doorgaans dagelijkse reiniging verhoogt de
de te nemen voorzorgen zijn degene die in de
levensduur van roestvast staal. De gebruikte
paragraaf over reinigingsmethoden werden
producten zijn degene die beschreven werden
beschreven.
in de paragraaf over reinigingsproducten en
114
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
5 Proeven en controles
5.1 Metallurgische proeven en controles
Inleiding
In dit gedeelte worden enkel metallurgische
en mechanische proeven behandeld omdat
het luik ‘’dimensionele controle’’ gelijkaardig
is aan dat van de koolstofstalen.
Foto 13: Bij de trekproef
wordt een proefstaafje
homogeen vervormd
totdat het breekt.
Tijdens de proef wordt
de spanning die de
rek (of vervorming)
veroorzaakt opgemeten
als afhankelijke variabele
waarbij een spanning-rek
(of -vervorming) diagram
wordt opgetekend,
gebaseerd op de
gemeten variabelen.
115
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Metallurgische proeven en controles
Voor de karakterisering van een metalen le-
te worden. Deze aspecten vormen het onder-
gering dient de chemische samenstelling en
werp van de volgende metallurgische proeven
de metallografische structuur ervan bepaald
en controles.
De chemische analyse
Men blijft de bepaling van de gehaltes der
vooral wat de bepaling van de hoofdelemen-
verschillende legeringselementen de “chemi-
ten chroom, nikkel, mangaan, silicium, enz.
sche” analyse noemen, ondanks het feit dat
betreft. Voor bepaalde elementen zoals kool-
tegenwoordig gebruik gemaakt wordt van fy-
stof, zwavel en stikstof, gebruikt men daaren-
sische analysemethoden zoals X-stralen flu-
tegen specifieke analysemethoden gebaseerd
orescentiespectrometrie, gloeiontlading opti-
op de absorptie van infrarode straling van ver-
sche spectrometrie, optische emissie, enz...
brandingsproducten.
De metallografische onderzoeken
In deze categorie onderscheidt men de ma-
sterke vergroting gebeuren (van x 100 tot x
crografische onderzoeken die gebeuren onder
1200). Voor elke roestvast staalfamilie bestaat
een kleine vergroting (van x 20 tot x 50) en
een specifiek etsmiddel dat de microstructuur
de micrografische onderzoeken die onder een
aan het licht brengt.
Austenitische types
116
Om de algemene microstructuur te bepalen,
grofweg overeenkomt met: waterstofchloride
wordt er een mengsel van glycerine en van ko-
(2 volumes), salpeterzuur (1 volume) en glyce-
ningswater gebruikt, ook Vilella-reagens (of gly-
rine (3 volumes). De onderdompelingsduur is
ceregia) genoemd, waarvan de samenstelling
van de orde van grootte van 30 seconden.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Ferritische types
Eén van de meest gebruikte reagentia is dat
de versie die geschikt is voor types met 12%
van Vilella waarvan de samenstelling bestaat
chroom en waarvan de samenstelling als volgt
uit: waterstofchloride (5 ml), pikrinezuur (1 g)
is: waterstofchloride (20 ml), azijnzuur (12 ml),
en ethylalcohol (95 l). Er bestaat een gewijzig-
pikrinezuur (1 g) en ethylalcohol (68 ml).
Austeno-ferritische types
Een vaak gebruikte methode voor het aan het
water (15 volumeprocent). Hierbij vormt het
licht brengen van de microstructuur van deze
testmonster de anode en wordt de spanning
staalsoorten bestaat uit elektrolytisch etsen
zodanig aangepast dat een stroomdichtheid
gedurende 10 tot 30 seconden in een oplos-
van 50 mA/cm2 verkregen wordt.
sing van salpeterzuur (85 volumeprocent) en
117
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
5.2 Mechanische proeven
Foto 14: Stoomkookketel
Inleiding
De mechanische eigenschappen van roestvast
en de overgangstemperatuur verbonden aan
staal zijn, net zoals voor de meeste metaal-
de wijziging in breukgedrag (bros/taai) ander-
legeringen, verbonden aan de elasticiteits-,
zijds. De taaiheid wordt gewoonlijk bepaald
plasticiteits- en taaiheidseigenschappen. De
door een kerfslagproef die, bij een bepaalde
elasticiteit betreft het vermogen van een me-
temperatuur, toelaat de geabsorbeerde ener-
taal of legering om een vervorming te onder-
gie te meten tijdens de breuk van een gekerfd
gaan en terug te keren in zijn oorspronkelijke
proefstuk.
staat vanaf het moment dat de belasting die
De machines bestemd voor de mechani-
de vervorming teweegbracht, wordt opgehe-
sche proeven van roestvast staal zijn identiek
ven. De plasticiteit of ductiliteit gaat over de
aan de machines die gebruikt worden voor
geschiktheid van een legering om een perma-
koolstofstaal en andere metaallegeringen.
nente vervorming te ondergaan zonder dat
breuk optreedt. Deze eigenschap wordt zeer
dikwijls gebruikt, in het bijzonder bij plooien diepdrukbewerkingen. De taaiheid is een
maat voor de voor een breuk benodigde energie en heeft onrechtstreeks betrekking op de
begrippen brosse breuk/taaie breuk enerzijds
118
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
De trekproef
Beschrijving van de proef
De trekproef bestaat erin een gekalibreerd
(met oorspronkelijke doorsnede A0) waarbij
proefstuk te onderwerpen aan een toenemen-
de lengte tussen de merktekens door de ver-
de trekspanning. Deze dient voldoende traag
vorming van lo naar l overgaat. De overeen-
en progressief te gebeuren zodat er zich een
komstige nominale rek (“engineering strain”),
quasi permanent evenwicht kan instellen tus-
uitgedrukt in %, wordt weergegeven door
sen de opgelegde trekspanning en de reactie
e = 100(l – lo)/lo , terwijl de nominale spanning
van de legering.
(“engineering stress”) wordt uitgedrukt als
De proefstaaf draagt twee merktekens
F/Ao in N/mm2 of MPa. De grafiek van F/Ao als
waarvan de oorspronkelijke tussenafstand lo
functie van e wordt de nominale spanning-rek
over het algemeen 80 mm bedraagt. De toe-
curve genoemd (“engineering stress-strain
passing van een kracht F in de langsrichting
curve”) en vertoont drie karakteristieke zones
van de proefstaaf geeft aanleiding tot een
(fig 5.2.1):
vervorming van het gekalibreerde gedeelte
F
A0
(MPa)
F: Trekkracht
A0 : Oorspronkelijke doorsnede
Insnoering
van de proefstaaf
␴=
UTS
F
A
F: Trekkracht
A: werkelijke doorsnede
van de proefstaaf
(MPa)
Breuk
I0 : oorspronkelijke lengte
I : ogenblikkelijke lengte
Elastisch
domein
Verlenging: e =
Plastisch domein
Uniform verdeelde verlenging
(%)
Insnoering
Nominale (“engineering”) spanning-rekcurve
I – I0
I0
I0: oorspronkelijke lengte
I: werkelijke lengte
Ware spanning
YS
Werkelijke vervorming:
␧ = ln
A0
A
= ln
I
I0
(voor insnoering)
“Ware” spanning-rekcurve
Fig 5.2.1 – Spanningrekcurven
119
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
a) het elastische domein, waarin de verlenging
De proef die beschreven werd betreft de no-
e verhoudingsgewijs toeneemt met de
minale spanning-rekcurve en de overeenkom-
uitgeoefende belasting F/Ao. In theorie laat
stige waarden zijn diegene die voorkomen
het opheffen van de belasting het compleet
in de normen en levervoorschriften. Er be-
verdwijnen van de rek toe. De bovenste
staat echter ook een ”ware” trekcurve (die
limiet van het elastisch domein komt
de resultaten van de trekproef nauwkeuriger
overeen met een spanning, die de vloeigrens
weergeeft), die op elk ogenblik de ware span-
genoemd wordt. Aangezien de precieze
ning ␴ = F/A (waar F de trekkracht en A de
ligging van dit punt bij roestvaste stalen niet
ware doorsnede of ogenblikkelijke doorsnede
eenvoudig bepaald kan worden, wordt het
weergeeft) in verhouding tot de ware vervor-
doorgaans vastgelegd bij een (arbitraire)
ming weergeeft. Deze laatste (␧) wordt ver-
hoeveelheid permanente plastische
kregen door de incrementele stukjes rek dl
vervorming van 0,2%. Ze wordt daarom
van l0 tot l te integreren, resulterend in de
aangeduid als Rp0,2 en is uitgedrukt in MPa.
formule ␧ = ln(Ao/A) (= ln (l/lo) voor insnoe-
b) het plastisch domein waarin de legering nog
ring). De ware vervorming (of rek) ␧ kan als
altijd op homogene wijze vervormt, maar
volgt gerelateerd worden aan de nominale rek
waarin geen evenredigheid meer bestaat
e: ␧ = ln(1 + e).
tussen de verlenging en de opgelegde
De grafiek die ␴ als functie van ␧ weergeeft
spanning. Bij het opheffen van de belasting,
is de ware spanning-rekcurve (fig 5.2.2), die
gaat de proefstaaf trouwens niet terug naar
gebruikt kan worden om de verstevigingscoëf-
zijn oorspronkelijke staat, de vervorming
ficiënt n te bepalen.
is dus permanent. Het plastische domein
Bij wijze van voorbeeld illustreert fig. 5.2.2
is begrepen tussen de vloeigrens (Rp0,2)
de nominale en ware spanning-rekcurves
en de maximale of breukspanning, ook Rm
voor roestvast staal X5CrNi18-10/1.4301, dat
(treksterkte) genaamd en uitgedrukt in MPa.
dikwijls gebruikt wordt voor dieptrektoepas-
c) Voorbij de breukgrens Rm treden plaatselijke
singen. Vanaf het optreden van de insnoering,
spanningsconcentraties op, waardoor
is de ware spanning die wordt weergegeven,
insnoering ontstaat. De spanning uitgedrukt
diegene die optreedt over de doorsnede van
ten opzichte van de oorspronkelijke
de insnoering. Deze blijft dus stijgen tot aan
doorsnede vermindert dus snel tot aan de
de uiteindelijke breuk.
120
Nominale trekcurve
700
600
500
400
300
200
100
0
0
10 20 30 40 50 60
Verlenging: e = (I – I0)/I0 (%)
Ware spanning: ␴ = F/A (MPa)
Fig 5.2.2 – Nominale en
ware spanning-rekcurven
voor austenitisch
roestvast staal
X5CrNi18-10 / 1.4301
Nominale spanning: F/A0 (MPa)
uiteindelijke breuk van de proefstaaf .
Ware trekcurve
1000
800
600
400
200
0
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Ware rek: ␧ = ln (A0/A)
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Typische waarden voor mechanische eigenschappen van roestvast staal
De verschillende types roestvast staal (mar-
De austenitische types vertonen een span-
tensitisch, ferritisch, austenitisch en austeno-
ning-rekcurve die gelijklopend is met hetgeen
ferritisch) vertonen elk hun eigen gedrag bij
in figuur 5.2.2 wordt weergegeven. In tegen-
trekproeven. Deze verschillen hebben recht-
stelling tot wat men ziet bij de ferritische
streeks te maken met de overeenkomstige
types bestaat er geen duidelijke vloeigrens.
metallurgische structuren van deze families.
Daarom heeft men deze ‘’willekeurig’’ vast-
De
martensitische
types
hebben
een
gesteld (zoals voorheen beschreven) op een
zeer hoge vloeigrens Rp en breukgrens Rm.
vloeigrens Rp bij een verlenging van 0,2%.
Daarentegen is de breukverlenging A zeer
De breukgrens Rm bedraagt ongeveer 600 N/
klein. Na thermische behandeling (temperen)
mm2. Daarentegen kan de breukverlenging tot
verbeteren de waarden Rp en Rm nog, terwijl de
boven de 60% oplopen. Deze laatste eigen-
verlenging nog kleiner wordt. Het wordt echter
schap, alsook een zeer uitgesproken neiging
algemeen erkend dat deze eigenschappen in
tot koudversteviging (direct gerelateerd aan
geharde toestand weinig praktische betekenis
de verstevigingscoëfficiënt n) maakt deze le-
hebben en dat het materiaal in deze toestand
geringen bijzonder geschikt voor dieptrekken.
beter gekenmerkt wordt door zijn microstruc-
In vergelijking met andere materialen, verto-
tuur en zijn hardheid.
nen zij tevens een zeer hoog vermogen tot
De ferritische types vertonen een trekcur-
opname van (vervormings)energie.
ve die over het algemeen overeenkomt met
De austeno-ferritische (duplex) types verto-
de curve van koolstofstalen. Zo vertoont de
nen door hun gemengde structuur (50% fer-
curve een duidelijke “dip” bij het begin van
ritisch, 50% austenitisch) een hoge vloei- en
het plastisch domein, waarna de spanning
breukgrens, met een breukverlenging A die
weer toeneemt. De bovenste en een onder-
ligt tussen de waarden voor austenitisch en
ste vloeigrens die hiermee overeenstemmen
ferritisch roestvast staal. Typische waarden
zijn dan ook duidelijk waar te nemen op de
zijn 800 N/mm2 voor de breukgrens Rm met
opgetekende grafiek. Een breukgrens Rm in
een breukverlenging A rond 35%.
de orde van grootte van 550 N/mm2 gecombi-
Tabel 5.2.1 geeft een overzicht van de me-
neerd met een verlenging van ongeveer 30%
chanische eigenschappen van verschillende
zijn kenmerkend voor deze familie.
types en toestanden roestvast staal.
Tabel 5.2.1 – Overzicht
van de mechanische
eigenschappen van
de voornaamste types
roestvast staal.
Types
Rm (N/mm2)
Rp0,2 (N/mm2)
A
(%)
Martensitisch (1)
Martensitisch (2)
Ferritisch (3)
Austenitisch (4)
Austeno-ferritisch (4)
500 – 850
1200 – 2000
400 – 550
570 – 730
800 – 900
270 – 500
1000 – 1600
250 – 380
215 – 360
620 – 750
14 – 30
2 – 10
20 – 35
40 – 65
25 – 35
(1) fabriekstoestand,
(2) na harding
(3) gegloeid
(4) oplossingsgegloeid
en afgeschrikt.
121
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Hardheidsproeven
Types proeven
het harde object en in functie van het bestudeerde roestvast staaltype, gebruikt men
Fig 5.2.3 –
Werkingsprincipe
van Rockwellhardheidsproeven
Harheidsproeven bestaan erin een hard li-
ofwel een rond lichaam (Brinell en Rockwell
chaam onder perfect beheerste belasting
B proeven) ofwel een puntvormig conisch li-
te laten doordringen in de te karakteriseren
chaam (Rockwell C en Vickers proeven). Wat
legering en vervolgens de indrukking op te
roestvast staal betreft, zijn de drie meest ge-
meten. In functie van de aard en de vorm van
bruikte hardheidsproeven: Rockwell B, aangeduid door HRB, Rockwell C, aangeduid door
F0
F0 + F1
F0
F0
F0 + F1
HRC en Vickers, aangeduid door HV.
F0
De Rockwell B proef (fig 5.2.3) bestaat eruit
Conisch
lichaam
␣
␥
␤
0
␥
aan te brengen en vervolgens de diepte van de
130
indruk te meten. De hardheidsschaal Rockwell
␣
␥
␤
0
HRB = 130 – e
Rockwell B
kracht van 100 kg op het te testen materiaal
c
e=c–a
a
b
␤
Oppervlak
c
e=c–a
b
a
␣
0,2 mm
Hardheid
0,26 mm
Oppervlak
130
␥
␤
Hardheid
␣
een knikker van 1/16 duim (1,59 mm) met een
HRC = 100 – e
Rockwell C
B of HRB is beperkt tot 100 HRB. Boven deze
waarde gebruikt men de Rockwell C proef.
De Rockwell C proef (fig 5.2.3) wordt met
hetzelfde toestel uitgevoerd maar de knikker
wordt vervangen door een diamanten kegel
die met een kracht van 150 kg wordt ingedrukt,
Eerst wordt een beperkte voorlast F0 uitgeoefend, met als doel doorheen de ruwheid
te breken en om terugvering te vermijden. Daarna wordt de eigenlijke last F1
aangebracht en weer verwijderd. Het verschil in indringdiepte e na verwijdering van
F1 levert de hardheid. Daarbij stemt één eenheid van hardheid overeen met 0,002
mm. A, b, c en e worden hier uitgebrukt als eenheden hardheid, terwijl ␣, ␤ en ␥
worden uitgedrukt in mm.
waarna de indringdiepte gemeten wordt.
De Vickers proef (fig 5.2.4) maakt gebruik
van een hard object in diamant met piramidevorm en rechthoekige basis. De kracht kan variëren van 5 tot 100 kg waarbij 5 kg gangbaar
F
Fig 5.2.4 –
Hardheidsproef Vickers
is voor roestvast staal. De hardheid wordt be-
136°
paald aan de hand van de afmetingen van de
twee diagonalen van de indruk.
Typische hardheidswaarden
voor roestvast staal
HV = 0.189 F/d2
d1
Typische waarden voor de verschillende famid2
lies van roestvast staal worden gegeven in tabel
5.2.2. Rekening houdend met hun gemengde
122
Tophoek van de diamant: 136°
structuur (gevormd door 50% ferriet en 50%
F = proeflast in Newton tot op ± 1%
austentiet), vertonen de austeno-ferritische ty-
D = diagonaal van de indruk in mm = (d1 + d2)/2
pes een grotere spreiding dan de andere types.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Type
Ferritisch
Ferritisch gestabiliseerd met 11% chroom
Ferritisch gestabiliseerd met 17% chroom
Austenitisch
Toestand
Gegloeid
HRB
73 – 85
HRC
HV
140 – 180
Koudverstevigd
90 – 100
13 – 25
180 – 290
Gegloeid
Gegloeid
Oplossingsgegloeid
67 – 83
70 – 83
74 – 88
120 – 170
130 – 170
130 – 185
Koudverstevigd
Austeno-ferritisch
25 – 50
Oplossingsgegloeid
Zachtgegloeid
Afgeschrikt en ontlaten
Martensitisch
90 – 105
80 – 90
200 – 250
160 – 190
45 – 53
Tabel 5.2.2 – Hardheden
van de voornaamste
types roestvast staal.
De kerfslagproef
Deze proef evalueert de taaiheid van een ma-
nen tot bros breukgedrag, wordt dit fenomeen
teriaal ofwel de energie die noodzakelijk is om
nog versterkt door een hoge vervormingssnel-
breuk te veroorzaken onder schokbelasting.
heid alsook door het gebruik van een vooraf
Lage taaiheid wordt doorgaans geassocieerd
ingekerfd proefstuk. De belangrijkste experi-
met bros breukgedrag, terwijl hoge taaiheid
mentele factoren die de taaiheid beïnvloeden
gepaard gaat met ductiel (plastisch) breukge-
zijn: de temperatuur, de aard van de kerf en
drag. Voor materialen die een neiging verto-
de vervormingssnelheid.
Principe van de proef
De proefopstelling, alsook het proefstuk en de
met een centrale V-kerf, geraakt wordt door
kerfgeometrie zijn dezelfde als voor kerfslag-
een vrij vallende slinger. De uiteinden van de
proeven op koolstofstaal. De meest gebruikte
proefstaaf rusten aan de onder- en aan de
proef is de Charpy V-proef (fig. 5.2.5) waarin
voorzijde op steunen, waarbij de kerf verticaal
een proefstuk van 10 x 10 mm doorsnede
opgesteld en naar voor gericht is. De slinger
Proefstuk
10
Straal: 2 tot 2,5 mm
Charpy
V-proefstuk
Slinger
8
W
Straal:
0,25 mm
h
H
schaal
Slinger
2
Gegradueerde
30°
Door breuk
opgeslorpte energie:
E (Joule) = W x (H – h)
45°
v 5 tot 7 m/s
Werkingsprincipe van
de Charpy-kerfslagproef
40
55
Detail van de slinger en
het Charpy V-proefstuk
Afmetingen
in mm
Fig 5.2.5 – Charpykerfslagproef
123
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Fig 5.2.6 – Charpy
V-kerfslagproef: invloed
van de temperatuur op
de breukenergie.
De temperatuur heeft
weinig effect op het
austenitische type. Het
ferritische type echter
wordt gekenmerkt door
een scherpe overgang
tussen ductiel (taai)
breukgedrag (1) bij hoge
temperatuur en bros
breukgedrag (2) bij lage
temperatuur.
raakt de proefstaaf aan de tegenovergestelde
Bij de kerfslagproef kan de breuk bros of
zijde. In zijn val doet het mes dat aan de slin-
ductiel zijn. De brosse breuk gebeurt door de-
ger is vastgemaakt de proefstaaf breken en
cohesie of klieven en gaat nauwelijks gepaard
gaat verder omhoog tot een nauwkeurig op-
met plastische vervorming. In dat geval is er
gemeten hoogte. Men leidt hier de energie E
geen laterale expansie van de proefstaaf en
(in joule) uit af die geabsorbeerd is door de
het breukvlak is glanzend met blinkende fa-
breuk, waaruit men de kerfslagwaarde K = E/A
cetten.
2
(in joule/cm ) kan berekenen. Hierbij is E de
De ductiele breuk wordt voorafgegaan
energie (of “slagarbeid”) uitgedrukt in joule
door een aanzienlijke plastische vervorming
en A de doorsnede van de proefstaaf bij de
met laterale expansie van de proefstaaf. Het
2
breukvlak heeft een vezelachtige structuur
kerf, uitgedrukt in cm .
en het aspect is mat. Voor éénzelfde materiaal gaat men gewoonlijk over van een breuk
van het brosse type op lage temperatuur naar
austenitisch roestvast staal
X5CrNi18-10/1.4301
200
een breuk van het ductiele type (en dus taai
Laterale
insnoering
175
Kerf
omgevingstemperatuur. Op de breukcurve sien de ductiele breuk die de overgangszone
50
Charpy
V-proefstuk
Kerf
25
2
0
gedrag) bij temperaturen in de buurt van de
tueert zich een zone tussen de brosse breuk
1
150
Kerfslagwaarde 125
volgens Charpy V
100
KCV –
(joule/cm2)
75
Charpy
V-proefstuk
Laterale
expansie
wordt genoemd; de temperatuur die erbij
hoort wordt de overgangstemperatuur genoemd (fig. 5.2.6), tevens bekend als DBTT
Overgangsgebied: ductiel/bros
(“ductile to brittle transition temperature”).
ferritisch roestvast staal
X2CrNi12/1/4003
-250 -200 -150 -100 -50 0 +50
Temperatuur (°C)
Tabel 5.2.3 –
Kerfslagwaarden voor
verschillende types
roestvast staal
Gedrag en karakteristieke waarden van
roestvast staal
De diverse roestvast staalfamilies en -types
vertonen duidelijke verschillen inzake taaiheid.
Al naar gelang de structuur – martensitisch,
Roestvast staal
Martensitisch X12Cr13/1.4006
Ferritisch X6Cr17/1.4016
Austenitisch X5CrNi18-10/1.4301
124
Kerfslagwaarde
KCV (J/cm2)
ferritisch, austenitisch, austeno-ferritisch –
–40
–60
–196
35
30
8
staal kerfslagwaarden vertonen die duidelijk
–40
–60
–196
15
10
3
verschillende waarden aan voor respectieve-
–40
–60
–196
–250
170
160
130
110
Temperatuur
(°C)
en de chemische samenstelling, zal roestvast
verschillen (tabel 5.2.3). Bij lasnaden treft men
lijk basismetaal, thermisch beïnvloede zone
en smeltzone. Voor ferritisch roestvast staal,
stemt een verhoging van het chroomgehalte
van 4% overeen met een stijging van de overgangstemperatuur van zowat 50 °C.
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
6. Bijlagen
6.1 Fysische en chemische eigenschappen van roestvast staal
Waarom vijf families?
Zoals reeds vermeld, dient een ijzer-chroomlegering minimaal 11% chroom te bevatten om
als roestvast beschouwd te kunnen worden.
Boven dit gehalte aan chroom vormt er zich
een taaie, beschermende film op gelijk welke
blootgestelde oppervlakte. Om doeltreffend
te zijn, dient dit chroom zich in een vaste oplossing te bevinden in de legering en mag het
bv. niet als carbide aanwezig zijn.
Martensitische roestvaste stalen
Deze staalsoorten vertonen het hoogste koolstofgehalte (tot 1,2%). De mechanische eigenschappen kunnen verbeterd worden door
warmtebehandeling. De verkregen martensitische structuur is magnetisch.
Ferritische roestvaste stalen
Ferritische roestvaste staalsoorten bevatten
slechts weinig koolstof (≤0,08%), waardoor ze
niet gehard kunnen worden door warmtebehandeling. De structuur is magnetisch.
Bovendien kan de taaiheid van de warmtebeïnvloede zone aangetast worden door de
korrelgroei die kan optreden bij het lassen.
Austeniet – kubisch
vlakgecentreerd (KVG)
eenheidskristal
a = 0,287 nm
Foto 15: Keukenmes voor professioneel
gebruik. Het lemmet is gemaakt van
martensitisch roestvast staal.
Centrum van de kubus
125
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Ferriet – kubisch ruimtelijk
gecentreerd (KRG)
eenheidskristal
a = 0,357 nm
Austenitische roestvaste stalen
Gelet op hun uitstekende vormgevingseigenschappen en corrosieweerstand, zijn deze legeringen de meest frequent gebruikte roestvaste
staalsoorten. Door de aanwezigheid van legeringselementen zoals nikkel (die het austeniet
stabilizeren) wordt een kubisch vlakgecentreerde structuur verkregen, die niet gehard kan wor-
Centrum van de kubus
den door warmtebehandeling. Anderijds lenen
deze types zich uitstekend tot koudversteviging.
Hittebestendige roestvaste stalen
Deze ijzer-chroom-nikkellegeringen vertonen
hoge sterkte op hoge temperatuur en zijn
bestand tegen opkolende atmosferen. Het basischroomgehalte wordt verhoogd tot 20-25%
waarbij het nikkelgehalte varieert van 10 tot
35%. De voor gebruik bij hoge temperaturen
geoptimalizeerde types bezitten hoge koolstofgehaltes.
Foto 16: Pomphuis: de uitstekende
vervormbaarheid van austenitisch roestvast
staal maakt ontwerpen (waarbij diepdrukken en
hydroforming gecombineerd worden) uit één stuk
mogelijk.
Foto 17: Tussenschotten
voor chemische tankers
uit duplex roestvast staal
Duplex (austeno-ferritische)
roestvaste stalen
De microstructuur van deze staalsoorten bestaat (grofweg) voor de helft uit ferriet en voor
de helft uit austeniet. Deze types vertonen
kenmerken van beide fazen bij hoge sterkte en
vervormbaarheid. In vergelijking met austenitische staalsoorten, vertonen duplex roestvaste
stalen hogere sterkte en aanzienlijk betere corrosieweerstand in gechloreerde oplossingen.
126
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Oxidatie en oxiden
Roestvast staal vertoont een uitstekende weerstand in oxiderende atmosferen. Het bepalende
element voor de vorming van een corrosiewerende laag op hoge temperatuur is chroom. De
zogenaamde “passieve” laag is opgebouwd uit
een kristallijn oxide of hydroxide.
Oxidatie is een proces waarbij het aandeel
van het elektronegatieve deel van een verbinding verhoogt. Hierbij worden elektronen uit
de geoxideerde verbinding verwijderd.
Een oxide is een verbinding van zuurstof
met een ander element. Oxides worden onderverdeeld in enerzijds zure oxides die met
een base reageren ter vorming van zouten, en
basische oxides die met zuren reageren, ook
resulterend in zouten. Amfotere oxiden vertonen zowel zuur als basich gedrag.
In waterige oplossingen wordt een zuur gedefinieerd als een stof die in staat is om waterstofionen te vormen wanneer deze opgelost
wordt in water. De meeste anorganische zuren
Foto 18: Branderspruitstuk uit hittebestendig ferritisch
roestvast staal
kunnen beschouwd worden als een verbinding
van een zuur oxide met water. Wanneer het betrokken oxide een metaaloxide is, kan het amfotere eigenschappen vertonen, d.w.z. dat het
zich soms als zuur en soms als base gedraagt.
Richtwaarden van enkele fysische eigenschappen (volgens EN 10088-1)
Staalfamilie
Martensitisch
staal
Ferritisch
staal
Austenitisch
staal
Austenoferritisch
staal
7,7
215 000
10,5
30
460
0,55
7,7
220 000
10
25
460
0,60
7,9
200 000
16
15
500
0,73
7,8
200 000
13,0
15
500
0,80
Fysische
eigenschappen
(kg/dm3)
(MPa)
10-6/K
(W/(m . K))
(J/kg.K)
(␮⍀.m)
Dichtheid:
Elasticiteitsmodulus op 20 °C:
Uitzettingscoëfficiënt tussen 20 en 200 °C:
Thermische geleidbaarheid op 20 °C:
Specifieke warmte op 20 °C:
Specifieke elektrische weerstand op 20 °C:
127
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
6.2 Identificatie en normalisatie van roestvast staal
Europese aanduidingen
In de Europese Unie van kracht zijnde normen
Vanaf oktober 1993 werden Europese normen
nationale normen, ofwel door publicatie van
een identieke tekst, ofwel door bekrachtiging,
waarbij nationale normen die in tegenspraak
waren met hun Europese tegenhangers tegen
oktober 1995 werden ingetrokken.
Volgens het Interne Reglement van de
CEN/CENELEC
dienden
volgende
lan-
den de Europese normen toe te passen:
België, Cyprus, Denemarken, Duitsland,
Estland, Finland, Frankrijk, Griekenland,
Groot Brittannië, Hongarije, Ierland, IJsland,
Italië, Letland, Litouwen, Luxemburg, Malta,
Nederland, Noorwegen, Oostenrijk, Polen,
Portugal, Slovakije, Slovenië, Spanje, Tsjechië,
Zweden en Zwitserland.
Belangrijkste normen voor roestvast staal
Identificatie
Productnormen voor druktoepassingen
EN 10027-1 Systemen voor het aanduiden
van staalsoorten – Deel 1: Aanduiding met
symbolen, hoofdsymbolen
EN 10027-2 Systemen voor het aanduiden
van staalsoorten – Deel 2: Numeriek systeem
EN 10028-7 Vlakke producten van staal voor
drukvaten – Deel 7: Corrosievaste staalsoorten
EN 10272 Staven van corrosievaste staalsoorten voor drukvaten
EN 10216-5 Naadloze stalen buizen voor
toepassingen onder druk – Technische leveringsvoorwaarden – Deel 5: Corrosievaste stalen buizen
EN 10217-7 Gelaste stalen buizen voor toepassingen onder druk – Technische leveringsvoorwaarden – Deel 7: Corrosievaste stalen
buizen
EN 10222-5 Smeedstukken van staal voor
drukvaten – Deel 5: Martensitische, austenitische en austenitisch-ferritisch corrosievaste
staalsoorten
Productnormen voor algemene doeleinden
EN 10088-1 Roestvaste staalsoorten –
Deel 1: Lijst van roestvaste staalsoorten
EN 10088-2 Roestvaste staalsoorten –
Deel 2: Technische leveringsvoorwaarden voor
plaat en band van corrosievaste staalsoorten
voor algemeen gebruik
EN 10088-3 Roestvaste staalsoorten –
Deel 3: Technische leveringsvoorwaarden voor
halfproducten, staven, draad, walsdraad, profielen en blanke producten van corrosievaste
staalsoorten voor algemeen gebruik
EN 10088-4 Roestvaste staalsoorten –
Deel 4: Technische leveringsvoorwaarden voor
plaat en band van corrosievast staal voor constructief gebruik
EN 10088-5 Roestvast staal – Deel 5:
Technische leveringsvoorwaarden voor staven,
draad, profielen en producten van corrosievast
blank staal voor constructiedoeleinden
EN 10095- Hittevaste staalsoorten en nikkellegeringen
128
Normen voor buizen en fittings voor algemeen gebruik
EN 10296-2 Gelaste stalen buizen voor mechanische en algemene technische doeleinden
– Technische leveringsvoorwaarden – Deel 2:
Corrosievast staal
EN 10297-2 Naadloze stalen buizen voor
mechanische en algemene technische doeleinden – Technische leveringsvoorwaarden –
Deel 2: Corrosievast staal
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
EN 10312 Gelaste corrosievaste stalen buizen voor het transport van waterige vloeistoffen inclusief drinkwater – Technische leveringsvoorwaarden
EN 12502-4 Bescherming van metalen tegen corrosie – Richtlijn voor de beoordeling
van corrosiewaarschijnlijkheid in water en opslagsystemen – Deel 4: Invloed van factoren
op corrosievast staal
Normen over maattoleranties
ISO 9445 Continu koudgewalst corrosievast staal in smalband, breedband, plaat en
geknipte lengten – Toleranties op afmetingen en vorm (vervangt officiëel EN 12058 en
EN 12059)
Normen inzake lastoevoegmateriaal
ISO
14175
Lastoevoegmaterialen
–
Beschermgassen voor smeltlassen en verwante processen
EN 760 Lastoevoegmaterialen – Poeders
voor onderpoederlassen – Indeling
EN 1600 Lastoevoegmaterialen – Beklede
elektroden voor booglassen met de hand van
corrosievaste en hittevaste staalsoorten –
Indeling
ISO 14343 Lastoevoegmaterialen – Draadelektroden, draad en staven voor smeltlassen
van corrosievaste en hittebestendige staalsoorten – Indeling
ISO 17633 Lastoevoegmaterialen – Gevulde
draadelektroden en staaf voor booglassen
met of zonder beschermgas van corrosie- en
hittevaste staalsoorten – Indeling (vervangt
officiëel de norm EN 12073)
De genormaliseerde benaming van roestvast staal
De verkorte staalnamen en -nummeringen
werden opgesteld volgens EN 10027.
De verkorte nummering bevat drie delen
waarvan (voor bv. 1.4301) het eerste een 1 is
(wijzend op staal), gevolgd door een punt en
het cijfer 43 (de subgroep van de roestvaste
stalen). Tenslotte slaan de cijfers 01 op het
specifieke type.
De benaming verwijst naar de samenstellende elementen. In de afkorting X5CrNi18-10,
duidt de X erop dat het hooggelegeerd staal
betreft. Het getal bestaande uit 1, 2 of 3 cijfers die op de letter X volgen duiden het gemiddelde koolstofgehalte aan, uitgedrukt in
honderdsten procent. Dit cijfer wordt gevolgd
door letters die de chemische symbolen voorstellen van de legeringselementen. Aan het
einde van de letterreeks verschijnen getallen
(1 of 2 cijfers), gescheiden door koppeltekens,
die de gemiddelde gehaltes aan legeringselementen aanduiden.
Voorbeelden
• X20Cr13 - (1.4021)
staal met gemiddeld 20/100 = 0,2% koolstof
en 13% chroom
• X2CrTi12 - (1.4512)
staal met gemiddeld 2/100 = 0,02% koolstof en 12% chroom met toevoeging van
titaan
• X2CrNiMo17-12-2 - (1.4404)
staal met gemiddeld 2/100 = 0,02% koolstof
en 17% Cr, 12% Ni, 2% Mo
• X2CrNiMoN22-5-3 - (1.4462)
staal met gemiddeld 2/100 = 0,02% koolstof
en 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo met toevoeging van
stikstof.
129
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Overeenkomst tussen de Europese naam- en
nummeraanduidingen en AISI nummers*
EN nummer
1.4000
1.4002
1.4003
1.4016
1.4028
1.4029
1.4057
1.4105
1.4113
1.4125
1.4301
1.4303
1.4305
1.4306
1.4307
1.4310
1.4311
1.4335
1.4361
1.4362
1.4372
1.4373
1.4401
1.4404
1.4406
1.4410
1.4434
1.4438
1.4439
1.4460
1.4462
1.4466
1.4501
1.4507
1.4509
1.4510
1.4511
1.4512
1.4516
1.4521
1.4532
1.4537
1.4539
1.4541
1.4542
1.4550
1.4567
1.4568
1.4571
1.4580
Europese benaming
X6Cr13
X6CrAl13
X2CrNi12
X6Cr17
X30Cr13
X29CrS13
X17CrNi16-22
X6CrMoS17
X6CrMo17-1
X105CrMo17
X5CrNi18-10
X4CrNi18-12
X8CrNiS18-9
X2CrNi19-11
X2CrNi18-9
X9CrNi18-8
X2CrNiN18-10
X1CrNi25-21
X1CrNiSi18-15-4
X2CrNiN23-4
X12CrMnNiN17-7-5
X12CrMnNiN18-9-5
X4CrNiMo17-12-2
X2CrNiMo17-12-2
X2CrNiMoN17-11-2
X2CrNiMoN25-7-4
X2CrNiMoN17-12-3
X2CrNiMo18-15-4
X2CrNiMoN17-13-5
X3CrNiMoN27-5-2
X2CrNiMoN22-5-3
X1CrNiMoN25-22-2
X2CrNiMoCuWN25-7-4
X2CrNiMoCuN25-6-3
X2CrTiNb18
X3CrTi17
X3CrNb17
X2CrTi12
X6CrNiTi12
X2CrMoTi18-2
X8CrNiMoAl15-7-2
X1CrNiMoCuN25-25-5
X1NiCrMoCu25-20-5
X6CrNiTi18-10
X5CrNiCuNb16-4
X6CrNiNb18-10
X3CrNiCu18-9-4
X7CrNiAl17-7
X6CrNiMoTi17-12-2
X6CrNiMoNb17-12-2
AISI Norm (of commerciële benaming)
410S
405
430
420
420F
431
430F
434
440C
304
305
303
304L
304L
301
304LN
310 S
18.15
2304
201
202
316
316L
316LN
2507
317LN
317L
317LM
7Mo plus
2205
310MoLN
Zeron 100
Ferralium 255
441
430Ti, 439
430Nb
409
414
444
PH 15.7Mo
URSB8
904L
321
630 / 17.4 PH
347
XM 7/18.9LW
17.7PH
316Ti
316Cb
* Gedetailleerde informatie over de chemische, mechanische en fysische eigenschappen van roestvast staal is beschikbaar op www.euro-inox.org/
technical_tables (een interactieve gegevensbank) of via de gedrukte brochure Tables of Technical Properties (Materials and Applications Series,
Volume 5), Luxembourg: Euro Inox, 2005
130
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
6.3 Index, letterwoorden en afkortingen
Alfabetische index
A
Actief poeder (flux) (lassen)
69,71
Afbrandstuiklassen (“Flash welding” – FW) 85
Afkoeling
20, 21
Alkalische reinigingsproducten (basen)
Argon-zuurstof ontkoling (AOD)
113
Austenitisatietemperatuur
20
Austenitisch roestvast staal 13, 14, 15, 17, 22,
30, 31, 36, 39, 43, 116, 120, 121, 126
Austenitische roestvast stalen buizen
62
24, 26, 27
B
Behandeling na lassen
23
Boren
42
Beitsbaden
89
Buigen
45
Beitsen
89
Beitsen en anodisatiebehandeling
Beitsen in zuurbad
98
98, 111
Beitspasta’s en -gels
89
Bekleding van muren (lijmen)
100
• Berekening van de uitgeslagen lengte
van een profiel
48
• Buigen met een hydraulische
zetbank
46
• Buigen met rubber beklede matrijs 48
• Buigen op een mechanische zetbank 46
Belangrijkste afwerkingen voor vlakke
producten
107
Belangrijkste families kleefmiddelen
94
Belangrijkste groepen roestvaste
staalsoorten
13
• Elastische terugvering
48
• Manueel buigen
46
• Matrijsbuigen
47
• Vrijbuigen
46
Buigen met een hydraulische zetbank
46
Buigen met rubber beklede matrijs
48
48
Buigen op een mechanische zetbank
46
Bevochtiging van het oppervlak (lijmen)
96
Buigen van buizen
Booglassen
66
Buizen
Belangrijkste toepassingen
13
Berekening van de uitgeslagen lengte van
een profiel
57, 58
28
C
Chemische behandelingen
98, 110
Clinchen
103
112
Corrosie
5
5
• Afwerking van lasnaden
• Beitsen in zuurbad
98, 111
Corrosievormen
• Decontaminatie
89, 112
Corrosieweerstand
40
• Passivatie
89, 111
• Corrosie
5
• Spleetcorrosie
• Voorbeitsen of conditioneren van de
oxidehuid
Chemische analyse
110
• Hogetemperatuurcorrosie
116
• Interkristallijne corrosie
6, 8, 9, 103
11
6, 10
131
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
• Plaatselijke corrosie
6
• Reducerende atmosferen
• Oxiderende atmosferen
11
• Spanningscorrosie
• Putcorrosie
6, 7
• Pittingpotentiaal
7
12
6, 9
• Veralgemeende corrosie
6
Crèmes en was
113
D
Decontaminatie
112
Dieptrekken
Decoratie - monumenten
100
Draadsnijden
49, 50, 51, 52, 53
44
42
Delayed cracking
57
Draaien
Detergenten en zepen
112
Duplex austenitisch-ferritische stalen 13, 14,
15, 18, 117, 126
E
Elektrisch weerstandslassen
Effect van niet-metallische insluitsels
(verspanen)
40
Elastische terugvering (springback)
48
81
Elektrodelassen met beklede elektrode
(“Shielded Metal Arc Welding” - SMAW) 80
F
• Hittebestendige roestvaste
Families roestvaste staalsoorten
staalsoorten
• Austenitische roestvaste staalsoorten
• Martensitische roestvaste staalsoorten
13, 14, 15, 17, 22, 30, 31, 36, 111, 121,
13, 14, 15, 19, 20, 39, 111, 125
126
Felsen
• Duplex austenitisch-ferritische
roestvaste staalsoorten
13, 14, 19, 126
13, 14, 15, 18,
103, 104
Ferrietvrij gloeien
22
Ferritische roestvaste staalsoorten 13, 14, 15,
23, 121, 126
• Ferritische roestvaste staalsoorten 13,
14, 15, 18, 21, 39, 111, 117, 121, 125
18, 21
Forceren
60
Frezen
44
G
Gebouwen - decoratie (reinigingsmethoden)
roestvast staal
113
Glans
Gepaste keuze van het roestvast
staaltype
132
Geschiktheid van reinigingsproducten voor
16
113
107
Grensvervormingskrommen (“Forming limit
Gereedschap (koud vervormen)
54
curves”)
53, 54
Gereedschapskeuze (verspanen)
41
Grof slijpen
109
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
H
Hardheidsproeven
122, 123
Hardsolderen (“brazeren”)
90
• Opwarming door inductie
91
• Opwarming in een oven
92
Hechtingsmechanismen
97
Hittebestendige roestvaste staalsoorten
13,
14, 19, 126
Hogetemperatuurcorrosie
11
• Opwarming met oxy-acetyleentoorts 90
Hoogfrequent inductielassen (HFIW)
• Opwarmtechniek
Hydroforming (buizen)
90
86, 88
59
I
Interkristallijne corrosie
In de handel verkrijgbare roestvast
staalproducten
6, 10
24
K
106
• Dieptrekken
• Glans
107
• Forceren
59
• Ruwheid
106
• Gereedschap
54
123
• Hydroforming (buizen)
59
• Modellering
54
Karakterisatie van het oppervlak
Kerfslagproef
Klemgereedschap
34
49, 50, 51, 52, 53
• Roping en ridging
56
Knippen met een guillotineschaar
30
• Smering
55
Koudvervormen
45
• Vloeidraaien
60
45
• Vrijbuigen
46
Klinken
• Buigen
• Buigen van buizen
103
57, 58
L
• Actief poeder (flux)
69, 71
99
• Afbrandstuiklassen
85
27
• Booglassen
66
Laboratoriumresultaten verkregen met
verschillende lijmsoorten
Lange producten
70, 71
• Elektrisch weerstandslassen
81
Laserlassen (“Laser beam welding” - LBW) 87
• Hoogfrequent inductielassen
86, 88
Lasersnijden
36
• Las- of aandrukrollen
Lasnaad
86
• Lasbad
Lassen
63
• Laserlassen
Lasbad
86
70, 71
87
133
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
• Lasnaad
86
• Lasparameters
74, 77, 79, 80, 82, 84,
• Belang van lijmen voor roestvast staal
97
• Belangrijkste families kleefmiddelen 94
85
• Bevochtiging van oppervlakken
96
• Lassen met beklede elektrode
80
• Chemische behandelingen
98
• Lassen met elektronenbundel
88
• Decoratie – monumenten
100
• Lassen met gevulde draad
75
• Hechting
96
• Hechtingsmechanismen
96
• Lasprocédés
• Lasstroom
66, 88
67, 74, 75, 77, 79, 80, 82,
• Laboratoriumresultaten verkregen met
84
• Marangoni effect
70
verschillende lijmsoorten
99
• MIG-lassen
72, 74
• Mastieken
95
• Onder poederdek lassen
77, 79
• Mechanische voorbereiding
98
• Plasmalassen
76,77
• Medische toepassingen
101
• Rolnaadlassen
83
• Ontwerp van gelijmde verbindingen 99
• Stuiklassen
84
• Pasta’s en flexibele lijmen
75
• Poeders of korrels
94
• Reiniging
98
• Surface Tension Transfer (STT)
• TIG-lassen
66, 67, 69, 71
• Varianten van weerstandslassen
84
• Warmte-beïnvloede zone
77
94
• Sandwichpanelen voor gevels van
gebouwen
100
81, 82
• Thermohardende lijmen
95
• Weerstandstuiklassen
84
• Thermoplastische lijmen
95
• Welding Research Council (WRC)
63
• Transportmaterieel
101
• Wrijvingslassen
88
• Uitharding of vernetting van de lijm 97
88
• Uitvoering van het lijmen
97
• Verbinden
97
75
• Vloeibare lijmen
94
94
• Voorbereiding van het oppervlak
97
• Zelfklevende films en strips
95
• Weerstandspuntlassen
Lassen met elektronenbundel
Lassen met gevulde draad (“Flux cored arc
welding” – FCAW)
Lijmen
• Aanbrengen van de lijm op het
substraat
• Bekleding van muren
97
100
M
Manueel buigen
46
Matrijsbuigen
Manueel zagen
34
Mechanische verbindingen
Marangoni effect
70
Mechanische voorbereiding (lijmen)
98
Medische toepassingen
101
Martensitisch roestvast staal
13, 14, 15, 19,
20, 39, 111, 125
Mastieken
134
95
47
102
Metaal Inert Gas lassen (MIG)
72, 73, 75
Metallografische onderzoeken
116
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Metallurgische proeven en controles
116
Modellering (dieptrekken)
54
Nabehandeling van lasnaden
89
MIG-lassen (“Gas Metal Arc Welding” –
GMAW)
72, 73, 75
N
Nabehandeling van buizen
62
O
Oppervlaktevoorbereiding en -behandeling
Onder poederdek lassen (“Submerged Arc
Welding” - SAW)
77, 79
109
Ontsmettingsmiddelen
113
Opwarming door inductie (solderen)
91
Ontvetting in warme alkalibaden
98
Opwarming in een oven (hardsolderen)
92
Ontvetting met oplosmiddelen
98
Opwarming met oxy-acetyleentoorts
90
Ontwerp van gelijmde verbindingen
99
Opwarmtechniek (hardsolderen)
90
Oplosmiddelen
113
Oxiderende atmosferen
Oplossingsgloeien
22, 23
Oppervlaktebescherming van roestvast stalen
platen
45
Parelstralen
109
11, 110, 111
Oxidische insluitsels (verspanen)
40
Oxy-acetyleensnijden
35
Plasmasnijden
36
P
Passivatie
89
Poeders en schuursponzen
112
Passivatie met pasta of gel
89
Poeders of korrels (lijmen)
94
Passivatiebaden
89
Polijsten
110
Pasta’s en mastieken
94
Ponsnibbelen
33
Pers
32
Principes en achtergrond (dieptrekken)
49
Puntlassen (“Resistance Spot Welding” -
Pittingpotentiaal
7
Plaatselijke corrosie
7
RSW)
81
49
Putcorrosie
7
Plaatwalsen
Plasmalassen (“Plasma Arc Welding” - PAW)
76, 77
135
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
R
Reducerende atmosferen
12
Reinigingsmethoden
113
Reinigingsmiddelen
112
Reinigingsmiddelen op zuurbasis
113
Reiniging
112
Rolnaadlassen (RSEW of SW)
Reiniging bij oplevering
113
“Roping” en “ridging”
Reiniging bij renovatie
114
Ruimen
Reiniging tijdens het gewone onderhoud 114
Ruwheid
83, 84
56
43, 44
106
Reiniging van installaties in de
voedingsindustrie
114
S
Sandwichpanelen
100
• Waterstraalsnijden
Schroeven en bouten
102
• Zagen
35
29, 34
• Zagen met de cirkelzaag
34
Smering (dieptrekken)
55
• Zagen met de lintzaag
34
Snijden
29
• Zagen met de wipzaag
34
Snijden, mechanisch - thermisch
29
• Zagen met de zaagfrees
34
Slitten
31, 32
Snijkrachten
30
• Knippen met de guillotineschaar
30
Solderen
93
• Lasersnijden
36
Spanningscorrosie
• Manueel zagen
34
Spanningsvrij gloeien
• Oxygen-acetyleen snijden
35
Spleetcorrosie
• Plasmasnijden
36
Stuiklassen
• Ponsnibbelen
33
• Knippen
• Ponsen
29, 30, 31
29, 32, 33
• Slitten
• Snijkrachten
• Thermisch snijden
31, 32
30
29, 35
• Uitsnijden met behulp van een
rollenschaar
32
affected zone” – HAZ)
22
8
84
• Afbrandstuiklassen
85
• Weerstandstuiklassen
84
• Stuiklassen
84
Stuiklassen (UW “Upset Welding”)
84
Sulfidische insluitsels
40
Surface tension transfer (lassen)
75
Synergie tussen de effecten van zwavel en
die van vervormbare oxides
• Warmte beïnvloede zone (“Heat
6, 9
40
36
T
Tappen
Technologie van de oppervlakte
136
44
105
Thermisch snijden
Thermohardende lijmen
29, 35
95
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Thermoplastische lijmen
95
Typische hardheidswaarden voor roestvast
staal
TIG-lassen (“Gas Tungsten Arc Welding” –
66
Typische waarden voor mechanische
Transportmaterieel (lijmen)
101
eigenschappen van roestvast staal
Trekproeven
119
GTAW)
122
121
U
Uitharding of vernetting
99
Uitsnijden met behulp van een pers
Uitsnijden (“blanking”)
32
Uitsnijden met behulp van een
• Uitsnijden met guillotineschaar
32
• Uitsnijden met rollenschaar
32
32
rollenschaar
32
V
Varianten van weerstandslassen
86
Veralgemeende corrosie
6
• Oxidische insluitsels
40
• Ruimen
43
40
Verbinden (lijmen)
97
• Sulfidische insluitsels
Verbindingstechnieken
63
• Synergie tussen de effecten van zwavel
Verspaanbaarheidscriteria
38
Verspanen
38
en die van vervormbare oxides
40
• Tappen
44
• Verspaanbaarheidscriteria
38
• Boren
42
• Draadsnijden
44
Vlakke producten
• Draaien
42
Vloeibare lijmen
94
Vloeidraaien
60
• Effect van niet-metallische
insluitsels
40
• Frezen
44
• Gedrag van de verschillende families
roesvaste staalsoorten
39
• Gereedschapskeuze
41
Walsen van buisuiteinden
104
24, 25
Voorbeitsen of conditioneren van de
oxidehuid
110
Voorbereiding van het oppervlak (lijmen)
98
Vrijbuigen
48
W
Warm vormgeven
Warmbuigen van buizen
61, 62
62
Warmbuigen van buizen in ferritisch roestvast
staal
Warmtebehandeling
62
20
137
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
• Afschrikking
20, 21
• Austenitisatietemperatuur
20
35
Weerstandstuiklassen
84
Wolfram inert gaslassen
Warmte-beïnvloede zone (“Heat Affected
Zone” – HAZ)
Waterstraalsnijden
36, 77, 124
66, 67, 69, 71
Wrijvingslassen
88
Zagen met de wipzaag
34
Zagen met de zaagfrees
34
Z
Zachtsolderen
Zagen
138
93
29, 34
Zagen met de cirkelzaag
34
Zagen met de lintzaag
34
Zandstralen en glasparelstralen
109
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
Letterwoorden en afkortingen
°C
: graden Celsius
J
: Joule (energie)
A
: Verlenging bij breuk (%)
K
: Scheurtip -
AISI
: American Iron and Steel Institute
AOD
: Argon-zuurstof ontkoling
(Procédé)
ASTM
: American Society for Testing and
Materials
A-TIG
: Activating Flux TIG (lassen)
AWS
: American Welding Society
spanningsintensiteitsfactor
KCV
: Kerfslagwaarde Charpy V (taaiheid)
kg
: Kilogram
LBW
: Laser Beam Welding (lassen)
LCC
: Life Cycle Costing
(levenscycluskosten)
LDR
: Limiting Drawing Ratio (Diep-
MF
: Midden Frequentie (lassen,
CERMET : CERamic - METal (verspanen)
CVD
: Chemical Vapor Deposition
trekwerk)
(verspanen)
solderen)
EVA
: Ethyl-vinyl-acetaat (Verlijming)
MIG
: Metal Inert Gas (lassen)
FCAW
: Flux Cored Arc Welding (lassen)
N
: Newton (kracht)
FW
: Flash Welding (lassen)
PAW
: Plasma Arc Welding (lassen)
GMAW : Gas Metal Arc Welding (lassen)
PVD
: Physical Vapor Deposition
GTAW
: Gas Tungsten Arc Welding (lassen)
HB
: Brinell Hardness number (hardheid)
Rm
: Breukweerstand (N/mm2)
HF
: Hoge Frequentie (lassen, solderen)
Rp
: Elasticiteitsgrens (N/mm2)
HFIW
: High Frequency Induction Welding
RSW
: Resistance Spot Welding (lassen)
SAW
: Submerged Arc Welding (lassen)
(lassen)
HRB
: Rockwell B Hardness number
(hardheid)
HRC
: Rockwell C Hardness number
(hardheid)
(verspanen)
SMAW : Shielded Metal Arc Welding (lassen)
STT
: Surface Tension Transfer
SW
: Seam Welding (lassen)
TIG
: Tungsten Inert Gas (lassen)
HSS
: High Speed Steels (verspanen)
UW
: Upset Welding (lassen)
HV
: Vickers Hardness number (hardheid)
WBZ
: Warmte-beïnvloede zone (lassen)
i.e.
: id est (dat wil zeggen, met andere
WIG
: Wolfram Inert Gas (lassen)
YAG
: Yttrium-aluminium-garnet (laser)
woorden)
139
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
6.4 Foto’s en afbeeldingen: rechthebbenden
Voorpagina: Bioreactor
8: Warm geëxtrudeerde profielen
producent: Pierre Guérin Technologies,
producent: Cefival, Persan (F) – foto: idem
Mauze (F) – foto: idem
9: Manual TIG-lassen
1: Blankgloeilijn
p. 5
10: Bevestigingsmiddelen
Luik (B) – foto: idem
foto: Benoît Van Hecke
p. 6
van melk
– civiele bouwtechniek: tijdelijke vereniging
producent: Pierre Guérin Technologies,
Bgroup – Geocal – foto: Thomas
Mauze (F) – foto: idem
Pauly – © 2006 asbl Atomium – SABAM,
12: Oppervlaktebehandeling
Belgium 2006
producent: Otto Suhner, Brugg (CH)
p. 24
13: Trekbank p. 115
(E) – foto: idem
producent: Zwick, Ulm (D) – foto: idem
p. 29
p. 109
14: Stoomkookketel
p. 118
producent: LVD Company nv, Gullegem
producent: SEB, Selongey (F) – foto: idem
(B) – foto: idem
15: Keukenmes voor professioneel
5: Bekleed hardmetalen wisselplaatje
p. 41
p. 125
– foto: idem
– foto: idem
6: Bekleed CERMET wisselplaatje
gebruik
producent: Wüsthof, Solingen (D)
producent: Seco Tools AB, Fagersta (S)
p. 41
16: Pomphuis
p. 126
foto: UGITECH, Ugine (F)
producent: Ebara Pumps Europe, Cles (I)
7: Glas-staal structuur van de lens van
– foto: idem
“La Cour de Rome”
p. 61
17: Tussenschotten voor
eigenaar: Régie autonome des transports
chemische tankers
parisiens (RATP) – architect: Arté
producent – scheepswerf: Cantieri
– Charpentier et associés – civiele
Navali De Poli, Pellestrina (I) – foto: idem
bouwtechniek: RFR Ingénieurs
18: Branderspruitsuk
(Projectingenieur:
producent: Bekaert Combustion Technology,
Mitsu Edwards) – foto: Mitsu Edwards
Assen (NL) – foto: idem
– © RATP
140
p. 105
– foto: idem
producent: Fagor Arrasate, Mondragon
4: Hydraulische guillotineschaar
p. 102
11: Installatie voor het pasteurizeren
eigenaar: asbl Atomium – architect: C. Conix
3: Slittinglijn
p. 64
foto: © 2006 ESAB, Gothenburg (S)
producent: Drever International,
2: Atomium, Brussel (B)
p. 62
p. 126
p. 127
WE RKE N M ET ROE STVA ST STA AL
6.5 Literatuurbronnen
1 Colombier (L), Hochmann (J), “Aciers inoxy-
œuvre (M 4 542); Fabrication (M 4 543) »,
dables et Aciers réfractaires”, Dunod, Parijs,
Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux
1965. Engelse vertaling door Scripta Technica
métalliques, Parijs, 2000. Engelse vertaling
Ltd., Stainless and Heat Resistant Steels,
door Davidson (J.H.), The Euro Inox Handbook
Edward Arnold Publishers Ltd.,
of Stainless Steel, Euro Inox, Luxemburg,
London, 1967
2002.
2 “La construction chaudronnée en acier
6 “Design Manual for Structural Stainless
inoxydable”, Ugine Kuhlmann – aciers spéci-
Steel”, derde uitgave, Luxemburg: Euro Inox
aux, Parijs, 1969
2006
3 “La pièce mécanique en acier inoxydable”,
7 “Guide du collage de l’acier inoxydable /
Ugine Aciers, Parijs, 1973
Guide to adhesive bonding of stainless steel”,
Ugine document, La Défense, 1996
4 “Les aciers inoxydables” (meerdere auteurs), wetenschappelijke uitgevers : Lacombe
8 Association Ouvrière des Compagnons du
(P), Baroux (B) et Béranger (G), les Editions
Devoir du Tour de France alsook de samen-
de Physique, Les Ulis, 1990. Engelse verta-
werking met G. Murry, coördinator, Travailler
ling door Davidson (J.H.) and Lindquist (J.B.),
l’Acier – Manuel de l’Artisan et du Technicien,
Stainless Steels, les Editions de Physique (uit-
Uitgeverij SIRPE, Parijs, 1996 .
gevers), les Ulis, 1993
9 Moiron (J-L) met medewerking van Bonnefois
5 Cunat (P-J), « Aciers inoxydables. Critères
(B) en Cunat (P-J), “Souder les aciers inoxyda-
de choix et structure (M 4 540); Propriétés.
bles”, SIRPE, Parijs, 2000
Résistance à la corrosion (M 4 541); Mise en
141
Werken
met roestvast
staal
dswsdddssda
8e
door
Pierre-Jean
Cunat
by
Pierre-Jean
Cunat
ISBN 978-2-87997-181-0
978-2-87997-182-7
Diamant Building ·Bd A. Reyers 80 ·1030 Brussels ·Belgium ·Tel. +32 2 706 82 67 ·Fax -69 ·e-mail [email protected] ·www.euro-inox.org
Materials en
andToepassingen
Applications reeks,
Series,Volume
Volume2 2
Materiaal