dswsdddssda ISBN

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


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


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


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


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


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.


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


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


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


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


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


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


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


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…


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


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


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


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-


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


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


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


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)


Vlakke Producten Deze maken 85 % van het globale verbruik uit

vloeien 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


• 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


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


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.


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


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


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


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


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


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 beitsen 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-


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


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.


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


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.


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


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.


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


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).


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


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.


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


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.


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


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


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


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


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


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.


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


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


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


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


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


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


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


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.


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 beitsen 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


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 beitsen passiveerbehan-

tenkant na beitsen gepolijst te worden met een

deling noodzakelijk. Indien de buis bestemd is

schuurmiddel met geschikte korrelgrootte.


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


Foto 9: manueel TIGlassen

64


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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


(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


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


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


(“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


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


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


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


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 hoeken 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


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


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


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


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


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-


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


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


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


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


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


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.


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


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.


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


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.


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


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


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


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


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


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-


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


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


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


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°


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


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


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


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.


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


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


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


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


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


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


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


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.


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


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


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


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)


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 vloeien

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


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.


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


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.


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


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


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


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


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


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


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


• 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


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


• 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


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


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


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


• 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


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


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


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

dswsdddssda ISBN

Recommend Documents