Kimpalan keluli tahan karat
Keluli tahan karat dianggap mempunyai kebolehkimpalan yang baik berbanding dengan banyak logam lain dan boleh berjaya dikimpal dengan beberapa teknik yang berbeza dengan tetapan dan keadaan yang betul.
Keluli tahan karat Austenit
Secara umumnya, keluli tahan karat austenit tidak sensitif kepada keretakan selepas dikimpal. Oleh kerana ia tidak boleh dikeraskan semasa penyejukan, ia mempamerkan keliatan dan kemuluran yang baik, manakala tiada keperluan untuk rawatan haba pra atau selepas kimpalan. Walau bagaimanapun, dalam keadaan tertentu keretakan sama ada pada logam kimpalan (atau pengisi) atau zon terjejas haba (HAZ) boleh berlaku.
Keretakan pemejalan logam kimpalan lebih berkemungkinan dalam struktur austenit sepenuhnya yang lebih sensitif retak daripada yang mengandungi sejumlah kecil ferit. Gred austenit sepenuhnya termasuk gred 310, 320 dan 330. Walau bagaimanapun, kerana keluli tahan karat austenit yang paling banyak digunakan sebenarnya mengandungi sejumlah kecil ferit, maka ini sebenarnya kurang isu daripada yang pertama kali muncul! Sebagai contoh, Aloi 316 akan mengandungi antara 3% dan 10% ferit. Fermonic 50 (XM-19, UNS S20910, 1.3964, Nitronik 50), Fermonic 60 (UNS S21800,Nitronik 60) danAloi 254(UNS S31254, 1.4547, 254SMO, 6Mo) juga mengandungi sebahagian kecil ferit. Kuantiti kecil struktur mikro ferit yang ada ini mampu melarutkan kekotoran yang boleh menyebabkan pembentukan retakan antara dendritik atau pengasingan suhu lebur yang rendah. Ini berkaitan dengan kehadiran fosforus atau sulfur, dianggap sebagai unsur gelandangan kerana ia tidak ditambah secara sengaja tetapi sebaliknya diambil daripada sekerap permulaan, bahan mentah dan proses.
Kehadiran karbon dalam keluli tahan karat austenit boleh menyebabkan kakisan antara butiran dalam logam kimpalan atau HAZ selepas kimpalan. Karbida kromium terbentuk pada sempadan butiran keluli tahan karat austenit dalam julat suhu 550–900 darjah . Ini bermakna bahawa kawasan di sekeliling karbida kini lebih rendah dalam kandungan kromium, kerana resapan kromium dalam logam induk adalah sangat perlahan. Oleh itu, kawasan dengan kandungan kromium yang lebih rendah ini kurang tahan terhadap kakisan, dan sebarang kakisan yang berlaku berkemungkinan besar akan bermula di sini. Fenomena ini boleh disebabkan oleh suhu yang dialami semasa mengimpal dan dikenali sebagai pemekaan.
Mempunyai kandungan karbon yang lebih rendah akan mengurangkan kemungkinan pemekaan selepas kimpalan. Oleh itu, banyak gred standard tersedia dengan kandungan karbon yang jauh lebih rendah, sepertiAloi 316L(C < {{0}}}.03%) berbanding dengan Aloi 316 (C < 0.08%).
Gred yang stabil seperti Alloy 316Ti menggunakan penambahan titanium untuk memperbaiki sifat pada suhu tinggi. Ini juga mengurangkan pemekaan kerana mana-mana karbon yang terdapat dalam logam sebaiknya bergabung dengan titanium daripada kromium.
Akhir sekali, jika keluli tahan karat austenit terdedah antara 550-900degC untuk tempoh yang lama maka adalah mungkin untuk membentuk fasa sigma yang merosakkan daripada sejumlah kecil ferit yang hadir. Mekanisme ini diliputi di bawah untuk keluli tahan karat dupleks.
Keluli tahan karat dupleks dan super dupleks
Seperti keluli tahan karat austenit yang paling biasa, kehadiran beberapa ferit dalam struktur mikro boleh membantu mengehadkan kemungkinan retak panas semasa mengimpal. Memandangkan keluli tahan karat dupleks dan super dupleks mempunyai perkadaran austenit dan ferit yang hampir sama maka ini sudah tentu tidak menjadi masalah. Oleh itu, keluli dupleks mudah dikimpal, tetapi prosedur kimpalan mesti memenuhi syarat dan dikawal untuk mengelakkan daripada mewujudkan struktur mikro yang tidak diingini.
Isu utama dengan keluli tahan karat dupleks adalah kecenderungan mereka untuk membentuk mikrostruktur fasa sigma daripada transformasi ferit. Transformasi ini berlaku merentasi julat suhu dan masa yang berbeza, seperti yang paling baik ditunjukkan dalam carta TTT (masa-suhu - transformasi). Sigma ialah fasa intermetalik bukan magnetik, kaya dengan besi dan kromium. Kawasan sekitar fasa sigma akan lebih rendah dalam kandungan kromium, dan oleh itu rintangan kakisan jauh lebih rendah. Di samping itu, transformasi ferit kepada sigma boleh mengakibatkan lompang yang membawa kepada kehadiran keretakan dan penurunan ketara dalam kekuatan mekanikal dan terutamanya keliatan impak. Oleh itu, rintangan kakisan yang sangat baik dan sifat mekanikal keluli tahan karat dupleks dan super dupleks dinafikan sepenuhnya jika terdedah kepada suhu yang lebih tinggi.
Carta TTT menunjukkan bahawa ferralium 255 (UNS S32550, F61, 1.4507) sedikit kurang berkemungkinan membentuk Sigma daripada S32760 (F55, 1.4501, Zeron 100), S32750 (F53, 1.4410, ) gred.
Untuk mengelakkan pembentukan sigma, keadaan kimpalan mesti dikawal untuk mengehadkan masa pada suhu. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar rajah TTT, tempoh masa relatif lebih pendek pada atau sekitar 800-900degC boleh membentuk fasa sigma. Oleh kerana saiz logam induk yang agak besar berbanding dengan kawasan kimpalan, maka haba kimpalan biasanya hilang dengan agak cepat. Tempoh masa yang lebih lama pada suhu yang lebih rendah akhirnya boleh membawa kepada transformasi mikrostruktur yang sama. Oleh itu, untuk kimpalan berbilang laluan, adalah penting untuk mengehadkan suhu kimpalan. Ini boleh dicapai dengan mengurangkan input haba kimpalan, memberikan tahap penyejukan atau jeda antara pas.
Cabaran utama lain dengan mengimpal keluli tahan karat dupleks dan super dupleks ialah mengekalkan austenit yang seimbang: struktur mikro ferit. Di kawasan logam kimpalan, biasanya terdapat kehilangan nitrogen. Oleh kerana nitrogen adalah penstabil austenit, kehilangan nitrogen dari kawasan kimpalan menggalakkan bahagian ferit yang lebih besar yang mengakibatkan kehilangan sifat mekanikal dan kakisan. Ini boleh diatasi dengan memilih logam pengisi yang terlalu aloi iaitu dengan peratusan nikel yang lebih besar (satu lagi penstabil austenit) atau menggunakan nitrogen sebagai gas pelindung itu sendiri supaya logam kimpalan mengambil sedikit nitrogen.
