Ooit schreef ik een artikel voor het blad ALURVS met als titel ‘Wetenswaardigheden warmtebehandelen van RVS’. Onderstaande blog is ontleend aan dit artikel en bovendien is het aangevuld met allerlei tips om het gloeiproces tot een succes te maken.

In dit blog worden aanbevelingen gedaan over de werkwijzen die nodig zijn voor het optimaal gloeien van roestvast staal. Om hier een goed beeld van te krijgen, is het belangrijk om eerst de verschillende typen roestvast staal als volgt te selecteren:

  • Austenitisch roestvast staal;
  • Ferritisch roestvast staal;
  • Martensitisch roestvast staal;
  • Precipitatiehardend roestvast staal.

Een oplettende lezer zal onmiddellijk merken dat duplex in deze opsomming ontbreekt en daarom wil ik verwijzen naar de blog "Wel of niet gloeien na het lassen van duplex"

1. Austenitisch roestvast staal
Ongeacht welk type warmtebehandeling er verricht moet worden, moet er altijd bij het vullen van werkstukken van austenitisch roestvast staal in een oven, rekening worden gehouden met de hoge thermische uitzetting van dit materiaal. Deze is ongeveer 50% hoger dan die van koolstofstaal en ferritisch roestvast staal. De tussenruimte tussen de componenten moet dus voldoende groot zijn, om plaats te kunnen bieden aan deze relatief grote uitzetting. Stapelen van werkstukken moet met overleg plaatsvinden, om vervorming bij hoge temperatuur te voorkomen.

Gloeien van roestvast staal in een oven
Gloeien van roestvast staal in een oven.

Voor zowel austenitisch als ferritisch roestvast staal geldt, dat de microstructuur bij temperatuurverhoging hetzelfde blijft. Ook geldt hierbij dat beide typen roestvast staal alleen maar een warmtebehandeling ondergaan om mechanische spanningen af te bouwen. Deze spanningen zijn het gevolg van voorgaande bewerkingen. Austenitisch roestvast staal heeft een temperatuurtraject, waarin ongewenste uitscheidingen van chroomcarbiden kunnen ontstaan. Dit traject wordt ook wel het sensitieve gebied genoemd. Dergelijke uitscheidingen gaan sterk ten koste van de corrosiebestendigheid. Dit traject strekt zich uit van ongeveer 500 tot 900°C. De hoogste gloeitemperatuur, waarbij nog geen buitensporige korrelgroei plaatsvindt, bedraagt 1095°C. Bij afkoeling moet het sensitieve traject, waarbinnen dus uitscheidingen van chroomcarbiden kunnen plaatsvinden, zo snel mogelijk worden doorlopen. Om deformatie en/of scheurvorming te voorkomen van dunwandige werkstukken, moet er afdoende gekoeld worden in geforceerde lucht. Voor sommige kritische werkstukken kan dat echter nog te heftig zijn, waardoor er toch in rustige lucht moet worden afgekoeld. Dit kan echter wel enigszins ten koste gaan van de corrosiebestendigheid.

2. Ferritisch roestvast staal
Ferritisch roestvast staal c.q. chroomstaal blijft in bijna alle temperaturen ferritisch van structuur en kan dus niet worden gehard door verhitten en afschrikken. Maar dat gaat niet voor alle typen op want sommige soorten vormen namelijk grensgevallen. Als namelijk het chroomgehalte aan de lage kant is en het koolstofgehalte aan de hoge kant, kan er bij verwarming enig austeniet ontstaan, die bij afkoeling overgaat in martensiet. De belangrijkste warmtebehandeling die ferritisch roestvast staal ondergaat is zachtgloeien. In de zachtgegloeide toestand krijgen ferritische typen een maximale zachtheid, betere vervormbaarheid en hogere corrosiebestendigheid. Zachtgloeien dient in de eerste plaats om spanningen af te bouwen, die het gevolg zijn van bijvoorbeeld lassen of koud vervormen. In de tweede plaats geeft het een vrijwel homogene structuur en heft het structuuromzettingen op, die het gevolg zijn van lassen of door de zogenaamde 475°C-verbrossing. Dit komt vooral de kerfslagtaaiheid ten goede. Deze verbrossing is het gevolg van uitscheidingen bestaande uit chroom/ijzerverbindingen die zeer bros zijn. Bij afkoeling moet het temperatuurtraject van 525 tot 400°C zo snel mogelijk worden doorlopen. Ferritisch roestvast staal wordt altijd gegloeid bij temperaturen die boven het gebied van de 475°C-verbrossing uitkomen, maar ook onder temperaturen waarbij austeniet zou kunnen ontstaan. Ferritisch roestvast staal is gevoelig voor korrelgroei tijdens het verhitten.

3. Martensitisch roestvast staal
Martensitisch roestvast staal is gevoeliger voor allerlei variabelen tijdens warmtebehandelingen dan koolstofstaal of gelegeerd staal. Het afkeuringspercentage, als gevolg van fouten in de warmtebehandeling, is dan ook evenredig hoger. De warmtebehandeling moet dusdanig worden uitgevoerd dat de corrosiebestendigheid en overige eigenschappen op peil blijven. Om verontreinigingen te voorkomen, moeten alle werkstukken en hulpgereedschappen grondig worden gereinigd voordat ze in de oven worden geplaatst. Rekken en steunen moeten van roestvast staal zijn gemaakt, of van een nikkellegering die aanzienlijke hoeveelheden chroom bevat. Een juiste reiniging is met name van belang, als er gebruik wordt gemaakt van een beschermende atmosfeer. Martensitisch roestvast staal wordt doorgaans gehard door het te verhitten tot boven het transformatietemperatuurtraject (925 tot 1065°C), gevolgd door afkoeling aan lucht. Vanwege de slechte warmtegeleiding, kunnen hoge temperatuurgradiënten en hoge mechanische spanningen tijdens snelle opwarming vervorming en scheurvorming veroorzaken. Om dit te voorkomen, wordt voorwarmen aanbevolen en dat met name voor de volgende gevallen:

  • Dunwandige werkstukken;
  • Componenten met zowel dikke als dunne secties;
  • Werkstukken met scherpe hoeken;
  • Werkstukken waar veel slijpwerk aan is verricht;
  • Werkstukken die zijn verspaand met een hoge aanzet;
  • Werkstukken die koud vervormd zijn;
  • Werkstukken die gericht zijn;
  • Werkstukken die al eens eerder zijn gehard, maar wederom een warmtebehandeling moeten ondergaan.

Voorwarmen vindt gewoonlijk plaats op 760 tot 790°C en moet lang genoeg duren om er zeker van te zijn dat elk deel van het werkstuk deze temperatuur heeft aangenomen. Als een maximale corrosiebestendigheid en sterkte wordt gevraagd, moet martensitisch roestvast staal worden geausteniteerd aan de hoge kant van het temperatuurtraject. De verblijftijd vormt een compromis tussen enerzijds het bereiken van maximale sterkte en corrosiebestendigheid en anderzijds het tegengaan van ontkoling. Voorts moeten buitensporige korrelgroei, vorming van restausteniet, brosheid en scheuren door het afschrikken worden voorkomen. Eventuele restausteniet kan worden verwijderd door koeling bij temperaturen onder nul, gevolgd door ontlaten.

4. Precipitatiehardend roestvast staal
Het merendeel van de precipitatiehardende typen roestvast staal kunnen worden gehard tot tenminste 44HRC en vaak ook nog hoger. Dit vindt echter niet plaats met de bekende afschrikmethodes, die gebruikt worden voor martensitische typen roestvast staal. De hardingsmethodes voor precipitatiehardend roestvast staal komen eerder overeen met die voor non-ferrolegeringen. In het algemeen wordt er eerst verwarmd tot een hoge temperatuur, vervolgens wordt er snel afgekoeld, waarna precipitatie (uitscheiding) plaatsvindt bij een gematigde hoge temperatuur.

Vind hier ook mijn blogs welke geschreven zijn voor AluRVS: https://www.alurvs.nl/roestvast-staal/Blog/ en AluRVS Staal: https://www.alurvs.nl/staal/blog/