Fijnkorrelstaal lassen: S460 tot S690

Hogesterktestaal levert dunnere platen, lichtere constructies en minder lasmetaal. Die winst haalt u alleen binnen als het lasproces de eigenschappen van het staal intact laat. Anders dan bij S235 of S355 is er bij S460 en hoger namelijk een boven- en een ondergrens aan de warmte-inbreng, en die twee grenzen liggen dicht bij elkaar.

Dit artikel legt uit waar die grenzen vandaan komen, wat het verschil is tussen normaalgegloeid, thermomechanisch gewalst en veredeld fijnkorrelstaal, hoe u voorwarmtemperatuur bepaalt en waarom waterstofarm werken bij deze staalsoorten geen aanbeveling maar een voorwaarde is.

1. Drie routes naar dezelfde sterkte

Fijnkorrelstaal ontleent zijn sterkte aan een zeer fijne korrelstructuur, niet aan een hoog koolstofgehalte. De route ernaartoe verschilt echter, en dat bepaalt hoe het staal op laswarmte reageert. Normaalgegloeid staal volgens EN 10025-3 (aanduiding N of NL) is het meest vergevingsgezind: de structuur is door gloeien tot stand gekomen en verdraagt een ruime warmte-inbreng.

Thermomechanisch gewalst staal volgens EN 10025-4 (M of ML) krijgt zijn korrel uit een nauwkeurig gestuurd walsproces bij lage temperatuur. Die structuur is niet terug te krijgen met warmte: te veel warmte-inbreng laat de korrel groeien en de sterkte zakt blijvend. Veredeld staal volgens EN 10025-6 (Q of QL, denk aan S690QL) is afgeschrikt en ontlaten; ook daar breekt te veel warmte de structuur af, terwijl te weinig warmte juist martensiet en scheurgevoeligheid oplevert.

2. Het warmte-inbrengvenster

Bij S355 kunt u in de praktijk met een brede marge werken. Bij S690QL is het venster vaak niet meer dan 0,8 tot 2,0 kJ/mm, en de staalfabrikant geeft daarvoor per dikte een tabel af. Boven de bovengrens verliest u rekgrens en kerftaaiheid door korrelgroei en door ontlating van de HAZ; onder de ondergrens koelt de las zo snel af dat er hard, scheurgevoelig martensiet ontstaat.

Die tabellen van de fabrikant zijn geen suggestie: bij thermomechanisch en veredeld staal zijn zij het leidende document, naast EN 1011-2. Neem de grenzen letterlijk over in de WPS en meet ze, in plaats van ze af te leiden uit stroom en spanning alleen. Hoe u dat rekent staat in warmte-inbreng berekenen.

3. Voorwarmen en de rol van koolstofequivalent

De voorwarmtemperatuur bepaalt u met de methode uit EN 1011-2, bijlage C. De ingangsgegevens zijn het koolstofequivalent CET of CEV uit het materiaalcertificaat, de gecombineerde dikte, de warmte-inbreng en het waterstofgehalte van het toevoegmateriaal. Bij S460M op 20 mm komt u vaak uit op 50 tot 100 graden, bij S690QL op 30 mm al snel op 125 tot 175 graden.

Voorwarmen doet twee dingen tegelijk: het vertraagt de afkoeling, waardoor minder martensiet ontstaat, en het geeft waterstof de tijd om uit de las te diffunderen. Meet de temperatuur op de juiste plaats, op ongeveer vier maal de wanddikte van de naad af aan de zijde tegenover de verwarming, en houd hem ook tussen de rupsen vast. Zie voorwarmen: wanneer nodig.

4. Waterstofarm werken

Hoe hoger de sterkte, hoe gevoeliger het staal is voor waterstofscheuren. Bij S690 is waterstofarm toevoegmateriaal verplicht: beklede elektroden van het type basisch met een gegarandeerd gehalte van maximaal 5 ml per 100 gram, en bij voorkeur 3 ml. Die elektroden moeten in een droogoven en in een quiver blijven, want zij nemen vocht op uit de lucht.

Ook bij gevulde draad is de waterstofklasse relevant, en bij massieve draad onder gas is het gehalte van nature laag. Vocht, roest en verf op het werkstuk zijn even goede waterstofbronnen als een natte elektrode. De volledige werkwijze staat in waterstofscheuren voorkomen.

5. Toevoegmateriaal: matching of undermatching

De standaardkeuze is matching: toevoegmateriaal met dezelfde sterkteklasse als het basismateriaal. Bij S690 betekent dat bijvoorbeeld een draad uit de klasse 690. Er is echter een bewuste uitzondering, undermatching, waarbij u een lagere sterkteklasse kiest. Dat verlaagt de restspanningen en het scheurrisico, ten koste van de sterkte van de verbinding.

Undermatching is gangbaar bij hoeklassen in S690, waar de verbinding vaak niet de maatgevende doorsnede is, en bij zeer dikke secties. De keuze hoort thuis in de constructieberekening en in de WPS, en moet door de lasmethodekwalificatie zijn gedekt: een WPQR op matching toevoegmateriaal dekt undermatching niet automatisch.

6. Kwalificatie en beproeving

Lasmethodekwalificatie loopt via EN ISO 15614-1, met fijnkorrelstaal in de materiaalgroepen 2 en 3 van ISO/TR 15608. Let op dat een kwalificatie in een hogere groep een lagere groep niet automatisch dekt en omgekeerd; de regels staan in de norm en worden vaak verkeerd toegepast. Zie WPQR-geldigheid bepalen.

Bij deze staalsoorten wordt in de beproeving vrijwel altijd kerfslagwerk bij lage temperatuur geeist, plus hardheidsmetingen in de HAZ. De hardheidsgrens ligt doorgaans op 380 of 450 HV10, afhankelijk van de toepassing en of er een warmtebehandeling na het lassen plaatsvindt. Hoe die meting eruitziet leest u in hardheidsmeting op lasverbindingen.