Austenitisch roestvast staal lassen: 304 en 316

Austenitisch roestvast staal is het meest gelaste roestvaste materiaal ter wereld, en tegelijk het materiaal waar in de praktijk de meeste fouten mee worden gemaakt. Het lijkt eenvoudig te lassen: het is taai, het hardt niet uit en er is geen voorwarming nodig. Precies daardoor wordt het vaak behandeld als koolstofstaal, en dat gaat mis. De warmtegeleiding is ongeveer een derde van die van staal, de uitzetting anderhalf keer zo groot, en de corrosievastheid hangt volledig af van een chroomoxidehuid die door lassen plaatselijk wordt vernield.

Dit artikel behandelt wat er in het materiaal gebeurt tijdens het lassen van 304 en 316, welk toevoegmateriaal u kiest, hoe u warmte-inbreng en interpasstemperatuur beheerst, waarom backing gas bij doorlassingen niet optioneel is, en hoe u de las na het lassen weer corrosievast maakt.

Wat 304 en 316 van elkaar onderscheidt

De twee typen verschillen in essentie op een punt: 316 bevat ongeveer 2 tot 3 procent molybdeen, 304 niet. Dat molybdeen verhoogt de weerstand tegen putcorrosie in chloridehoudende omgevingen aanzienlijk. In zeewater, in pekel, in zwembadlucht en in veel procesvloeistoffen is dat het verschil tussen een installatie die het twintig jaar uithoudt en een die na twee jaar put.

Beide typen zijn austenitisch: bij kamertemperatuur is het gevoegde kristalrooster kubisch vlakgecentreerd, wat ze niet-magnetisch, zeer taai en niet hardbaar maakt. De L-varianten 304L en 316L hebben een verlaagd koolstofgehalte, maximaal 0,030 procent in plaats van 0,08 procent. Voor laswerk is dat geen detail maar de standaardkeuze, om redenen die hieronder aan bod komen.

De typische samenstellingen volgens EN 10088-2 zijn 1.4301 voor 304, 1.4307 voor 304L, 1.4401 voor 316 en 1.4404 voor 316L. In tekeningen en bestellingen komt u beide naamgevingen tegen; controleer bij twijfel altijd het materiaalcertificaat, want op de vloer worden AISI-aanduiding en werkstofnummer regelmatig door elkaar gehaald.

Chroomcarbidevorming en sensibilisatie

Verblijft austenitisch RVS tussen ongeveer 450 en 850 graden Celsius, dan verbinden koolstof en chroom zich op de korrelgrenzen tot chroomcarbiden. Op die korrelgrenzen ontstaat daardoor plaatselijk een chroomarme zone. Zakt het chroomgehalte daar onder ongeveer 10,5 procent, dan is die zone niet langer roestvast en treedt interkristallijne corrosie op. Het materiaal is dan gesensibiliseerd.

De warmte beinvloede zone naast een las doorloopt dat temperatuurgebied per definitie. Hoe langer hij daar blijft, hoe meer carbiden. Drie maatregelen voorkomen het probleem: kies een L-kwaliteit, zodat er te weinig koolstof is om carbiden te vormen; houd de warmte-inbreng laag zodat de verblijftijd kort is; en houd de interpasstemperatuur beperkt.

Bij gestabiliseerde typen zoals 321 (titaan) en 347 (niobium) bindt het stabilisatie-element de koolstof al voordat chroom de kans krijgt. Die typen komen vooral voor bij hogere bedrijfstemperaturen. Voor gewoon constructie- en apparatenwerk is een L-kwaliteit eenvoudiger en goedkoper.

Toevoegmateriaal kiezen

De vuistregel is dat het toevoegmateriaal iets hoger gelegeerd is dan het basismateriaal, zodat de las na verdunning nog steeds voldoet. Voor 304 en 304L is dat 308L, voor 316 en 316L is dat 316L. Kiest u 308L op 316, dan verliest u het molybdeen in de las en is juist die las de zwakke plek in een chloridenomgeving.

Toevoegmateriaal voor austenitisch RVS is bewust zo samengesteld dat het lasmetaal een kleine hoeveelheid deltaferriet bevat, doorgaans 3 tot 10 FN. Die paar procent ferriet voorkomt warmscheuren in het stollende lasmetaal. Volledig austenitisch lasmetaal is scheurgevoelig. Het ferrietgehalte meet u met een ferritoscoop; bij drukapparatuur en bij lage temperaturen wordt daar regelmatig een eis aan gesteld, zowel een minimum tegen warmscheuren als een maximum met het oog op taaiheid en magnetisme. Meer daarover in ons artikel over ferrietmeting.

Let ook op de uitvoering. Voor TIG neemt u massieve staven, voor MIG massieve draad, voor gevulde draad let u op de positie waarvoor de draad geschikt is. Bewaar RVS-toevoegmateriaal gescheiden van staal en gebruik gescheiden gereedschap, borstels en slijpschijven. IJzerdeeltjes die in het oppervlak worden gedrukt roesten en zetten vervolgens het RVS eromheen aan.

Warmte-inbreng, interpass en vervorming

De uitzettingscoefficient van austenitisch RVS is ongeveer 16 tot 17 micrometer per meter per graad, tegen ongeveer 12 bij koolstofstaal. De warmtegeleiding is juist veel lager. Die combinatie betekent dat de warmte lokaal blijft en het materiaal sterk wil uitzetten. Het gevolg is meer krimp en meer vervorming dan u van staal gewend bent.

Houd de warmte-inbreng daarom laag, in de praktijk vaak onder 1,5 kJ/mm, en begrens de interpasstemperatuur tot ongeveer 150 graden Celsius. Meet die temperatuur ook echt, met een contactthermometer of temperatuurkrijt; een hand op de plaat is geen meting. Hoe u de warmte-inbreng berekent leest u in warmte-inbreng berekenen.

Voor de vervorming zelf gelden dezelfde technieken als bij staal, maar strenger toegepast: hechten op korte afstand, symmetrisch lassen, pelgrimsgang bij lange naden, degelijk opspannen en zo min mogelijk laswerk. Zie lasvervorming beperken voor de volledige aanpak.

Backing gas bij doorlassingen

Bij een doorlassing komt de wortelzijde in contact met lucht terwijl het materiaal nog boven de 300 graden is. Zuurstof verbrandt dan het chroom aan het oppervlak tot een dikke oxidelaag. Die laag is niet alleen lelijk, zij is chroomarm: de corrosieweerstand op de wortelzijde is aangetast. In pijpleidingen voor voedingsmiddelen, farma en procesindustrie is dat onacceptabel.

De oplossing is spoelen met formeergas aan de wortelzijde: argon, stikstof of een stikstof-waterstofmengsel. Spoel tot het restzuurstofgehalte onder de eis zit. Voor gewoon procesleidingwerk wordt vaak 0,5 procent aangehouden, voor titaanachtige eisen en voor zeer kritische toepassingen wordt naar 50 ppm gewerkt. Meet met een zuurstofmeter in de retour, ga niet af op een tijdsduur alleen.

De kleur van de wortel is een directe indicatie: zilverwit of strogeel is goed, donkerblauw is grensgeval, grijs of zwart met een poederig oxide is afkeur. Veel specificaties, waaronder AWS D18.2 voor de voedingsmiddelenindustrie, hangen daar een kleurenkaart aan.

Nabehandeling: beitsen en passiveren

Na het lassen is het oppervlak rond de las verkleurd, en die aanloopkleur is een chroomarme oxidelaag. Alleen borstelen met een RVS-borstel maakt het optisch netter maar herstelt de corrosievastheid niet volledig. Voor kritische toepassingen beitst u de las: met beitspasta, beitsspray of in een beitsbad wordt de aangetaste laag weggeetst.

Na het beitsen passiveert u, zodat de chroomoxidehuid zich gelijkmatig herstelt. In de praktijk gebeurt dat vaak in een gecombineerde stap of door het materiaal schoon en droog aan de lucht bloot te stellen. Elektrolytisch reinigen is een alternatief dat plaatselijk en zonder agressieve zuren werkt, maar dat verwijdert zware oxidehuiden minder goed.

De volledige werkwijze, inclusief de veiligheidsaspecten van fluorwaterstofhoudende beitspasta, staat in RVS-verkleuring, beitsen en passiveren.

Kwalificatie en normkader

Voor lasmethodekwalificatie valt austenitisch RVS in Europa onder EN ISO 15614-1 en in de materiaalgroepindeling van ISO/TR 15608 onder groep 8. Kwalificeert u op 316L, dan dekt dat binnen de regels van de norm niet automatisch elke andere groep 8-staalsoort; controleer het bereik voordat u aan het proefstuk begint. Zie WPQR-geldigheid bepalen.

Voor lasserskwalificatie geldt EN ISO 9606-1 voor staal, maar voor roestvast staal is dat EN ISO 9606-1 met de betreffende materiaalgroep. Let op de regel dat lassen in austenitisch materiaal niet zonder meer koolstofstaal dekt en omgekeerd. Bij drukapparatuur komt daar de PED bij, waarbij het toevoegmateriaal en de lasmethode door een aangewezen instantie worden goedgekeurd. Zie PED en lassen.