Warum neigt Edelstahl nach dem Schweißen zum Rosten?

Rost auf Edelstahl nach dem Schweißen ist für viele Ingenieure und Konstrukteure ein häufiges Problem. Betrachtet man den gelben Rost rund um die Schweißnaht auf der ursprünglich glatten Oberfläche, ist die erste Reaktion oft: „Ist das Material eine Fälschung gekauft?“ Tatsächlich handelt es sich in den meisten Fällen um echtes Material, und das Problem liegt im notwendigen Schweißprozess selbst, der das empfindliche Gleichgewicht von Edelstahl stört.

1. Wie funktioniert das Edelstahlamulett?

• Kernbarriere: Chromoxidfilm

Der Chromgehalt in Edelstahl übersteigt normalerweise 10,5 %. Wenn Chrom der Luft ausgesetzt wird, reagiert es schnell mit Sauerstoff und bildet auf der Oberfläche einen sehr dünnen (etwa 1-3 Nanometer), aber extrem dichten Passivierungsfilm aus Chromoxid (Cr₂O₃). Dieser Film ist für das bloße Auge unsichtbar, lässt sich aber wie eine Panzerung fest anbringen und isoliert so effektiv den Kontakt zwischen Stahlmatrix und korrosiven Medien.

• Eine anschauliche Metapher:

Dieser Passivierungsfilm ist wie die menschliche Haut. Eine gute Haut kann äußeren Bakterien widerstehen; Beim Schweißen kommt es zu einer „tiefen Verbrennung“ im lokalen Bereich, die Haut wird zerstört. Wenn es nicht rechtzeitig richtig behandelt wird, wird die Wunde infiziert und entzündet.

2. Analyse des Einflusses des Schweißwärmefelds auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von Stahl

(1) Das Phänomen des „Chrommangels“ in der Wärmeeinflusszone (HAZ)-der grundlegendste Auslöser.

Dies ist der zentrale und beruflichste Grund für Fugenrost. Wenn die Schweißtemperatur den empfindlichen Bereich von 450 bis 850 Grad erreicht (insbesondere bei langsamer Abkühlung), verbindet sich Chrom im Edelstahl mit Kohlenstoff und scheidet Chromkarbid (CRC) entlang der Korngrenze aus.

• Schwerwiegende Folgen: Chrom wird im Karbid „eingesperrt“ und kann nicht an der Bildung des Passivfilms teilnehmen. Dies führt zu einem starken Abfall des Chromgehalts im Korngrenzenbereich um das Karbid (d. h. „chromarm“) und manchmal sogar unter den kritischen Wert von 10,5 %, um die Rostbeständigkeit aufrechtzuerhalten.
• Intuitive Leistung: In korrosiven Umgebungen (auch in feuchter Luft) werden chromarme Korngrenzen zum bevorzugten Korrosionspfad. Die Korrosion entwickelt sich entlang der Korngrenze nach innen und bildet auf beiden Seiten der Schweißnaht eine sichtbare Rostlinie, die in der Fachsprache als „interkristalline Korrosion“ bezeichnet wird. In schweren Fällen kann es sogar zum Bruch des Materials entlang der Korngrenze kommen.

(2) „Physikalische Veränderung“ des Schweißkörpers

• Materialverwechslung-: Wenn Sie das falsche Zusatzmetall verwenden (z. B. beim Schweißen von 304-Stahl mit 308-Draht) oder Ihre Einstellungen deaktiviert sind, enthält die Schweißnaht möglicherweise nicht das gleiche Material wie das Grundmetall, was dazu führen kann, dass sie schneller rostet.
• Probleme mit der Korngröße: Die Mitte der Schweißnaht schmilzt und formiert sich, wodurch größere Kristalle entstehen als das ursprüngliche Metall. Große Kristalle bedeuten normalerweise einen schwächeren Rostschutz.
• Anreicherung von Verunreinigungen und Defekte: Beim Schweißen können Verunreinigungen, Porosität und Schlackeneinschlüsse entstehen, die den Ausgangspunkt für Korrosion bilden.

(3) Zerstörung des Oberflächenzustands

• Oxidation und Anlassfarbe: Bei hoher Temperatur bildet sich in der Schweißnaht und in deren Umgebung eine dicke Oxidschicht (blau, violett, gelb und andere Anlassfarben). Diese Oxidschicht ist locker und porös, und das Metall darunter befindet sich immer noch in einem chromarmen Zustand, und die Farbe selbst ist der Beginn von Korrosion.
• Erhöhte Rauheit: Schweißschlacke und Schweißspritzer machen die Oberfläche rau, was die Aufnahme von Feuchtigkeit und korrosiven Ionen erleichtert und es nicht einfach ist, einen vollständigen Passivierungsfilm zu bilden.

3. übliche Operationen, die die Probleme im tatsächlichen Kampf verschärfen

• Wenn keine geeigneten Schweißmaterialien verwendet werden: Wenn beim Schweißen von Edelstahl 316L eine mit gewöhnlichem Kohlenstoffstahl umhüllte Elektrode falsch verwendet wird, wird die Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht vollständig zerstört.
• Fehlendes Schutzgas oder unzureichender Schutz: Beim Schutzgasschweißen sind der Gasfluss und die Reinheit nicht ausreichend oder die Ziehzeit der Abdeckung ist kurz, was dazu führt, dass bei hoher Temperatur Luft in die Schweißnaht eindringt und es zu starker Oxidation kommt.
• Falsche Schweißparameter: Eine übermäßige Leitungsenergie (hoher Strom und hohe Spannung, langsame Geschwindigkeit) führt dazu, dass die Wärmeeinflusszone breiter wird und der Chrommangel schwerwiegender wird.
• Keine Behandlung nach dem Schweißen: Es wird davon ausgegangen, dass „Schweißen ausreicht“ und die Schweißnaht und die umliegenden Bereiche nicht gereinigt, gebeizt oder passiviert werden, was einer direkten Freilegung der „verbrannten“ Wunde gleichkommt.

4. Professionelle Lösungen: von der Prävention bis zur Reparatur

Präventionsphase:

• Passende Materialien: Wählen Sie kohlenstoffarmen Stahl oder Edelstahl mit stabilisierenden Elementen (z. B. 304L und 316L oder 321 und 347 mit Titan/Niob). Sie können die Ausfällung von Chromkarbid reduzieren.
• Prozesskontrolle: Verwenden Sie einen niedrigen Strom und eine schnelle Schweißgeschwindigkeit, um den Wärmeeintrag zu reduzieren. Stellen Sie sicher, dass der Inertgasschutz ausreichend und wirksam ist; Bei Bedarf die dicke Platte vorheizen oder die Zwischenschichttemperatur kontrollieren, um zu vermeiden, dass sie im Sensibilisierungstemperaturbereich bleibt.
• Auswahl des Schweißmaterials: Wählen Sie Schweißmaterial mit passender oder besserer chemischer Zusammensetzung (z. B. Schweißen von 304 mit 316-Schweißmaterial, um den Molybdängehalt zu erhöhen).

Nach-Schweißbehandlung:

(1) Mechanische Reinigung: Verwenden Sie eine spezielle Edelstahl-Schleifscheibe oder eine Drahtbürste (die speziell für Edelstahl sein muss, um eine Verschmutzung durch Kohlenstoffstahl zu vermeiden), um Schweißschlacke und Spritzer zu entfernen.

(2) Passivierung durch Beizen mit Säure: Dies ist der zentrale Schritt zur Wiederherstellung der Korrosionsbeständigkeit.

• Beizen: Verwenden Sie eine Salpetersäure--Flusssäure-Mischlösung, um die Oxidschicht und die chromarme -Schicht in der Schweiß- und Wärmeeinflusszone zu entfernen.
• Passivierung: Mit einer Passivierungslösung wie Salpetersäure oder Zitronensäure behandeln, damit die Oberfläche wieder einen vollständigen und dichten Chromoxidfilm bildet.

(3) Elektrolytisches Polieren: Bei stark beanspruchten Produkten kann die Oberfläche durch elektrolytisches Polieren geebnet und gleichzeitig ein ausgezeichneter Passivierungsfilm erhalten werden.