The laser weldability of lean duplex stainless steels

Ruostumattomien terästen hinta on kasvanut maailman laajuisen kysynnän kasvun seurauksena. Samoin on käynyt myös ruostumattomien terästen valmistukseen käytettävien seosaineiden hinnalle. Terästen valmistajat ovatkin kehittäneet lean duplex teräksiä vastatakseen hintatietoisten markkinoiden kysyntään. Näissä lean duplex teräksissä kalliita seosaineita kuten nikkeliä ja molybdeenia on korvattu typellä ja mangaanilla. Houkutteleviksi vaihtoehdoiksi perinteisille ruostumattomille teräksille lean duplex laadut tekee myös niiden hyvät lujuus- ja korroosio-ominaisuudet. Kirjallisuus osio esittelee lasereiden toimintaperiaatteen. Myös avaimenreikähitsauksen periaate on esitetty. Ruostumattomien terästen yleisimmät seosaineet ovat esitelty, kuten myös syy niiden seostamiseen. Ruostumattomat duplex-teräkset on esitelty samoin kuin lean duplex teräkset. Kokeellisen osion koehitsit hitsattiin osin samalla tuotantolinjalla lopputuotteen kanssa ja osin laboratoriossa. Koemateriaaleina olivat lean duplex teräkset 1.4162 ja 1.4362 joiden materiaalipaksuudet olivat 1.2 mm ja 1.5 mm. Hitsatuille lamelleille tehtiin painetestaus. Makroskopiaa ja valomikroskopiaa käytettiin koehitsien arvioinnissa kuten myös ristivetokoetta. Kiinnostavimmista hitseistä määritettiin myös faasisuhde. Lean duplex teräs 1.4362 havaittiin sopivammaksi laaduksi tämän kaltaisessa sovelluksessa, mutta myös laatu 1.4162 täyttää sovelluksen hitsille asetetut vaatimukset, tosin huomattavasti pienemmässä parametri ikkunassa. Valittu menetelmä faasisuhteen määrittämiseen osoittautui epätarkaksi, joten faasisuhteen osalta tämän tutkimuksen tulokset ovat vain suuntaa-antavia.

The price of alloying elements and the stainless steels has risen due the growing demand. In order to meet the requirements of the price aware markets the steel manufacturers have developed so called lean duplex grades to offer more competitive steel grades. These lean duplex grades are less alloyed with expensive substances such as nickel and molybdenum. To replace these expensive alloying elements nitrogen and manganese are used. The good strength properties and in some environment excellent corrosion properties makes these lean duplexes often good alternatives for traditional stainless grades. The literature review covered the principle of lasers as well as the principle of key hole laser welding. The stainless steels are briefly presented as are the main alloying elements. The duplex stainless steels and lean duplex stainless steels are presented. The laser welding experiments were partly made in the production line of actual end product and partly in laboratory. The test materials were lean duplex stainless steels 1.4162 and 1.4362 with sheet thicknesses of 1.2 and 1.5 mm. The pressure tests were done to test lamellas. Macroscopic and microscopic studies were made in order to evaluate the welds as well as destructive study. The phase balance of some of most interesting test welds were determined Grade 1.4362 was found to be more suitable for application presented in this study, and the grade 1.4162 also met the requirements for welds, but in smaller parameter window. The chosen method to measure phase balance was found to be too inaccurate so that results obtained in this study has to be considered suggestive.