Jak legující prvek ovlivňuje nerezovou ocel?

Chemické složení má velký vliv na mikrostrukturu, mechanické vlastnosti, fyzikální vlastnosti a korozní odolnost oceli. Chrom, molybden, nikl a další legující prvky mohou nahradit vrchol Úhel austenitové mřížky a střed šesti stran krychle železo, uhlík a dusík jsou umístěny v mezeře mezi atomy mřížky (gap position) kvůli malému objemu , vytvářejí obrovské napětí v mřížce, takže se stávají účinnými zpevňujícími prvky. Různé legující prvky mají různé účinky na vlastnosti oceli, někdy prospěšné a někdy škodlivé. Hlavní legující prvky austenitické nerezové oceli mají následující účinky:

 

Cr

Chrom je legující prvek, díky kterému je nerezová ocel „nerezová“. K vytvoření povrchového pasivačního filmu charakteristické pro nerezovou ocel je zapotřebí alespoň 10,51 TP3T chromu. Pasivační film může způsobit, že nerezová ocel účinně odolává korozivní vodě, různým kyselým roztokům a dokonce i silné oxidaci vysokoteplotní plynové koroze. Když obsah chrómu překročí 10,5%, odolnost nerezové oceli proti korozi se zvýší. Obsah chromu 304 nerezová ocel je 18% a některé vysoce kvalitní austenitické nerezové oceli mají obsah chrómu až 20% až 28%.

 

Ni

Nikl může tvořit a stabilizovat austenitickou fázi. Výrobce 8%Ni 304 nerezová ocel, které mu propůjčují mechanické vlastnosti, pevnost a houževnatost, které austenit vyžaduje. Vysoce výkonné austenitické nerezové oceli obsahují vysoké koncentrace chrómu a molybdenu a nikl se přidává k udržení austenitické struktury, když je do oceli přidáno více chrómu nebo jiných prvků tvořících ferit. Struktura austenitu může být zaručena obsahem niklu asi 20% a odolnost korozivzdorné oceli proti korozi pod napětím lze výrazně zlepšit.

Nikl může také snížit rychlost kalení během deformace za studena, takže slitiny používané pro hluboké tažení, zvlákňování a ražení za studena mají obecně vysoký obsah niklu.

 

Mo

Molybden zlepšuje odolnost nerezové oceli proti důlkové a štěrbinové korozi v chloridovém prostředí. Kombinace molybdenu a chrómu, zejména dusíku, způsobuje, že vysoce výkonná austenitická nerezová ocel má silnou odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi. Mo může také zlepšit odolnost nerezové oceli proti korozi v redukčních prostředích, jako je kyselina chlorovodíková a zředěná kyselina sírová. Minimální obsah molybdenu v austenitické nerezové oceli je asi 2%, jako je nerezová ocel 316. Vysoce výkonné austenitické nerezové oceli s nejvyšším obsahem slitiny obsahují až 7,5% molybdenu. Molybden přispívá k tvorbě feritové fáze a ovlivňuje fázovou rovnováhu. Podílí se na tvorbě několika škodlivých sekundárních fází a bude tvořit nestabilní vysokoteplotní oxidy, má negativní dopad na odolnost proti vysokoteplotní oxidaci, je třeba vzít v úvahu použití nerezové oceli obsahující molybden.

 

C

Uhlík stabilizuje a posiluje austenitickou fázi. Uhlík je prospěšný prvek pro nerezovou ocel používanou v prostředí s vysokou teplotou, jako jsou trubky kotlů, ale v některých případech může mít škodlivý vliv na odolnost proti korozi. Obsah uhlíku ve většině austenitické nerezové oceli je obvykle omezen na nejnižší možnou úroveň. Obsah uhlíku ve svařovacích stupních (304 l, 201L a 316L) je omezena na 0,030%. Obsah uhlíku u některých vysoce legovaných vysoce výkonných jakostí je dokonce omezen na 0,0201 TP3T.

 

N

Dusík stabilizuje a zpevňuje fázi austenitu a zpomaluje senzibilizaci karbidů a tvorbu sekundární fáze. Jak standardní austenitické nerezové oceli, tak vysoce výkonné austenitické nerezové oceli obsahují dusík. U nízkouhlíkového stupně (L) může malé množství dusíku (až 0,11 TP3T) kompenzovat ztrátu pevnosti v důsledku nízkého obsahu uhlíku. Dusík také pomáhá zlepšit odolnost proti chloridové důlkové a štěrbinové korozi, takže některé z nejlepších korozivzdorných vysoce výkonných austenitických nerezových ocelí mají obsah dusíku až 0,51 TP3T.

 

Mn

Ocelárny používají mangan k dezoxidaci roztavené oceli, takže malé množství manganu zůstává ve všech nerezových ocelích. Mangan může také stabilizovat austenitickou fázi a zlepšit rozpustnost dusíku v nerezové oceli. Proto lze v nerezové oceli řady 200 použít mangan jako náhradu části niklu, aby se zvýšil obsah dusíku, zlepšila se pevnost a odolnost proti korozi. K dosažení stejného účinku se do některých vysoce výkonných austenitických nerezových ocelí přidává mangan.

 

Cu

Měď může zlepšit odolnost nerezové oceli proti korozi v redukčních kyselinách, jako jsou některé směsné roztoky kyseliny sírové a fosforečné.

 

Si

Obecně je křemík prospěšným prvkem v austenitické nerezové oceli, protože může zlepšit odolnost oceli proti korozi v koncentrované kyselině a v prostředí s vysokou oxidací. Uvádí se, že UNS S30600 a další speciální nerezové oceli s vysokým obsahem křemíku mají vysokou odolnost proti důlkové korozi. Křemík, stejně jako mangan, lze také použít k dezoxidaci roztavené oceli, takže v oceli vždy zůstávají malé oxidické inkluze obsahující křemík, mangan a další dezoxidační prvky. Příliš mnoho inkluzí však ovlivní kvalitu povrchu produktu.

 

Nb a Ti

Tyto dva prvky jsou silné karbidotvorné prvky a lze je použít místo nízkokarbonových tříd ke zmírnění senzibilizace. Karbid niobu a karbid titanu mohou zlepšit pevnost při vysokých teplotách. 347 a nerezové oceli 321 obsahující Nb a Ti se běžně používají v kotlích a rafinačních zařízeních, aby splnily požadavky na pevnost a svařitelnost při vysokých teplotách. Používají se také v některých deoxidačních procesech jako zbytkové prvky ve vysoce výkonných austenitických nerezových ocelích.

 

S a P

Síra je pro nerezovou ocel dobrá i špatná. Může zlepšit výkon obrábění, poškozením je snížení tepelné zpracovatelnosti, zvýšení počtu inkluzí sulfidu manganu, což má za následek snížení odolnosti nerezové oceli proti důlkové korozi. Vysoce kvalitní austenitická nerezová ocel není snadné tepelně zpracovat, takže obsah síry by měl být kontrolován na co nejnižší úrovni, asi 0,0011 TP3T. Síra se běžně nepřidává jako legující prvek do vysoce výkonných austenitických nerezových ocelí. Obsah síry ve standardní nerezové oceli je však často vysoký (0,005% ~ 0,017%), aby se zlepšila hloubka průniku svaru samotavného svařování, zlepšil se řezný výkon.

Fosfor je škodlivý prvek a může nepříznivě ovlivnit pracovní vlastnosti kování a válcování za tepla. V procesu chlazení po svařování také podpoří výskyt tepelného praskání. Proto by měl být obsah fosforu kontrolován na minimální úrovni.