Wie wirkt sich das Legierungselement auf den Edelstahl aus?

Die chemische Zusammensetzung hat einen großen Einfluss auf das Gefüge, die mechanischen Eigenschaften, die physikalischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit von Stahl. Chrom, Molybdän, Nickel und andere Legierungselemente können den Scheitelwinkel des Austenitgitters und das Zentrum der sechs Seiten des Würfels ersetzen Eisen, Kohlenstoff und Stickstoff befinden sich aufgrund des geringen Volumens in der Lücke zwischen den Gitteratomen (Lückenposition) , erzeugen im Gitter enorme Spannungen und werden so zu effektiven Härteelementen. Verschiedene Legierungselemente haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Eigenschaften von Stahl, manchmal vorteilhaft und manchmal schädlich. Die wichtigsten Legierungselemente des austenitischen Edelstahls haben folgende Auswirkungen:

 

Cr

Chrom ist ein Legierungselement, das Edelstahl „rostfrei“ macht. Mindestens 10.5% Chrom sind erforderlich, um den für Edelstahl charakteristischen Oberflächenpassivierungsfilm zu bilden. Der Passivierungsfilm kann Edelstahl wirksam gegen korrosives Wasser, eine Vielzahl von Säurelösungen und sogar gegen starke Oxidation von Hochtemperatur-Gaskorrosion machen. Wenn der Chromgehalt 10.5% überschreitet, wird die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl verbessert. Der Chromgehalt von 304 Edelstahl ist 18%, und einige hochwertige austenitische Edelstähle haben einen Chromgehalt von 20% bis 28%.

 

Ni

Nickel kann die austenitische Phase bilden und stabilisieren. 8%Ni macht 304 Edelstahl, was ihm die von Austenit geforderten mechanischen Eigenschaften, Festigkeit und Zähigkeit verleiht. Austenitische Hochleistungsstähle enthalten hohe Konzentrationen an Chrom und Molybdän, und Nickel wird hinzugefügt, um die austenitische Struktur zu erhalten, wenn dem Stahl mehr Chrom oder andere ferritbildende Elemente zugesetzt werden. Das Austenitgefüge kann durch etwa 20 % Nickelgehalt garantiert werden und die Spannungskorrosionsbruchbeständigkeit von Edelstahl kann stark verbessert werden.

Nickel kann auch die Kaltverfestigungsrate bei der Kaltverformung reduzieren, so dass die zum Tiefziehen, Spinnen und Kaltstauchen verwendeten Legierungen im Allgemeinen einen hohen Nickelgehalt aufweisen.

 

Mo

Molybdän verbessert die Lochfraß- und Spaltkorrosionsbeständigkeit von Edelstahl in einer Chloridumgebung. Die Kombination von Molybdän und Chrom, insbesondere Stickstoff, verleiht dem austenitischen Hochleistungs-Edelstahl eine hohe Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion. Mo kann auch die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl in reduzierenden Umgebungen wie Salzsäure und verdünnter Schwefelsäure verbessern. Der minimale Molybdängehalt von austenitischem Edelstahl beträgt etwa 2%, wie beispielsweise Edelstahl 316. Leistungsstarke austenitische Edelstähle mit höchstem Legierungsanteil enthalten bis zu 7.5% Molybdän. Molybdän trägt zur Bildung der Ferritphase bei und beeinflusst das Phasengleichgewicht. Es ist an der Bildung mehrerer schädlicher Sekundärphasen beteiligt und bildet instabile Hochtemperaturoxide, hat einen negativen Einfluss auf die Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit, die Verwendung von molybdänhaltigem Edelstahl muss berücksichtigt werden.

 

C

Kohlenstoff stabilisiert und stärkt die austenitische Phase. Kohlenstoff ist ein nützliches Element für Edelstahl, das in Hochtemperaturumgebungen wie Kesselrohren verwendet wird, kann sich jedoch in einigen Fällen nachteilig auf die Korrosionsbeständigkeit auswirken. Der Kohlenstoffgehalt der meisten austenitischen Edelstähle ist normalerweise auf das niedrigste praktikable Niveau begrenzt. Der Kohlenstoffgehalt von Schweißsorten (304L, 201L und 316L) ist auf 0.030 % begrenzt. Der Kohlenstoffgehalt einiger hochlegierter Hochleistungssorten ist sogar auf 0.020% begrenzt.

 

N

Stickstoff stabilisiert und stärkt die Austenitphase und verlangsamt die Karbidsensibilisierung und Sekundärphasenbildung. Sowohl standardmäßige austenitische Edelstähle als auch austenitische Hochleistungsstähle enthalten Stickstoff. Bei der kohlenstoffarmen Qualität (L) kann eine geringe Stickstoffmenge (bis zu 0.1 %) den Festigkeitsverlust aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehalts ausgleichen. Stickstoff trägt auch zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Chlorid-Lochfraß und Spaltkorrosion bei, sodass einige der besten korrosionsbeständigen austenitischen Hochleistungsstähle einen Stickstoffgehalt von bis zu 0.5 % aufweisen.

 

Mn

Stahlwerke verwenden Mangan, um geschmolzenen Stahl zu desoxidieren, sodass eine kleine Menge Mangan in allen rostfreien Stählen verbleibt. Mangan kann auch die austenitische Phase stabilisieren und die Löslichkeit von Stickstoff in Edelstahl verbessern. Daher kann Mangan in Edelstahl der Serie 200 verwendet werden, um einen Teil des Nickels zu ersetzen, um den Stickstoffgehalt zu erhöhen, die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Mangan wird einigen hochleistungsfähigen austenitischen Edelstählen zugesetzt, um den gleichen Effekt zu erzielen.

 

Cu

Kupfer kann die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl bei reduzierenden Säuren verbessern, wie z. B. einigen gemischten Lösungen von Schwefel- und Phosphorsäure.

 

Si

Im Allgemeinen ist Silizium ein nützliches Element in austenitischem Edelstahl, da es die Korrosionsbeständigkeit von Stahl in konzentrierter Säure und Umgebungen mit hoher Oxidation verbessern kann. Es wird berichtet, dass UNS S30600 und andere spezielle rostfreie Stähle mit hohem Siliziumgehalt eine hohe Lochkorrosionsbeständigkeit aufweisen. Silizium kann wie Mangan auch zum Desoxidieren von geschmolzenem Stahl verwendet werden, so dass immer kleine Oxideinschlüsse, die Silizium, Mangan und andere desoxidierende Elemente enthalten, im Stahl verbleiben. Zu viele Einschlüsse beeinträchtigen jedoch die Oberflächenqualität des Produkts.

 

Nb und Ti

Diese beiden Elemente sind starke karbidbildende Elemente und können anstelle von kohlenstoffarmen Sorten verwendet werden, um die Sensibilisierung zu mildern. Niobkarbid und Titankarbid können die Hochtemperaturfestigkeit verbessern. 347 und 321 rostfreie Stähle, die Nb und Ti enthalten, werden üblicherweise in Kesseln und Raffinationsanlagen verwendet, um die Anforderungen an Hochtemperaturfestigkeit und Schweißbarkeit zu erfüllen. Sie werden auch in einigen Desoxidationsprozessen als Restelemente in hochleistungsfähigen austenitischen rostfreien Stählen verwendet.

 

S und P

Schwefel ist sowohl gut als auch schlecht für Edelstahl. Es kann die Bearbeitungsleistung verbessern, der Schaden besteht darin, die thermische Bearbeitbarkeit zu verringern, die Anzahl der Mangansulfideinschlüsse zu erhöhen, was zu einer verringerten Lochfraßkorrosionsbeständigkeit von Edelstahl führt. Hochwertiger austenitischer Edelstahl ist nicht leicht zu erhitzen, daher sollte der Schwefelgehalt so weit wie möglich auf dem niedrigsten Niveau kontrolliert werden, etwa 0.001%. Schwefel wird normalerweise nicht als Legierungselement zu leistungsstarken austenitischen rostfreien Stählen hinzugefügt. Der Schwefelgehalt von Edelstahl in Standardqualität ist jedoch oft hoch (0.005% ~ 0.017%), um die Einschweißtiefe des Selbstschmelzschweißens zu verbessern und die Schneidleistung zu verbessern.

Phosphor ist ein schädliches Element und kann die Warmumformeigenschaften beim Schmieden und Warmwalzen beeinträchtigen. Beim Abkühlen nach dem Schweißen fördert es auch das Auftreten von thermischen Rissen. Daher sollte der Phosphorgehalt auf einem Mindestniveau kontrolliert werden.

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