¿Cómo afecta el elemento de aleación al acero inoxidable?
La composición química tiene una gran influencia en la microestructura, propiedades mecánicas, propiedades físicas y resistencia a la corrosión del acero. El cromo, molibdeno, níquel y otros elementos de aleación pueden reemplazar el vértice El ángulo de la red de austenita y el centro de los seis lados del cubo de hierro, carbono y nitrógeno se encuentran en el espacio entre los átomos de la red (posición del espacio) debido al pequeño volumen , producen una gran tensión en la celosía, por lo que se convierten en elementos de endurecimiento efectivos. Los diferentes elementos de aleación tienen diferentes efectos sobre las propiedades del acero, a veces beneficiosos y otras dañinos. Los principales elementos de aleación del acero inoxidable austenítico tienen los siguientes efectos:
Cr
El cromo es un elemento de aleación que hace que el acero inoxidable “no se oxide”. Se requiere al menos un 10.5% de cromo para formar la película de pasivación superficial característica del acero inoxidable. La película de pasivación puede hacer que el acero inoxidable resista eficazmente el agua corrosiva, una variedad de soluciones ácidas e incluso la oxidación fuerte de la corrosión por gas a alta temperatura. Cuando el contenido de cromo supera el 10.5%, se mejora la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. El contenido de cromo de 304 el acero inoxidable es del 18% y algunos aceros inoxidables austeníticos de alta calidad tienen un contenido de cromo de hasta el 20% al 28%.
Ni
El níquel puede formar y estabilizar la fase austenítica. 8% de Ni hace acero inoxidable 304, lo que le confiere las propiedades mecánicas, resistencia y tenacidad que requiere la austenita. Los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento contienen altas concentraciones de cromo y molibdeno, y se agrega níquel para mantener la estructura austenítica cuando se agrega más cromo u otros elementos formadores de ferrita al acero. La estructura de austenita se puede garantizar con aproximadamente un 20% de contenido de níquel, y la resistencia a la rotura por corrosión bajo tensión del acero inoxidable se puede mejorar enormemente.
El níquel también puede reducir la tasa de endurecimiento por trabajo durante la deformación en frío, por lo que las aleaciones utilizadas para embutición profunda, hilatura y partida en frío generalmente tienen un alto contenido de níquel.
Mo
El molibdeno mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas del acero inoxidable en un ambiente de cloruro. La combinación de molibdeno y cromo, especialmente nitrógeno, hace que el acero inoxidable austenítico de alto rendimiento tenga una fuerte resistencia a la corrosión por picaduras y grietas. El Mo también puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable en entornos reductores como el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico diluido. El contenido mínimo de molibdeno del acero inoxidable austenítico es de aproximadamente 2%, como el acero inoxidable 316. Los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento con el mayor contenido de aleación contienen hasta un 7.5% de molibdeno. El molibdeno contribuye a la formación de la fase de ferrita y afecta el equilibrio de fases. Está involucrado en la formación de varias fases secundarias dañinas y formará óxidos inestables a alta temperatura, tendrá un impacto negativo en la resistencia a la oxidación a alta temperatura, se debe tener en cuenta el uso de acero inoxidable que contiene molibdeno.
C
El carbono estabiliza y fortalece la fase austenítica. El carbono es un elemento beneficioso para el acero inoxidable utilizado en entornos de alta temperatura, como los tubos de las calderas, pero en algunos casos puede tener un efecto perjudicial sobre la resistencia a la corrosión. El contenido de carbono de la mayoría de los aceros inoxidables austeníticos generalmente se limita al nivel más bajo posible. El contenido de carbono de los grados de soldadura (304L, 201L y 316L) está limitado al 0.030%. El contenido de carbono de algunos grados de alto rendimiento de alta aleación se limita incluso al 0.020%.
N
El nitrógeno estabiliza y fortalece la fase de austenita y ralentiza la sensibilización al carburo y la formación de la fase secundaria. Tanto los aceros inoxidables austeníticos estándar como los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento contienen nitrógeno. En grado de bajo carbono (L), una pequeña cantidad de nitrógeno (hasta 0.1%) puede compensar la pérdida de resistencia debido al bajo contenido de carbono. El nitrógeno también ayuda a mejorar la resistencia a las picaduras de cloruros y la corrosión por grietas, por lo que algunos de los mejores aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento resistentes a la corrosión tienen un contenido de nitrógeno de hasta un 0.5%.
Mn
Las acerías utilizan manganeso para desoxidar el acero fundido, por lo que queda una pequeña cantidad de manganeso en todo el acero inoxidable. El manganeso también puede estabilizar la fase austenítica y mejorar la solubilidad del nitrógeno en el acero inoxidable. Por lo tanto, en el acero inoxidable de la serie 200, el manganeso se puede utilizar para reemplazar parte del níquel para aumentar el contenido de nitrógeno, mejorar la fuerza y la resistencia a la corrosión. Se agrega manganeso a algunos aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento para lograr el mismo efecto.
Cu
El cobre puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable en la reducción de ácidos, como algunas soluciones mixtas de ácido sulfúrico y fosfórico.
Si
En general, el silicio es un elemento beneficioso en el acero inoxidable austenítico porque puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero en ambientes ácidos concentrados y de alta oxidación. Se informa que UNS S30600 y otros aceros inoxidables especiales con alto contenido de silicio tienen una alta resistencia a la corrosión por picaduras. El silicio, como el manganeso, también se puede utilizar para desoxidar acero fundido, por lo que pequeñas inclusiones de óxido que contienen silicio, manganeso y otros elementos desoxidantes siempre permanecen en el acero. Pero demasiadas inclusiones afectarán la calidad de la superficie del producto.
Nb y Ti
Estos dos elementos son fuertes elementos formadores de carburo y pueden usarse en lugar de grados bajos en carbono para mitigar la sensibilización. El carburo de niobio y el carburo de titanio pueden mejorar la resistencia a altas temperaturas. 347 y los aceros inoxidables 321 que contienen Nb y Ti se usan comúnmente en calderas y equipos de refinación para cumplir con los requisitos de soldabilidad y resistencia a altas temperaturas. También se utilizan en algunos procesos de desoxidación como elementos residuales en aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento.
S y P
El azufre es bueno y malo para el acero inoxidable. Puede mejorar el rendimiento de mecanizado, el daño es reducir la trabajabilidad térmica, aumentar el número de inclusión de sulfuro de manganeso, lo que reduce la resistencia a la corrosión por picaduras del acero inoxidable. El acero inoxidable austenítico de alta calidad no es fácil de procesar por calor, por lo que el contenido de azufre debe controlarse al nivel más bajo posible, alrededor del 0.001%. Normalmente, el azufre no se añade como elemento de aleación a los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento. Sin embargo, el contenido de azufre del acero inoxidable de grado estándar es a menudo alto (0.005% ~ 0.017%), para mejorar la profundidad de penetración de la soldadura de autofusión, mejorar el rendimiento de corte.
El fósforo es un elemento nocivo y puede afectar negativamente las propiedades de trabajo en caliente de la forja y la laminación en caliente. En el proceso de enfriamiento después de la soldadura, también promoverá la aparición de agrietamiento térmico. Por lo tanto, el contenido de fósforo debe controlarse a un nivel mínimo.
