¿Cómo afecta el elemento de aleación al acero inoxidable?'>¿Cómo afecta el elemento de aleación al acero inoxidable?
La composición química tiene una gran influencia en la microestructura, las propiedades mecánicas, las propiedades físicas y la resistencia a la corrosión del acero. El cromo, el molibdeno, el níquel y otros elementos de aleación pueden reemplazar el ángulo vértice del retículo austenítico y el centro de los seis lados del hierro cúbico; el carbono y el nitrógeno se encuentran en el espacio entre los átomos del retículo (posición de espacio) debido a su pequeño volumen, lo que produce una gran deformación en el retículo, 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 son beneficiosos y a veces perjudiciales. 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 sea “libre de corrosión”. Se requiere al menos un 10,5% de cromo para formar la película de pasivación superficial característica del acero inoxidable. Esta película de pasivación puede hacer que el acero inoxidable resista eficazmente a las aguas corrosivas, a una variedad de soluciones ácidas e incluso a la oxidación intensa 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 tiene un contenido de cromo de 18%, y algunos aceros inoxidables austeníticos de alta calidad tienen un contenido de cromo de hasta 20% a 28%.
No
El níquel puede formar y estabilizar la fase austenítica. El 8%Ni lo hace Acero inoxidable 304Al proporcionar las propiedades mecánicas, resistencia y dureza requeridas por el austenita. Los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento contienen altas concentraciones de cromo y molibdeno, y se añade níquel para mantener la estructura austenítica cuando se añade más cromo u otros elementos formadores de ferrita al acero. La estructura austenítica se puede garantizar con aproximadamente un contenido de níquel del 20%, y la resistencia a la fractura por tensión de los aceros inoxidables se puede mejorar considerablemente.
El níquel también puede reducir la velocidad de endurecimiento durante la deformación en frío, por lo que las aleaciones utilizadas para la estampación profunda, el filamento y la estampación en frío generalmente tienen un alto contenido de níquel.
Mo
El molibdeno mejora la resistencia a la corrosión por pitting y por fisuras del acero inoxidable en un entorno clorado. La combinación de molibdeno y cromo, especialmente el nitrógeno, hace que el acero inoxidable austenítico de alto rendimiento tenga una fuerte resistencia a la corrosión por pitting y fisuras. El molibdeno también puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable en entornos reductoros 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 contenido de aleación más alto contienen hasta 7,5% molibdeno. El molibdeno contribuye a la formación de la fase ferrita y afecta al equilibrio de fases. Está involucrado en la formación de varias fases secundarias nocivas y producirá óxidos de alta temperatura inestables, lo que tendrá un impacto negativo en la resistencia a la oxidación a altas temperaturas. El uso de acero inoxidable con contenido de molibdeno debe tenerse en cuenta.
C
El carbono estabiliza y refuerza la fase austenítica. El carbono es un elemento beneficioso para el acero inoxidable utilizado en ambientes de alta temperatura, como los tubos de calderas, pero en algunos casos puede tener un efecto perjudicial en la resistencia a la corrosión. El contenido de carbono de la mayoría del acero inoxidable austenítico suele limitarse al nivel más bajo posible. El contenido de carbono de los grados de soldadura (304LEl contenido de carbono de algunos grados de aleación de alto rendimiento se limita a 0,030%. Incluso algunos grados de aleación de alto rendimiento con contenido de carbono muy bajo se limitan a 0,020%.
N
El nitrógeno estabiliza y refuerza la fase austenítica y ralentiza la sensibilización del carburo y la formación de fases secundarias. Tanto los aceros inoxidables austeníticos estándar como los aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento contienen nitrógeno. En el grado bajo en carbono (L), una pequeña cantidad de nitrógeno (hasta el 0,1%) puede compensar la pérdida de resistencia debido al bajo contenido de carbono. El nitrógeno también ayuda a mejorar la resistencia a la corrosión por pitting 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 0,5%.
Mn
Las plantas siderúrgicas utilizan el manganeso para desoxidar el acero fundido, por lo que una pequeña cantidad de manganeso permanece 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 los aceros inoxidables de la serie 200, el manganeso se puede utilizar para reemplazar parte del níquel con el fin de aumentar el contenido de nitrógeno, mejorar la resistencia y la resistencia a la corrosión. El manganeso se añade 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 al reducir los ácidos, como algunas soluciones mixtas de ácido sulfúrico y ácido fosfórico.
Sí
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 concentrados de ácido y de oxidación elevada. Se informa que el UNS S30600 y otros aceros inoxidables especiales de alto contenido de silicio tienen una alta resistencia a la corrosión por pitting. El silicio, al igual que el manganeso, también se puede utilizar para desoxidar el acero fundido, por lo que pequeñas inclusiones de óxido que contienen silicio, manganeso y otros elementos desoxidantes siempre permanecen en el acero. Sin embargo, demasiadas inclusiones afectarán la calidad superficial del producto.
Nb y Ti
Estos dos elementos son fuertes formadores de carburo y pueden utilizarse en lugar de los grados de bajo contenido de carbono para mitigar la sensibilización. El carburo de niobio y el carburo de titanio pueden mejorar la resistencia a altas temperaturas. 347 Los aceros inoxidables 321 que contienen Nb y Ti se utilizan comúnmente en calderas y equipos de refino para cumplir con los requisitos de resistencia y soldabilidad 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 tanto bueno como malo para el acero inoxidable. Puede mejorar el rendimiento de mecanizado; su inconveniente es reducir la trabajabilidad térmica y aumentar el número de inclusiones de sulfuro de manganeso, lo que reduce la resistencia a la corrosión por pitting del acero inoxidable. El acero inoxidable austenítico de alta calidad no es fácil de calentar, por lo que el contenido de azufre debe controlarse en el nivel más bajo posible, aproximadamente el 0,001%. El azufre normalmente 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 calidad estándar suele ser alto (0,005% ~ 0,017%), para mejorar la profundidad de penetración de la soldadura por fusión y mejorar el rendimiento de corte.
El fósforo es un elemento perjudicial que puede afectar negativamente las propiedades de trabajo a alta temperatura de la forja y el laminado en caliente. Durante el proceso de enfriamiento tras la soldadura, también promoverá la aparición de fisuras térmicas. Por lo tanto, el contenido de fósforo debe controlarse en un nivel mínimo.
