In che modo l'elemento legante influisce sull'acciaio inossidabile?

La composizione chimica ha una grande influenza sulla microstruttura, sulle proprietà meccaniche, sulle proprietà fisiche e sulla resistenza alla corrosione dell'acciaio. Cromo, molibdeno, nichel e altri elementi di lega possono sostituire l'angolo del vertice del reticolo di austenite e il centro dei sei lati del cubo ferro, carbonio e azoto si trovano nello spazio tra gli atomi del reticolo (posizione di spazio) a causa del piccolo volume , producono enormi sollecitazioni nel reticolo, diventando così efficaci elementi di indurimento. Diversi elementi di lega hanno effetti diversi sulle proprietà dell'acciaio, a volte benefici e talvolta dannosi. I principali elementi di lega dell'acciaio inossidabile austenitico hanno i seguenti effetti:

 

Cr

Il cromo è un elemento legante che rende l’acciaio inossidabile “antiruggine”. Per formare la pellicola di passivazione superficiale caratteristica dell'acciaio inossidabile è necessario almeno 10,5% di cromo. Il film di passivazione può far sì che l'acciaio inossidabile resista efficacemente all'acqua corrosiva, a una varietà di soluzioni acide e persino alla forte ossidazione della corrosione del gas ad alta temperatura. Quando il contenuto di cromo supera 10,5%, la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile aumenta. Il contenuto di cromo di 304 l'acciaio inossidabile è 18% e alcuni acciai inossidabili austenitici di alta qualità hanno un contenuto di cromo compreso tra 20% e 28%.

 

Ni

Il nichel può formare e stabilizzare la fase austenitica. 8%Ni fa Acciaio inossidabile 304, conferendogli le proprietà meccaniche, resistenza e tenacità richieste dall'austenite. Gli acciai inossidabili austenitici ad alte prestazioni contengono alte concentrazioni di cromo e molibdeno e il nichel viene aggiunto per mantenere la struttura austenitica quando all'acciaio vengono aggiunti più cromo o altri elementi che formano ferrite. La struttura dell'austenite può essere garantita da un contenuto di nichel di circa 20% e la resistenza alla frattura da tensocorrosione dell'acciaio inossidabile può essere notevolmente migliorata.

Il nichel può anche ridurre la velocità di incrudimento durante la deformazione a freddo, pertanto le leghe utilizzate per l'imbutitura profonda, la filatura e la deformazione a freddo hanno generalmente un elevato contenuto di nichel.

 

Mo

Il molibdeno migliora la resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale dell'acciaio inossidabile in un ambiente di cloruro. La combinazione di molibdeno e cromo, in particolare azoto, fa sì che l'acciaio inossidabile austenitico ad alte prestazioni abbia una forte resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale. Il Mo può anche migliorare la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile in ambienti riducenti come l'acido cloridrico e l'acido solforico diluito. Il contenuto minimo di molibdeno dell'acciaio inossidabile austenitico è di circa 2%, come l'acciaio inossidabile 316. Gli acciai inossidabili austenitici ad alte prestazioni con il più alto contenuto di lega contengono fino a 7,5% molibdeno. Il molibdeno contribuisce alla formazione della fase ferrite e influenza l'equilibrio delle fasi. È coinvolto nella formazione di numerose fasi secondarie dannose e forma ossidi instabili ad alta temperatura, ha un impatto negativo sulla resistenza all'ossidazione ad alta temperatura, è necessario tenere in considerazione l'uso di acciaio inossidabile contenente molibdeno.

 

C

Il carbonio stabilizza e rinforza la fase austenitica. Il carbonio è un elemento benefico per l'acciaio inossidabile utilizzato in ambienti ad alta temperatura come i tubi delle caldaie, ma in alcuni casi può avere un effetto dannoso sulla resistenza alla corrosione. Il contenuto di carbonio della maggior parte degli acciai inossidabili austenitici è solitamente limitato al livello più basso praticabile. Il contenuto di carbonio dei gradi di saldatura (304L, 201L e 316L) è limitato a 0,030%. Il contenuto di carbonio di alcuni gradi di alta lega ad alte prestazioni è addirittura limitato a 0,020%.

 

N

L'azoto stabilizza e rafforza la fase austenite e rallenta la sensibilizzazione del carburo e la formazione della fase secondaria. Sia gli acciai inossidabili austenitici standard che gli acciai inossidabili austenitici ad alte prestazioni contengono azoto. Nel grado a basso contenuto di carbonio (L), una piccola quantità di azoto (fino a 0,1%) può compensare la perdita di resistenza dovuta al basso contenuto di carbonio. L'azoto aiuta anche a migliorare la resistenza alla vaiolatura da cloruro e alla corrosione interstiziale, quindi alcuni dei migliori acciai inossidabili austenitici ad alte prestazioni resistenti alla corrosione hanno un contenuto di azoto fino a 0,5%.

 

Mn

Le acciaierie utilizzano il manganese per disossidare l'acciaio fuso, quindi una piccola quantità di manganese rimane in tutto l'acciaio inossidabile. Il manganese può anche stabilizzare la fase austenitica e migliorare la solubilità dell'azoto nell'acciaio inossidabile. Pertanto, nell'acciaio inossidabile della serie 200, il manganese può essere utilizzato per sostituire parte del nichel per aumentare il contenuto di azoto, migliorare la robustezza e la resistenza alla corrosione. Il manganese viene aggiunto ad alcuni acciai inossidabili austenitici ad alte prestazioni per ottenere lo stesso effetto.

 

Cu

Il rame può migliorare la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile negli acidi riducenti, come alcune soluzioni miste di acido solforico e fosforico.

 

Sì

In generale, il silicio è un elemento vantaggioso nell'acciaio inossidabile austenitico perché può migliorare la resistenza alla corrosione dell'acciaio in ambienti acidi concentrati e ad alta ossidazione. È stato riferito che UNS S30600 e altri acciai inossidabili speciali ad alto contenuto di silicio hanno un'elevata resistenza alla corrosione per vaiolatura. Il silicio, come il manganese, può essere utilizzato anche per disossidare l'acciaio fuso, quindi nell'acciaio rimangono sempre piccole inclusioni di ossido contenenti silicio, manganese e altri elementi disossidanti. Ma troppe inclusioni influenzeranno la qualità della superficie del prodotto.

 

Nb e Ti

Questi due elementi sono forti elementi che formano carburi e possono essere utilizzati al posto dei gradi a basso contenuto di carbonio per mitigare la sensibilizzazione. Il carburo di niobio e il carburo di titanio possono migliorare la resistenza alle alte temperature. 347 e gli acciai inossidabili 321 contenenti Nb e Ti sono comunemente utilizzati nelle caldaie e nelle apparecchiature di raffinazione per soddisfare i requisiti di resistenza alle alte temperature e saldabilità. Vengono utilizzati anche in alcuni processi di disossidazione come elementi residui negli acciai inossidabili austenitici ad alte prestazioni.

 

S e P

Lo zolfo è sia buono che cattivo per l'acciaio inossidabile. Può migliorare le prestazioni di lavorazione, il danno è ridurre la lavorabilità termica, aumentare il numero di inclusioni di solfuro di manganese, con conseguente riduzione della resistenza alla corrosione per vaiolatura dell'acciaio inossidabile. L'acciaio inossidabile austenitico di alta qualità non è facile da riscaldare, quindi il contenuto di zolfo deve essere controllato al livello più basso possibile, circa 0,001%. Lo zolfo normalmente non viene aggiunto come elemento di lega agli acciai inossidabili austenitici ad alte prestazioni. Tuttavia, il contenuto di zolfo dell'acciaio inossidabile di qualità standard è spesso elevato (0,005% ~ 0,017%), al fine di migliorare la profondità di penetrazione della saldatura per autofusione e migliorare le prestazioni di taglio.

Il fosforo è un elemento dannoso e può influire negativamente sulle proprietà di lavorazione a caldo della forgiatura e della laminazione a caldo. Nel processo di raffreddamento dopo la saldatura, si favorirà anche il verificarsi di fessurazioni termiche. Pertanto, il contenuto di fosforo dovrebbe essere controllato a un livello minimo.