In che modo l'elemento di lega influisce sull'acciaio inossidabile?
La composizione chimica ha una grande influenza sulla microstruttura, le proprietà meccaniche, le proprietà fisiche e la resistenza alla corrosione dell'acciaio. Cromo, molibdeno, nichel e altri elementi di lega possono sostituire il vertice Angolo 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 gap) a causa del piccolo volume , producono enormi sollecitazioni nel reticolo, quindi diventano efficaci elementi di indurimento. Diversi elementi di lega hanno effetti diversi sulle proprietà dell'acciaio, a volte benefici ea volte dannosi. I principali elementi di lega dell'acciaio inossidabile austenitico hanno i seguenti effetti:
Cr
Il cromo è un elemento di lega che rende l'acciaio inossidabile “antiruggine”. È necessario almeno il 10.5% di cromo per formare il film di passivazione superficiale caratteristico dell'acciaio inossidabile. Il film di passivazione può far sì che l'acciaio inossidabile resista efficacemente all'acqua corrosiva, a una varietà di soluzioni acide e persino a una forte ossidazione della corrosione da gas ad alta temperatura. Quando il contenuto di cromo supera il 10.5%, la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile aumenta. Il contenuto di cromo di 304 l'acciaio inossidabile è del 18% e alcuni acciai inossidabili austenitici di alta qualità hanno un contenuto di cromo che va dal 20% al 28%.
Ni
Il nichel può formare e stabilizzare la fase austenitica. 8% Ni rende Acciaio inossidabile 304, conferendogli le proprietà meccaniche, la resistenza e la 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 la ferrite. La struttura dell'austenite può essere garantita da circa il 20% di contenuto di nichel e la resistenza alla rottura per corrosione sotto sforzo dell'acciaio inossidabile può essere notevolmente migliorata.
Il nichel può anche ridurre il tasso di incrudimento durante la deformazione a freddo, quindi le leghe utilizzate per l'imbutitura profonda, la filatura e la stampaggio a freddo hanno generalmente un alto contenuto di nichel.
Mo
Il molibdeno migliora la resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale dell'acciaio inossidabile in un ambiente cloruro. La combinazione di molibdeno e cromo, in particolare azoto, rende l'acciaio inossidabile austenitico ad alte prestazioni 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 il 2%, come l'acciaio inossidabile 316. Gli acciai inossidabili austenitici ad alte prestazioni con il più alto contenuto di lega contengono fino al 7.5% di molibdeno. Il Molibdeno contribuisce alla formazione della fase Ferrite e influenza l'equilibrio di fase. È coinvolto nella formazione di diverse fasi secondarie dannose e formerà ossidi ad alta temperatura instabili, avrà un impatto negativo sulla resistenza all'ossidazione ad alta temperatura, l'uso di acciaio inossidabile contenente molibdeno deve essere preso in considerazione.
C
Il carbonio stabilizza e rafforza 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 allo 0.030%. Il contenuto di carbonio di alcuni gradi ad alte prestazioni ad alta lega è persino limitato allo 0.020%.
N
L'azoto stabilizza e rafforza la fase austenitica e rallenta la sensibilizzazione al 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 tenore di carbonio (L), una piccola quantità di azoto (fino allo 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 allo 0.5%.
Mn
Le acciaierie usano 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 resistenza 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.
Si
In generale, il silicio è un elemento benefico 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 piccole inclusioni di ossido contenenti silicio, manganese e altri elementi disossidanti rimangono sempre nell'acciaio. Ma troppe inclusioni influenzeranno la qualità superficiale del prodotto.
Nb e Ti
Questi due elementi sono forti elementi che formano carburo e possono essere utilizzati al posto dei gradi a basso tenore 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 usati nelle caldaie e nelle apparecchiature di raffinazione per soddisfare i requisiti di resistenza alle alte temperature e saldabilità. Sono inoltre utilizzati 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 dovrebbe essere controllato al livello più basso possibile, circa lo 0.001%. Lo zolfo non viene normalmente aggiunto come elemento di lega agli acciai inossidabili austenitici ad alte prestazioni. Tuttavia, il contenuto di zolfo dell'acciaio inossidabile di grado standard è spesso elevato (0.005% ~ 0.017%), al fine di migliorare la profondità di penetrazione della saldatura della saldatura per autofusione, migliorare le prestazioni di taglio.
Il fosforo è un elemento nocivo e può influire negativamente sulle proprietà di lavorazione a caldo della forgiatura e della laminazione a caldo. Nel processo di raffreddamento dopo la saldatura, promuoverà anche il verificarsi di cricche termiche. Pertanto, il contenuto di fosforo dovrebbe essere controllato a un livello minimo.
