Hoe beïnvloedt het legeringselement het roestvrij staal?

De chemische samenstelling heeft een grote invloed op de microstructuur, mechanische eigenschappen, fysische eigenschappen en corrosieweerstand van staal. Chromium, molybdeen, nikkel en andere legeringselementen kunnen de hoek van de austenietgatwijdte vervangen en de zes zijden van het kubisch ijzer zijn geplaatst in de ruimte tussen de atomen (ruimtepositie) vanwege het kleine volume. Hierdoor ontstaat een enorme spanning in de gatwijdte, waardoor deze elementen effectief harden. Verschillende legeringselementen hebben verschillende effecten op de eigenschappen van staal. Soms zijn deze effecten gunstig, soms schadelijk. De belangrijkste legeringselementen van austenitisch roestvrij staal hebben de volgende effecten:

 

Cr

Chromium is een legerend element dat roestvrij staal "roestvrij" maakt. Minimaal 10,5% chromium is nodig om de oppervlaktepassivering te vormen die kenmerkend is voor roestvrij staal. De passivering kan roestvrij staal effectief bestand maken tegen corrosieve wateren, een verscheidenheid aan zure oplossingen en zelfs sterke oxidatie door hoge-temperatuur-gascorrosie. Wanneer het chromiumgehalte hoger is dan 10,5%, wordt de corrosieweerstand van roestvrij staal verbeterd. Het chromiumgehalte van 304 Roestvrij staal heeft een legering van 18%, en sommige hoogwaardige austenitische staalsoorten hebben een chroomgehalte van 20% tot 28%.

 

Ni

Nikkel kan de austenitische fase vormen en stabiliseren. 8%Ni zorgt ervoor dat Roestvrij staal 304Deze austenitische staalsoorten hebben de mechanische eigenschappen, sterkte en taaiheid die austeniet vereist. Hoogwaardige austenitische roestvrijstalen staalsoorten bevatten hoge concentraties chroom en molybdeen. Daarnaast wordt nikkel toegevoegd om de austenitische structuur te behouden wanneer er meer chroom of andere ferritvormende elementen aan het staal worden toegevoegd. De austenitische structuur kan worden gegarandeerd door een gehalte aan nikkel van ongeveer 20%. De stresscorrosie-scheurvastheid van roestvrij staal kan hierdoor sterk worden verbeterd.

Nikkel kan ook de hardheid tijdens koudvormen verminderen, dus de legeringen die worden gebruikt voor diepwerk, spinnen en kouddraaien hebben over het algemeen een hoog gehalte aan nikkel.

 

Mo

Molybdium verbetert de roestbestendigheid tegen pitting en crevasies van roestvrij staal in een chloorkomst. De combinatie van molybdeen en chroom, met name stikstof, maakt het hoogwaardige austenitische roestvrij staal bestand tegen pitting en crevasies. Mo kan ook de corrosiebestendigheid van roestvrij staal in reducerende omgevingen zoals zoutzuur en verdund zwavelzuur verbeteren. Het minimale molybdeengehalte van austenitisch roestvrij staal is ongeveer 2%, zoals 316 roestvrij staal. Hoogwaardige austenitische roestvrij staalsoorten met een hoog legeringsgehalte bevatten tot 7,5% molybdeen. Molybdium draagt bij aan de vorming van de ferrietfase en beïnvloedt de fasebalans. Het is betrokken bij de vorming van verschillende schadelijke secundaire fasen en zal onstabiele hoogtemperatuuroxidevormen vormen, wat een negatief effect heeft op de hoge-temperatuuroxideresistentie. Het gebruik van roestvrij staal met molybdeen in de behuizing moet in acht worden genomen.

 

C

Stikstof stabiliseert en versterkt de austenitische fase. Stikstof is een gunstig element voor roestvrij staal dat wordt gebruikt in omgevingen met hoge temperaturen, zoals ketelbuizen, maar kan in sommige gevallen een nadelig effect hebben op de corrosieweerstand. De stikstofconcentratie van de meeste austenitische roestvrij staalsoorten is meestal beperkt tot het laagst haalbare niveau. De stikstofconcentratie van lasstaalsoorten (304L(201L en 316L) is beperkt tot 0,030%. De koolstofgehalte van sommige hoogwaardige legeringen met hoge prestaties is zelfs beperkt tot 0,020%.

 

N

Stikstof stabiliseert en versterkt de austenietfase en vertraagt de carbide-sensibilisatie en de vorming van secundaire fasen. Zowel standaard austenitische roestvrijstalen als hoogwaardige austenitische roestvrijstalen bevatten stikstof. In de lage koolstofklasse (L) kan een kleine hoeveelheid stikstof (tot 0,1%) de verlies van sterkte als gevolg van het lage koolstofgehalte compenseren. Stikstof helpt ook de weerstand tegen chlorid-pit en scheurcorrosie te verbeteren, waardoor sommige van de beste corrosiebestendige hoogwaardige austenitische roestvrijstalen een stikstofgehalte hebben van maar liefst 0,5%.

 

Mn

Staalfabrieken gebruiken mangaan om gesmolten staal te ontoxideren. Daarom blijft een kleine hoeveelheid mangaan in alle roestvrij staalsoorten aanwezig. Mangaan kan ook de austenitische fase stabiliseren en de oplosbaarheid van stikstof in roestvrij staal verbeteren. Daarom kan mangaan in roestvrij staal van de serie 200 worden gebruikt om een deel van het nikkel te vervangen om de stikstofgehalte te verhogen en de sterkte en corrosieweerstand te verbeteren. Mangaan wordt toegevoegd aan sommige hoogwaardige austenitische roestvrij staalsoorten om hetzelfde effect te bereiken.

 

Cu

Koper kan de corrosieweerstand van roestvrij staal verbeteren bij het verminderen van zuren, zoals sommige gemengde oplossingen van zwavelzuur en fosforzuur.

 

Si

Over het algemeen is silicium een gunstig element in austenitisch roestvrij staal omdat het de corrosieweerstand van staal in geconcentreerde zuren en in omgevingsomstandigheden met een hoge oxidatiegraad kan verbeteren. Er wordt gemeld dat UNS S30600 en andere speciale roestvrijstalen met een hoog siliciumgehalte een hoge pittingcorrosiebestendigheid hebben. Silicium, net als mangaan, kan ook worden gebruikt om gesmolten staal te ontoxideren. Kleine oxideinzettingen die silicium, mangaan en andere ontoxiderende elementen bevatten, blijven dus altijd in het staal aanwezig. Te veel inzettingen zullen echter de oppervlaktekwaliteit van het product aantasten.

 

Nb en Ti

Deze twee elementen zijn sterke carbidevormende elementen en kunnen worden gebruikt in plaats van lage-koolstofgraden om sensibilisatie te verminderen. Niobiumcarbide en titaniumcarbide kunnen de hoge temperatuurbestendigheid verbeteren. 347 En 321 roestvrij staalsoorten die Nb en Ti bevatten, worden veel gebruikt in ketels en raffinageapparatuur om aan de eisen op het gebied van hoge temperatuurbestendigheid en lassenkwaliteit te voldoen. Ze worden ook gebruikt in bepaalde ontzwavelingsprocessen als restelementen in hoogwaardige austenitische roestvrijstalen.

 

S en P

Sulfur is zowel goed als slecht voor roestvrij staal. Het kan de bewerkingsprestaties verbeteren, maar het nadeel is dat het de thermische verwerkbaarheid vermindert en het aantal mangaanzulfide-inclusies toeneemt, waardoor de roestvrijstalen corrosieweerstand wordt verminderd. Hoogwaardig austenitisch roestvrij staal is niet gemakkelijk te verwerken bij hoge temperaturen, dus moet het zuurstofgehalte zoveel mogelijk zo laag mogelijk worden gehouden, ongeveer 0,001%. Sulfur wordt normaal gesproken niet als legerend element toegevoegd aan hoogwaardige austenitische roestvrijstalen. De zuurstofgehalte van standaardroestvrij staal is echter vaak hoog (0,005% tot 0,017%), om de lasdoorlaat diepte bij zelffusie-lassen te verbeteren en de snijprestaties te verbeteren.

Fosfor is een schadelijk element en kan een negatief effect hebben op de warmtebewerkingseigenschappen van smeden en warmgewalst staal. Tijdens het koelen na het lassen kan fosfor ook de vorming van thermische scheuren bevorderen. Daarom moet het fosforgehalte op een minimumniveau worden gehouden.