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. Chroom, molybdeen, nikkel en andere legeringselementen kunnen de tophoek van het austenietrooster en het midden van de zes zijden van de kubus vervangen. Ijzer, koolstof en stikstof bevinden zich in de opening tussen de roosteratomen (openingspositie) vanwege het kleine volume , produceren een enorme spanning in het rooster, dus worden effectieve verhardingselementen. Verschillende legeringselementen hebben verschillende effecten op de eigenschappen van staal, soms gunstig en soms schadelijk. De belangrijkste legeringselementen van austenitisch roestvast staal hebben de volgende effecten:

 

Cr

Chroom is een legeringselement dat roestvrij staal “roestvrij” maakt. Er is minimaal 10,5% chroom nodig om de oppervlaktepassiveringsfilm te vormen die kenmerkend is voor roestvrij staal. De passivatiefilm kan ervoor zorgen dat roestvrij staal effectief bestand is tegen corrosief water, een verscheidenheid aan zure oplossingen en zelfs sterke oxidatie van gascorrosie bij hoge temperaturen. Wanneer het chroomgehalte 10,5% overschrijdt, wordt de corrosieweerstand van roestvrij staal verbeterd. Het chroomgehalte van 304 roestvrij staal is 18%, en sommige hoogwaardige austenitische roestvrij staalsoorten hebben een chroomgehalte zo hoog als 20% tot 28%.

 

Ni

Nikkel kan de austenitische fase vormen en stabiliseren. 8%Ni maakt 304 roestvrij staal, waardoor het de mechanische eigenschappen, sterkte en taaiheid krijgt die austeniet vereist. Hoogwaardige austenitische roestvaste staalsoorten bevatten hoge concentraties chroom en molybdeen, en nikkel wordt toegevoegd om de austenitische structuur te behouden wanneer meer chroom of andere ferrietvormende elementen aan het staal worden toegevoegd. De austenietstructuur kan worden gegarandeerd door een nikkelgehalte van ongeveer 20%, en de spanningscorrosie-breukweerstand van roestvrij staal kan aanzienlijk worden verbeterd.

Nikkel kan ook de hardingssnelheid tijdens koude vervorming verminderen, dus de legeringen die worden gebruikt voor dieptrekken, spinnen en koudtrekken hebben over het algemeen een hoog nikkelgehalte.

 

ma

Molybdeen verbetert de weerstand tegen putcorrosie en spleetcorrosie van roestvrij staal in een chlorideomgeving. De combinatie van molybdeen en chroom, vooral stikstof, zorgt ervoor dat het hoogwaardige austenitische roestvrij staal een sterke weerstand heeft tegen putcorrosie en spleetcorrosie. Mo kan ook de corrosieweerstand van roestvrij staal verbeteren in reductieve omgevingen zoals zoutzuur en verdund zwavelzuur. Het minimale molybdeengehalte van austenitisch roestvrij staal is ongeveer 2%, zoals 316 roestvrij staal. Hoogwaardige austenitische roestvaste staalsoorten met het hoogste legeringsgehalte bevatten tot 7,5% molybdeen. Molybdeen draagt bij aan de vorming van de ferrietfase en beïnvloedt het fase-evenwicht. Het is betrokken bij de vorming van verschillende schadelijke secundaire fasen en zal onstabiele oxiden bij hoge temperaturen vormen, een negatieve invloed hebben op de oxidatieweerstand bij hoge temperaturen. Er moet rekening worden gehouden met het gebruik van molybdeenhoudend roestvrij staal.

 

C

Koolstof stabiliseert en versterkt de austenitische fase. Koolstof is een nuttig 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. Het koolstofgehalte van het meeste austenitisch roestvrij staal is gewoonlijk beperkt tot het laagst haalbare niveau. Het koolstofgehalte van laskwaliteiten (304L, 201L en 316L) is beperkt tot 0,030%. Het koolstofgehalte van sommige hoogwaardige legeringen is zelfs beperkt tot 0,020%.

 

N

Stikstof stabiliseert en versterkt de austenietfase, en vertraagt de sensibilisering van carbiden en de vorming van de secundaire fase. Zowel standaard austenitisch roestvast staal als hoogwaardig austenitisch roestvast staal bevatten stikstof. In koolstofarme kwaliteit (L) kan een kleine hoeveelheid stikstof (tot 0,1%) het krachtverlies als gevolg van een laag koolstofgehalte compenseren. Stikstof helpt ook de weerstand tegen putcorrosie door chloride en spleetcorrosie te verbeteren. Daarom hebben enkele van de beste corrosiebestendige hoogwaardige austenitische roestvaste staalsoorten een stikstofgehalte van wel 0,5%.

 

Mn

Staalfabrieken gebruiken mangaan om gesmolten staal te deoxideren, zodat er in al het roestvrij staal een kleine hoeveelheid mangaan achterblijft. Mangaan kan ook de austenitische fase stabiliseren en de oplosbaarheid van stikstof in roestvrij staal verbeteren. Daarom kan mangaan in roestvrij staal uit de 200-serie worden gebruikt om een deel van het nikkel te vervangen om het stikstofgehalte te verhogen, de sterkte en corrosieweerstand te verbeteren. Mangaan wordt toegevoegd aan sommige hoogwaardige austenitische roestvaste staalsoorten om hetzelfde effect te bereiken.

 

Cu

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

 

Si

Over het algemeen is silicium een nuttig element in austenitisch roestvast staal omdat het de corrosieweerstand van staal in geconcentreerde zuren en omgevingen met hoge oxidatie kan verbeteren. Er wordt gemeld dat UNS S30600 en andere speciale roestvaste staalsoorten met een hoog siliciumgehalte een hoge weerstand tegen putcorrosie hebben. Silicium kan, net als mangaan, ook worden gebruikt om gesmolten staal te deoxideren, zodat kleine oxide-insluitsels die silicium, mangaan en andere deoxiderende elementen bevatten altijd in staal achterblijven. Maar te veel insluitsels zullen de oppervlaktekwaliteit van het product beïnvloeden.

 

Nb en Ti

Deze twee elementen zijn sterke carbidevormende elementen en kunnen worden gebruikt in plaats van koolstofarme kwaliteiten om sensibilisatie te verminderen. Niobiumcarbide en titaniumcarbide kunnen de sterkte bij hoge temperaturen verbeteren. 347 en 321 roestvrij staal dat Nb en Ti bevat, wordt vaak gebruikt in ketels en raffinageapparatuur om te voldoen aan de vereisten voor sterkte en lasbaarheid bij hoge temperaturen. Ze worden ook gebruikt in sommige deoxidatieprocessen als restelementen in hoogwaardige austenitische roestvaste staalsoorten.

 

S en P

Zwavel is zowel goed als slecht voor roestvrij staal. Het kan de bewerkingsprestaties verbeteren, de schade is het verminderen van de thermische verwerkbaarheid, het verhogen van het aantal mangaansulfide-insluitingen, wat resulteert in een verminderde weerstand tegen putcorrosie van roestvrij staal. Hoogwaardig austenitisch roestvrij staal is niet gemakkelijk te verwarmen, dus het zwavelgehalte moet zoveel mogelijk op het laagste niveau worden gehouden, ongeveer 0,001%. Zwavel wordt normaal gesproken niet toegevoegd als legeringselement aan hoogwaardige austenitische roestvaste staalsoorten. Het zwavelgehalte van roestvrij staal van standaardkwaliteit is echter vaak hoog (0,005% ~ 0,017%), om de laspenetratiediepte van zelffusielassen te verbeteren en de snijprestaties te verbeteren.

Fosfor is een schadelijk element en kan de warme werkeigenschappen van smeden en warmwalsen negatief beïnvloeden. Bij het koelproces na het lassen zal het ook het optreden van thermische scheurvorming bevorderen. Daarom moet het fosforgehalte tot een minimum worden beperkt.