Jak pierwiastek stopowy wpływa na stal nierdzewną?

Skład chemiczny ma ogromny wpływ na mikrostrukturę, właściwości mechaniczne, właściwości fizyczne i odporność stali na korozję. Chrom, molibden, nikiel i inne pierwiastki stopowe mogą zastąpić wierzchołek Kąt sieci austenitu i środek sześciu boków sześcianu żelazo, węgiel i azot znajdują się w szczelinie pomiędzy atomami sieci (położenie szczeliny) ze względu na małą objętość , powodują ogromne naprężenia w siatce, dzięki czemu stają się skutecznymi elementami hartującymi. Różne pierwiastki stopowe mają różny wpływ na właściwości stali, czasem korzystny, a czasem szkodliwy. Główne pierwiastki stopowe austenitycznej stali nierdzewnej mają następujące działanie:

 

Kr

Chrom jest pierwiastkiem stopowym, który sprawia, że stal nierdzewna jest „wolna od rdzy”. Do wytworzenia warstwy pasywacyjnej powierzchni charakterystycznej dla stali nierdzewnej wymagana jest zawartość chromu co najmniej 10,5%. Folia pasywacyjna może sprawić, że stal nierdzewna będzie skutecznie odporna na korozyjną wodę, różne roztwory kwasów, a nawet silne utlenianie w wyniku korozji gazowej w wysokiej temperaturze. Gdy zawartość chromu przekracza 10,5%, zwiększa się odporność na korozję stali nierdzewnej. Zawartość chromu w 304 stal nierdzewna to 18%, a niektóre wysokiej jakości austenityczne stale nierdzewne mają zawartość chromu sięgającą od 20% do 28%.

 

Ni

Nikiel może tworzyć i stabilizować fazę austenityczną. Marka 8%Ni Stal nierdzewna 304, nadając mu właściwości mechaniczne, wytrzymałość i wytrzymałość wymaganą przez austenit. Wysokosprawne austenityczne stale nierdzewne zawierają duże stężenia chromu i molibdenu, a nikiel dodaje się w celu utrzymania struktury austenitycznej, gdy do stali dodaje się więcej chromu lub innych pierwiastków tworzących ferryt. Strukturę austenitu można zagwarantować dzięki zawartości niklu około 20%, a odporność stali nierdzewnej na korozję naprężeniową można znacznie poprawić.

Nikiel może również zmniejszać szybkość utwardzania przez zgniot podczas odkształcania na zimno, dlatego stopy stosowane do głębokiego tłoczenia, przędzenia i spęczania na zimno mają zazwyczaj wysoką zawartość niklu.

 

Pon

Molibden poprawia odporność stali nierdzewnej na korozję wżerową i szczelinową w środowisku chlorkowym. Połączenie molibdenu i chromu, zwłaszcza azotu, sprawia, że wysokowydajna austenityczna stal nierdzewna ma dużą odporność na korozję wżerową i szczelinową. Mo może również poprawić odporność na korozję stali nierdzewnej w środowiskach redukujących, takich jak kwas solny i rozcieńczony kwas siarkowy. Minimalna zawartość molibdenu w austenitycznej stali nierdzewnej wynosi około 2%, na przykład stal nierdzewna 316. Wysokowydajne austenityczne stale nierdzewne o najwyższej zawartości stopu zawierają do 7,5% molibdenu. Molibden bierze udział w tworzeniu fazy ferrytowej i wpływa na równowagę fazową. Bierze udział w tworzeniu kilku szkodliwych faz wtórnych i tworzy niestabilne tlenki w wysokiej temperaturze, ma negatywny wpływ na odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze, należy wziąć pod uwagę zastosowanie stali nierdzewnej zawierającej molibden.

 

C

Węgiel stabilizuje i wzmacnia fazę austenityczną. Węgiel jest korzystnym pierwiastkiem w przypadku stali nierdzewnej stosowanej w środowiskach o wysokiej temperaturze, takich jak rury kotłów, ale w niektórych przypadkach może mieć szkodliwy wpływ na odporność na korozję. Zawartość węgla w większości austenitycznych stali nierdzewnych jest zwykle ograniczona do najniższego możliwego poziomu. Zawartość węgla w gatunkach spawalniczych (304L, 201L i 316L) jest ograniczone do 0,030%. Zawartość węgla w niektórych wysokowydajnych gatunkach stopów jest ograniczona nawet do 0,020%.

 

N

Azot stabilizuje i wzmacnia fazę austenitu oraz spowalnia uczulanie węglików i tworzenie fazy wtórnej. Zarówno standardowe austenityczne stale nierdzewne, jak i austenityczne stale nierdzewne o wysokiej wydajności zawierają azot. W gatunku niskowęglowym (L) niewielka ilość azotu (do 0,1%) może zrekompensować utratę wytrzymałości spowodowaną niską zawartością węgla. Azot pomaga również poprawić odporność na wżery chlorkowe i korozję szczelinową, dlatego niektóre z najlepiej odpornych na korozję, wysokowydajnych austenitycznych stali nierdzewnych mają zawartość azotu sięgającą 0,5%.

 

Mn

Huty wykorzystują mangan do odtleniania stopionej stali, dlatego w całej stali nierdzewnej pozostaje niewielka ilość manganu. Mangan może również stabilizować fazę austenityczną i poprawiać rozpuszczalność azotu w stali nierdzewnej. Dlatego w stali nierdzewnej serii 200 mangan można zastosować w celu zastąpienia części niklu w celu zwiększenia zawartości azotu, poprawy wytrzymałości i odporności na korozję. Aby osiągnąć ten sam efekt, do niektórych wysokowydajnych austenitycznych stali nierdzewnych dodaje się mangan.

 

Cu

Miedź może poprawić odporność stali nierdzewnej na korozję w przypadku kwasów redukujących, takich jak niektóre mieszane roztwory kwasu siarkowego i fosforowego.

 

Si

Ogólnie rzecz biorąc, krzem jest korzystnym pierwiastkiem w austenitycznej stali nierdzewnej, ponieważ może poprawić odporność stali na korozję w stężonym kwasie i środowiskach o wysokim stopniu utlenienia. Podaje się, że UNS S30600 i inne specjalne stale nierdzewne o wysokiej zawartości krzemu mają wysoką odporność na korozję wżerową. Krzem, podobnie jak mangan, można również stosować do odtleniania roztopionej stali, dlatego w stali zawsze pozostają małe wtrącenia tlenkowe zawierające krzem, mangan i inne pierwiastki odtleniające. Jednak zbyt wiele wtrąceń będzie miało wpływ na jakość powierzchni produktu.

 

Nb i Ti

Te dwa pierwiastki są pierwiastkami silnie tworzącymi węgliki i można je stosować zamiast pierwiastków niskowęglowych w celu złagodzenia uczulenia. Węglik niobu i węglik tytanu mogą poprawić wytrzymałość w wysokiej temperaturze. 347 i stale nierdzewne 321 zawierające Nb i Ti są powszechnie stosowane w kotłach i sprzęcie rafinacyjnym, aby spełnić wymagania dotyczące wytrzymałości w wysokich temperaturach i spawalności. Są one również stosowane w niektórych procesach odtleniania jako pierwiastki resztkowe w wysokowydajnych austenitycznych stalach nierdzewnych.

 

S i P

Siarka jest zarówno dobra, jak i zła dla stali nierdzewnej. Może poprawić wydajność obróbki, szkoda polega na zmniejszeniu urabialności termicznej, zwiększeniu liczby wtrąceń siarczku manganu, co powoduje zmniejszenie odporności na korozję wżerową stali nierdzewnej. Wysokiej jakości austenityczna stal nierdzewna nie jest łatwa w obróbce cieplnej, dlatego zawartość siarki powinna być kontrolowana na możliwie najniższym poziomie, około 0,001%. Siarki zwykle nie dodaje się jako pierwiastka stopowego do wysokowydajnych austenitycznych stali nierdzewnych. Jednakże zawartość siarki w standardowej stali nierdzewnej jest często wysoka (0,005% ~ 0,017%), aby poprawić głębokość wnikania spoiny podczas spawania samooporowego, poprawić wydajność cięcia.

Fosfor jest pierwiastkiem szkodliwym i może niekorzystnie wpływać na właściwości obróbki na gorąco podczas kucia i walcowania na gorąco. W procesie chłodzenia po spawaniu będzie to również sprzyjać występowaniu pęknięć termicznych. Dlatego zawartość fosforu powinna być kontrolowana na minimalnym poziomie.