Jak elementy stopowe wpływają na stal nierdzewną?

Skład chemiczny ma ogromny wpływ na mikrostrukturę, właściwości mechaniczne, właściwości fizyczne i odporność na korozję stali. Chrom, molibden, nikiel i inne pierwiastki stopowe mogą zastąpić kąt Vertex płaszcza austenitowego i centrum sześciu płaszczy z żeliwa, węgiel i azot znajdują się w szczelinie między atomami płaszcza (pozycja szczeliny) ze względu na niewielki objętość, co powoduje ogromne naprężenie w płaszczu, stając się tym samym skutecznymi elementami utwardzającymi. Różne pierwiastki stopowe mają różne efekty na właściwości stali, czasami korzystne, a czasem szkodliwe. Głównymi pierwiastkami stopowymi stali nierdzewnej Austenitowej mają następujące efekty:

 

Cr

Chrom jest elementem stopowym, który sprawia, że stal nierdzewna jest „nie rdzewiejąca”. Do tworzenia powierzchniowego filmu pasywnacyjnego charakterystycznego dla stali nierdzewnej konieczne jest przynajmniej 10,5% chromu. Ten film pasywny może skutecznie chronić stal przed działaniem wody zanieczyszczonej substancjami korozyjnymi, różnych roztworów kwasowych oraz nawet silnego utleniania w wyniku korozji gazowej w wysokich temperaturach. Wartość zawartości chromu przekraczająca 10,5% zwiększa odporność stali nierdzewnej na korozję. Wartość zawartości chromu w 304 Stal nierdzewna ma stopień szlifowania 18%, a niektóre wysoce jakościowe stalowe rodzaje stali austenitycznej mają zawartość chromu sięgającą 20% –28%.

 

Ni

Miedź może tworzyć i stabilizować fazę austenitową. 8%Ni sprawia, że Stal nierdzewna 304dając mu właściwości mechaniczne, wytrzymałość i twardość wymagane przez austenit. Wysokowydajne stali nierdzewne o strukturze austenitowej zawierają wysokie stężenia chromu i molibdenu, a dodatkowo dodaje się nikiel w celu utrzymania struktury austenitowej, gdy do stali dodaje się więcej chromu lub innych elementów tworzących feritynę. Struktura austenitowa może być zapewniona przy zawartości niklu około 20%, a odporność na ściskanie i korozję stali nierdzewnej może zostać znacznie zwiększona.

Miedź może również zmniejszać tempo utwardzania podczas deformacji w niskich temperaturach, dlatego stopy stosowane do głębokiego wytłaczania, przędzenia i obróbki w niskich temperaturach zwykle mają wysoki zawartość miedzi.

 

Mo

Molibden poprawia odporność na korozję wgłębienną i szczelinową stali nierdzewnej w środowisku chlorkowym. Połączenie molibdenu z chromem, zwłaszcza azotem, sprawia, że wysokowydajna stal austenityczna ma silną odporność na korozję wgłębienną i szczelinową. Molibden może również poprawić odporność na korozję stali nierdzewnej w środowiskach redukcyjnych, takich jak kwas chlorowodorowy i rozcieńczony kwas siarkowy. Minimalna zawartość molibdenu w stali austenitycznej jest około 2%, np. w stali nierdzewnej 316. Wysoce wydajne stalowe stali austenityczne o najwyższym zawartości stopu zawierają do 7,5% molibdenu. Molibden przyczynia się do tworzenia fazy ferritowej i wpływa na równowagę fazową. Wpływa na tworzenie kilku szkodliwych faz wtórnych i tworzy niestabilne tlenki o wysokiej temperaturze, co ma negatywny wpływ na odporność na wysokotemperaturową utlenianie. Użycie stali nierdzewnej zawierającej molibden musi być uwzględnione.

 

C

Węgiel stabilizuje i wzmacnia fazę austenitową. Węgiel jest korzystnym elementem dla stali nierdzewnej stosowanej w środowiskach o wysokiej temperaturze, takich jak rury kotłowe, ale w niektórych przypadkach może mieć szkodliwy wpływ na odporność na korozję. Zawartość węgla w większości stali nierdzewnych typu austenitowego jest zwykle ograniczona do najniższego dopuszczalnego poziomu. Zawartość węgla w gatunkach do spawania (304LZawartość węgla w stali nierdzewnej o wysokiej wytrzymałości (np. 201L i 316L) jest ograniczona do 0,030%. Zawartość węgla w niektórych wysokowydajnych gatunkach stali z dodatkiem stopów jest nawet ograniczona do 0,020%.

 

N

Azot stabilizuje i wzmacnia fazę austenityczną oraz spowalnia proces senzityzacji węglika oraz tworzenia faz wtórnych. Standardowe austenityczne stalowe rodzaje stali nierdzewnej oraz wysokowydajne austenityczne rodzaje stali nierdzewnej zawierają azot. W niskowęglowych gatunkach stali (L) niewielka ilość azotanu (do 0,1%) może zrekompensować utratę wytrzymałości związanych z niską zawartością węgla. Azot wspomaga również zwiększenie odporności na korozję chlorowodorkową i korozję szczelinową, dlatego niektóre z najlepszych stali nierdzewnych o wysokich parametrach korozyjnych są wyposażone w azot w ilości do 0,5%.

 

Mn

Stalownie wykorzystują mangan do odoksydacji stopionego stali, więc niewielka ilość manganu pozostaje w całej stali nierdzewnej. Mangan może również stabilizować fazę austenitową i poprawiać rozpuszczalność azotu w stali nierdzewnej. Dlatego w stali nierdzewnej serii 200 mangan może być używany do zastępowania części niklu w celu zwiększenia zawartości azotu oraz poprawy wytrzymałości i odporności na korozję. Mangan dodaje się do niektórych wysokowydajnych stali nierdzewnych typu austenitowego, aby uzyskać taki sam efekt.

 

Cu

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

 

Si

Ogólnie rzecz biorąc, krzem jest korzystnym elementem w stali nierdzewnej austenitowej, ponieważ może poprawiać odporność stali na korozję w stężonych kwasach i w środowiskach o wysokiej zawartości tlenu. Otrzymuje się doniesienia, że stali nierdzewne specjalne o wysokim stopniu krzemieniającego się, takie jak UNS S30600, charakteryzują się wysoką odpornością na korozję w postaci otworów. Krzem, podobnie jak mangan, może być również stosowany do odtleniania stopionego stali, więc niewielkie inkluzje tlenkowe zawierające krzem, mangan i inne składniki odtleniające zawsze pozostają w stali. Jednak zbyt wiele inkluzji wpływa na jakość powierzchniowego wykończenia produktu.

 

Nb i Ti

Te dwa elementy są silnymi elementami tworzącymi węglik tytanowy i mogą być stosowane zamiast gatunków o niskiej zawartości węgla w celu zmniejszenia ryzyka wystąpienia reakcji senzitacyjnej. Karbid niobowy i karbid tytanowy mogą zwiększyć wytrzymałość w wysokich temperaturach. 347 a stal nierdzewna typu 321 zawierająca Nb i Ti jest powszechnie stosowana w kotłach i urządzeniach rafinacyjnych w celu spełnienia wymagań dotyczących wytrzymałości i spawalności w wysokich temperaturach. Stosowana jest również w niektórych procesach odtleniania jako pozostałości w wysokowydajnych stalach nierdzewnych typu Austenitic.

 

S i P

Siarka jest zarówno korzystna, jak i szkodliwa dla stali nierdzewnej. Jej pozytywnym działaniem jest poprawa wydajności obróbki, jednak jej negatywnym skutkiem jest zmniejszenie odporności termicznej stali, co zwiększa liczbę inkluzji siarczanu manganu, co w konsekwencji wpływa na zmniejszenie odporności stali na korozję. Wyższej jakości stali nierdzewnej Austenitowej nie jest łatwa do obróbki cieplnej, dlatego zawartość siarki powinna być utrzymywana na jak najniższym poziomie, około 0,001%. Siarka zwykle nie jest dodawana jako element stopowy do wysokowydajnych stali nierdzewnych typu Austenitowe. Jednak zawartość siarki w standardowych gatunkach stali nierdzewnej jest często wysoka (0,005% ~ 0,017%), co ma na celu zwiększenie głębokości penetracji spoin w procesie spawania samodoskładowego oraz poprawę wydajności cięcia.

Fosfor jest szkodliwym elementem i może negatywnie wpływać na właściwości termiczne formowania i walcowania na gorąco. W procesie chłodzenia po spawaniu przyczynia się ono również do wystąpienia pęknięć termicznych. Dlatego zawartość fosforu powinna być utrzymywana na minimalnym poziomie.