องค์ประกอบโลหะผสมส่งผลต่อสแตนเลสอย่างไร?

องค์ประกอบทางเคมีมีอิทธิพลอย่างมากต่อโครงสร้างจุลภาค คุณสมบัติทางกล คุณสมบัติทางกายภาพ และความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็ก โครเมียม โมลิบดีนัม นิกเกิล และธาตุผสมอื่นๆ สามารถแทนที่มุมยอดของโครงตาข่ายออสเทนไนต์ได้ และศูนย์กลางของหกด้านของเหล็กลูกบาศก์ คาร์บอน และไนโตรเจน จะอยู่ในช่องว่างระหว่างอะตอมของโครงตาข่าย (ตำแหน่งช่องว่าง) เนื่องจากมีปริมาตรน้อย ทำให้เกิดความเครียดอย่างมากในโครงตาข่าย ดังนั้นจึงกลายเป็นองค์ประกอบชุบแข็งที่มีประสิทธิภาพ ธาตุโลหะผสมที่แตกต่างกันมีผลกระทบต่อคุณสมบัติของเหล็กที่แตกต่างกัน ซึ่งบางครั้งก็มีประโยชน์และบางครั้งก็เป็นอันตราย องค์ประกอบการผสมหลักของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกมีผลกระทบดังต่อไปนี้:

 

Cr

โครเมียมเป็นองค์ประกอบโลหะผสมที่ทำให้สแตนเลส “ปลอดสนิม” ต้องใช้โครเมียมอย่างน้อย 10.5% เพื่อสร้างลักษณะฟิล์มทู่พื้นผิวของเหล็กกล้าไร้สนิม ฟิล์มทู่สามารถทำให้สแตนเลสต้านทานน้ำที่มีฤทธิ์กัดกร่อน สารละลายกรดต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และแม้กระทั่งการเกิดออกซิเดชันที่รุนแรงของการกัดกร่อนของก๊าซที่อุณหภูมิสูง เมื่อปริมาณโครเมียมเกิน 10.5% ความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสจะเพิ่มขึ้น ปริมาณโครเมียมของ 304 สแตนเลสคือ 18% และสแตนเลสออสเทนนิติกคุณภาพสูงบางชนิดมีปริมาณโครเมียมสูงถึง 20% ถึง 28%

 

นิ

นิกเกิลสามารถสร้างและทำให้เฟสออสเทนนิติกคงตัวได้ 8%Ni ทำให้ สแตนเลส304ทำให้มีคุณสมบัติทางกล ความแข็งแรง และความเหนียวตามที่ออสเทนไนต์ต้องการ สเตนเลสออสเทนนิติกสมรรถนะสูงประกอบด้วยโครเมียมและโมลิบดีนัมที่มีความเข้มข้นสูง และนิกเกิลจะถูกเติมเพื่อรักษาโครงสร้างออสเทนนิติกเมื่อมีการเติมโครเมียมหรือองค์ประกอบที่ขึ้นรูปเฟอร์ไรต์อื่นๆ ลงในเหล็ก โครงสร้างออสเทนไนต์สามารถรับประกันได้ด้วยปริมาณนิกเกิลประมาณ 20% และสามารถปรับปรุงความต้านทานการแตกหักของการกัดกร่อนจากความเครียดของเหล็กกล้าไร้สนิมได้อย่างมาก

นิกเกิลยังสามารถลดอัตราการชุบแข็งในงานในระหว่างการเปลี่ยนรูปเย็น ดังนั้นโลหะผสมที่ใช้สำหรับการขึ้นรูปลึก การปั่นและการขึ้นรูปเย็นโดยทั่วไปจึงมีปริมาณนิกเกิลสูง

 

โม

โมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกของเหล็กกล้าไร้สนิมในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ การรวมกันของโมลิบดีนัมและโครเมียม โดยเฉพาะไนโตรเจน ทำให้สเตนเลสออสเทนนิติกสมรรถนะสูงมีความทนทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกได้ดี โมยังสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสในสภาพแวดล้อมที่ลดลง เช่น กรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเจือจาง ปริมาณโมลิบดีนัมขั้นต่ำของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกคือประมาณ 2% เช่นเหล็กกล้าไร้สนิม 316 สเตนเลสออสเทนนิติกประสิทธิภาพสูงที่มีปริมาณโลหะผสมสูงสุดมีโมลิบดีนัมสูงถึง 7.5% โมลิบดีนัมมีส่วนช่วยในการสร้างเฟสเฟอร์ไรต์และส่งผลต่อสมดุลของเฟส มันเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของเฟสทุติยภูมิที่เป็นอันตรายหลายเฟสและจะก่อให้เกิดออกไซด์อุณหภูมิสูงที่ไม่เสถียร ส่งผลเสียต่อการต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ต้องคำนึงถึงการใช้สแตนเลสที่มีโมลิบดีนัมด้วย

 

ค

คาร์บอนทำให้เฟสออสเทนนิติกเสถียรและแข็งแรงขึ้น คาร์บอนเป็นองค์ประกอบที่เป็นประโยชน์สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ท่อหม้อไอน้ำ แต่ในบางกรณีอาจส่งผลเสียต่อความต้านทานการกัดกร่อนได้ ปริมาณคาร์บอนในสเตนเลสออสเทนนิติกส่วนใหญ่มักถูกจำกัดให้อยู่ในระดับต่ำสุดที่สามารถปฏิบัติได้ ปริมาณคาร์บอนของเกรดการเชื่อม (304ล, 201L และ 316L) จำกัดอยู่ที่ 0.030% ปริมาณคาร์บอนของเกรดโลหะผสมประสิทธิภาพสูงบางเกรดยังถูกจำกัดอยู่ที่ 0.020% อีกด้วย

 

เอ็น

ไนโตรเจนทำให้เฟสออสเทนไนต์เสถียรและแข็งแรงขึ้น และชะลอการแพ้ของคาร์ไบด์และการเกิดเฟสทุติยภูมิ ทั้งสเตนเลสออสเทนนิติกมาตรฐานและสเตนเลสออสเทนนิติกประสิทธิภาพสูงมีไนโตรเจน ในเกรดคาร์บอนต่ำ (L) ไนโตรเจนจำนวนเล็กน้อย (สูงถึง 0.1%) สามารถชดเชยการสูญเสียความแข็งแรงเนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนต่ำ ไนโตรเจนยังช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนของคลอไรด์และการกัดกร่อนตามรอยแยก ดังนั้นสเตนเลสออสเทนนิติกประสิทธิภาพสูงที่ทนต่อการกัดกร่อนที่ดีที่สุดบางตัวจึงมีปริมาณไนโตรเจนสูงถึง 0.5%

 

มน

โรงงานเหล็กใช้แมงกานีสเพื่อกำจัดออกซิไดซ์เหล็กหลอมเหลว ดังนั้น เหล็กกล้าไร้สนิมทั้งหมดจึงยังมีแมงกานีสจำนวนเล็กน้อย แมงกานีสยังสามารถรักษาเสถียรภาพของเฟสออสเทนนิติกและปรับปรุงความสามารถในการละลายของไนโตรเจนในสแตนเลส ดังนั้นในเหล็กกล้าไร้สนิมซีรีส์ 200 แมงกานีสจึงสามารถนำมาใช้แทนส่วนหนึ่งของนิกเกิลเพื่อเพิ่มปริมาณไนโตรเจน ปรับปรุงความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อน แมงกานีสถูกเติมลงในสเตนเลสออสเทนนิติกประสิทธิภาพสูงบางชนิดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เช่นเดียวกัน

 

ลูกบาศ์ก

ทองแดงสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสในการลดกรด เช่น สารละลายผสมของกรดซัลฟิวริกและฟอสฟอริก

 

ศรี

โดยทั่วไป ซิลิคอนเป็นองค์ประกอบที่เป็นประโยชน์ในสเตนเลสออสเทนนิติก เนื่องจากสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กในกรดเข้มข้นและสภาพแวดล้อมออกซิเดชั่นสูงได้ มีรายงานว่า UNS S30600 และเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดพิเศษที่มีซิลิคอนสูงอื่นๆ มีความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนสูง ซิลิคอนก็เหมือนกับแมงกานีสที่สามารถใช้เพื่อกำจัดออกซิไดซ์เหล็กหลอมเหลวได้ ดังนั้นการรวมออกไซด์ขนาดเล็กที่ประกอบด้วยซิลิกอน แมงกานีส และองค์ประกอบกำจัดออกซิไดซ์อื่น ๆ จะยังคงอยู่ในเหล็กเสมอ แต่การรวมมากเกินไปจะส่งผลต่อคุณภาพพื้นผิวของผลิตภัณฑ์

 

เอ็นบี และ ติ

องค์ประกอบทั้งสองนี้เป็นองค์ประกอบที่สร้างคาร์ไบด์ที่แข็งแกร่ง และสามารถใช้แทนเกรดคาร์บอนต่ำเพื่อลดอาการแพ้ได้ ไนโอเบียมคาร์ไบด์และไทเทเนียมคาร์ไบด์สามารถปรับปรุงความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงได้ 347 และสแตนเลส 321 ที่มี Nb และ Ti มักใช้ในหม้อไอน้ำและอุปกรณ์การกลั่นเพื่อตอบสนองความต้องการด้านความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและความสามารถในการเชื่อม นอกจากนี้ยังใช้ในกระบวนการดีออกซิเดชั่นเป็นองค์ประกอบตกค้างในสเตนเลสออสเทนนิติกสมรรถนะสูง

 

เอส แอนด์ พี

ซัลเฟอร์มีทั้งดีและไม่ดีสำหรับสแตนเลส มันสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดเฉือน อันตรายคือลดความสามารถในการทำงานด้วยความร้อน เพิ่มจำนวนแมงกานีสซัลไฟด์รวม ส่งผลให้ความต้านทานการกัดกร่อนของรูพรุนสแตนเลสลดลง สแตนเลสออสเตนนิติกเกรดสูงนั้นไม่ผ่านกระบวนการให้ความร้อนง่าย ดังนั้นควรควบคุมปริมาณกำมะถันให้อยู่ในระดับต่ำสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ประมาณ 0.001% โดยปกติแล้วกำมะถันจะไม่ถูกเติมเป็นองค์ประกอบผสมให้กับสเตนเลสออสเทนนิติกสมรรถนะสูง อย่างไรก็ตาม ปริมาณกำมะถันในสแตนเลสเกรดมาตรฐานมักจะสูง (0.005% ~ 0.017%) เพื่อปรับปรุงการเจาะลึกของการเชื่อมของการเชื่อมฟิวชั่นด้วยตนเอง และปรับปรุงประสิทธิภาพการตัด

ฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบที่เป็นอันตรายและอาจส่งผลเสียต่อคุณสมบัติการทำงานร้อนของการตีและการรีดร้อน ในกระบวนการทำความเย็นหลังการเชื่อม จะทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากความร้อนด้วย ดังนั้นควรควบคุมปริมาณฟอสฟอรัสให้อยู่ในระดับต่ำสุด