องค์ประกอบโลหะผสมมีผลต่อเหล็กกล้าไร้สนิมอย่างไร?

องค์ประกอบทางเคมีมีอิทธิพลอย่างมากต่อโครงสร้างจุลภาค สมบัติทางกล คุณสมบัติทางกายภาพ และความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็ก โครเมียม โมลิบดีนัม นิกเกิล และองค์ประกอบผสมอื่นๆ สามารถแทนที่มุมจุดยอดของโครงตาข่ายออสเทนไนต์ และจุดศูนย์กลางของเหล็กลูกบาศก์ คาร์บอน และไนโตรเจนทั้งหกด้านจะอยู่ในช่องว่างระหว่างอะตอมขัดแตะ (ตำแหน่งช่องว่าง) เนื่องจากปริมาตรน้อย ทำให้เกิดความเครียดมหาศาลในโครงตาข่าย ให้กลายเป็นองค์ประกอบการชุบแข็งที่มีประสิทธิภาพ องค์ประกอบของโลหะผสมที่แตกต่างกันมีผลแตกต่างกันไปในคุณสมบัติของเหล็ก บางครั้งก็มีประโยชน์และบางครั้งก็เป็นอันตราย องค์ประกอบการผสมหลักของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกมีผลดังต่อไปนี้:

 

Cr

โครเมียมเป็นองค์ประกอบโลหะผสมที่ทำให้เหล็กกล้าไร้สนิม "ไม่เป็นสนิม" ต้องใช้โครเมียมอย่างน้อย 10.5% เพื่อสร้างฟิล์มทู่ผิวที่มีลักษณะเฉพาะของเหล็กกล้าไร้สนิม ฟิล์มทู่สามารถทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมต้านทานน้ำที่กัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ สารละลายกรดต่างๆ และแม้กระทั่งการเกิดออกซิเดชันที่รุนแรงของการกัดกร่อนของแก๊สที่อุณหภูมิสูง เมื่อปริมาณโครเมียมเกิน 10.5% ความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสจะเพิ่มขึ้น ปริมาณโครเมียมของ 304 เหล็กกล้าไร้สนิม 18% และเหล็กกล้าไร้สนิม Austenitic เกรดสูงบางชนิดมีปริมาณโครเมียมสูงถึง 20% ถึง 28%

 

Ni

นิกเกิลสามารถก่อตัวและทำให้เฟสออสเทนนิติกเสถียรได้ 8%Ni ทำให้ สแตนเลสสตีล 304ทำให้มีคุณสมบัติทางกล ความแข็งแรง และความทนทานที่ออสเทนไนต์ต้องการ เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกที่มีประสิทธิภาพสูงประกอบด้วยโครเมียมและโมลิบดีนัมที่มีความเข้มข้นสูง และนิกเกิลจะถูกเติมเพื่อรักษาโครงสร้างออสเทนนิติกเมื่อมีการเพิ่มโครเมียมหรือองค์ประกอบการขึ้นรูปอื่นๆ ของเฟอร์ไรท์ลงในเหล็ก โครงสร้างออสเทนไนต์สามารถรับประกันได้โดยมีปริมาณนิกเกิลประมาณ 20% และสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของความเค้นการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมได้อย่างมาก

นิกเกิลยังสามารถลดอัตราการชุบแข็งชิ้นงานในระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบเย็น ดังนั้นโลหะผสมที่ใช้สำหรับการดึงขึ้นรูปลึก การหมุน และหัวเย็นมักจะมีปริมาณนิกเกิลสูง

 

Mo

โมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกของเหล็กกล้าไร้สนิมในสภาพแวดล้อมคลอไรด์ การรวมกันของโมลิบดีนัมและโครเมียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งไนโตรเจน ทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกที่มีประสิทธิภาพสูงมีความทนทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก Mo ยังสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมในสภาพแวดล้อมที่ลดทอนลง เช่น กรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเจือจาง ปริมาณโมลิบดีนัมขั้นต่ำของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกอยู่ที่ประมาณ 2% เช่น สแตนเลส 316 เหล็กกล้าไร้สนิม Austenitic ประสิทธิภาพสูงที่มีปริมาณโลหะผสมสูงสุดประกอบด้วยโมลิบดีนัมสูงถึง 7.5% โมลิบดีนัมมีส่วนช่วยในการก่อตัวของเฟสเฟอร์ไรท์และส่งผลต่อสมดุลของเฟส มันมีส่วนร่วมในการก่อตัวของระยะทุติยภูมิที่เป็นอันตรายหลายขั้นตอนและจะก่อให้เกิดออกไซด์ที่อุณหภูมิสูงที่ไม่เสถียรมีผลกระทบเชิงลบต่อความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ต้องคำนึงถึงการใช้สแตนเลสที่มีโมลิบดีนัมด้วย

 

C

คาร์บอนทำให้เสถียรและเสริมความแข็งแกร่งของเฟสออสเทนนิติก คาร์บอนเป็นองค์ประกอบที่เป็นประโยชน์สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ท่อหม้อน้ำ แต่ในบางกรณีอาจส่งผลเสียต่อความต้านทานการกัดกร่อน ปริมาณคาร์บอนของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกส่วนใหญ่มักจำกัดอยู่ที่ระดับต่ำสุดที่ปฏิบัติได้ ปริมาณคาร์บอนของเกรดการเชื่อม (304L, 201L และ 316L) จำกัดไว้ที่ 0.030% ปริมาณคาร์บอนของเกรดโลหะผสมสูงที่มีประสิทธิภาพสูงบางประเภทยังจำกัดอยู่ที่ 0.020%

 

N

ไนโตรเจนทำให้เสถียรและเสริมสร้างเฟสออสเทนไนต์ และชะลอการแพ้ของคาร์ไบด์และการเกิดเฟสทุติยภูมิ ทั้งเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกมาตรฐานและสเตนเลสออสเทนนิติกที่มีประสิทธิภาพสูงประกอบด้วยไนโตรเจน ในเกรดคาร์บอนต่ำ (L) ไนโตรเจนจำนวนเล็กน้อย (มากถึง 0.1%) สามารถชดเชยการสูญเสียความแข็งแรงอันเนื่องมาจากปริมาณคาร์บอนต่ำ ไนโตรเจนยังช่วยปรับปรุงความทนทานต่อการเกิดรูพรุนของคลอไรด์และการกัดกร่อนของรอยแยก ดังนั้นเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกประสิทธิภาพสูงที่ทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดีที่สุดบางชนิดจึงมีปริมาณไนโตรเจนสูงถึง 0.5%

 

Mn

โรงถลุงเหล็กใช้แมงกานีสในการขจัดออกซิไดซ์เหล็กหลอมเหลว ดังนั้นแมงกานีสจำนวนเล็กน้อยจึงยังคงอยู่ในเหล็กกล้าไร้สนิมทั้งหมด แมงกานีสยังสามารถทำให้เฟสออสเทนนิติกเสถียรและปรับปรุงการละลายของไนโตรเจนในเหล็กกล้าไร้สนิม ดังนั้นในเหล็กกล้าไร้สนิม 200 ชุด แมงกานีสสามารถใช้แทนนิกเกิลบางส่วนเพื่อเพิ่มปริมาณไนโตรเจน ปรับปรุงความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อน แมงกานีสถูกเติมลงในเหล็กกล้าไร้สนิม Austenitic ที่มีประสิทธิภาพสูงบางชนิดเพื่อให้ได้ผลเช่นเดียวกัน

 

Cu

ทองแดงสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมในการลดกรด เช่น สารละลายผสมของกรดซัลฟิวริกและกรดฟอสฟอริก

 

Si

โดยทั่วไป ซิลิกอนเป็นองค์ประกอบที่เป็นประโยชน์ในเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก เนื่องจากสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กในกรดเข้มข้นและสภาวะออกซิเดชันสูงได้ มีรายงานว่า UNS S30600 และเหล็กกล้าไร้สนิมพิเศษที่มีซิลิกอนสูงอื่นๆ มีความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนสูง ซิลิคอนก็เหมือนกับแมงกานีส สามารถใช้ในการขจัดออกซิไดซ์เหล็กหลอมเหลว ดังนั้นการรวมออกไซด์ขนาดเล็กที่มีซิลิกอน แมงกานีส และองค์ประกอบกำจัดออกซิไดซ์อื่นๆ จะยังคงอยู่ในเหล็กเสมอ แต่การรวมมากเกินไปจะส่งผลต่อคุณภาพพื้นผิวของผลิตภัณฑ์

 

Nb และ Ti

องค์ประกอบทั้งสองนี้เป็นองค์ประกอบที่ก่อด้วยคาร์ไบด์ที่แข็งแรง และสามารถใช้แทนเกรดคาร์บอนต่ำเพื่อลดอาการแพ้ได้ ไนโอเบียมคาร์ไบด์และไททาเนียมคาร์ไบด์สามารถปรับปรุงความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงได้ 347 และเหล็กกล้าไร้สนิม 321 ตัวที่มี Nb และ Ti มักใช้ในหม้อไอน้ำและอุปกรณ์การกลั่นเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านความแข็งแรงและความสามารถในการเชื่อมที่อุณหภูมิสูง พวกเขายังใช้ในกระบวนการดีออกซิเดชันบางอย่างเป็นองค์ประกอบที่เหลือในเหล็กกล้าไร้สนิม Austenitic ที่มีประสิทธิภาพสูง

 

S และ P

กำมะถันมีทั้งดีและไม่ดีสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม มันสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดเฉือน อันตรายคือการลดความสามารถในการใช้ความร้อน เพิ่มจำนวนของการรวมแมงกานีสซัลไฟด์ ส่งผลให้ความต้านทานการกัดกร่อนรูพรุนของเหล็กกล้าไร้สนิมลดลง เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกเกรดสูงไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะผ่านกระบวนการให้ความร้อน ดังนั้นควรควบคุมปริมาณกำมะถันที่ระดับต่ำสุดเท่าที่จะทำได้ ประมาณ 0.001% โดยปกติจะไม่เติมกำมะถันเป็นองค์ประกอบโลหะผสมให้กับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกที่มีประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม ปริมาณกำมะถันของเหล็กกล้าไร้สนิมเกรดมาตรฐานมักจะสูง (0.005% ~ 0.017%) เพื่อปรับปรุงความลึกในการเจาะรอยเชื่อมของการเชื่อมแบบฟิวชั่นด้วยตนเอง ปรับปรุงประสิทธิภาพการตัด

ฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบที่เป็นอันตรายและอาจส่งผลเสียต่อคุณสมบัติการทำงานที่ร้อนของการตีขึ้นรูปและการรีดร้อน ในกระบวนการทำความเย็นหลังการเชื่อมจะทำให้เกิดการแตกร้าวด้วยความร้อน ดังนั้นควรควบคุมปริมาณฟอสฟอรัสให้อยู่ในระดับต่ำสุด