Какво е неръждаема стомана?
„Неръждаема“ е термин, въведен в началото на разработването на тези стомани за приложения в приборите за хранене. То беше прието като родово наименование за тези стомани и сега покрива широка гама от типове и класове стомани за приложения, устойчиви на корозия или окисление.
Неръждаемите стомани са железни сплави с минимум 10,5% хром. Добавят се други легиращи елементи, за да се подобри структурата и свойствата им като формоспособност, здравина и криогенна издръжливост.
Тази кристална структура прави такива стомани немагнитни и по-малко чупливи при ниски температури. За по-голяма твърдост и здравина е добавен карбон. Когато са подложени на адекватна топлинна обработка, тези стомани се използват като бръснарски ножчета, прибори за хранене, инструменти и др.
Значителни количества манган са използвани в много състави от неръждаема стомана. Манганът запазва аустенитната структура в стоманата, както и никелът, но на по-ниска цена.
Основните елементи от неръждаема стомана
Неръждаемата стомана или устойчивата на корозия стомана е вид метална сплав, която се среща в различни форми. Тя обслужва нашите практически нужди толкова добре, че е трудно да се намери сфера от нашия живот, където да не използваме този вид стомана. Основните компоненти на неръждаемата стомана са: желязо, хром, въглерод, никел, молибден и малки количества други метали.
Те включват метали като:
- никел
- Молибден
- Титан
- Мед
Правят се и неметални добавки, като основните са:
- въглерод
- Азот
ХРОМ И НИКЕЛ:
Хромът е елементът, който прави неръждаемата стомана неръждаема. Той е от съществено значение при формирането на пасивния филм. Други елементи могат да повлияят на ефективността на хрома при формирането или поддържането на филма, но никой друг елемент сам по себе си не може да създаде свойствата на неръждаемата стомана.
При около 10,5% хром се образува слаб филм, който ще осигури лека атмосферна защита. Чрез увеличаване на съдържанието на хром до 17-20%, което е типично за тип-300 серия от аустенитни неръждаеми стомани, стабилността на пасивния филм се увеличава. По-нататъшното увеличаване на съдържанието на хром ще осигури допълнителна защита.
| Символ | елемент |
| Ал | Алуминий |
| В | въглерод |
| Кр | хром |
| Cu | Мед |
| Fe | Желязо |
| мо | Молибден |
| Мн | Манган |
| Н | Азот |
| Ni | никел |
| П | Фосфорни |
| С | Сяра |
| Se | Селен |
| Та | Тантал |
| Ти | Титан |
Никелът ще стабилизира аустенитната структура (зърнеста или кристална структура) на неръждаемата стомана и ще подобри механичните свойства и производствените характеристики. Съдържание на никел от 8-10% и повече ще намали склонността на метала да се напуква поради корозия под напрежение. Никелът също така насърчава повторното пасивиране в случай, че филмът е повреден.
МАНГАН:
Манганът, заедно с никела, изпълнява много от функциите, приписвани на никела. Той също така ще взаимодейства със сярата в неръждаемата стомана, за да образува манганови сулфити, което повишава устойчивостта на точкова корозия. Чрез заместването на манган с никел и след това комбинирането му с азот, силата също се увеличава.
МОЛИБДЕН:
Молибденът, в комбинация с хром, е много ефективен за стабилизиране на пасивния филм в присъствието на хлориди. Той е ефективен при предотвратяване на корозия на пукнатини или ямички. Молибденът, след хрома, осигурява най-голямото увеличение на устойчивостта на корозия в неръждаемата стомана. Edstrom Industries използва неръждаема стомана 316, защото съдържа 2-3% молибден, който осигурява защита, когато към водата се добави хлор.
ВЪГЛЕРОДИ:
Въглеродът се използва за увеличаване на здравината. В мартензитния клас добавянето на въглерод улеснява втвърдяването чрез термична обработка.
АЗОТ:
Азотът се използва за стабилизиране на аустенитната структура на неръждаемата стомана, което повишава нейната устойчивост на точкова корозия и укрепва стоманата. Използването на азот дава възможност да се увеличи съдържанието на молибден до 6%, което подобрява устойчивостта на корозия в хлоридни среди.
ТИТАН И МИОБИЙ:
Титан и миобий се използват за намаляване на чувствителността на неръждаемата стомана. Когато неръждаемата стомана е сенсибилизирана, може да възникне междукристална корозия. Това се дължи на утаяването на хромови карбиди по време на фазата на охлаждане, когато частите се заваряват. Това изчерпва зоната на заваръчния шев от хром. Без хром пасивният филм не може да се образува. Титанът и ниобият взаимодействат с въглерода, за да образуват карбиди, оставяйки хрома в разтвор, така че да може да се образува пасивен филм.
МЕД И АЛУМИНИЙ:
Мед и алуминий, заедно с титан, могат да се добавят към неръждаемата стомана, за да се ускори нейното втвърдяване. Втвърдяването се постига чрез накисване при температура от 900 до 1150F. Тези елементи образуват твърда интерметална микроструктура по време на процеса на накисване при повишена температура.
СЯРА И СЕЛЕН:
Сярата и селенът се добавят към 304 неръждаема стомана, за да може да се обработва свободно. Това се превръща в неръждаема стомана 303 или 303SE, която се използва от Edstrom Industries за производство на свински клапани, гайки и части, които не са изложени на питейна вода.
Видове неръждаема стомана
AISI ОПРЕДЕЛЯ СЛЕДНИТЕ ОЦЕНКИ НАРЕД ДРУГИТЕ:
Известна също като неръждаема стомана „морски клас“ поради повишената си способност да издържа на корозия в солена вода в сравнение с тип 304. SS316 често се използва за изграждане на инсталации за ядрена преработка.
НЕРЪЖДАЕМА СТОМАНА 304/304L
Тип 304 има малко по-ниска якост от 302 поради по-ниското съдържание на въглерод.
НЕРЪЖДАЕМА СТОМАНА 316/316L
Неръждаемата стомана тип 316/316L е молибденова стомана, притежаваща подобрена устойчивост на питинг от разтвори, съдържащи хлориди и други халиди.
НЕРЪЖДАЕМА СТОМАНА 310S
Неръждаемата стомана 310S има отлична устойчивост на окисляване при постоянни температури до 2000°F.
НЕРЪЖДАЕМА СТОМАНА 317L
317L е аустенитна хром-никелова стомана, съдържаща молибден, подобна на тип 316, с изключение на това, че съдържанието на сплав в 317L е малко по-високо.
321/321H НЕРЪЖДАЕМА СТОМАНА
Тип 321 е основен тип 304, модифициран чрез добавяне на титан в количество най-малко 5 пъти съдържанието на въглерод плюс азот.
410 НЕРЪЖДАЕМА СТОМАНА
Тип 410 е мартензитна неръждаема стомана, която е магнитна, устойчива на корозия в мека среда и има сравнително добра пластичност.
ДУПЛЕКС 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803), или Avesta Sheffield 2205 е феритно-аустенитна неръждаема стомана.
НЕРЪЖДАЕМИТЕ СТОМАНИ СЪЩО СЕ КЛАСИФИЦИРАТ ПО ТЯХНАТА КРИСТАЛНА СТРУКТУРА:
- Аустенитните неръждаеми стомани съставляват над 70% от общото производство на неръждаема стомана. Те съдържат максимум 0,15% въглерод, минимум 16% хром и достатъчно никел и/или манган, за да запазят аустенитната структура при всички температури от криогенния регион до точката на топене на сплавта. Типичният състав е 18% хром и 10% никел, известен като 18/10 неръждаема стомана, често се използва в прибори за хранене. Налични са и 18/0 и 18/8. ¨Супераустенитни〃 неръждаеми стомани, като сплав AL-6XN и 254SMO, показват голяма устойчивост на хлоридна питингова и цепнатина корозия поради високото съдържание на молибден (>6%) и азотни добавки, а по-високото съдържание на никел осигурява по-добра устойчивост на корозионно напукване под напрежение над 300 серии. По-високото съдържание на сплав в "супераустенитните" стомани означава, че те са страховито скъпи и подобни характеристики обикновено могат да бъдат постигнати с помощта на дуплексни стомани на много по-ниска цена.
- Феритните неръждаеми стомани са силно устойчиви на корозия, но много по-малко издръжливи от аустенитните класове и не могат да бъдат закалени чрез термична обработка. Те съдържат между 10,5% и 27% хром и много малко никел, ако има такъв. Повечето състави включват молибден; някои, алуминий или титан. Обичайните класове ферит включват 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo и 29Cr-4Mo-2Ni.
- Мартензитните неръждаеми стомани не са толкова устойчиви на корозия, колкото другите два класа, но са изключително здрави и издръжливи, както и лесно обработваеми и могат да бъдат закалени чрез термична обработка. Мартензитната неръждаема стомана съдържа хром (12-14%), молибден (0,2-1%), без никел и около 0,1-1% въглерод (което й придава повече твърдост, но прави материала малко по-крехък). Той е закален и магнетичен. Известна е още като стомана "серия-00".
- Дуплексните неръждаеми стомани имат смесена микроструктура от аустенит и ферит, като целта е да се произведе смес 50:50, въпреки че в търговските сплави сместа може да бъде 60:40. Дуплексната стомана има подобрена якост в сравнение с аустенитните неръждаеми стомани, а също и подобрена устойчивост на локализирана корозия, особено питинг, корозия в пукнатини и корозионно напукване при напрежение. Те се характеризират с високо съдържание на хром и по-ниско съдържание на никел в сравнение с аустенитните неръждаеми стомани.
История на неръждаемата стомана
Няколко устойчиви на корозия железни артефакти са оцелели от древността. Известен (и много голям) пример е Железният стълб на Делхи, издигнат по заповед на Кумара Гупта I около 400 г. сл. Хр. Въпреки това, за разлика от неръждаемата стомана, тези артефакти дължат своята издръжливост не на хрома, а на високото съдържание на фосфор, което заедно с благоприятните местни метеорологични условия насърчава образуването на солиден защитен пасивиращ слой от железни оксиди и фосфати, а не незащитен, напукан слой от ръжда, който се развива върху повечето метални изделия.
Устойчивостта на корозия на сплавите желязо-хром е призната за първи път през 1821 г. от френския металург Пиер Бертие, който отбелязва устойчивостта им срещу нападение от някои киселини и предлага използването им в прибори за хранене. Въпреки това, металурзите от 19-ти век не са успели да произведат комбинацията от ниско съдържание на въглерод и високо съдържание на хром, намираща се в повечето съвременни неръждаеми стомани, а сплавите с високо съдържание на хром, които са могли да произведат, са твърде крехки, за да представляват практически интерес.
Тази ситуация се промени в края на 1890 г., когато Ханс Голдшмид от Германия разработи алуминотермичен (термитен) процес за производство на хром без въглерод. През годините 1904-1911 г. няколко изследователи, особено Леон Гийе от Франция, подготвиха сплави, които днес биха се считали за неръждаема стомана. През 1911 г. Филип Моннарц от Германия докладва за връзката между съдържанието на хром и устойчивостта на корозия на тези сплави.
Хари Бриърли от изследователската лаборатория Браун-Фърт в Шефийлд, Англия, най-често се смята за „изобретател“ на неръждаема стомана
стомана. През 1913 г., докато търси устойчива на ерозия сплав за оръжейни цеви, той открива и впоследствие индустриализира мартензитна сплав от неръждаема стомана. Подобни промишлени разработки обаче се случват едновременно в желязните заводи Krupp в Германия, където Едуард Маурер и Бено Щраус разработват аустенитна сплав (21% хром, 7% никел), и в Съединените щати, където Кристиан Данцизен и Фредерик Бекет индустриализираха феритна неръждаема стока.
Моля, обърнете внимание, че може да се интересувате от другите технически статии, които сме публикували:
Време на публикуване: 16 юни 2022 г