Hvad er rustfrit stål?
'Rustfrit' er et udtryk, der blev opfundet tidligt i udviklingen af disse stål til bestikapplikationer. Det blev vedtaget som et generisk navn for disse stål og dækker nu en bred vifte af ståltyper og kvaliteter til korrosions- eller oxidationsbestandige applikationer.
Rustfrit stål er jernlegeringer med minimum 10,5 % krom. Andre legeringselementer er tilføjet for at forbedre deres struktur og egenskaber såsom formbarhed, styrke og kryogen sejhed.
Denne krystalstruktur gør sådanne stål ikke-magnetiske og mindre skøre ved lave temperaturer. For højere hårdhed og styrke tilsættes kulstof. Når de udsættes for tilstrækkelig varmebehandling, bruges disse stål som barberblade, bestik, værktøj osv.
Betydelige mængder mangan er blevet brugt i mange rustfri stålsammensætninger. Mangan bevarer en austenitisk struktur i stålet ligesom nikkel, men til en lavere pris.
Hovedelementerne i rustfrit stål
Rustfrit stål eller korrosionsbestandigt stål er en slags metallisk legering, der findes i en række forskellige former. Det tjener vores praktiske behov så godt, at det er svært at finde nogen sfære i vores liv, hvor vi ikke bruger denne type stål. De vigtigste komponenter i rustfrit stål er: jern, krom, kulstof, nikkel, molybdæn og små mængder af andre metaller.
Disse omfatter metaller som:
- Nikkel
- Molybdæn
- Titanium
- Kobber
Ikke-metal tilføjelser er også lavet, de vigtigste er:
- Kulstof
- Nitrogen
KROM OG NIKKEL:
Krom er grundstoffet, der gør rustfrit stål rustfrit. Det er vigtigt for at danne den passive film. Andre elementer kan påvirke effektiviteten af chrom til at danne eller vedligeholde filmen, men intet andet element i sig selv kan skabe egenskaberne af rustfrit stål.
Ved omkring 10,5 % krom dannes en svag film, som vil give mild atmosfærisk beskyttelse. Ved at øge krom til 17-20%, hvilket er typisk i type-300 serien af austenitiske rustfrie stål, øges stabiliteten af den passive film. Yderligere stigninger i kromindholdet vil give yderligere beskyttelse.
| Symbol | Element |
| Al | Aluminium |
| C | Kulstof |
| Cr | Chrom |
| Cu | Kobber |
| Fe | Jern |
| Mo | Molybdæn |
| Mn | Mangan |
| N | Nitrogen |
| Ni | Nikkel |
| P | Fosfor |
| S | Svovl |
| Se | Selen |
| Ta | Tantal |
| Ti | Titanium |
Nikkel vil stabilisere den austenitiske struktur (korn- eller krystalstrukturen) af rustfrit stål og forbedre de mekaniske egenskaber og fabrikationsegenskaber. Et nikkelindhold på 8-10 % og derover vil mindske metallets tendens til at revne på grund af spændingskorrosion. Nikkel fremmer også repassivering i tilfælde af at filmen er beskadiget.
MANGAN:
Mangan, sammen med nikkel, udfører mange af de funktioner, der tilskrives nikkel. Det vil også interagere med svovl i rustfrit stål for at danne mangansulfitter, hvilket øger modstanden mod grubetæring. Ved at erstatte mangan med nikkel og derefter kombinere det med nitrogen, øges styrken også.
MOLYBDÆN:
Molybdæn i kombination med chrom er meget effektiv til at stabilisere den passive film i nærvær af chlorider. Det er effektivt til at forhindre sprække- eller grubetæring. Molybdæn giver ved siden af chrom den største stigning i korrosionsbestandighed i rustfrit stål. Edstrom Industries bruger 316 rustfrit, fordi det indeholder 2-3% molybdæn, som giver beskyttelse, når klor tilsættes vandet.
KULSTOF:
Kulstof bruges til at øge styrken. I martensitisk kvalitet letter tilsætning af kul hærdning gennem varmebehandling.
NITROGEN:
Nitrogen bruges til at stabilisere den austenitiske struktur af rustfrit stål, hvilket øger dets modstandsdygtighed over for grubetæring og styrker stålet. Brug af nitrogen gør det muligt at øge molybdænindholdet op til 6%, hvilket forbedrer korrosionsbestandigheden i kloridmiljøer.
TITAN OG MIOBIUM:
Titanium og Miobium bruges til at reducere sensibilisering af rustfrit stål. Når rustfrit stål er sensibiliseret, kan der forekomme intergranulær korrosion. Dette er forårsaget af udfældning af kromkarbider under afkølingsfasen, når dele svejses. Dette udtømmer svejseområdet for krom. Uden chrom kan den passive film ikke dannes. Titanium og Niobium interagerer med kulstof for at danne carbider, hvilket efterlader chrom i opløsning, så der kan dannes en passiv film.
KOBBER OG ALUMINIUM:
Kobber og aluminium kan sammen med titan tilsættes til rustfrit stål for at udfælde dets hærdning. Hærdning opnås ved iblødsætning ved en temperatur på 900 til 1150F. Disse elementer danner en hård intermetallisk mikrostruktur under iblødsætningsprocessen ved den forhøjede temperatur.
Svovl og selen:
Svovl og selen tilsættes til 304 rustfrit for at få det til at bearbejde frit. Dette bliver til 303 eller 303SE rustfrit stål, som bruges af Edstrom Industries til at lave svineventiler, møtrikker og dele, der ikke udsættes for drikkevand.
Typer af rustfrit stål
AISI DEFINERER BLAND ANDRE FØLGENDE KARAKTER:
Også kendt som "marine grade" rustfrit stål på grund af dets øgede evne til at modstå saltvandskorrosion sammenlignet med type 304. SS316 bruges ofte til at bygge nukleare oparbejdningsanlæg.
304/304L RUSTFRI STÅL
Type 304 har lidt lavere styrke end 302 på grund af dets lavere kulstofindhold.
316/316L RUSTFRI STÅL
Type 316/316L rustfrit stål er et molybdænstål, der har forbedret modstandsdygtighed over for grubetæring ved opløsninger, der indeholder chlorider og andre halogenider.
310S RUSTFRI STÅL
310S rustfrit stål har fremragende modstandsdygtighed over for oxidation under konstante temperaturer til 2000°F.
317L RUSTFRI STÅL
317L er et molybdænbærende austenitisk kromnikkelstål svarende til type 316, bortset fra at legeringsindholdet i 317L er noget højere.
321/321H RUSTFRI STÅL
Type 321 er basistype 304 modificeret ved at tilsætte titanium i en mængde på mindst 5 gange indholdet af kulstof plus nitrogen.
410 RUSTFRI STÅL
Type 410 er et martensitisk rustfrit stål, som er magnetisk, modstår korrosion i milde omgivelser og har en ret god duktilitet.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803) eller Avesta Sheffield 2205 er et ferritisk-austenitisk rustfrit stål.
RUSTFRI STÅL ER OGSÅ KLASSIFICERET EFTER DERES KRYSTALLINKE STRUKTUR:
- Austenitisk rustfrit stål udgør over 70% af den samlede produktion af rustfrit stål. De indeholder maksimalt 0,15% kulstof, minimum 16% chrom og tilstrækkelig nikkel og/eller mangan til at bevare en austenitisk struktur ved alle temperaturer fra det kryogene område til legeringens smeltepunkt. En typisk sammensætning er 18% krom og 10% nikkel, almindeligvis kendt som 18/10 rustfrit bruges ofte i bestik. På samme måde er 18/0 og 18/8 også tilgængelige. ¨Superaustenitisk〃 rustfrit stål, såsom legering AL-6XN og 254SMO, udviser stor modstandsdygtighed over for chloridgruber og sprækkekorrosion på grund af højt molybdænindhold (>6%) og nitrogentilsætninger, og det højere nikkelindhold sikrer bedre modstand mod spændingskorrosionsrevner over 300-serien. Det højere legeringsindhold i "superaustenitiske" stål betyder, at de er frygtindgydende dyre, og lignende ydeevne kan normalt opnås ved at bruge dupleksstål til meget lavere omkostninger.
- Ferritisk rustfrit stål er meget korrosionsbestandigt, men langt mindre holdbart end austenitiske kvaliteter og kan ikke hærdes ved varmebehandling. De indeholder mellem 10,5% og 27% chrom og meget lidt nikkel, hvis nogen. De fleste sammensætninger inkluderer molybdæn; nogle, aluminium eller titanium. Almindelige ferritiske kvaliteter omfatter 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo og 29Cr-4Mo-2Ni.
- Martensitisk rustfrit stål er ikke så korrosionsbestandigt som de to andre klasser, men er ekstremt stærkt og sejt samt meget bearbejdeligt og kan hærdes ved varmebehandling. Martensitisk rustfrit stål indeholder krom (12-14%), molybdæn (0,2-1%), ingen nikkel og omkring 0,1-1% kulstof (giver det mere hårdhed, men gør materialet en smule mere skørt). Den er slukket og magnetisk. Det er også kendt som "series-00" stål.
- Duplex rustfrit stål har en blandet mikrostruktur af austenit og ferrit, målet er at producere en 50:50 blanding, selvom blandingen i kommercielle legeringer kan være 60:40. Duplex stål har forbedret styrke i forhold til austenitisk rustfrit stål og også forbedret modstandsdygtighed over for lokal korrosion, især grubetæring, sprækkekorrosion og spændingskorrosion. De er kendetegnet ved højt krom- og lavere nikkelindhold end austenitisk rustfrit stål.
Historien om rustfrit stål
Nogle få korrosionsbestandige jernartefakter har overlevet fra antikken. Et berømt (og meget stort) eksempel er jernsøjlen i Delhi, rejst efter ordre fra Kumara Gupta I omkring år 400 e.Kr.. Men i modsætning til rustfrit stål skylder disse artefakter deres holdbarhed ikke til chrom, men til deres høje fosforindhold, som sammen med gunstige lokale vejrforhold fremmer dannelsen af et solidt beskyttende passiveringslag af jernoxider og fosfater, frem for det ikke-beskyttende, revnede rustlag, der udvikles på de fleste jernværker.
Korrosionsbestandigheden af jern-chrom legeringer blev først anerkendt i 1821 af den franske metallurg Pierre Berthier, som bemærkede deres modstand mod angreb af nogle syrer og foreslog deres brug i bestik. Imidlertid var metallurgerne i det 19. århundrede ude af stand til at fremstille kombinationen af lavt kulstofindhold og højt krom, der findes i de fleste moderne rustfrit stål, og de højchromlegeringer, de kunne producere, var for skrøbelige til at være af praktisk interesse.
Denne situation ændrede sig i slutningen af 1890'erne, da Hans Goldschmidt fra Tyskland udviklede en aluminotermisk (termit) proces til fremstilling af kulfrit chrom. I årene 19041911 fremstillede flere forskere, især Leon Guillet fra Frankrig, legeringer, der i dag ville blive betragtet som rustfrit stål. I 1911 rapporterede Philip Monnartz fra Tyskland om forholdet mellem chromindholdet og korrosionsbestandigheden af disse legeringer.
Harry Brearley fra Brown-Firth forskningslaboratoriet i Sheffield, England er oftest krediteret som "opfinderen" af rustfrit stål
stål. I 1913, mens han søgte en erosionsbestandig legering til pistolløb, opdagede han og industrialiserede efterfølgende en martensitisk rustfri stållegering. Imidlertid fandt lignende industriel udvikling sted samtidig på Krupp Jernværk i Tyskland, hvor Eduard Maurer og Benno Strauss udviklede en austenitisk legering (21 % krom, 7 % nikkel), og i USA, hvor Christian Dantsizen og Frederick Becket industrialiserede ferritisk rustfrit stål.
Bemærk venligst, at du måske er interesseret i de andre tekniske artikler, vi har udgivet:
Indlægstid: 16-jun-2022