Τι είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας;
Το «ανοξείδωτο» είναι ένας όρος που επινοήθηκε νωρίς στην ανάπτυξη αυτών των χάλυβα για εφαρμογές μαχαιροπήρουνων. Υιοθετήθηκε ως γενική ονομασία για αυτούς τους χάλυβες και τώρα καλύπτει ένα ευρύ φάσμα τύπων και ποιοτήτων χάλυβα για εφαρμογές ανθεκτικές στη διάβρωση ή την οξείδωση.
Οι ανοξείδωτοι χάλυβες είναι κράματα σιδήρου με τουλάχιστον 10,5% χρώμιο. Άλλα στοιχεία κράματος προστίθενται για τη βελτίωση της δομής και των ιδιοτήτων τους, όπως η μορφοποίηση, η αντοχή και η κρυογονική σκληρότητα.
Αυτή η κρυσταλλική δομή καθιστά τέτοιους χάλυβες μη μαγνητικούς και λιγότερο εύθραυστους σε χαμηλές θερμοκρασίες. Για μεγαλύτερη σκληρότητα και αντοχή, προστίθεται άνθρακας. Όταν υποβάλλονται σε επαρκή θερμική επεξεργασία, αυτοί οι χάλυβες χρησιμοποιούνται ως ξυριστικές λεπίδες, μαχαιροπίρουνα, εργαλεία κ.λπ.
Σημαντικές ποσότητες μαγγανίου έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλές συνθέσεις ανοξείδωτου χάλυβα. Το μαγγάνιο διατηρεί μια ωστενιτική δομή στον χάλυβα όπως και το νικέλιο, αλλά με χαμηλότερο κόστος.
Τα κύρια στοιχεία από ανοξείδωτο χάλυβα
Ο ανοξείδωτος χάλυβας ή ο ανθεκτικός στη διάβρωση χάλυβας είναι ένα είδος μεταλλικού κράματος που βρίσκεται σε διάφορες μορφές. Εξυπηρετεί τις πρακτικές μας ανάγκες τόσο καλά που είναι δύσκολο να βρούμε κάποια σφαίρα της ζωής μας, όπου δεν χρησιμοποιούμε αυτόν τον τύπο χάλυβα. Τα κύρια συστατικά του ανοξείδωτου χάλυβα είναι: σίδηρος, χρώμιο, άνθρακας, νικέλιο, μολυβδαίνιο και μικρές ποσότητες άλλων μετάλλων.
Αυτά περιλαμβάνουν μέταλλα όπως:
- Νικέλιο
- Μολυβδαίνιο
- Τιτάνιο
- Χαλκός
Γίνονται και μη μεταλλικές προσθήκες, οι κυριότερες από αυτές είναι:
- Ανθρακας
- Αζωτο
ΧΡΩΜΙΟ ΚΑΙ ΝΙΚΕΛΙΟ:
Το χρώμιο είναι το στοιχείο που κάνει τον ανοξείδωτο χάλυβα ανοξείδωτο. Είναι απαραίτητο στη διαμόρφωση του παθητικού φιλμ. Άλλα στοιχεία μπορούν να επηρεάσουν την αποτελεσματικότητα του χρωμίου στο σχηματισμό ή τη διατήρηση της μεμβράνης, αλλά κανένα άλλο στοιχείο από μόνο του δεν μπορεί να δημιουργήσει τις ιδιότητες του ανοξείδωτου χάλυβα.
Σε περίπου 10,5% χρώμιο, σχηματίζεται ένα αδύναμο φιλμ και θα παρέχει ήπια ατμοσφαιρική προστασία. Αυξάνοντας το χρώμιο στο 17-20%, το οποίο είναι χαρακτηριστικό στη σειρά ωστενιτικών ανοξείδωτων χάλυβων τύπου-300, αυξάνεται η σταθερότητα του παθητικού φιλμ. Περαιτέρω αυξήσεις στην περιεκτικότητα σε χρώμιο θα παρέχουν πρόσθετη προστασία.
| Σύμβολο | Στοιχείο |
| Ο Αλ | Αλουμίνιο |
| ντο | Ανθρακας |
| Cr | Χρώμιο |
| Cu | Χαλκός |
| Fe | Σίδερο |
| Μο | Μολυβδαίνιο |
| Mn | Μαγγάνιο |
| Ν | Αζωτο |
| Ni | Νικέλιο |
| Π | Υποφωσφορικός |
| μικρό | Θείο |
| Se | Σελήνιο |
| Ta | Ταντάλιο |
| Ti | Τιτάνιο |
Το νικέλιο θα σταθεροποιήσει την ωστενιτική δομή (τον κόκκο ή την κρυσταλλική δομή) του ανοξείδωτου χάλυβα και θα ενισχύσει τις μηχανικές ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά κατασκευής. Η περιεκτικότητα σε νικέλιο 8-10% και άνω θα μειώσει την τάση του μετάλλου να ραγίζει λόγω διάβρωσης λόγω τάσης. Το νικέλιο προάγει επίσης την επαναπαθητοποίηση σε περίπτωση που το φιλμ καταστραφεί.
ΜΑΓΓΑΝΙΟ:
Το μαγγάνιο, σε συνδυασμό με το νικέλιο, εκτελεί πολλές από τις λειτουργίες που αποδίδονται στο νικέλιο. Θα αλληλεπιδράσει επίσης με το θείο στον ανοξείδωτο χάλυβα για να σχηματίσει θειώδη μαγγάνιο, το οποίο αυξάνει την αντίσταση στη διάβρωση των λακκών. Αντικαθιστώντας το νικέλιο με μαγγάνιο και στη συνέχεια συνδυάζοντάς το με άζωτο, η αντοχή αυξάνεται επίσης.
ΜΟΛΥΒΔΑΙΝΙΟ:
Το μολυβδαίνιο, σε συνδυασμό με το χρώμιο, είναι πολύ αποτελεσματικό στη σταθεροποίηση του παθητικού φιλμ παρουσία χλωριδίων. Είναι αποτελεσματικό στην πρόληψη της διάβρωσης από ρωγμές ή κοιλότητες. Το μολυβδαίνιο, δίπλα στο χρώμιο, παρέχει τη μεγαλύτερη αύξηση στην αντοχή στη διάβρωση στον ανοξείδωτο χάλυβα. Η Edstrom Industries χρησιμοποιεί ανοξείδωτο 316 επειδή περιέχει 2-3% μολυβδαίνιο, το οποίο παρέχει προστασία όταν προστίθεται χλώριο στο νερό.
ΑΝΘΡΑΚΑΣ:
Ο άνθρακας χρησιμοποιείται για την αύξηση της αντοχής. Στην κατηγορία μαρτενσιτικού, η προσθήκη άνθρακα διευκολύνει τη σκλήρυνση μέσω θερμικής επεξεργασίας.
ΑΖΩΤΟ:
Το άζωτο χρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση της ωστενιτικής δομής του ανοξείδωτου χάλυβα, η οποία ενισχύει την αντοχή του στη διάβρωση και ενισχύει τον χάλυβα. Η χρήση αζώτου καθιστά δυνατή την αύξηση της περιεκτικότητας σε μολυβδαίνιο έως και 6%, γεγονός που βελτιώνει την αντοχή στη διάβρωση σε περιβάλλοντα χλωρίου.
ΤΙΤΑΝΙΟ ΚΑΙ ΜΙΟΒΙΟ:
Το τιτάνιο και το μιόβιο χρησιμοποιούνται για τη μείωση της ευαισθητοποίησης του ανοξείδωτου χάλυβα. Όταν ο ανοξείδωτος χάλυβας ευαισθητοποιείται, μπορεί να προκληθεί διακοκκώδης διάβρωση. Αυτό προκαλείται από την καθίζηση καρβιδίων χρωμίου κατά τη φάση ψύξης κατά τη συγκόλληση εξαρτημάτων. Αυτό εξαντλεί την περιοχή συγκόλλησης από χρώμιο. Χωρίς το χρώμιο, το παθητικό φιλμ δεν μπορεί να σχηματιστεί. Το τιτάνιο και το νιόβιο αλληλεπιδρούν με τον άνθρακα για να σχηματίσουν καρβίδια, αφήνοντας το χρώμιο σε διάλυμα και έτσι μπορεί να σχηματιστεί ένα παθητικό φιλμ.
ΧΑΛΚΟΣ ΚΑΙ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ:
Ο χαλκός και το αλουμίνιο, μαζί με το τιτάνιο, μπορούν να προστεθούν στον ανοξείδωτο χάλυβα για να επιταχύνουν τη σκλήρυνσή του. Η σκλήρυνση επιτυγχάνεται με μούλιασμα σε θερμοκρασία 900┾ έως 1150┾F. Αυτά τα στοιχεία σχηματίζουν μια σκληρή διαμεταλλική μικροδομή κατά τη διαδικασία εμποτισμού σε υψηλή θερμοκρασία.
ΘΕΙΟ ΚΑΙ ΣΕΛΗΝΙΟ:
Το θείο και το σελήνιο προστίθενται στο 304 ανοξείδωτο για να γίνει η μηχανή του ελεύθερα. Αυτό γίνεται ανοξείδωτος χάλυβας 303 ή 303SE, ο οποίος χρησιμοποιείται από την Edstrom Industries για την κατασκευή βαλβίδων, παξιμαδιών και εξαρτημάτων που δεν εκτίθενται σε πόσιμο νερό.
Τύποι ανοξείδωτου χάλυβα
Η AISI ΟΡΙΣΕΙ ΤΟΥΣ ΠΑΡΑΚΑΤΩ ΒΑΘΜΟΥΣ Μεταξύ άλλων:
Επίσης γνωστός ως ανοξείδωτος χάλυβας «θαλάσσιας ποιότητας» λόγω της αυξημένης ικανότητάς του να αντιστέκεται στη διάβρωση του αλμυρού νερού σε σύγκριση με τον τύπο 304. Το SS316 χρησιμοποιείται συχνά για την κατασκευή πυρηνικών μονάδων επανεπεξεργασίας.
304/304L ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟ
Το Type 304 έχει ελαφρώς χαμηλότερη αντοχή από το 302 λόγω της χαμηλότερης περιεκτικότητάς του σε άνθρακα.
316/316L ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟ
Ο ανοξείδωτος χάλυβας τύπου 316/316L είναι ένας χάλυβας από μολυβδαίνιο που διαθέτει βελτιωμένη αντίσταση στα σκασίματα από διαλύματα που περιέχουν χλωρίδια και άλλα αλογονίδια.
310S ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟ ΑΤΣΑΛΙ
Ο ανοξείδωτος χάλυβας 310S έχει εξαιρετική αντοχή στην οξείδωση σε σταθερές θερμοκρασίες έως 2000°F.
317L ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟ
Το 317L είναι ένας ωστενιτικός χάλυβας χρωμίου-νικελίου που φέρει μολυβδαίνιο παρόμοιος με τον τύπο 316, εκτός από το ότι η περιεκτικότητα σε κράμα στο 317L είναι κάπως υψηλότερη.
321/321H ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟ
Ο τύπος 321 είναι βασικός τύπος 304 τροποποιημένος με την προσθήκη τιτανίου σε ποσότητα τουλάχιστον 5 φορές μεγαλύτερη από την περιεκτικότητα σε άνθρακα συν άζωτο.
410 ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟ
Ο τύπος 410 είναι ένας μαρτενσιτικός ανοξείδωτος χάλυβας που είναι μαγνητικός, αντιστέκεται στη διάβρωση σε ήπιο περιβάλλον και έχει αρκετά καλή ολκιμότητα.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Το Duplex 2205 (UNS S31803), ή το Avesta Sheffield 2205 είναι ένας φερριτικός-ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας.
ΟΙ ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ ΤΑΞΙΝΟΥΝΤΑΙ ΕΠΙΣΗΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΗ ΔΟΜΗ ΤΟΥΣ:
- Οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες αποτελούν πάνω από το 70% της συνολικής παραγωγής ανοξείδωτου χάλυβα. Περιέχουν μέγιστο 0,15% άνθρακα, τουλάχιστον 16% χρώμιο και αρκετό νικέλιο και/ή μαγγάνιο για να διατηρούν μια ωστενιτική δομή σε όλες τις θερμοκρασίες από την κρυογονική περιοχή έως το σημείο τήξης του κράματος. Μια τυπική σύνθεση είναι 18% χρώμιο και 10% νικέλιο, κοινώς γνωστό ως ανοξείδωτο 18/10 χρησιμοποιείται συχνά σε μαχαιροπήρουνα. Παρόμοια 18/0 και 18/8 είναι επίσης διαθέσιμα. Οι υπεραυστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες, όπως το κράμα AL-6XN και το 254SMO, παρουσιάζουν μεγάλη αντοχή στη διάβρωση του χλωρίου και στη διάβρωση λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε μολυβδαίνιο (>6%) και προσθήκες αζώτου και η υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο εξασφαλίζει καλύτερη αντοχή στη διάβρωση λόγω καταπόνησης πάνω από τη σειρά 300. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε κράμα των «Υπεραυστενιτικών» χάλυβων σημαίνει ότι είναι τρομερά ακριβοί και παρόμοια απόδοση μπορεί συνήθως να επιτευχθεί με τη χρήση διπλών χάλυβων με πολύ χαμηλότερο κόστος.
- Οι φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες είναι εξαιρετικά ανθεκτικοί στη διάβρωση, αλλά πολύ λιγότερο ανθεκτικοί από τους ωστενιτικούς βαθμούς και δεν μπορούν να σκληρυνθούν με θερμική επεξεργασία. Περιέχουν μεταξύ 10,5% και 27% χρώμιο και πολύ λίγο νικέλιο, εάν υπάρχει. Οι περισσότερες συνθέσεις περιλαμβάνουν μολυβδαίνιο. μερικά, αλουμίνιο ή τιτάνιο. Οι συνήθεις ποιότητες φερριτικών περιλαμβάνουν 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo και 29Cr-4Mo-2Ni.
- Οι μαρτενσιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες δεν είναι τόσο ανθεκτικοί στη διάβρωση όσο οι άλλες δύο κατηγορίες, αλλά είναι εξαιρετικά ισχυροί και σκληροί καθώς και εξαιρετικά μηχανικοί και μπορούν να σκληρυνθούν με θερμική επεξεργασία. Ο μαρτενσιτικός ανοξείδωτος χάλυβας περιέχει χρώμιο (12-14%), μολυβδαίνιο (0,2-1%), καθόλου νικέλιο και περίπου 0,1-1% άνθρακα (που του δίνει μεγαλύτερη σκληρότητα αλλά κάνει το υλικό λίγο πιο εύθραυστο). Είναι σβησμένο και μαγνητικό. Είναι επίσης γνωστό ως χάλυβας "σειρά-00".
- Οι διπλοί ανοξείδωτοι χάλυβες έχουν μικτή μικροδομή ωστενίτη και φερρίτη, με στόχο να παραχθεί ένα μίγμα 50:50 αν και στα εμπορικά κράματα το μείγμα μπορεί να είναι 60:40. Ο χάλυβας διπλής όψης έχει βελτιωμένη αντοχή σε σχέση με τους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες και επίσης βελτιωμένη αντοχή στην τοπική διάβρωση, ιδιαίτερα στη διάβρωση με ρωγμές, στη διάβρωση με ρωγμές και στη διάβρωση λόγω τάσης. Χαρακτηρίζονται από υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο από τους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες.
Ιστορία του ανοξείδωτου χάλυβα
Από την αρχαιότητα σώζονται μερικά ανθεκτικά στη διάβρωση τεχνουργήματα από σίδηρο. Ένα διάσημο (και πολύ μεγάλο) παράδειγμα είναι η Σιδερένια Πυλώνα του Δελχί, που κατασκευάστηκε με εντολή του Kumara Gupta I γύρω στο έτος 400 μ.Χ. το οποίο μαζί με τις ευνοϊκές τοπικές καιρικές συνθήκες προάγει τον σχηματισμό ενός στερεού προστατευτικού στρώματος παθητικοποίησης οξειδίων και φωσφορικών αλάτων του σιδήρου, αντί του μη προστατευτικού, ραγισμένου στρώματος σκουριάς που αναπτύσσεται στα περισσότερα σιδηρουργεία.
Η αντοχή στη διάβρωση των κραμάτων σιδήρου-χρωμίου αναγνωρίστηκε για πρώτη φορά το 1821 από τον Γάλλο μεταλλουργό Pierre Berthier, ο οποίος σημείωσε την αντοχή τους στην επίθεση από ορισμένα οξέα και πρότεινε τη χρήση τους στα μαχαιροπίρουνα. Ωστόσο, οι μεταλλουργοί του 19ου αιώνα δεν μπόρεσαν να παράγουν το συνδυασμό χαμηλού άνθρακα και υψηλού χρωμίου που βρέθηκαν στους περισσότερους σύγχρονους ανοξείδωτους χάλυβες και τα κράματα υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο που μπορούσαν να παράγουν ήταν πολύ εύθραυστα για να έχουν πρακτικό ενδιαφέρον.
Αυτή η κατάσταση άλλαξε στα τέλη της δεκαετίας του 1890, όταν ο Hans Goldschmidt της Γερμανίας ανέπτυξε μια αλουμινοθερμική διαδικασία (θερμίτη) για την παραγωγή χρωμίου χωρίς άνθρακα. Στα έτη 19041911, αρκετοί ερευνητές, ιδιαίτερα ο Leon Guillet της Γαλλίας, παρασκεύασαν κράματα που σήμερα θα θεωρούνταν ανοξείδωτα. Το 1911, ο Philip Monnartz της Γερμανίας ανέφερε τη σχέση μεταξύ της περιεκτικότητας σε χρώμιο και της αντοχής στη διάβρωση αυτών των κραμάτων.
Ο Harry Brearley του ερευνητικού εργαστηρίου Brown-Firth στο Σέφιλντ της Αγγλίας θεωρείται συνήθως ως ο «εφευρέτης» του ανοξείδωτου
ατσάλι. Το 1913, ενώ αναζητούσε ένα ανθεκτικό στη διάβρωση κράμα για κάννες όπλων, ανακάλυψε και στη συνέχεια βιομηχανοποίησε ένα κράμα μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα. Ωστόσο, παρόμοιες βιομηχανικές εξελίξεις συνέβαιναν ταυτόχρονα στο Krupp Iron Works στη Γερμανία, όπου οι Eduard Maurer και Benno Strauss ανέπτυξαν ένα ωστενιτικό κράμα (21% χρώμιο, 7% νικέλιο) και στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου ο Christian Dantsizen και ο Frederick Becket βιομηχανοποιούσαν το φερριτικό ανοξείδωτο.
Παρακαλούμε σημειώστε ότι μπορεί να σας ενδιαφέρουν τα άλλα τεχνικά άρθρα που έχουμε δημοσιεύσει:
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-16-2022