Mikä on ruostumaton teräs?
"Rostumaton" on termi, joka syntyi varhaisessa vaiheessa, kun näitä teräksiä kehitettiin ruokailuvälinesovelluksiin. Se otettiin näiden terästen yleisnimeksi, ja se kattaa nyt laajan valikoiman terästyyppejä ja -laatuja korroosiota tai hapettumista kestäviin sovelluksiin.
Ruostumattomat teräkset ovat rautaseoksia, joissa on vähintään 10,5 % kromia. Muita seosaineita lisätään parantamaan niiden rakennetta ja ominaisuuksia, kuten muovattavuutta, lujuutta ja kryogeenistä sitkeyttä.
Tämä kiderakenne tekee sellaisista teräksistä ei-magneettisia ja vähemmän hauraita alhaisissa lämpötiloissa. Lisää kovuutta ja lujuutta varten hiiltä. Riittävän lämpökäsittelyn jälkeen näitä teräksiä käytetään partakoneen terinä, ruokailuvälineinä, työkaluina jne.
Monissa ruostumattoman teräksen koostumuksissa on käytetty merkittäviä määriä mangaania. Mangaani säilyttää austeniittisen rakenteen teräksessä kuten nikkeli, mutta halvemmalla.
Pääelementit ruostumatonta terästä
Ruostumaton teräs tai korroosionkestävä teräs on eräänlainen metalliseos, jota löytyy monissa muodoissa. Se palvelee käytännön tarpeitamme niin hyvin, että on vaikea löytää mitään elämänaluetta, jossa emme käyttäisi tämäntyyppistä terästä. Ruostumattoman teräksen pääkomponentit ovat: rauta, kromi, hiili, nikkeli, molybdeeni ja pienet määrät muita metalleja.
Näitä ovat metallit, kuten:
- Nikkeli
- Molybdeeni
- Titaani
- Kupari
Myös ei-metallisia lisäyksiä tehdään, joista tärkeimmät ovat:
- Hiili
- Typpi
KROMI JA NIKKLI:
Kromi on alkuaine, joka tekee ruostumattomasta teräksestä ruostumatonta. Se on välttämätöntä passiivikalvon muodostamisessa. Muut alkuaineet voivat vaikuttaa kromin tehokkuuteen kalvon muodostuksessa tai ylläpidossa, mutta mikään muu elementti ei yksinään voi luoda ruostumattoman teräksen ominaisuuksia.
Noin 10,5 % kromipitoisuudessa muodostuu heikko kalvo, joka antaa lievän suojan ilmakehää vastaan. Lisäämällä kromipitoisuutta 17-20 %:iin, mikä on tyypillistä austeniittisten ruostumattomien terästen 300-sarjassa, lisätään passiivikalvon stabiilisuutta. Kromipitoisuuden lisääminen lisää suojaa.
| Symboli | Elementti |
| Al | Alumiini |
| C | Hiili |
| Cr | Kromi |
| Cu | Kupari |
| Fe | Rauta |
| Mo | Molybdeeni |
| Mn | Mangaani |
| N | Typpi |
| Ni | Nikkeli |
| P | Fosfori |
| S | Rikki |
| Se | Seleeni |
| Ta | Tantaali |
| Ti | Titaani |
Nikkeli stabiloi ruostumattoman teräksen austeniittista rakennetta (rae- tai kiderakennetta) ja parantaa mekaanisia ominaisuuksia ja valmistusominaisuuksia. Nikkelipitoisuus 8-10 % ja enemmän vähentää metallin taipumusta halkeilla jännityskorroosion vuoksi. Nikkeli edistää myös uudelleenpassivoitumista, jos kalvo vaurioituu.
MANGAANI:
Mangaani yhdessä nikkelin kanssa suorittaa monia nikkelille luetelluista toiminnoista. Se on myös vuorovaikutuksessa ruostumattoman teräksen rikin kanssa muodostaen mangaanisulfiitteja, mikä lisää pistekorroosionkestävyyttä. Kun nikkeli korvataan mangaanilla ja sitten yhdistetään typen kanssa, lujuutta lisätään.
MOLYBDEENI:
Molybdeeni yhdessä kromin kanssa on erittäin tehokas passiivisen kalvon stabiloinnissa kloridien läsnä ollessa. Se on tehokas estämään rako- tai pistekorroosiota. Molybdeeni lisää kromin ohella eniten ruostumattoman teräksen korroosionkestävyyttä. Edstrom Industries käyttää ruostumatonta terästä 316, koska se sisältää 2-3 % molybdeeniä, joka antaa suojaa, kun veteen lisätään klooria.
HIILI:
Hiiltä käytetään lujuuden lisäämiseen. Martensiittisessa lajikkeessa hiilen lisääminen helpottaa kovettumista lämpökäsittelyn kautta.
TYPPY:
Typpeä käytetään ruostumattoman teräksen austeniittisen rakenteen stabilointiin, mikä parantaa sen pistekorroosionkestävyyttä ja vahvistaa terästä. Typen käyttö mahdollistaa molybdeenipitoisuuden nostamisen jopa 6 %:iin, mikä parantaa korroosionkestävyyttä kloridiympäristöissä.
TITAANI JA MIOBIUM:
Titaania ja miobiumia käytetään vähentämään ruostumattoman teräksen herkistymistä. Kun ruostumaton teräs herkistetään, voi tapahtua rakeiden välistä korroosiota. Tämä johtuu kromikarbidien saostumisesta jäähdytysvaiheen aikana, kun osia hitsataan. Tämä kuluttaa kromin hitsausaluetta. Ilman kromia passiivinen kalvo ei voi muodostua. Titaani ja niobium ovat vuorovaikutuksessa hiilen kanssa muodostaen karbideja, jolloin kromi jää liuokseen, jolloin passiivinen kalvo voi muodostua.
KUPARI JA ALUMIINI:
Ruostumattomaan teräkseen voidaan lisätä kuparia ja alumiinia sekä titaania sen kovettumisen saostamiseksi. Kovettuminen saavutetaan liottamalla 900-1150F lämpötilassa. Nämä elementit muodostavat kovan intermetallisen mikrorakenteen liotusprosessin aikana korotetussa lämpötilassa.
RIKKI JA SELEENI:
304 ruostumattomaan teräkseen lisätään rikkiä ja seleeniä, jotta se koneistuu vapaasti. Tästä tulee ruostumatonta 303- tai 303SE-terästä, jota Edstrom Industries käyttää venttiilien, muttereiden ja juomavedelle altistumattomien osien valmistamiseen.
Ruostumattoman teräksen tyypit
AISI MÄÄRITÄ MUUN MUKAAN SEURAAVAA LUOKAT:
Tunnetaan myös nimellä "merilaatuinen" ruostumaton teräs, koska sen kyky vastustaa suolaveden korroosiota on parempi kuin tyyppi 304. SS316:ta käytetään usein ydinvoimaloiden rakentamiseen.
304/304L RUOSTUMATON TERÄS
Tyypin 304 lujuus on hieman pienempi kuin 302 sen alhaisemman hiilipitoisuuden vuoksi.
316/316L RUOSTUMATON TERÄS
Tyyppi 316/316L Stainless Steel on molybdeeniteräs, jolla on parannettu kestävyys klorideja ja muita halogenideja sisältävien liuosten aiheuttamaa pistesyöpymistä vastaan.
310S RUOSTUMATON TERÄS
310S ruostumattomalla teräksellä on erinomainen hapettumisenkestävyys vakiolämpötiloissa aina 2000°F asti.
317L RUOSTUMATON TERÄS
317L on molybdeenilaakeroitu austeniittista krominikkeliterästä, joka on samanlainen kuin tyyppi 316, paitsi että 317L:n seospitoisuus on hieman korkeampi.
321/321H RUOSTUMATON TERÄS
Tyyppi 321 on perustyyppi 304, jota on modifioitu lisäämällä titaania vähintään 5 kertaa hiili- ja typpipitoisuuteen verrattuna.
410 RUOSTUMATON TERÄS
Tyyppi 410 on martensiittista ruostumatonta terästä, joka on magneettinen, kestää korroosiota lievissä ympäristöissä ja jolla on melko hyvä sitkeys.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803) tai Avesta Sheffield 2205 on ferriittis-austeniittista ruostumatonta terästä.
RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET LUOKITETAAN MYÖS KITEISTÄ RAKENTEEN MUKAAN:
- Austeniittiset ruostumattomat teräkset muodostavat yli 70 % ruostumattoman teräksen kokonaistuotannosta. Ne sisältävät enintään 0,15 % hiiltä, vähintään 16 % kromia ja riittävästi nikkeliä ja/tai mangaania säilyttämään austeniittisen rakenteen kaikissa lämpötiloissa kryogeenisestä alueesta lejeeringin sulamispisteeseen. Tyypillinen koostumus on 18 % kromia ja 10 % nikkeliä, joka tunnetaan yleisesti nimellä 18/10 ruostumaton teräs, jota käytetään usein ruokailuvälineissä. Vastaavasti 18/0 ja 18/8 on myös saatavilla. ¨Superausteniittiset〃 ruostumattomat teräkset, kuten seosteräkset AL-6XN ja 254SMO, kestävät erinomaisesti kloridipiste- ja rakokorroosiota korkean molybdeenipitoisuuden (>6 %) ja typen lisäysten ansiosta, ja korkeampi nikkelipitoisuus varmistaa paremman kestävyyden jännityskorroosiohalkeilua vastaan. yli 300 sarjassa. "Superausteniittisten" terästen korkeampi seosainepitoisuus tarkoittaa, että ne ovat pelottavan kalliita ja vastaava suorituskyky voidaan yleensä saavuttaa käyttämällä duplex-teräksiä paljon halvemmalla.
- Ferriittiset ruostumattomat teräkset ovat erittäin korroosionkestäviä, mutta paljon vähemmän kestäviä kuin austeniittiset teräkset, eikä niitä voida kovettaa lämpökäsittelyllä. Ne sisältävät 10,5–27 % kromia ja hyvin vähän nikkeliä, jos ollenkaan. Useimmat koostumukset sisältävät molybdeenin; joitakin, alumiinia tai titaania. Yleisiä ferriittisiä laatuja ovat 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo ja 29Cr-4Mo-2Ni.
- Martensiittiset ruostumattomat teräkset eivät ole yhtä korroosionkestäviä kuin kaksi muuta luokkaa, mutta ne ovat erittäin lujia ja sitkeitä sekä erittäin koneistettavia ja ne voidaan karkaista lämpökäsittelyllä. Martensiittinen ruostumaton teräs sisältää kromia (12-14%), molybdeeniä (0,2-1%), ei nikkeliä ja noin 0,1-1% hiiltä (joka lisää kovuutta, mutta tekee materiaalista hieman hauraamman). Se on sammutettu ja magneettinen. Se tunnetaan myös nimellä "sarja-00" teräs.
- Duplex-ruostumattomissa teräksissä on austeniitin ja ferriitin sekoitettu mikrorakenne, jonka tavoitteena on tuottaa 50:50 seos, vaikka kaupallisissa seoksissa seos voi olla 60:40. Duplex-teräksillä on parantunut lujuus verrattuna austeniittisiin ruostumattomiin teräksiin ja myös paikallisen korroosion kestävyys, erityisesti piste-, rakokorroosio- ja jännityskorroosiohalkeilu. Niille on ominaista korkea kromi- ja pienempi nikkelipitoisuus kuin austeniittisille ruostumattomille teräksille.
Ruostumattoman teräksen historia
Muutamia korroosionkestäviä rautaesineitä on säilynyt antiikista. Kuuluisa (ja erittäin suuri) esimerkki on Delhin rautapilari, joka pystytettiin Kumara Gupta I:n määräyksestä noin vuonna 400 jKr. Toisin kuin ruostumaton teräs, nämä esineet eivät kuitenkaan johdu kestävyydestään kromista, vaan niiden korkeasta fosforipitoisuudesta. joka yhdessä suotuisten paikallisten sääolosuhteiden kanssa edistää kiinteän rautaoksidien ja fosfaattien passivointikerroksen muodostumista useimpiin rautatöihin muodostuvan ei-suojaavan, halkeilevan ruostekerroksen sijaan.
Rauta-kromiseosten korroosionkestävyyden tunnisti ensimmäisen kerran vuonna 1821 ranskalainen metallurgi Pierre Berthier, joka pani merkille niiden kestävyyden tiettyjä happoja vastaan ja ehdotti niiden käyttöä ruokailuvälineissä. 1800-luvun metallurgit eivät kuitenkaan kyenneet tuottamaan useimpien nykyaikaisten ruostumattomien terästen vähähiilisen ja korkean kromin yhdistelmää, ja heidän valmistamansa runsaskromiseokset olivat liian hauraita ollakseen käytännön kiinnostavia.
Tilanne muuttui 1890-luvun lopulla, kun saksalainen Hans Goldschmidt kehitti aluminotermisen (termiitti) prosessin hiilettömän kromin valmistamiseksi. Vuosina 1904–1911 useat tutkijat, erityisesti ranskalainen Leon Guillet, valmistivat metalliseoksia, joita nykyään pidettäisiin ruostumattomana teräksenä. Vuonna 1911 saksalainen Philip Monnartz raportoi näiden seosten kromipitoisuuden ja korroosionkestävyyden välisestä suhteesta.
Harry Brearleyä Brown-Firthin tutkimuslaboratoriosta Sheffieldissä Englannissa pidetään yleisimmin ruostumattoman teräksen "keksijänä".
teräs. Vuonna 1913 etsiessään eroosionkestävää metalliseosta aseen piippuihin hän löysi ja myöhemmin teollisti martensiittisen ruostumattoman terässeoksen. Samanaikaisesti tapahtui kuitenkin samanlaista teollista kehitystä Saksan Kruppin ruukissa, jossa Eduard Maurer ja Benno Strauss kehittivät austeniittista metalliseosta (21 % kromia, 7 % nikkeliä), ja Yhdysvalloissa, missä Christian Dantsizen ja Frederick Becket teollistivat ferriittistä ruostumatonta terästä.
Huomaa, että saatat olla kiinnostunut muista julkaisemistamme teknisistä artikkeleista:
Postitusaika: 16.6.2022