Apakah keluli tahan karat?
'Stainless' ialah istilah yang dicipta pada awal pembangunan keluli ini untuk aplikasi kutleri. Ia telah diterima pakai sebagai nama generik untuk keluli ini dan kini meliputi pelbagai jenis keluli dan gred untuk aplikasi tahan kakisan atau pengoksidaan.
Keluli tahan karat ialah aloi besi dengan sekurang-kurangnya 10.5% kromium. Unsur pengaloian lain ditambah untuk meningkatkan struktur dan sifatnya seperti kebolehbentukan, kekuatan dan keliatan kriogenik.
Struktur kristal ini menjadikan keluli tersebut bukan magnetik dan kurang rapuh pada suhu rendah. Untuk kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi, karbon ditambah. Apabila tertakluk kepada rawatan haba yang mencukupi keluli ini digunakan sebagai pisau cukur, kutleri, alatan dsb.
Kuantiti mangan yang ketara telah digunakan dalam banyak komposisi keluli tahan karat. Mangan mengekalkan struktur austenit dalam keluli seperti nikel, tetapi pada kos yang lebih rendah.
Unsur utama dalam keluli tahan karat
Keluli tahan karat atau keluli tahan karat ialah sejenis aloi logam yang terdapat dalam pelbagai bentuk. Ia memenuhi keperluan praktikal kami dengan baik sehingga sukar untuk mencari mana-mana bidang kehidupan kami, di mana kami tidak menggunakan keluli jenis ini. Komponen utama keluli tahan karat ialah: besi, kromium, karbon, nikel, molibdenum dan kuantiti kecil logam lain.
Ini termasuk logam seperti:
- nikel
- Molibdenum
- titanium
- Tembaga
Penambahan bukan logam juga dibuat, yang utama ialah:
- Karbon
- Nitrogen
KROMIUM DAN NIKEL:
Kromium ialah unsur yang menjadikan keluli tahan karat tahan karat. Ia penting dalam membentuk filem pasif. Unsur lain boleh mempengaruhi keberkesanan kromium dalam membentuk atau mengekalkan filem, tetapi tiada unsur lain dengan sendirinya boleh mencipta sifat keluli tahan karat.
Pada kira-kira 10.5% kromium, filem lemah terbentuk dan akan memberikan perlindungan atmosfera yang lembut. Dengan meningkatkan kromium kepada 17-20%, yang tipikal dalam siri jenis-300 keluli tahan karat austenit, kestabilan filem pasif meningkat. Peningkatan selanjutnya dalam kandungan kromium akan memberikan perlindungan tambahan.
| Simbol | unsur |
| Al | aluminium |
| C | Karbon |
| Cr | Chromium |
| Cu | Tembaga |
| Fe | besi |
| Mo | Molibdenum |
| Mn | Mangan |
| N | Nitrogen |
| Ni | nikel |
| P | Fosforus |
| S | Sulfur |
| Se | Selenium |
| Ta | Tantalum |
| Ti | titanium |
Nikel akan menstabilkan struktur austenit (struktur bijian atau kristal) keluli tahan karat dan meningkatkan sifat mekanikal dan ciri-ciri fabrikasi. Kandungan nikel 8-10% dan ke atas akan mengurangkan kecenderungan logam untuk retak akibat kakisan tegasan. Nikel juga menggalakkan pemaspasian semula sekiranya filem itu rosak.
MANGAN:
Mangan, dalam kaitan dengan nikel, melaksanakan banyak fungsi yang dikaitkan dengan nikel. Ia juga akan berinteraksi dengan sulfur dalam keluli tahan karat untuk membentuk sulfit mangan, yang meningkatkan ketahanan terhadap kakisan pitting. Dengan menggantikan mangan dengan nikel, dan kemudian menggabungkannya dengan nitrogen, kekuatan juga meningkat.
MOLIBDENUM:
Molibdenum, dalam kombinasi dengan kromium, sangat berkesan dalam menstabilkan filem pasif dengan kehadiran klorida. Ia berkesan dalam mencegah kakisan celah atau lubang. Molibdenum, di sebelah kromium, memberikan peningkatan terbesar dalam rintangan kakisan dalam keluli tahan karat. Edstrom Industries menggunakan 316 tahan karat kerana ia mengandungi 2-3% molibdenum, yang memberikan perlindungan apabila klorin ditambah ke dalam air.
KARBON:
Karbon digunakan untuk meningkatkan kekuatan. Dalam gred martensit, penambahan karbon memudahkan pengerasan melalui rawatan haba.
NITROGEN:
Nitrogen digunakan untuk menstabilkan struktur austenit keluli tahan karat, yang meningkatkan ketahanannya terhadap kakisan pitting dan menguatkan keluli. Menggunakan nitrogen memungkinkan untuk meningkatkan kandungan molibdenum sehingga 6%, yang meningkatkan ketahanan kakisan dalam persekitaran klorida.
TITANIUM DAN MIOBIUM:
Titanium dan Miobium digunakan untuk mengurangkan pemekaan keluli tahan karat. Apabila keluli tahan karat dipeka, kakisan antara butiran boleh berlaku. Ini disebabkan oleh pemendakan karbida krom semasa fasa penyejukan apabila bahagian dikimpal. Ini mengurangkan kawasan kimpalan kromium. Tanpa kromium, filem pasif tidak boleh terbentuk. Titanium dan Niobium berinteraksi dengan karbon untuk membentuk karbida, meninggalkan kromium dalam larutan supaya filem pasif boleh terbentuk.
TEMBAGA DAN ALUMINIUM:
Kuprum dan Aluminium, bersama-sama dengan Titanium, boleh ditambah kepada keluli tahan karat untuk mendakan pengerasannya. Pengerasan dicapai dengan merendam pada suhu 900 hingga 1150F. Unsur-unsur ini membentuk struktur mikro antara logam keras semasa proses rendaman pada suhu tinggi.
SULUR DAN SELENIUM:
Sulfur dan Selenium ditambah kepada 304 tahan karat untuk menjadikannya bebas mesin. Ini menjadi keluli tahan karat 303 atau 303SE, yang digunakan oleh Edstrom Industries untuk membuat injap babi, kacang dan bahagian yang tidak terdedah kepada air minuman.
Jenis keluli tahan karat
AISI MENENTIKAN GRED BERIKUT ANTARA LAIN:
Juga dikenali sebagai keluli tahan karat "gred marin" kerana peningkatan keupayaannya untuk menahan kakisan air masin berbanding jenis 304. SS316 sering digunakan untuk membina loji pemprosesan semula nuklear.
KELULI TAHAN KARAT 304/304L
Jenis 304 mempunyai kekuatan yang lebih rendah sedikit daripada 302 kerana kandungan karbonnya yang lebih rendah.
KELULI TAHAN KARAT 316/316L
Keluli Tahan Karat Jenis 316/316L ialah keluli molibdenum yang mempunyai ketahanan yang lebih baik terhadap pitting oleh larutan yang mengandungi klorida dan halida lain.
KELULI TAHAN KARAT 310S
Keluli Tahan Karat 310S mempunyai rintangan yang sangat baik terhadap pengoksidaan di bawah suhu malar hingga 2000°F.
KELULI TAHAN KARAT 317L
317L ialah keluli nikel kromium austenit yang mengandungi molibdenum serupa dengan jenis 316, kecuali kandungan aloi dalam 317L agak lebih tinggi.
KELULI TAHAN KARAT 321/321H
Jenis 321 ialah jenis asas 304 yang diubah suai dengan menambahkan titanium dalam jumlah sekurang-kurangnya 5 kali ganda kandungan karbon ditambah nitrogen.
410 KELULI TAHAN KARAT
Jenis 410 ialah keluli tahan karat martensit yang bersifat magnetik, tahan kakisan dalam persekitaran yang lembut dan mempunyai kemuluran yang agak baik.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Dupleks 2205 (UNS S31803), atau Avesta Sheffield 2205 ialah keluli tahan karat ferit-austenit.
KELULI STAINLESS JUGA DIKLASIFIKASIKAN MENGIKUT STRUKTUR KRISTALNYA:
- Keluli tahan karat austenit merangkumi lebih daripada 70% daripada jumlah pengeluaran keluli tahan karat. Ia mengandungi maksimum 0.15% karbon, sekurang-kurangnya 16% kromium dan nikel dan/atau mangan yang mencukupi untuk mengekalkan struktur austenit pada semua suhu dari kawasan kriogenik ke takat lebur aloi. Komposisi biasa ialah 18% kromium dan 10% nikel, biasanya dikenali sebagai tahan karat 18/10 sering digunakan dalam pinggan mangkuk. Begitu juga 18/0 dan 18/8 juga tersedia. Keluli tahan karat ¨Superaustenitik〃, seperti aloi AL-6XN dan 254SMO, mempamerkan ketahanan yang hebat terhadap hakisan pitting dan celah klorida disebabkan oleh kandungan Molibdenum yang tinggi (>6%) dan penambahan nitrogen serta kandungan nikel yang lebih tinggi memastikan ketahanan yang lebih baik terhadap keretakan kakisan tegasan melebihi 300 siri. Kandungan aloi keluli "Superaustenitik" yang lebih tinggi bermakna ia amat mahal dan prestasi yang serupa biasanya boleh dicapai menggunakan keluli dupleks pada kos yang jauh lebih rendah.
- Keluli tahan karat ferit adalah sangat tahan kakisan, tetapi jauh lebih tahan lama daripada gred austenit dan tidak boleh dikeraskan dengan rawatan haba. Ia mengandungi antara 10.5% dan 27% kromium dan sangat sedikit nikel, jika ada. Kebanyakan komposisi termasuk molibdenum; beberapa, aluminium atau titanium. Gred ferit biasa termasuk 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo dan 29Cr-4Mo-2Ni.
- Keluli tahan karat martensit tidak tahan kakisan seperti dua kelas lain, tetapi sangat kuat dan lasak serta sangat boleh dimesin, dan boleh dikeraskan dengan rawatan haba. Keluli tahan karat martensit mengandungi kromium (12-14%), molibdenum (0.2-1%), tiada nikel, dan kira-kira 0.1-1% karbon (memberi kekerasan lebih tetapi menjadikan bahan lebih rapuh). Ia dipadamkan dan magnetik. Ia juga dikenali sebagai keluli "siri-00".
- Keluli tahan karat dupleks mempunyai struktur mikro campuran austenit dan ferit, bertujuan untuk menghasilkan campuran 50:50 walaupun dalam aloi komersial campuran mungkin 60:40. Keluli dupleks telah meningkatkan kekuatan berbanding keluli tahan karat austenit dan juga meningkatkan ketahanan terhadap kakisan setempat terutamanya pitting, kakisan celah dan retakan kakisan tegasan. Ia dicirikan oleh kromium tinggi dan kandungan nikel yang lebih rendah daripada keluli tahan karat austenit.
Sejarah Keluli Tahan Karat
Beberapa artifak besi tahan kakisan masih hidup dari zaman dahulu. Contoh yang terkenal (dan sangat besar) ialah Tiang Besi Delhi, yang didirikan atas perintah Kumara Gupta I sekitar tahun AD 400. Walau bagaimanapun, tidak seperti keluli tahan karat, artifak ini berhutang ketahanannya bukan kepada kromium, tetapi kepada kandungan fosforusnya yang tinggi, yang bersama-sama dengan keadaan cuaca tempatan yang menggalakkan menggalakkan pembentukan lapisan pempasifan pelindung pepejal oksida besi dan fosfat, dan bukannya lapisan karat retak yang tidak pelindung yang terbentuk pada kebanyakan kerja besi.
Rintangan kakisan aloi besi-kromium pertama kali diiktiraf pada tahun 1821 oleh ahli metalurgi Perancis Pierre Berthier, yang menyatakan ketahanan mereka terhadap serangan oleh beberapa asid dan mencadangkan penggunaannya dalam kutleri. Walau bagaimanapun, ahli metalurgi abad ke-19 tidak dapat menghasilkan gabungan karbon rendah dan kromium tinggi yang terdapat dalam kebanyakan keluli tahan karat moden, dan aloi kromium tinggi yang boleh mereka hasilkan adalah terlalu rapuh untuk menarik minat praktikal.
Keadaan ini berubah pada akhir 1890-an, apabila Hans Goldschmidt dari Jerman membangunkan proses aluminotermik (termit) untuk menghasilkan kromium bebas karbon. Pada tahun 19041911, beberapa penyelidik, terutamanya Leon Guillet dari Perancis, menyediakan aloi yang hari ini akan dianggap keluli tahan karat. Pada tahun 1911, Philip Monnartz dari Jerman melaporkan tentang hubungan antara kandungan kromium dan rintangan kakisan aloi ini.
Harry Brearley dari makmal penyelidikan Brown-Firth di Sheffield, England paling kerap dikreditkan sebagai "pencipta" bahan tahan karat
keluli. Pada tahun 1913, semasa mencari aloi tahan hakisan untuk laras senapang, beliau menemui dan seterusnya mengindustrikan aloi keluli tahan karat martensit. Walau bagaimanapun, perkembangan perindustrian yang serupa telah berlaku serentak di Krupp Iron Works di Jerman, di mana Eduard Maurer dan Benno Strauss membangunkan aloi austenit (21% kromium, 7% nikel), dan di Amerika Syarikat, di mana Christian Dantsizen dan Frederick Becket telah mengindustrikan tahan karat ferit.
Sila ambil perhatian bahawa anda mungkin berminat dengan artikel teknikal lain yang telah kami terbitkan:
Masa siaran: Jun-16-2022