Hva er rustfritt stål?
"Rustfritt" er et begrep som ble laget tidlig i utviklingen av disse stålene for bestikkapplikasjoner. Det ble tatt i bruk som et generisk navn for disse stålene og dekker nå et bredt spekter av ståltyper og kvaliteter for korrosjons- eller oksidasjonsbestandige applikasjoner.
Rustfritt stål er jernlegeringer med minimum 10,5 % krom. Andre legeringselementer tilsettes for å forbedre deres struktur og egenskaper som formbarhet, styrke og kryogen seighet.
Denne krystallstrukturen gjør slike stål ikke-magnetiske og mindre sprø ved lave temperaturer. For høyere hardhet og styrke tilsettes karbon. Når de utsettes for tilstrekkelig varmebehandling, brukes disse stålene som barberblad, bestikk, verktøy osv.
Betydelige mengder mangan har blitt brukt i mange rustfrie stålsammensetninger. Mangan bevarer en austenittisk struktur i stålet som nikkel gjør, men til en lavere kostnad.
Hovedelementene i rustfritt stål
Rustfritt stål eller korrosjonsbestandig stål er en slags metallisk legering som finnes i en rekke former. Det tjener våre praktiske behov så godt at det er vanskelig å finne noen sfære i livet vårt, der vi ikke bruker denne typen stål. Hovedkomponentene i rustfritt stål er: jern, krom, karbon, nikkel, molybden og små mengder andre metaller.
Disse inkluderer metaller som:
- Nikkel
- Molybden
- Titanium
- Kopper
Ikke-metalltilsetninger er også laget, de viktigste er:
- Karbon
- Nitrogen
KROM OG NIKKEL:
Krom er grunnstoffet som gjør rustfritt stål rustfritt. Det er viktig for å danne den passive filmen. Andre elementer kan påvirke effektiviteten til krom for å danne eller vedlikeholde filmen, men ingen andre elementer i seg selv kan skape egenskapene til rustfritt stål.
Ved ca. 10,5 % krom dannes det en svak film som vil gi mild atmosfærisk beskyttelse. Ved å øke krom til 17-20 %, som er typisk i type-300-serien av austenittiske rustfrie stål, økes stabiliteten til den passive filmen. Ytterligere økninger i krominnholdet vil gi ekstra beskyttelse.
| Symbol | Element |
| Al | Aluminium |
| C | Karbon |
| Cr | Krom |
| Cu | Kopper |
| Fe | Stryke |
| Mo | Molybden |
| Mn | Mangan |
| N | Nitrogen |
| Ni | Nikkel |
| P | Fosfor |
| S | Svovel |
| Se | Selen |
| Ta | Tantal |
| Ti | Titanium |
Nikkel vil stabilisere den austenittiske strukturen (korn- eller krystallstrukturen) til det rustfrie stålet og forbedre de mekaniske egenskapene og fabrikasjonsegenskapene. Et nikkelinnhold på 8-10 % og over vil redusere metallets tendens til å sprekke på grunn av spenningskorrosjon. Nikkel fremmer også repassivering i tilfelle filmen blir skadet.
MANGAN:
Mangan, i forbindelse med nikkel, utfører mange av funksjonene som tilskrives nikkel. Det vil også samhandle med svovelet i rustfritt stål for å danne mangansulfitter, noe som øker motstanden mot gropkorrosjon. Ved å erstatte mangan med nikkel, og deretter kombinere det med nitrogen, økes også styrken.
MOLYBDEN:
Molybden, i kombinasjon med krom, er svært effektiv for å stabilisere den passive filmen i nærvær av klorider. Det er effektivt for å forhindre sprekk- eller gropkorrosjon. Molybden, ved siden av krom, gir den største økningen i korrosjonsbestandighet i rustfritt stål. Edstrom Industries bruker 316 rustfritt fordi det inneholder 2-3 % molybden, som gir beskyttelse når klor tilsettes vannet.
KARBON:
Karbon brukes for å øke styrken. I martensittisk kvalitet letter tilsetning av karbon herding gjennom varmebehandling.
NITROGEN:
Nitrogen brukes til å stabilisere den austenittiske strukturen til rustfritt stål, noe som øker motstanden mot gropkorrosjon og styrker stålet. Bruk av nitrogen gjør det mulig å øke molybdeninnholdet opp til 6 %, noe som forbedrer korrosjonsbestandigheten i kloridmiljøer.
TITANIUM OG MIOBIUM:
Titan og Miob brukes for å redusere sensibiliseringen av rustfritt stål. Når rustfritt stål er sensibilisert, kan intergranulær korrosjon oppstå. Dette er forårsaket av utfelling av kromkarbider under kjølefasen når deler sveises. Dette tømmer sveiseområdet for krom. Uten krom kan ikke den passive filmen dannes. Titan og niob interagerer med karbon for å danne karbider, og etterlater krom i løsning slik at en passiv film kan dannes.
KOBBER OG ALUMINIUM:
Kobber og aluminium, sammen med titan, kan tilsettes rustfritt stål for å utfelle dets herding. Herding oppnås ved bløtlegging ved en temperatur på 900 til 1150F. Disse elementene danner en hard intermetallisk mikrostruktur under bløtleggingsprosessen ved forhøyet temperatur.
SVOV OG SELENIUM:
Svovel og selen tilsettes 304 rustfritt for å gjøre det maskinfritt. Dette blir 303 eller 303SE rustfritt stål, som brukes av Edstrom Industries til å lage svineventiler, muttere og deler som ikke er utsatt for drikkevann.
Typer rustfritt stål
AISI DEFINERER BLAND ANDRE FØLGENDE KARAKTER:
Også kjent som "marine grade" rustfritt stål på grunn av dets økte evne til å motstå saltvannskorrosjon sammenlignet med type 304. SS316 brukes ofte til å bygge kjernefysiske reprosesseringsanlegg.
304/304L RUSTFRITT STÅL
Type 304 har noe lavere styrke enn 302 på grunn av lavere karboninnhold.
316/316L RUSTFRITT STÅL
Type 316/316L rustfritt stål er et molybdenstål som har forbedret motstand mot gropdannelse ved løsninger som inneholder klorider og andre halogenider.
310S RUSTFRITT STÅL
310S rustfritt stål har utmerket motstand mot oksidasjon under konstante temperaturer til 2000°F.
317L RUSTFRITT STÅL
317L er et molybdenholdig austenittisk kromnikkelstål som ligner type 316, bortsett fra at legeringsinnholdet i 317L er noe høyere.
321/321H RUSTFRITT STÅL
Type 321 er basistype 304 modifisert ved å tilsette titan i en mengde som er minst 5 ganger innholdet av karbon pluss nitrogen.
410 RUSTFRITT STÅL
Type 410 er et martensittisk rustfritt stål som er magnetisk, motstår korrosjon i milde omgivelser og har ganske god duktilitet.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803), eller Avesta Sheffield 2205 er et ferritisk-austenittisk rustfritt stål.
RUSTFRITT STÅL ER OGSÅ KLASSIFISERT VED DERES KRYSTALLINKE STRUKTUR:
- Austenittisk rustfritt stål utgjør over 70 % av den totale produksjonen av rustfritt stål. De inneholder maksimalt 0,15 % karbon, minimum 16 % krom og tilstrekkelig nikkel og/eller mangan til å beholde en austenittisk struktur ved alle temperaturer fra det kryogene området til legeringens smeltepunkt. En typisk sammensetning er 18% krom og 10% nikkel, ofte kjent som 18/10 rustfritt, brukes ofte i bestikk. Tilsvarende 18/0 og 18/8 er også tilgjengelig. ¨Superaustenittisk〃 rustfritt stål, slik som legering AL-6XN og 254SMO, viser stor motstand mot kloridgroper og sprekkkorrosjon på grunn av høyt molybdeninnhold (>6 %) og nitrogentilsetninger, og det høyere nikkelinnholdet sikrer bedre motstand mot spenningskorrosjonssprekker over 300-serien. Det høyere legeringsinnholdet i "superaustenittiske" stål betyr at de er fryktelig dyre, og lignende ytelse kan vanligvis oppnås ved å bruke dupleksstål til mye lavere kostnader.
- Ferritiske rustfrie stål er svært korrosjonsbestandige, men langt mindre holdbare enn austenittiske kvaliteter og kan ikke herdes ved varmebehandling. De inneholder mellom 10,5% og 27% krom og svært lite nikkel, hvis noen. De fleste sammensetninger inkluderer molybden; noen, aluminium eller titan. Vanlige ferritiske karakterer inkluderer 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo og 29Cr-4Mo-2Ni.
- Martensittiske rustfrie stål er ikke like korrosjonsbestandige som de to andre klassene, men er ekstremt sterke og seige samt svært bearbeidbare, og kan herdes ved varmebehandling. Martensittisk rustfritt stål inneholder krom (12-14%), molybden (0,2-1%), ikke nikkel og ca. 0,1-1% karbon (gir det mer hardhet, men gjør materialet litt sprøere). Den er slukket og magnetisk. Det er også kjent som "series-00" stål.
- Dupleks rustfritt stål har en blandet mikrostruktur av austenitt og ferritt, målet er å produsere en 50:50 blanding, selv om blandingen i kommersielle legeringer kan være 60:40. Dupleksstål har forbedret styrke i forhold til austenittisk rustfritt stål og også forbedret motstand mot lokal korrosjon, spesielt gropdannelse, sprekkkorrosjon og spenningskorrosjon. De er preget av høyt krom og lavere nikkelinnhold enn austenittisk rustfritt stål.
Historien om rustfritt stål
Noen få korrosjonsbestandige jerngjenstander overlever fra antikken. Et kjent (og veldig stort) eksempel er jernsøylen i Delhi, reist etter ordre fra Kumara Gupta I rundt år 400 e.Kr., men i motsetning til rustfritt stål, skylder disse gjenstandene sin holdbarhet ikke til krom, men til deres høye fosforinnhold, som sammen med gunstige lokale værforhold fremmer dannelsen av et solid beskyttende passiveringslag av jernoksider og fosfater, fremfor det ikke-beskyttende, sprukne rustlaget som utvikles på de fleste jernarbeid.
Korrosjonsmotstanden til jern-kromlegeringer ble først anerkjent i 1821 av den franske metallurgen Pierre Berthier, som bemerket deres motstand mot angrep fra noen syrer og foreslo bruk i bestikk. Imidlertid var metallurgene på 1800-tallet ikke i stand til å produsere kombinasjonen av lavt karbon og høyt krom som finnes i de fleste moderne rustfrie stål, og legeringene med høyt krom de kunne produsere var for sprø til å være av praktisk interesse.
Denne situasjonen endret seg på slutten av 1890-tallet, da Hans Goldschmidt fra Tyskland utviklet en aluminotermisk (termitt) prosess for å produsere karbonfritt krom. I årene 19041911 utarbeidet flere forskere, spesielt Leon Guillet fra Frankrike, legeringer som i dag vil bli betraktet som rustfritt stål. I 1911 rapporterte Philip Monnartz fra Tyskland om forholdet mellom krominnholdet og korrosjonsmotstanden til disse legeringene.
Harry Brearley fra Brown-Firth forskningslaboratoriet i Sheffield, England er oftest kreditert som "oppfinneren" av rustfritt stål
stål. I 1913, mens han søkte en erosjonsbestandig legering for pistolløp, oppdaget han og industrialiserte deretter en martensittisk rustfri stållegering. Imidlertid fant lignende industriell utvikling sted samtidig ved Krupp Iron Works i Tyskland, der Eduard Maurer og Benno Strauss utviklet en austenittisk legering (21 % krom, 7 % nikkel), og i USA, hvor Christian Dantsizen og Frederick Becket industrialiserte ferritisk rustfritt.
Vær oppmerksom på at du kan være interessert i de andre tekniske artiklene vi har publisert:
Innleggstid: 16. juni 2022