Kaj je nerjavno jeklo?
'Nerjavno' je izraz, ki je bil skovan zgodaj v razvoju teh jekel za uporabo v jedilnem priboru. Sprejeto je bilo kot generično ime za ta jekla in zdaj pokriva široko paleto vrst in razredov jekel za uporabo, odporno proti koroziji ali oksidaciji.
Nerjavna jekla so železove zlitine z najmanj 10,5 % kroma. Dodani so drugi legirni elementi za izboljšanje njihove strukture in lastnosti, kot so sposobnost oblikovanja, trdnost in kriogena žilavost.
Ta kristalna struktura naredi takšna jekla nemagnetna in manj krhka pri nizkih temperaturah. Za večjo trdoto in trdnost je dodan karbon. Če so ta jekla ustrezno toplotno obdelana, se uporabljajo kot britvice, jedilni pribor, orodje itd.
Znatne količine mangana so bile uporabljene v številnih sestavkih iz nerjavnega jekla. Mangan ohrani avstenitno strukturo v jeklu, tako kot nikelj, vendar po nižji ceni.
Glavni elementi iz nerjavečega jekla
Nerjavno jeklo ali jeklo, odporno proti koroziji, je nekakšna kovinska zlitina, ki jo najdemo v različnih oblikah. Tako dobro služi našim praktičnim potrebam, da je težko najti katero koli področje našega življenja, kjer ne bi uporabljali te vrste jekla. Glavne sestavine nerjavnega jekla so: železo, krom, ogljik, nikelj, molibden in majhne količine drugih kovin.
Sem spadajo kovine, kot so:
- Nikelj
- molibden
- Titan
- Baker
Izdelani so tudi nekovinski dodatki, med katerimi so glavni:
- Ogljik
- Dušik
KROM IN NIKELJ:
Krom je element, zaradi katerega je nerjavno jeklo nerjavno. Bistvenega pomena je pri oblikovanju pasivnega filma. Drugi elementi lahko vplivajo na učinkovitost kroma pri oblikovanju ali vzdrževanju filma, vendar noben drug element sam po sebi ne more ustvariti lastnosti nerjavečega jekla.
Pri približno 10,5 % kroma nastane šibek film, ki zagotavlja blago atmosfersko zaščito. S povečanjem kroma na 17-20%, kar je značilno za serijo avstenitnih nerjavnih jekel tipa 300, se poveča stabilnost pasivnega filma. Nadaljnje povečanje vsebnosti kroma bo zagotovilo dodatno zaščito.
| Simbol | Element |
| Al | Aluminij |
| C | Ogljik |
| Kr | Chromium |
| Cu | Baker |
| Fe | Železo |
| Mo | molibden |
| Mn | Mangan |
| n | Dušik |
| Ni | Nikelj |
| p | fosfor |
| S | Žveplo |
| Se | Selen |
| Ta | tantal |
| Ti | Titan |
Nikelj bo stabiliziral avstenitno strukturo (zrnato ali kristalno strukturo) nerjavnega jekla in izboljšal mehanske lastnosti in značilnosti izdelave. Vsebnost niklja 8-10 % in več zmanjša nagnjenost kovine k pokanju zaradi napetostne korozije. Nikelj tudi spodbuja repasivacijo v primeru, da je film poškodovan.
MANGAN:
Mangan v povezavi z nikljem opravlja številne funkcije, ki jih pripisujemo niklju. Prav tako bo medsebojno deloval z žveplom v nerjavnem jeklu in tvoril manganove sulfite, kar poveča odpornost proti luknjičasti koroziji. Z zamenjavo mangana za nikelj in nato združitvijo z dušikom se poveča tudi moč.
MOLIBDEN:
Molibden je v kombinaciji s kromom zelo učinkovit pri stabilizaciji pasivnega filma v prisotnosti kloridov. Učinkovit je pri preprečevanju razpokane ali luknjičaste korozije. Molibden poleg kroma zagotavlja največje povečanje odpornosti proti koroziji pri nerjavnem jeklu. Edstrom Industries uporablja nerjavno jeklo 316, ker vsebuje 2-3 % molibdena, ki zagotavlja zaščito, ko se vodi doda klor.
OGLJIK:
Ogljik se uporablja za povečanje trdnosti. V martenzitni kakovosti dodatek ogljika olajša utrjevanje s toplotno obdelavo.
DUŠIK:
Dušik se uporablja za stabilizacijo avstenitne strukture nerjavnega jekla, kar poveča njegovo odpornost proti jamičasti koroziji in utrdi jeklo. Z uporabo dušika je mogoče povečati vsebnost molibdena do 6 %, kar izboljša odpornost proti koroziji v kloridnih okoljih.
TITAN IN MIOBIJ:
Titan in miobij se uporabljata za zmanjšanje občutljivosti nerjavnega jekla. Ko je nerjavno jeklo občutljivo, lahko pride do interkristalne korozije. To je posledica izločanja kromovih karbidov med fazo ohlajanja med varjenjem delov. To izčrpa območje zvara kroma. Brez kroma se pasivni film ne more oblikovati. Titan in niobij medsebojno delujeta z ogljikom, da tvorita karbide, pri čemer ostane krom v raztopini, tako da lahko nastane pasivni film.
BAKER IN ALUMINIJ:
Baker in aluminij, skupaj s titanom, lahko dodate nerjavnemu jeklu, da pospešite njegovo utrjevanje. Utrjevanje dosežemo z namakanjem pri temperaturi od 900 do 1150F. Ti elementi med postopkom namakanja pri povišani temperaturi tvorijo trdo intermetalno mikrostrukturo.
ŽVEPLO IN SELEN:
Žveplo in selen sta dodana nerjavečemu jeklu 304, da omogočata prosto obdelavo. To postane nerjaveče jeklo 303 ali 303SE, ki ga Edstrom Industries uporablja za izdelavo prašičjih ventilov, matic in delov, ki niso izpostavljeni pitni vodi.
Vrste nerjavečega jekla
AISI MED OSTALIM OPREDELJUJE NASLEDNJE RAZREDE:
Znano tudi kot nerjaveče jeklo »pomorske kakovosti« zaradi povečane odpornosti proti koroziji v slani vodi v primerjavi s tipom 304. SS316 se pogosto uporablja za gradnjo obratov za jedrsko predelavo.
304/304L NERJAVEČE JEKLO
Tip 304 ima nekoliko nižjo trdnost kot 302 zaradi nižje vsebnosti ogljika.
316/316L NERJAVEČE JEKLO
Nerjaveče jeklo tipa 316/316L je jeklo iz molibdena, ki ima izboljšano odpornost na luknjičasto jeklo zaradi raztopin, ki vsebujejo kloride in druge halogenide.
NERJAVEČE JEKLO 310S
Nerjaveče jeklo 310S ima odlično odpornost proti oksidaciji pri stalnih temperaturah do 2000 °F.
NERJAVEČE JEKLO 317L
317L je avstenitno krom-nikljevo jeklo, ki vsebuje molibden, podobno tipu 316, le da je vsebnost zlitine v 317L nekoliko višja.
321/321H NERJAVEČE JEKLO
Tip 321 je osnovni tip 304, modificiran z dodajanjem titana v količini, ki je vsaj 5-krat večja od vsebnosti ogljika in dušika.
410 NERJAVEČE JEKLO
Tip 410 je martenzitno nerjavno jeklo, ki je magnetno, odporno proti koroziji v blagih okoljih in ima precej dobro duktilnost.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803) ali Avesta Sheffield 2205 je feritno-avstenitno nerjavno jeklo.
NERJAVEČA JEKLA RAZVRŠČAMO TUDI PO KRISTALNI STRUKTURI:
- Avstenitna nerjavna jekla predstavljajo več kot 70 % celotne proizvodnje nerjavnih jekel. Vsebujejo največ 0,15 % ogljika, najmanj 16 % kroma in dovolj niklja in/ali mangana, da ohranijo avstenitno strukturo pri vseh temperaturah od kriogenega območja do tališča zlitine. Tipična sestava je 18 % kroma in 10 % niklja, splošno znano kot nerjavno jeklo 18/10, ki se pogosto uporablja v jedilnih posodah. Na voljo sta tudi 18/0 in 18/8. ¨Superavstenitna〃 nerjavna jekla, kot sta zlitina AL-6XN in 254SMO, so zaradi visoke vsebnosti molibdena (>6 %) in dušikovih dodatkov zelo odporna na kloridno luknjičasto in razpokano korozijo, višja vsebnost niklja pa zagotavlja boljšo odpornost proti razpokanju zaradi napetostne korozije čez serijo 300. Višja vsebnost zlitin v "superavstenitnih" jeklih pomeni, da so strašljivo draga in podobno zmogljivost je običajno mogoče doseči z uporabo dupleksnih jekel po veliko nižji ceni.
- Feritna nerjavna jekla so zelo odporna proti koroziji, vendar veliko manj trpežna kot avstenitna jekla in jih ni mogoče utrditi s toplotno obdelavo. Vsebujejo med 10,5 % in 27 % kroma in zelo malo niklja, če sploh. Večina sestavkov vključuje molibden; nekateri iz aluminija ali titana. Pogosti feritni razredi vključujejo 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo in 29Cr-4Mo-2Ni.
- Martenzitna nerjavna jekla niso tako odporna proti koroziji kot druga dva razreda, so pa izredno močna in žilava ter jih je mogoče strojno obdelati in jih je mogoče utrditi s toplotno obdelavo. Martenzitno nerjavno jeklo vsebuje krom (12-14 %), molibden (0,2-1 %), brez niklja in približno 0,1-1 % ogljika (ki mu daje večjo trdoto, vendar naredi material nekoliko bolj krhek). Je kaljen in magneten. Znano je tudi kot jeklo "serije-00".
- Dupleksna nerjavna jekla imajo mešano mikrostrukturo avstenita in ferita, cilj pa je izdelava mešanice 50:50, čeprav je lahko v komercialnih zlitinah mešanica 60:40. Duplex jeklo ima izboljšano trdnost v primerjavi z avstenitnimi nerjavnimi jekli in tudi izboljšano odpornost proti lokalizirani koroziji, zlasti luknjičasti koroziji, koroziji v razpokah in razpokanju zaradi napetostne korozije. Zanje je značilna visoka vsebnost kroma in nižja vsebnost niklja kot avstenitna nerjavna jekla.
Zgodovina nerjavečega jekla
Nekaj korozijsko odpornih železnih artefaktov je ohranjenih iz antike. Znan (in zelo velik) primer je železni steber v Delhiju, postavljen po ukazu Kumare Gupte I. okrog leta 400 našega štetja. Vendar za razliko od nerjavečega jekla ti artefakti svoje vzdržljivosti ne dolgujejo kromu, temveč visoki vsebnosti fosforja, ki skupaj z ugodnimi lokalnimi vremenskimi razmerami spodbuja nastanek trdne zaščitne pasivne plasti železovih oksidov in fosfatov, namesto nezaščitne, razpokane plasti rje, ki se razvije na večini železnih izdelkov.
Odpornost zlitin železa in kroma proti koroziji je leta 1821 prvi prepoznal francoski metalurg Pierre Berthier, ki je opazil njihovo odpornost proti napadom nekaterih kislin in predlagal njihovo uporabo v jedilnem priboru. Vendar pa metalurgi 19. stoletja niso mogli izdelati kombinacije nizke vsebnosti ogljika in visoke vsebnosti kroma, ki jo najdemo v večini sodobnih nerjavnih jekel, zlitine z visoko vsebnostjo kroma, ki so jih lahko proizvedli, pa so bile preveč krhke, da bi bile praktične.
To stanje se je spremenilo v poznih 1890-ih, ko je Hans Goldschmidt iz Nemčije razvil aluminotermični (termitni) postopek za proizvodnjo kroma brez ogljika. V letih 1904–1911 je več raziskovalcev, zlasti Leon Guillet iz Francije, pripravilo zlitine, ki bi jih danes šteli za nerjavno jeklo. Leta 1911 je Philip Monnartz iz Nemčije poročal o razmerju med vsebnostjo kroma in korozijsko odpornostjo teh zlitin.
Harry Brearley iz raziskovalnega laboratorija Brown-Firth v Sheffieldu v Angliji je najpogosteje označen kot "izumitelj" nerjavečega jekla.
jeklo. Leta 1913 je med iskanjem zlitine, odporne proti eroziji za cevi pušk, odkril in nato industrializiral martenzitno zlitino nerjavnega jekla. Toda podoben industrijski razvoj je istočasno potekal v Krupp Iron Works v Nemčiji, kjer sta Eduard Maurer in Benno Strauss razvijala avstenitno zlitino (21 % kroma, 7 % niklja), in v Združenih državah Amerike, kjer sta Christian Dantsizen in Frederick Becket so industrializirali feritno nerjavno jeklo.
Upoštevajte, da vas bodo morda zanimali tudi drugi tehnični članki, ki smo jih objavili:
Čas objave: 16. junij 2022