Vad är rostfritt stål?
"Rostfritt" är en term som myntades tidigt i utvecklingen av dessa stål för bestickapplikationer. Det antogs som ett generiskt namn för dessa stål och täcker nu ett brett spektrum av ståltyper och kvaliteter för korrosions- eller oxidationsbeständiga tillämpningar.
Rostfria stål är järnlegeringar med minst 10,5 % krom. Andra legeringselement tillsätts för att förbättra deras struktur och egenskaper såsom formbarhet, styrka och kryogenisk seghet.
Denna kristallstruktur gör sådana stål omagnetiska och mindre spröda vid låga temperaturer. För högre hårdhet och styrka tillsätts kol. När de utsätts för adekvat värmebehandling används dessa stål som rakblad, bestick, verktyg etc.
Betydande mängder mangan har använts i många rostfria stålkompositioner. Mangan bevarar en austenitisk struktur i stålet liksom nickel, men till en lägre kostnad.
Huvudelementen i rostfritt stål
Rostfritt stål eller korrosionsbeständigt stål är en slags metallegering som finns i en mängd olika former. Det tjänar våra praktiska behov så väl att det är svårt att hitta någon sfär i vårt liv, där vi inte använder den här typen av stål. Huvudkomponenterna i rostfritt stål är: järn, krom, kol, nickel, molybden och små mängder andra metaller.
Dessa inkluderar metaller som:
- Nickel
- Molybden
- Titan
- Koppar
Icke-metalliska tillägg görs också, de viktigaste är:
- Kol
- Kväve
KROM OCH NICKEL:
Krom är grundämnet som gör rostfritt stål rostfritt. Det är viktigt för att bilda den passiva filmen. Andra element kan påverka effektiviteten av krom för att bilda eller underhålla filmen, men inget annat element i sig kan skapa egenskaperna hos rostfritt stål.
Vid cirka 10,5 % krom bildas en svag film som ger ett milt atmosfäriskt skydd. Genom att öka krom till 17-20%, vilket är typiskt i typ-300-serien av austenitiska rostfria stål, ökas stabiliteten hos den passiva filmen. Ytterligare ökningar av kromhalten ger ytterligare skydd.
| Symbol | Element |
| Al | Aluminium |
| C | Kol |
| Cr | Krom |
| Cu | Koppar |
| Fe | Järn |
| Mo | Molybden |
| Mn | Mangan |
| N | Kväve |
| Ni | Nickel |
| P | Fosfor |
| S | Svavel |
| Se | Selen |
| Ta | Tantal |
| Ti | Titan |
Nickel kommer att stabilisera den austenitiska strukturen (korn- eller kristallstrukturen) hos det rostfria stålet och förbättra de mekaniska egenskaperna och tillverkningsegenskaperna. En nickelhalt på 8-10 % och över kommer att minska metallens benägenhet att spricka på grund av spänningskorrosion. Nickel främjar också återpassivering om filmen skulle skadas.
MANGAN:
Mangan, tillsammans med nickel, utför många av de funktioner som tillskrivs nickel. Det kommer också att interagera med svavlet i rostfritt stål för att bilda mangansulfiter, vilket ökar motståndskraften mot gropkorrosion. Genom att ersätta nickel med mangan, och sedan kombinera det med kväve, ökar också styrkan.
MOLYBDEN:
Molybden, i kombination med krom, är mycket effektivt för att stabilisera den passiva filmen i närvaro av klorider. Det är effektivt för att förhindra sprickor eller gropkorrosion. Molybden, bredvid krom, ger den största ökningen av korrosionsbeständigheten i rostfritt stål. Edstrom Industries använder 316 rostfritt eftersom det innehåller 2-3% molybden, vilket ger skydd när klor tillsätts vattnet.
KOL:
Kol används för att öka styrkan. I martensitisk kvalitet underlättar tillsatsen av kol härdning genom värmebehandling.
KVÄVE:
Kväve används för att stabilisera den austenitiska strukturen hos rostfritt stål, vilket ökar dess motståndskraft mot gropkorrosion och stärker stålet. Användning av kväve gör det möjligt att öka molybdenhalten upp till 6 %, vilket förbättrar korrosionsbeständigheten i kloridmiljöer.
TITANIUM OCH MIOBIUM:
Titan och Miob används för att minska sensibiliseringen av rostfritt stål. När rostfritt stål är sensibiliserat kan intergranulär korrosion uppstå. Detta orsakas av utfällning av kromkarbider under avkylningsfasen när delar svetsas. Detta utarmar svetsområdet på krom. Utan krom kan den passiva filmen inte bildas. Titan och niob interagerar med kol för att bilda karbider, vilket lämnar krom i lösning så att en passiv film kan bildas.
KOPPAR OCH ALUMINIUM:
Koppar och aluminium, tillsammans med titan, kan tillsättas till rostfritt stål för att utfälla dess härdning. Härdning uppnås genom blötläggning vid en temperatur på 900 till 1150F. Dessa element bildar en hård intermetallisk mikrostruktur under blötläggningsprocessen vid den förhöjda temperaturen.
SVAVEL OCH SELEN:
Svavel och selen tillsätts till 304 rostfritt för att göra det maskinfritt. Detta blir 303 eller 303SE rostfritt stål, som används av Edstrom Industries för att tillverka svinventiler, muttrar och delar som inte utsätts för dricksvatten.
Typer av rostfritt stål
AISI DEFINIERAR BLAND ANDRA FÖLJANDE BETYG:
Även känt som "marinkvalitet" rostfritt stål på grund av dess ökade förmåga att motstå saltvattenkorrosion jämfört med typ 304. SS316 används ofta för att bygga kärntekniska upparbetningsanläggningar.
304/304L ROSTFRITT STÅL
Typ 304 har något lägre hållfasthet än 302 på grund av sin lägre kolhalt.
316/316L ROSTFRITT STÅL
Typ 316/316L rostfritt stål är ett molybdenstål som har förbättrat motstånd mot gropfrätning genom lösningar som innehåller klorider och andra halogenider.
310S ROSTFRITT STÅL
310S rostfritt stål har utmärkt motståndskraft mot oxidation under konstanta temperaturer till 2000°F.
317L ROSTFRITT STÅL
317L är ett molybdenhaltigt austenitiskt kromnickelstål liknande typ 316, förutom att legeringshalten i 317L är något högre.
321/321H ROSTFRITT STÅL
Typ 321 är bastyp 304 modifierad genom att tillsätta titan i en mängd som är minst 5 gånger kol plus kvävehalten.
410 ROSTFRITT STÅL
Typ 410 är ett martensitiskt rostfritt stål som är magnetiskt, motstår korrosion i milda miljöer och har ganska god duktilitet.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803), eller Avesta Sheffield 2205 är ett ferritisk-austenitiskt rostfritt stål.
ROSTFRITT STÅL ÄR OCKSÅ KLASSIFICERADE EFTER DERAS KRISTALLINA STRUKTUR:
- Austenitiska rostfria stål utgör över 70 % av den totala produktionen av rostfritt stål. De innehåller maximalt 0,15 % kol, minst 16 % krom och tillräckligt med nickel och/eller mangan för att bibehålla en austenitisk struktur vid alla temperaturer från det kryogena området till legeringens smältpunkt. En typisk sammansättning är 18% krom och 10% nickel, allmänt känd som 18/10 rostfritt används ofta i bestick. På samma sätt är 18/0 och 18/8 också tillgängliga. ¨Superaustenitiska〃 rostfria stål, såsom legering AL-6XN och 254SMO, uppvisar stor motståndskraft mot kloridfrätning och spaltkorrosion på grund av höga molybdenhalter (>6%) och kvävetillsatser och den högre nickelhalten säkerställer bättre motståndskraft mot spänningskorrosionssprickor över 300-serien. Det högre legeringsinnehållet i "superaustenitiska" stål betyder att de är fruktansvärt dyra och liknande prestanda kan vanligtvis uppnås med duplexstål till mycket lägre kostnad.
- Ferritiska rostfria stål är mycket korrosionsbeständiga, men mycket mindre hållbara än austenitiska kvaliteter och kan inte härdas genom värmebehandling. De innehåller mellan 10,5 % och 27 % krom och väldigt lite nickel, om något. De flesta kompositioner inkluderar molybden; vissa, aluminium eller titan. Vanliga ferritiska kvaliteter inkluderar 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo och 29Cr-4Mo-2Ni.
- Martensitiska rostfria stål är inte lika korrosionsbeständiga som de andra två klasserna, men är extremt starka och sega samt mycket bearbetbara och kan härdas genom värmebehandling. Martensitiskt rostfritt stål innehåller krom (12-14%), molybden (0,2-1%), inget nickel och cirka 0,1-1% kol (ger det mer hårdhet men gör materialet lite sprödare). Den är släckt och magnetisk. Det är också känt som "series-00" stål.
- Duplexa rostfria stål har en blandad mikrostruktur av austenit och ferrit, målet är att producera en 50:50-blandning även om blandningen i kommersiella legeringar kan vara 60:40. Duplexstål har förbättrad hållfasthet jämfört med austenitiska rostfria stål och även förbättrat motstånd mot lokal korrosion, särskilt gropfrätning, sprickkorrosion och spänningskorrosion. De kännetecknas av högt krom- och lägre nickelinnehåll än austenitiska rostfria stål.
Rostfritt ståls historia
Några få korrosionsbeständiga järnartefakter har överlevt från antiken. Ett berömt (och mycket stort) exempel är järnpelaren i Delhi, som restes på order av Kumara Gupta I runt år 400 e.Kr. Men till skillnad från rostfritt stål beror dessa artefakter inte på krom utan på sin höga fosforhalt, vilket tillsammans med gynnsamma lokala väderförhållanden främjar bildningen av ett fast skyddande passiveringsskikt av järnoxider och fosfater, snarare än det icke-skyddande, spruckna rostskikt som utvecklas på de flesta järnverk.
Korrosionsbeständigheten hos järn-kromlegeringar erkändes först 1821 av den franske metallurgen Pierre Berthier, som noterade deras motståndskraft mot angrepp av vissa syror och föreslog att de skulle användas i bestick. Men 1800-talets metallurger kunde inte producera den kombination av lågt kol och högt krom som finns i de flesta moderna rostfria stål, och de högkromlegeringar de kunde producera var för spröda för att vara av praktiskt intresse.
Denna situation förändrades i slutet av 1890-talet, när Hans Goldschmidt från Tyskland utvecklade en aluminiumtermisk (termit) process för att producera kolfritt krom. Under åren 19041911 förberedde flera forskare, särskilt Leon Guillet från Frankrike, legeringar som idag skulle betraktas som rostfritt stål. 1911 rapporterade Philip Monnartz från Tyskland om förhållandet mellan krominnehållet och korrosionsbeständigheten hos dessa legeringar.
Harry Brearley från Brown-Firth forskningslaboratoriet i Sheffield, England är oftast krediterad som "uppfinnaren" av rostfritt stål
stål. 1913, när han letade efter en erosionsbeständig legering för vapenpipor, upptäckte han och industrialiserade sedan en martensitisk legering av rostfritt stål. Liknande industriell utveckling ägde emellertid rum samtidigt vid Krupp Iron Works i Tyskland, där Eduard Maurer och Benno Strauss utvecklade en austenitisk legering (21 % krom, 7 % nickel), och i USA, där Christian Dantsizen och Frederick Becket industrialiserade ferritiskt rostfritt stål.
Observera att du kan vara intresserad av de andra tekniska artiklarna vi har publicerat:
Posttid: 2022-jun-16