Detail van de legeringen van roestvrij staal: belangrijkste elementen, kernkenmerken en indeling van roestvrij staal

Roestvast staal wordt meestal onderwezen als vijf vakken: austenitisch, ferritisch, martensitisch, duplex en precipitatiehardend. De vakken zijn echt, en ze zijn niet de reden dat een legering zich gedraagt zoals hij doet. Een legering zit waar hij zit vanwege twee getallen die berekend kunnen worden uit zijn samenstelling, en zijn corrosiebestendigheid kan worden gerangschikt met een derde. Zodra die drie getallen op papier staan, worden de vijf vakken regio's op een kaart en geen te onthouden labels.

Het eerste getal is het chroomgehalte, en het is een drempel en geen schaal. Het tweede paar zijn de chroom- en nikkelequivalenten, die bepalen of de structuur die zich vormt bij afkoeling ferriet, austeniet of een mengsel is. Het derde is het pitting resistance equivalent number, dat chroom, molybdeen en stikstof omzet in een enkel cijfer dat kan worden vergeleken tussen legeringen.

Deze pagina toont de drie, laat zien waar de gangbare legeringen op elk landen, en legt het ene mechanisme uit dat de bescherming verwijdert die het eerste getal biedt: het chroom dat de passieve film vormt, kan door koolstof aan de korrelgrenzen worden verwijderd.

Chroom is wat de legering roestvast maakt. Boven ongeveer 10,5% in vaste oplossing vormt het metaal een dunne en continue chroomoxidefilm op zijn oppervlak, en die film is wat roestvast staal scheidt van een laaggelegeerd staal dat slechts chroom bevat. Onder dat niveau is de film niet continu, en de legering roest als gewoon staal.

De drempel is een uitspraak over chroom in oplossing en niet over chroom in de analyse. Als het chroom vastzit in een neerslag, is het niet beschikbaar om de film te vormen, en de legering gedraagt zich alsof hij minder bevat. Dat onderscheid is het hele onderwerp van het laatste gedeelte, en het verklaart waarom een legering die aan zijn certificaat voldoet toch kan corroderen bij een las.

Nikkel doet iets anders. Het creëert de film niet, en het is niet vereist voor corrosiebestendigheid in elke familie. Zijn rol is om austeniet te stabiliseren, daarom bevatten de austenitische legeringen 6 tot 22% nikkel in de samenstellingsbereiken die gewoonlijk worden verkocht, en daarom bevatten de ferritische legeringen weinig tot geen.

Chroom en molybdeen bevorderen beide ferriet. Nikkel, koolstof en mangaan bevorderen austeniet. Het Schaeffler-diagram reduceert een volledige samenstelling tot twee getallen die die neigingen vastleggen, en een legering wordt op het diagram geplaatst door beide te berekenen.

De koolstofterm verklaart een resultaat dat kopers verrast. Twee legeringen met hetzelfde nikkelgehalte kunnen in verschillende regio's landen als hun koolstofniveaus verschillen, omdat koolstof dertig keer zo effectief is als nikkel bij het stabiliseren van austeniet in deze uitdrukking. Dat is een reden waarom een koolstofarme versie van een legering niet zomaar een schonere versie van dezelfde legering is, en waarom de L-suffix op tekeningen verschijnt waar lassen bij betrokken is.

De austenitische rij draagt een kwalificatie die de leerboeken vaak laten vallen. Een gegloeide austenitische legering is niet-magnetisch, en een koudvervormde is dat niet volledig. Koudvervorming kan martensiet vormen in een metastabiele austenitische legering, dus een diepgetrokken of zwaar gewalst deel kan een magnetische respons vertonen die het gegloeide certificaat niet voorspelt. Een specificatie die niet-magnetisch gedrag vereist, moet dit vermelden in de afgewerkte toestand en niet in de gegloeide toestand.

Putcorrosie is de faalmodus die een materiaal bepaalt in chlorideomgevingen, en het hangt af van drie elementen en niet van één. Het putcorrosie-equivalentgetal combineert ze tot een enkel cijfer, en de standaardvorm is chroom plus 3,3 keer molybdeen plus 16 keer stikstof.

Het getal plaatst de gangbare legeringen op een schaal die loopt van ongeveer 16 tot boven de 70, en de schaal is de reden dat een 316 wordt gespecificeerd voor een kustlocatie en een 304 niet.

Twee drempels zijn de moeite waard om te onthouden omdat ze voorkomen in inkoopspecificaties. Een PREN van ten minste 32 is het cijfer dat gewoonlijk wordt gebruikt om putcorrosie in zeewater te weerstaan, en een PREN van 40 of hoger is het cijfer dat gewoonlijk wordt gebruikt voor waterstofsulfidedienst en voor zeewaterdienst waar het risico hoger is. Dat zijn screeningswaarden en geen garanties, en de volgende paragraaf verklaart waarom.

De beperking wordt vermeld door de vereniging die de berekening publiceert. PREN is nuttig voor het rangschikken van legeringen binnen één familie, en het kan niet voorspellen of een bepaalde legering geschikt is voor een bepaalde toepassing. Een 2205 en een 904L met vergelijkbare PREN gedragen zich niet identiek, omdat de ene duplex is en de andere austenitisch, en de vergelijking is alleen zinvol tussen legeringen van dezelfde structuur. Temperatuur, oppervlakteafwerking, stroming en de aanwezigheid van afzettingen beïnvloeden allemaal het antwoord, en geen van hen verschijnt in de formule.

Chroom vormt de film alleen zolang het in oplossing blijft. Koolstof verwijdert het, en dat doet het aan de korrelgrenzen. Wanneer een austenitisch roestvast staal wordt blootgesteld aan een temperatuurbereik van ongeveer 500 tot 850 °C, combineert de koolstof in de legering zich met chroom aan de grenzen om chroomcarbiden te vormen, en het metaal direct naast elk carbide wordt chroom-arm.

De verarmde zone is smal en continu langs de grens, dus de legering heeft nu een pad waardoorheen die niet langer roestvast is, terwijl de bulk van het graan dat nog wel is. Een corrosief medium tast dat pad aan, en het resultaat is intergranulaire corrosie, die eruitziet als een naad die zijn randen heeft verloren en niet als een oppervlak dat is geroest.

De twee standaardantwoorden werken via verschillende mechanismen. De L-legering vermindert de beschikbare koolstof, dus er kan minder carbide worden gevormd. Een gestabiliseerde legering voegt titanium of niobium toe, die zich gemakkelijker met koolstof combineren dan chroom, zodat het chroom in oplossing blijft. Beide zijn correct, en ze zijn niet uitwisselbaar: een gestabiliseerde legering kan bij een hogere temperatuur worden gebruikt dan een L-legering, en een L-legering is meestal goedkoper.

Een legering moet worden gekozen op basis van het mechanisme dat naar verwachting het einde van het onderdeel zal veroorzaken. De tabel koppelt het mechanisme aan de familie en aan het getal dat het voorspelt.

DLX levert roestvast staal en nikkel legeringsproducten uit Changzhou, Jiangsu, in draad vanaf 0,025 mm, rond staaf tot 50 mm, strip van 0,50 mm tot 2,5 mm dikte, en buis en plaat in de standaard molenmaten. Het assortiment omvat de austenitische, ferritische, duplex en precipitatiehardende families, samen met de nikkel legeringen die worden gebruikt wanneer een roestvaste legering zijn limiet bereikt in chloride of in reducerende zuren.

Materiaal wordt geleverd tegen de standaard die op de bestelling is vermeld, met een EN 10204 3.1 certificaat op aanvraag en het warmtenummer traceerbaar naar de testresultaten. De nuttige vraag is niet tot welke familie een legering behoort, maar welk mechanisme naar verwachting het einde van het onderdeel zal veroorzaken en welk getal dat mechanisme voorspelt.

Omdat dat het niveau is waarop de chroomoxidefilm continu genoeg wordt om het oppervlak te beschermen. Daaronder is de film onvolledig en roest de legering als een laaggelegeerd staal. De drempel is van toepassing op chroom in oplossing, dus een legering waarvan het chroom is verbruikt door carbiden kan zich gedragen alsof het onder de lijn ligt, zelfs als het certificaat anders aangeeft.

Molybdeen. De 316 legering voegt het toe, en molybdeen heeft een gewicht van 3,3 in het putcorrosiegetal, wat de waarde verplaatst van ongeveer 19 voor 304 naar ongeveer 27 voor 316. Dat is genoeg om van belang te zijn in chlorideomgevingen en niet genoeg om de zeewaterdrempel van 32 te bereiken, daarom gaat een kusttoepassing vaak over op 904L, een duplex legering, of een nikkel legering.

In de gegloeide toestand wel, en in de koudvervormde toestand mogelijk niet. Koudvervorming kan martensiet vormen in een metastabiele austenitische legering, dus een diepgetrokken of zwaar gewalst deel kan een magnetische respons vertonen die het gegloeide certificaat niet voorspelt. Een specificatie die niet-magnetisch gedrag vereist, moet de toestand vermelden waarin het wordt gemeten.

Het is het verlies van chroom aan de korrelgrenzen wanneer chroomcarbiden worden gevormd in het bereik van ongeveer 500 tot 850 °C. Een las en zijn warmte-beïnvloede zone gaan door dat bereik tijdens het afkoelen, dus de grens wordt een pad dat niet langer roestvast is, terwijl de graankernen dat nog wel zijn. Het resultaat is intergranulaire corrosie, en de standaardoplossingen zijn een koolstofarme legering of een gestabiliseerde legering.

Het is een screeningsinstrument en geen selectiemethode. Het rangschikt legeringen binnen één familie, en het kan niet voorspellen of een bepaalde legering geschikt is voor een bepaalde toepassing. Een duplex en een austenitische legering met vergelijkbare waarden gedragen zich niet identiek, en temperatuur, oppervlakteafwerking, stroming en afzettingen beïnvloeden allemaal het antwoord zonder in de formule te verschijnen.

Lage koolstof. De koolstoflimiet daalt tot ongeveer 0,03%, wat de hoeveelheid chroomcarbide vermindert die zich aan de korrelgrenzen kan vormen tijdens het lassen. Het is de standaardoplossing voor een gefabriceerd deel dat na het lassen niet opnieuw kan worden gegloeid, en het kost minder dan een gestabiliseerde legering.

Roestvast staal bestaat uit vijf families, geplaatst door twee berekende equivalenten, beschermd door één drempel, en gerangschikt in chlorideomgevingen door één getal. Chroom boven ongeveer 10,5% in oplossing vormt de film. De chroom- en nikkelequivalenten bepalen of de structuur ferriet, austeniet of een mengsel is. Het putcorrosiegetal, chroom plus 3,3 keer molybdeen plus 16 keer stikstof, rangschikt legeringen binnen een familie en stelt de screeningsdrempels van 32 en 40 in.

De bescherming kan worden verwijderd zonder het certificaat te wijzigen. Koolstof onttrekt chroom aan de korrelgrenzen tussen ongeveer 500 en 850 °C, en een las is de gebruikelijke plaats waar dat gebeurt. Een koolstofarme legering of een gestabiliseerde legering voorkomt dit, en de keuze daartussen hangt af van de gebruikstemperatuur en de kosten.

Schaeffler-diagram en equivalentie-uitdrukkingen, zoals gepubliceerd in lasmetallurgische naslagwerken: chroom equivalent = Cr + Mo + 1,5 Si + 0,5 Nb, en nikkel equivalent = Ni + 30 C + 0,5 Mn.

British Stainless Steel Association, berekening van putcorrosie-equivalentgetallen. Bron voor de uitdrukking PREN = Cr + 3,3 Mo + 16 N, de gepubliceerde bereiken voor 304, 316, 316L, 904L, 2205 en 2507, en de verklaring dat PREN nuttig is voor rangschikking en vergelijking, maar niet kan voorspellen of een legering geschikt is voor een bepaalde toepassing.

Gepubliceerde PREN-vergelijkingsgegevens voor roestvast staal en nikkel legeringen, met enkele waarden van 19 voor 304, 27 voor 316, 35 voor 904L, 36 voor 2205, 43 voor 2507 en voor 254 SMO, 46 voor AL-6XN, 51 voor legering 625, en 68 voor Hastelloy C-276.

Gepubliceerde technische richtlijnen voor PREN-drempels, waarin staat dat een waarde van ten minste 32 wordt gebruikt om te beschermen tegen zeewaterputcorrosie en dat 40 of hoger wordt gebruikt voor waterstofsulfide en voor zwaardere zeewaterdienst.

Gepubliceerd onderzoek naar de sensibilisatie van austenitisch roestvast staal, dat de precipitatie van chroomcarbiden aan de korrelgrenzen beschrijft en de resulterende chroom-verarmde zone in het temperatuurbereik van ongeveer 500 tot 850 °C.

Gepubliceerde lasmetallurgische naslagwerken die sensibilisatie in de warmte-beïnvloede zone beschrijven en het gebruik van koolstofarme en gestabiliseerde legeringen om dit te voorkomen.

EN 10088 en ASTM A240, als de productnormen die de genoemde roestvast staallegeringen en de geciteerde samenstellingsbereiken definiëren.

EN 10204, inspectiedocumenten, voor de definitie van het 3.1 certificaat als een document met werkelijke testresultaten en goedgekeurd door de onafhankelijke inspectievertegenwoordiger van de fabrikant.

De samenstellingsbereiken en berekende waarden hierboven zijn standaardcijfers voor de genoemde legeringen, en het zijn geen acceptatiegrenzen voor een geleverde partij. PREN is een rangschikkingsindex en geen corrosiesnelheid, en twee legeringen met dezelfde waarde in verschillende families gedragen zich niet identiek. Sensibilisatie is afhankelijk van het koolstofgehalte, van de tijd in het bereik en van de afkoelsnelheid, dus een legering die in één fabricagebestendig is, kan in een andere met dezelfde analyse worden aangetast. Eigenschapswaarden voor een geleverd onderdeel zijn afhankelijk van de toestand en van de testrichting, en een certificaat beschrijft een smelt en geen component. Productspecificaties worden herzien, en de editie die op de inkooporder wordt genoemd, is van kracht. Niets op deze pagina is een vervanging voor een technische vrijgave of voor de kwalificatietests die tussen koper en leverancier zijn overeengekomen.