Ruostumaton teräs |
---|
Rauta-hiiliseosten faasit |
|
Rauta-hiiliseosten rakenteet |
|
Tulla |
|
valurauta |
|
Ruostumaton teräs (korroosionkestävät teräkset, puhekielessä "ruostumaton teräs") - seosteräs , kestää korroosiota ilmakehässä ja aggressiivisissa ympäristöissä, jolla on lämmönkestäviä ominaisuuksia [1] [2] . Erilaisia ruostumattomia teräksiä ovat hiili , typpi , alumiini , pii , rikki , titaani , kromi , nikkeli , kupari , seleeni , niobium ja molybdeeni [3] .
Vuosina 1820-1821 Michael Faraday ja Pierre Berthier panivat merkille kromin ja raudan seoksen kyvyn vastustaa happokorroosiota. Koska tutkijat eivät vielä tienneet alhaisen hiilipitoisuuden roolia, he eivät pystyneet saamaan metalliseosta, jossa olisi korkea kromipitoisuus [4] .
Kruppin saksalaiset insinöörit patentoivat ruostumattoman teräksen vuonna 1912. Patentti koski austeniittista terästä. Nimeä ruostumaton teräs käytti ensimmäisenä englantilainen insinööri Harry Brearley. Hän työskenteli sotilasteollisuudessa Brown Firth Laboratoriesissa Sheffieldissä. Vuonna 1913 Harry Brearley , joka kokeili erityyppisiä ja erilaisia metalliseoksia , havaitsi korkean kromipitoisuuden omaavan teräksen kyvyn vastustaa happokorroosiota .
Englantilainen onnistui vakuuttamaan veitsivalmistajan R. F. Mosleyn uudesta keksinnöstään . Aluksi ruostumatonta terästä käytettiin vain ruokailuvälineiden valmistukseen. Vuonna 1924 Iso-Britannia patentoi AISI 304 -teräksen, joka sisältää 18 % kromia ja 8 % nikkeliä.
Ruostumattomat teräkset jaetaan kolmeen ryhmään:
Ruostumaton teräs eroaa hiiliteräksestä kromipitoisuudellaan. Suojaamaton hiiliteräs ruostuu välittömästi joutuessaan alttiiksi ilmalle ja kosteudelle. Tämä rautaoksidikalvo (ruoste) on aktiivinen ja nopeuttaa korroosiota, mikä helpottaa rautaoksidin lisäämistä. Koska rautaoksidilla on pienempi tiheys kuin teräksellä, kerros laajenee ja pyrkii hilseilemään ja putoamaan. Samaan aikaan ruostumattomat teräkset sisältävät riittävästi kromia passivoidakseen, jolloin pinnalle muodostuu inertti kromioksidikerros. Tämä kerros estää lisäkorroosiota estämällä hapen diffuusion teräksen pintaan ja pysäyttää korroosion leviämisen suurimman osan metallista. Passivoitumista tapahtuu vain riittävän korkealla kromipitoisuudella ja hapen läsnä ollessa siinä.
Korroosionkestävän seoksen kemiallista koostumusta valittaessa ohjataan ns. sääntöä : jos metalliin, joka muodostaa sen kanssa kiinteän liuoksen ja joka on korroosionkestävä (esimerkiksi kromi), lisätään metalliin, joka on ei kestä korroosiota (esimerkiksi rauta), suojavaikutus ilmenee äkillisesti, kun toista metallia on lisätty (korroosionkestävyys ei kasva suhteessa seostuskomponentin määrään, vaan äkillisesti). Ruostumattoman teräksen tärkein seosaine on kromi Cr (12–20 %); ruostumaton teräs sisältää kromin lisäksi alkuaineita, jotka ovat raudan mukana sen seoksissa ( C , Si , Mn , S , P ), sekä elementtejä, jotka on lisätty teräkseen tarvittavien fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien ja korroosionkestävyyden saamiseksi ( Ni , Mn , Ti , Nb , Co , Mo ).
Ruostumattoman teräksen korroosionkestävyys riippuu suoraan kromipitoisuudesta: sen pitoisuudella 13 % ja enemmän seokset ovat ruostumattomia normaaleissa olosuhteissa ja hieman aggressiivisissa ympäristöissä, yli 17 % on korroosionkestäviä ja aggressiivisemmissa hapettimissa ja hapettimissa. muissa ympäristöissä, erityisesti typpihapossa, jonka vahvuus on enintään 50 %.
Syy ruostumattoman teräksen korroosionkestävyyteen johtuu pääasiassa siitä, että kromia sisältävän osan pinnalle muodostuu ohut kalvo liukenemattomista oksideista joutuessaan kosketuksiin aggressiivisen ympäristön kanssa, kun taas materiaalin pinnan tila, sisäiset jännitykset ja kidevirheet, on erittäin tärkeä.
Vahvissa hapoissa ( rikki , kloorivety , fosfori ja niiden seokset) käytetään kompleksisesti seostettuja metalliseoksia, joissa on korkea Ni-pitoisuus ja Mo-, Cu- ja Si-lisäaineita.
Teräksen lisääntynyt ilmakehän korroosionkestävyys saavutetaan pääsääntöisesti sen kemiallisen koostumuksen kohdistetulla muutoksella. Pienet nikkelin, kromin ja erityisesti fosforin ja kuparin lisäykset uskotaan lisäävän rakennusterästen kestävyyttä ilmakehän korroosiota vastaan tehokkaimmin. Siten seostus kuparilla 0,2–0,4 % lisää avoimien rakenteiden korroosionkestävyyttä teollisuusilmakehässä 20–30 %.
Kemiallisen koostumuksen mukaan ruostumattomat teräkset jaetaan:
On olemassa austeniittisia ruostumattomia teräksiä, jotka ovat alttiita rakeidenväliselle korroosiolle , ja stabiloituja - lisäaineilla Ti ja Nb . Ruostumattoman teräksen taipumus rakeiden väliseen korroosioon vähenee merkittävästi vähentämällä hiilipitoisuutta (jopa 0,03 %).
Ruostumattomat teräkset, jotka ovat alttiita rakeiden väliselle korroosiolle, altistetaan yleensä lämpökäsittelylle hitsauksen jälkeen.
Rauta- ja nikkeliseoksia käytetään laajalti, joissa nikkelin ansiosta raudan austeniittinen rakenne stabiloituu ja seos muuttuu heikosti magneettiseksi materiaaliksi.
Martensiittisilla ja martensiittis-ferriittisillä teräksillä on hyvä korroosionkestävyys ilmakehän olosuhteissa, hieman aggressiivisissa ympäristöissä (heikoissa suola-, happoliuoksissa) ja niillä on korkeat mekaaniset ominaisuudet. Niitä käytetään pääasiassa kulutustuotteissa, leikkaustyökaluna, erityisesti veitsinä, elintarvike- ja kemianteollisuuden elastisiin elementteihin ja rakenteisiin, jotka ovat kosketuksissa hieman aggressiivisten väliaineiden kanssa. Tämä tyyppi sisältää terästyypit 30X13, 40X13 jne.
Näitä teräksiä käytetään hapettavassa ympäristössä toimivien tuotteiden valmistukseen (esim. typpihappoliuokset), kodinkoneisiin, elintarviketeollisuuteen, kevyeen teollisuuteen sekä energiatekniikan lämmönvaihtolaitteisiin.
Ferriittisillä kromiteräksillä on korkea korroosionkestävyys typpihapossa, ammoniakin vesiliuoksissa, ammoniumnitraatissa, typpi-, fosfori- ja fluorivetyhapon seoksessa sekä muissa aggressiivisissa ympäristöissä. Tämä tyyppi sisältää 400. sarjan teräkset.
Austeniittisen luokan terästen tärkein etu on niiden hyvät käyttöominaisuudet (lujuus, sitkeys, korroosionkestävyys useimmissa työympäristöissä) ja hyvä valmistettavuus [5] [6] . Siksi austeniittisia korroosionkestäviä teräksiä on käytetty laajalti rakennemateriaalina tekniikan eri aloilla. Teoriassa austeniittisista ruostumattomista teräksistä valmistetut tuotteet ovat ei-magneettisia normaaleissa olosuhteissa, mutta kylmämuodonmuutoksen (kaiken koneistuksen) jälkeen niillä voi olla joitain magneettisia ominaisuuksia (osa austeniitista muuttuu ferriitiksi).
Tämän ryhmän terästen etuna on suurempi myötöraja verrattuna austeniittisiin yksifaasiteräksiin, rakeiden kasvutaipteen puuttuminen säilyttäen samalla kaksifaasisen rakenteen, alhaisempi akuutisti puutteellisen nikkelin pitoisuus ja hyvä hitsattavuus.
Austeniittis-ferriittisiä teräksiä käytetään laajasti modernin tekniikan eri aloilla, erityisesti kemianteollisuudessa, laivanrakennuksessa ja ilmailussa . Tämä tyyppi sisältää terästyypit 08Kh22N6T, 08Kh21N6M2T, 08Kh18G8N2T.
Austeniittis-martensiittiset teräksetNykyaikaisen teknologian tarpeet korroosionkestävissä teräksissä, joiden lujuus ja valmistettavuus on kasvanut, ovat johtaneet martensiittisen (siirtymä)luokan terästen kehittämiseen. Nämä ovat tyyppiä 07X16H6, 09X15H9Yu, 08X17H5M3 olevia teräksiä.
Rauta-nikkeli ja nikkelipohjaiset seoksetKemiallisten laitteiden valmistuksessa, erityisesti rikki- ja suolahapossa käytettävien laitteiden valmistuksessa, on tarpeen käyttää metalliseoksia, joilla on korkeampi korroosionkestävyys kuin austeniittisten terästen. Näihin tarkoituksiin käytetään rauta-nikkelipohjaisia seoksia 04KhN40MTDTYu ja nikkeli-molybdeenipohjaisia seoksia N70MF, kromi-nikkelipohjaisia KhN58V ja kromi-nikkeli-molybdeenipohjaisia KhN65MV, KhN60MB seoksia.
International Stainless Steel Forumin mukaan maailman ruostumattoman teräksen tuotanto vuonna 2009 oli 24,579 miljoonaa tonnia [7]
Ruostumattomia teräksiä käytetään sekä vääntyneinä että valettuina.
Ruostumattomien terästen hitsauksessa on ominaisuuksia, jotka ovat tyypillisiä kaikille runsasseosteisille teräksille . Ensinnäkin hitsattaessa on otettava huomioon ja estettävä eri elementtien palaminen ja siihen liittyen hitsin kemiallisen koostumuksen muutos, hitsauskohdan ylikuumenemisriski, joka johtuu alhainen lämmönjohtavuus (jopa 50 % tavanomaisista teräksistä) ja hitsattavan metallin korkea sähkövastus , sekä myös suuren lämpölaajenemiskertoimen aiheuttamat merkittävät lämpömuodonmuutokset .
Ruostumattomien terästen sähköhitsaus voidaan suorittaa vastushitsauksella ja erilaisilla kaarihitsausmenetelmillä. Manuaalisella menetelmällä käytetään usein argonkaarihitsausta kulumattomalla volframielektrodilla täytelangan käsinsyötöllä, puoliautomaattista hitsausta kuluvalla elektrodilla suojakaasuympäristössä ja hitsausta kappaleella (pinnoitetulla) elektrodeilla . Automaattihitsauksessa tekniikat ovat samanlaisia kuin puoliautomaattisessa. Hiilidioksidia voidaan käyttää suojaaineena hitsattaessa vähävasteisia osia hiili- tai kulutuselektrodilla , hitsattaessa kriittisiä osia - inerttejä kaasuja argonia tai heliumia sekä kaasuseoksia. Hitsaus volframielektrodilla hiilidioksidiympäristössä on mahdollista vain käytettäessä kaksoissuutinta, jossa on elektrodia suojaava sisäinen argonsuihku. Oksidikalvon poistamiseksi ja sauman laadun parantamiseksi käytetään sulatteita .
Kaasuhappi-asetyleenihitsaus on myös mahdollista, mutta nyt sitä ei käytännössä käytetä, vaikka se oli pitkään ainoa tapa hitsata ohutseinäisiä ruostumattomia teräsosia. Tällä hetkellä ohuita metalleja hitsattaessa on yleinen pulssimainen sähköhitsaustila , jossa hitsausvirtapulssit taajuudella 2...3 Hz asetetaan vakio ("valmius") kaarivirran päälle 5... 10 A. Hitsausvirran arvoa pulssissa säädetään laajalla alueella 10 ... 200 A [8] .
Austeniittiset ruostumattomat teräkset, kuten 12X18H9, 12X18H10 [noin. 1] (noin näistä valssatuista ruostumattomista teräslevyistä) eivät siedä kalsinointia. Kalsinointi aiheuttaa niissä rakenteellisia muutoksia, joiden seurauksena kalsinoinnin jälkeen teräksessä alkaa rakeiden välinen (rakeiden välinen) korroosio . Rakeiden välinen korroosio on myös vaarallista, koska se ei aiheuta tuotteen ulkoasun menetystä, jolloin tuote kauniina ja kiiltävänä voi äkillisesti romahtaa kuormituksen alaisena.
Rakeiden väliseltä korroosiolta suojaamiseksi tällaisiin teräksiin lisätään titaania (T) tai niobiumia (B) määränä 5 C - 0,6 %. Tällä tavalla seostetut teräkset on merkitty: 12X18H9 T , 12X18H9 B , 12X18H10 T , 12X18H10 B [noin. 2] . Tämän mukaisesti hitsaukseen käytettävät austeniittiset ruostumattomat teräkset ovat sopivia (jos ilman myöhempää lämpökäsittelyä), joiden lopussa on kirjain "T" tai "B".
Osahitsauselektrodeja (pinnoitettu [huomautus 3] ) ei valmisteta vain mustasta teräksestä (mustien terästen hitsaukseen), vaan myös ruostumattomasta teräksestä (esim. UONII-13 / NZh [huomautus 4] ). Ruostumattoman teräksen sähkövastus on suurempi kuin mustan teräksen sähköresistanssi, joten ruostumattomasta teräksestä valmistetut hitsauselektrodit tehdään lyhyemmiksi kuin mustat teräselektrodit, koska liian pitkä ruostumaton teräselektrodi voi sulaa (välittömästi koko pituudelta) ja romahtaa ennen kuin se on täysin käytetty.
Ruostumattoman teräsosan hitsaaminen mustaan teräsosaan ns. siirtoelektrodit. Tässä tapauksessa teräksessä, josta siirtymäelektrodit on valmistettu, tulisi olla lisätty (noin puolitoista kertaa [huomautus 5] ) seosainepitoisuutta (esimerkiksi "X25H18 ..."; "X23H15 ... "). Siirtymäelektrodeissa on vihreä pinnoite.
Hitsauselektrodit sinisellä pinnoitteella - elintarviketeollisuuden ruostumattoman teräksen hitsaukseen (säiliöt, säiliöt, putkistot, sekoittimen siivet jne. elintarviketeollisuudelle).
Cr - Ni -seoksia , jotka sisältävät alle 50 % rautaa ja joilla on vieläkin paremmat ominaisuudet korroosion ja lämmönkestävyyden suhteen, ei enää pidetä teräsinä. Nämä niin kutsutut superseokset ovat korkean lämpötilan metalliseoksia ja perustuvat NiCr8020-tyyppiseen seokseen, joka kuvattiin ensimmäisen kerran noin vuonna 1906. Lisäämällä alumiinia ja titaania ne voidaan kovettaa, ja niiden lujuus kasvaa merkittävästi korkeissa lämpötiloissa. Nykyaikaiset kauppanimet, esimerkiksi Inconel , Incoloy , Hastelloy , Kronifer , Nicrofer. Jälkimmäinen on erittäin korroosionkestävä nikkeli-kromi-molybdeeniseos, joka on lisäaineesta riippuen jaettu erilaisiin seoksiin (Nicrofer 3127, Nicrofer 5923, H-C4 tai H-C22).
Tällaisia seoksia käytetään pääasiassa suihkumoottoreissa, voimalaitoksissa ( kaasuturbiineissa ), kaasuteollisuudessa ja kemianteollisuudessa, eli missä korkea lujuus erittäin korkeissa lämpötiloissa tai erittäin aggressiivisissa olosuhteissa on taattava pitkällä aikavälillä.
![]() | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
|
kolikon metallit | |
---|---|
Metallit | |
Seokset |
|
Kolikkoryhmät | |
Metalliryhmät | |
Katso myös |