Vas rozsdamentes acél?

Az anyagtudomány és az ipari alkalmazások alapvető kérdése az: Rozsdamentes acél vastartalmú? A válasz a definíciójától függ vasfémek és a rozsdamentes acél kémiai összetételének részletes ismerete, kristályszerkezet, és anyagosztályozási szabványok.

A lényege, rozsdamentes acél a vasötvözet- vasat tartalmaz (FE) mint elsődleges összetevője – mégis egyedülálló króm (CR) tartalma különbözteti meg a szénacéltól és az öntöttvastól, korrózióállósággal ruházza fel, amely forradalmasította az ipart az építőipartól az orvostechnikai eszközökig.

1. Mit jelent a „vas” az anyagtechnikában

A gépészetben és a kohászatban a kifejezés vastartalmú olyan fémekre és ötvözetekre vonatkozik, amelyek elsődleges összetevője a vas.

A tipikus vastartalmú anyagok közé tartoznak a kovácsolt acélok, öntöttvasak, kovácsoltvas és vasalapú ötvözetek, például rozsdamentes acél.

Ezzel szemben, színesfém fémek azok, amelyek fő eleme nem a vas (példák: alumínium, réz, titán, nikkel alapú ötvözetek).

Kulcsfontosságú pont: a besorolás kompozíciós (vas alapú) nem pedig funkcionális (PÉLDÁUL., "rozsdásodik?”). A rozsdamentes acélok vasalapú ötvözetek, ezért egyértelműen a vasfélék családjába tartoznak.

2. Miért vastartalmú a rozsdamentes acél – összetétel és szabványok

• A vas az egyensúlyi elem. A rozsdamentes acélok mátrixelemként vasat tartalmaznak; egyéb ötvözőelemeket adnak hozzá a kívánt tulajdonságok eléréséhez.
  A tipikus ipari minőségek tartalmazzák a a vas többsége krómmal, nikkel, molibdén és más elemek szándékosan ötvöző adalékként jelen vannak.
• Chromium követelmény. A rozsdamentes acél szabványos műszaki meghatározása vasalapú ötvözet, amely legalább ≈10,5 tömegszázalék króm, amely a passzív, korrózióálló felületi film (Cr₂o₃).
  Ez a króm küszöbérték a főbb szabványokban van kodifikálva (PÉLDÁUL., ASTM/ISO dokumentumcsalád).
• Szabványok besorolása. A nemzetközi szabványok a rozsdamentes acélokat acélok közé sorolják (AZAZ., vas alapú ötvözetek).
  A beszerzés és a tesztelés a vastartalmú anyagokra vonatkozó szabványok keretein belül történik (kémiai elemzés, mechanikai vizsgálatok, hőkezelési eljárások és így tovább).

Röviden: rozsdamentes = vas alapú ötvözet, elegendő krómmal a passziváláshoz; ezért rozsdamentes = vas.

3. Tipikus kémia – reprezentatív fokozatok

A következő táblázat reprezentatív kémiákat mutat be annak bizonyítására, hogy a vas az alapfém (az értékek tipikus tartományok; ellenőrizze a fokozatok adatlapjait a pontos specifikációs határokért).

A „egyensúly” azt jelenti, hogy az ötvözet fennmaradó része vasból és nyomelemekből áll.

4. Kristályszerkezetek és mikroszerkezeti osztályok – miért a szerkezet ≠ színesfém?

A rozsdamentes acélokat kohászatilag szobahőmérsékleten uralkodó kristályszerkezetük alapján osztják fel:

• Austenit (γ-FCC) — pl., 304, 316. Nem mágneses, lágyított állapotban, kiváló szívósság és korrózióállóság, magas Ni stabilizálja az ausztenitet.
• Ferritikus (α-BCC) — pl., 430. Mágneses, alacsonyabb szívósság nagyon alacsony hőmérsékleten, jó ellenállás a feszültség-korróziós repedésekkel szemben bizonyos környezetben.
• Martenzitikus (torz BCT / martenzit) — pl., 410, 420. Hőkezeléssel edzhető; evőeszközökhöz használják, szelepek és tengelyek.
• Duplex (keverék a + c) – kiegyensúlyozott ferrit és ausztenit a jobb szilárdság és kloridállóság érdekében.

Fontos: ezek a kristályszerkezeti különbségek az atomok elrendezését írják le, nem az alapelem.

Függetlenül attól, hogy ausztenites, ferrites vagy martenzites, rozsdamentes acélok maradnak vas alapú ötvözetek – és ezért vastartalmúak.

5. Funkcionális megkülönböztetés: A „rozsdamentes” nem azt jelenti, hogy „nem vas” vagy „nem mágneses”

• A „rozsdamentes” a króm által kiváltott passzivitásból eredő korrózióállóságra utal (Cr₂O3 film). Ez igen nem megváltoztatni azt a tényt, hogy a fém vas alapú.
• A mágneses viselkedés az nem a vas összetételének megbízható mutatója: egyes ausztenites rozsdamentes acélok lágyított állapotban lényegében nem mágnesesek, de ezek még mindig vasötvözetek. A hidegen megmunkált vagy az alacsonyabb Ni-változatok mágnesessé válhatnak.
• Korróziós viselkedés („rozsdaállóság”) krómtartalomtól függ, mikroszerkezet, a környezet és a felület állapota – nem csak a vas/nemvas kategóriák alapján.

6. Ipari gyakorlat és anyagválasztás vonatkozásai

• Specifikáció és beszerzés. A rozsdamentes acélokat acélszabványok és -minőségek alapján határozzák meg (ASTM, -Ben, Ő az, Gb, stb.).
  Mechanikai vizsgálat, hegesztési eljárási képesítés, és a hőkezelés a vaskohászati ​​gyakorlatot követi.
• Hegesztés és gyártás. A rozsdamentes acélok ugyanolyan alapvető óvintézkedéseket igényelnek, mint a többi vasfém (minőségtől függően elő-/utómelegítés, szén szabályozása az érzékenység elkerülése érdekében a 300-as sorozatban, kompatibilis töltőfém kiválasztása).
• Mágnesesség és NDT. Mágneses alapú NDT (mag részecske) működik a ferrites/martenzites minőségeknél, de nem a teljesen ausztenites minőségeknél, hacsak nem keményítettek; az ultrahangos és a festékbehatoló tesztek általánosak a családokban.
• Tervezés: A mérnökök különböző rozsdamentes acélcsaládokat használnak fel speciális igényekre (ausztenites az alakíthatóság és a korrózióállóság érdekében; ferritek, ahol a nikkelt minimálisra kell csökkenteni; duplex a nagy szilárdság és kloridállóság érdekében).

7. A ferrites rozsdamentes acél előnyei

A ferrites rozsdamentes acélok fontos családot alkotnak a rozsdamentes acélok családjában.

Ezek vas alapú ötvözetek, amelyeket testközpontú köbméter jellemez (α-Fe) kristályszerkezet szobahőmérsékleten és viszonylag magas krómtartalommal, kevés vagy egyáltalán nem tartalmaz nikkelt.

Korrózióállóság oxidáló és enyhén agresszív környezetben

• A ferritek jellemzően tartalmaznak ~12-30% króm, amely folytonos króm-oxidot termel (Cr₂o₃) passzív film. Ez ad jó általános korrózió- és oxidációállóság levegőben, sok légköri környezet és néhány enyhén agresszív technológiai közeg.
• Ott különösen jól teljesítenek klorid feszültség-korróziós repedés (SCC) aggodalomra ad okot: ferrites fokozatok vannak sokkal kevésbé érzékeny a klorid által kiváltott SCC-re mint sok ausztenites minőség,
  alkalmassá téve azokat bizonyos petrolkémiai és tengeri alkalmazásokhoz, ahol az SCC kockázatát minimálisra kell csökkenteni.

Költséghatékonyság és ötvözet-gazdaságosság

• Mivel a ferrites minőségek tartalmaznak kevés vagy egyáltalán nincs nikkel, azok kevésbé érzékeny a nikkel árának ingadozására és általában alacsonyabb költség mint ausztenites (ni-csapágy) rozsdamentes acélok az egyenértékű korrózióállóság érdekében számos környezetben.
  Ez a költségelőny jelentős a nagy volumenű vagy árérzékeny alkalmazásoknál.

Hőstabilitás és ellenáll a karburizálódásnak/ridegedésnek emelt hőmérsékleten

• A ferrites rozsdamentes acélok megőrzik stabil ferrites mikrostruktúrák széles hőmérséklet-tartományban és vannak kevésbé hajlamos az érzékenységre (szemcsék közötti króm-karbid kicsapás) mint az ausztenites.
• Sok ferritnek van jó magas hőmérsékletű oxidációállóság és kipufogórendszerekben használják, hőcserélő felületek és egyéb magas hőmérsékletű alkalmazások.
  Bizonyos ferrites minőségek (PÉLDÁUL., 446, 430) Magas hőmérsékleten történő folyamatos üzemelésre vannak előírva, mivel tartós oxidréteget képeznek.

Alacsonyabb hőtágulási együttható (CTE)

• A ferrites rozsdamentes acélok tipikus CTE-értékei a következők ≈10–12 × 10⁻⁶ /°C, lényegesen alacsonyabb a szokásos ausztenites minőségeknél (≈16–18 × 10⁻⁶ /°C).
• Az alacsonyabb hőtágulás csökkenti a termikus torzulást és az illesztési feszültségeket, amikor a ferriteket alacsony tágulású anyagokhoz kapcsolják, vagy magas hőmérsékletű ciklikus üzemben használják. (kipufogórendszerek, kemence alkatrészek).

Jobb hővezető képesség

• A ferrites minőségek általában rendelkeznek magasabb hővezető képesség (durván 20–30 W/m·K) mint az ausztenites minőségek (~15-20 W/m·K).
  A jobb hőátadás előnyös a hőcserélő csövekben, kemence alkatrészek és alkalmazások, ahol a gyors hőelvonás kívánatos.

Mágneses tulajdonságok és funkcionális hasznosság

• A ferrites rozsdamentes acélok mágneses izzított állapotban. Ez előnyt jelent, ha mágneses válaszra van szükség (motorok, mágneses árnyékolás, érzékelők) vagy mágneses elválasztáskor, az ellenőrzés és a kezelés a gyártási/összeszerelési folyamat részét képezik.

Jó kopásállóság és felületi stabilitás

• Bizonyos ferrites minőségek mutatkoznak jó kopás- és oxidációállóság és megőrzi a felületi minőséget emelt hőmérsékletű oxidáló atmoszférában.
  Ez alkalmassá teszi őket kipufogócsonk, füstelvezető alkatrészek, és díszítő építészeti elemeket akik megtapasztalják a termikus kerékpározást.

Előállítás és alakíthatóság (gyakorlati szempontok)

• Sok ferrites ötvözet kínál megfelelő alakíthatóság és alakíthatóság lemez- és szalagmunkákhoz, és hidegen alakítható a nagyobb szilárdságú ötvözetekhez kapcsolódó ugyanolyan mértékű visszarugaszkodás nélkül.
  Ahol mélyhúzásra vagy összetett alakításra van szükség, megfelelő évfolyam kiválasztása (alacsonyabb króm, optimalizált indulatok) jó eredményeket ad.
• Egyszerű ferrites mikroszerkezetük miatt, ferritek nem igényel hegesztés utáni oldatos izzítást a korrózióállóság visszaszerzéséhez ugyanúgy, ahogy az érzékenységre érzékeny ausztenitesek néha teszik – bár a hegesztési eljárás ellenőrzése továbbra is fontos.

Korlátozások és kiválasztási figyelmeztetések

A kiegyensúlyozott mérnöki szemléletnek el kell ismernie a korlátokat, hogy az anyagokat ne alkalmazzák helytelenül:

• Alacsonyabb szívósság nagyon alacsony hőmérsékleten: a ferriteknek általában rosszabb az ütésállósága kriogén hőmérsékleten, mint az auszteniteseknek.
  Kerülje a ferriteket a kritikus, alacsony hőmérsékletű szerkezeti alkalmazásokban, kivéve, ha erre külön képesítés van.
• Hegeszthetőségi korlátok: miközben a hegesztés rutinszerű, szemtermesztés és ridegség előfordulhat magas Cr-tartalmú ferritekben, ha a hőbevitel és a hegesztés utáni hűtés nincs szabályozva;
  egyes ferritesek rideg viselkedést mutatnak a hőhatás zónában, kivéve, ha megfelelő eljárásokat alkalmaznak.
• Alacsonyabb alakíthatóság bizonyos magas Cr-tartalmú minőségeknél: a rendkívül magas krómtartalom csökkentheti a hajlékonyságot és az alakíthatóságot; Az évfolyam kiválasztásának meg kell egyeznie az alakítási műveletekkel.
• Nem általánosan felülmúlja a kloridos lyukasztást: bár a ferritek ellenállnak az SCC-nek, gödrös/gödrösödés ellenállás agresszív klorid tartalmú környezetben gyakran jobban kezelhető magasabb Mo-tartalmú ausztenites vagy duplex minőségekkel;
  értékelje ki a pitting ellenállás egyenértékszámait (Faipari) ahol jelentős a klorid expozíció.

8. Összehasonlítás színesfém alternatívákkal

Amikor a mérnökök a korrózióálló alkalmazásokhoz szükséges anyagokat fontolgatják, a rozsdamentes acél a vezető vas választás.

Viszont, színesfémek és ötvözetek (Al, Cu ötvözetek, -Y -az, Ni-bázisú ötvözetek, Mg, Zn) gyakran versenyeznek a súlyon, vezetőképesség, fajlagos korrózióállóság, vagy feldolgozhatóság.

9. Fenntarthatóság és újrahasznosítás

• Újrahasznosíthatóság: A rozsdamentes acélok a leginkább újrahasznosított mérnöki anyagok közé tartoznak; a hulladékot könnyen beépítik a magas újrahasznosított tartalmú új olvadékokba.
• Életciklus: a hosszú élettartam és az alacsony karbantartási igény gyakran gazdaságossá teszi a rozsdamentes acélt, csekély hatású választás az alkatrész élettartama során, a sima szénacélhoz képest magasabb előzetes költség ellenére.
• Környezetvédelmi kódok és helyreállítás: a rozsdamentes gyártás egyre gyakrabban használ elektromos ívkemencéket és újrahasznosított alapanyagot az energiaintenzitás és a kibocsátás csökkentése érdekében.

10. Tévhitek és tisztázások

• „Rozsdamentes” ≠ „örökké rozsdamentes”. Extrém körülmények között (klorid feszültség-korróziós repedés, magas hőmérsékletű oxidáció, savas támadások, hasadás korrózió, stb.), a rozsdamentes acélok korrodálódhatnak; rozsdamentes anyaguk miatt nem válnak színesfémvé.
• Mágneses ≠ vas: egyes rozsdamentes acélminőségek nem mágnesessége nem teszi színesfémké azokat. A meghatározó attribútum a vasalapú kémia, nem a mágneses válasz.
• Magas nikkeltartalmú ötvözetek vs: néhány nikkel alapú ötvözet (Kuncol, Hastelloy) nem vastartalmúak, és ott használják, ahol a rozsdamentes acél meghibásodik; akkor sem „rozsdamentes acélok”, ha hasonlóan ellenállnak a korróziónak.

11. Következtetés

A rozsdamentes acélok vastartalmú anyagok összetétel és osztályozás szerint. Alapelemként a vasat krómmal és más ötvözőelemekkel kombinálják, hogy olyan ötvözeteket hozzanak létre, amelyek számos körülmények között ellenállnak a korróziónak..

Kristály szerkezet (austenit, ferrites, martenzitikus, duplex) meghatározza a mechanikai és mágneses jellemzőket, de nem az az alapvető tény, hogy a rozsdamentes acélok vasalapúak.

Az anyagválasztásnál ezért a rozsdamentes acélt a vascsalád tagjaként kell kezelni, és a megfelelő rozsdamentes acélcsaládot és minőséget kell kiválasztani a szolgáltatási környezethez., gyártási követelmények és életciklus-célok.

 

GYIK

A rozsdamentes acél „rozsdamentes” tulajdonsága azt jelenti, hogy nem vasfém??

A rozsdamentes acél „rozsdamentes” tulajdonsága egy sűrű passzív króm-oxid filmből ered. (Cr₂o₃) akkor képződik a felületen, ha a krómtartalom ≥10,5%; ennek nincs köze a vastartalomhoz.

Rozsdamentes viselkedésétől függetlenül, mindaddig, amíg a vas a fő alkotóelem, az anyag besorolása a vastartalmú fém.

Magas hőmérsékleten a rozsdamentes acél elveszti vastartalmát??

A vasfémek besorolását a kémiai összetétel határozza meg, nem hőmérséklet.

Még akkor is, ha magas hőmérsékleten fázisátalakítások következnek be (például, ausztenites minőség, amely magas hőmérsékleten ferritté alakul), az alapelem vas marad, így vasfém marad.

A rozsdamentes acél mágnesessége befolyásolja-e, hogy vastartalmú-e??

A mágnesesség a kristályszerkezettel függ össze: a ferrites és martenzites rozsdamentes acélok jellemzően mágnesesek, míg az izzított ausztenites rozsdamentes acélok általában nem mágnesesek.

Viszont, a mágnesesség az nem a vastartalom kritériuma – a vastartalom az. Függetlenül attól, hogy a rozsdamentes minőség mágneses-e vagy sem, ha a vas a fő elem, akkor egy vasfém.

A rozsdamentes acél újrahasznosíthatósága összefügg-e vastartalmú természetével?

Igen. Mivel a rozsdamentes acél vas alapú, újrahasznosítási árama hasonló a többi vasfémhez.

A rozsdamentes hulladék könnyen újraolvasztható; a rozsdamentes acélok újrahasznosítási aránya nagyon magas, és az újrahasznosítási energia általában egy töredéke (20-30%-os nagyságrendben) elsődleges termelési energiából.

Ez a rozsdamentes acélt értékes anyaggá teszi a fenntartható és körkörös gazdaságban alkalmazott alkalmazásokhoz.

Ha a ferrites rozsdamentes acélok bizonyos környezetben korrodálnak, ez azt jelenti, hogy nem vastartalmúak?

Nem. A korróziós teljesítmény a környezettől és az összetételtől függ; egyes rozsdamentes acélminőségek bizonyos közegekben korrodálódhatnak, de ez nem változtat a vasfémek státuszán.

Például, a ferrites rozsdamentes acélok gyengébb ellenállást mutathatnak erősen redukáló közegben, de kiválóan teljesítenek oxidáló környezetben.

A megfelelő minőség és felületkezelés kiválasztása optimalizálja a korrózióállóságot a tervezett szolgáltatáshoz.