Öntött rozsdamentes acél tulajdonságai

1. Bevezetés

Az öntött rozsdamentes acélok kombinálják a korrózióállóságot, jó mechanikai szilárdság és önthetőség összetett formákhoz.

Korróziós helyeken használják, hőmérséklet, vagy egészségügyi követelmények kizárják a közönséges szénacélokat, és ahol az összetett geometria kovácsolt lemezből történő előállítása költséges vagy lehetetlen lenne.

A teljesítmény az ötvözetcsaládtól függ (austenit, duplex, ferrites, martenzitikus, csapadék-keményedés), öntési módszer, hőkezelés és minőségellenőrzés.

A megfelelő specifikáció és a folyamatszabályozás elengedhetetlenek a rideg fázisok és az öntési hibák elkerüléséhez, amelyek érvényteleníthetik a fém belső előnyeit..

2. Alapdefiníció & Öntött rozsdamentes acél osztályozása

Alapdefiníció – mit értünk „öntött rozsdamentes acél” alatt?

Öntvény rozsdamentes acél krómtartalmú vasötvözetek, amelyeket úgy állítanak elő, hogy olvadt ötvözetet öntőformába öntenek, és hagyják megszilárdulni, majd igény szerint kikészítés és hőkezelés.

A meghatározó tulajdonság, ami „rozsdamentessé” teszi őket, a megfelelő krómtartalom (és gyakran más ötvözőelemek) folytonos kialakítására és fenntartására, öngyógyító króm-oxid (Cr₂o₃) film, amely drámaian csökkenti az általános korróziót.

Az öntvényeket bonyolult geometria esetén használják, integrált jellemzők (szövegrészek, főnökösködni, borda), vagy az öntés gazdasági előnyei meghaladják a kovácsolt gyártás előnyeit.

Családonkénti összefoglaló (táblázat)

Elnevezési konvenciók & közös öntési fokozatok (gyakorlati megjegyzés)

• Az öntött rozsdamentes minőségeket gyakran használják öntvényjelölések kovácsolt számok helyett (például: CF8 ≈ 304, CF8M ≈ 316 megfelelőek sok specifikációban).
  Ezek az öntvénykódok és ötvözetnevek szabványos rendszerenként eltérőek (ASTM, -Ben, Ő az, stb.).
• "CF" / „CA” / "CD" az előtagok jellemzőek egyes szabványokban az öntött ausztenites/ferrites/duplex csoportosítások jelölésére; a gyártók használhatnak védett neveket is.
  Mindig adja meg mindkettőt kémiai tartomány És a mechanikai/hőkezelési követelmény közbeszerzési dokumentumokban a félreérthetőség elkerülése érdekében.

3. Kohászat és mikrostruktúra

Ötvözetcsaládok és meghatározó tulajdonságaik

• Austenit (PÉLDÁUL., 304, 316, CF8/CF3 ekvivalens öntvényben): arcközpontú-kocka (FCC) nikkellel stabilizált vasmátrix (vagy nitrogén).
  Kiváló szívósság és hajlékonyság, kiemelkedő általános korrózióállóság; érzékeny a klorid-pontosodásra és feszültségkorróziós repedésekre (SCC) bizonyos környezetben.
• Duplex (PÉLDÁUL., 2205-típusú öntött megfelelői): nagyjából egyenlő ferrit (testközpontú köbös, BCC) + ausztenit fázisok.
  Nagy szilárdság, kiváló lyukállóság/hasadékállóság és jobb ellenállás az SCC-vel szemben, mint az auszteniteseknél az alacsonyabb krómszegény zónaképződés miatt; megköveteli a hűtés szabályozását a rideg fázisok elkerülése érdekében.
• Ferritikus: többnyire BCC króm stabilizált; jobb feszültség-korróziós teljesítmény bizonyos környezetben, alacsonyabb szívósság alacsony hőmérsékleten az auszteniteshez képest.
• Martenzitikus: hőkezelhető, nagyon erős és kemény lehet, mérsékelt korrózióállóság az auszteniteshez és a duplexhez képest; kopásálló öntött alkatrészekhez használják.
• Csapadék-keményedés (PH): öregedéssel edzhető ötvözetek (Ni-alapú vagy rozsdamentes PH minőségek), nagy szilárdságot és ésszerű korrózióállóságot kínál.

Kritikus mikrostrukturális problémák

• Karbid csapadék (M23C6, M₆C) és szigma (A) fázis akkor keletkezik, ha az öntvényeket túl sokáig tartják a 600–900 °C-os tartományban (vagy lassan hűlt rajta keresztül).
  Ezek a törékenyek, a krómban gazdag fázisok kimerítik a krómmátrixot, és csökkentik a szívósságot és a korrózióállóságot.
• Intermetallikusok és zárványok (PÉLDÁUL., szilicidek, szulfidok) repedés iniciátorként működhet.
• Elkülönítés (kémiai egyenetlenség) az öntés velejárója, és minimálisra kell csökkenteni az olvadás- és megszilárdulás-szabályozással, valamint néha homogenizálási hőkezelésekkel.

4. Az öntött rozsdamentes acél fizikai tulajdonságai

A fenti értékek reprezentatív műszaki tartományok. Mindig olvassa el a szállítói adatokat a megadott minőséghez, az öntési út és a hőkezelés állapota.

5. Elektromos & Öntött rozsdamentes acél mágneses tulajdonságai

• Elektromos ellenállás: Ausztenites öntött rozsdamentes acélok (CF8, CF3M) nagy ellenállásúak (700–750 nΩ·m 25°C-on)–3-szor magasabb, mint az öntött szénacél (200 nΩ·m).
  Ez alkalmassá teszi őket elektromos szigetelési alkalmazásokhoz (PÉLDÁUL., transzformátorházak).
• Mágnesesség: Ausztenites minőségek (CF8, CF3M) vannak nem mágneses (relatív permeabilitás μ ≤1,005) FCC-struktúrájuk miatt – az orvostechnikai eszközök szempontjából kritikus (PÉLDÁUL., MRI-kompatibilis alkatrészek) vagy elektronikus burkolatok.
  Ferritikus (CB30) és martenzites (CA15) fokozatok ferromágnesesek, mágneses érzékeny környezetben való használatuk korlátozása.

6. Az öntési folyamatok és hogyan befolyásolják a tulajdonságokat

A rozsdamentes acél általános öntési módjai:

• Homoköntés (zöld homok, gyanta homok): rugalmas nagy vagy összetett alkatrészekhez.
  Durvább mikrostruktúra és nagyobb a porozitás kockázata, ha nem szabályozzák. Számos szivattyútesthez és nagy szelephez alkalmas.
• Beruházás (elvesztett viasz) öntvény: kiváló felületminőség és méretpontosság; gyakran használják kisebb, bonyolult alkatrészek, amelyek szűk tűrést igényelnek.
• Centrifugális öntés: hangot állít elő, finomszemcsés hengeres részek (csövek, ujjú) irányított szilárdítással, amely minimalizálja a belső hibákat.
• Héj és vákuumöntés: jobb tisztaság és csökkentett gázbeszorulás a kritikus alkalmazásokhoz.

A folyamatok hatásai:

• Hűtési sebesség hatással van a dendrittávolságra; gyorsabb hűtés (beruházás, centrifugális) → finomabb mikroszerkezet → általában jobb mechanikai tulajdonságok.
• Olvadéktisztaság és öntési gyakorlat meghatározza a kifáradást és a szivárgásmentességet közvetlenül befolyásoló zárvány és bifilm szinteket.
• Irányított szilárdulás és emelkedő kialakítás minimalizálja a zsugorodási üregeket.

7. Az öntött rozsdamentes acél mechanikai tulajdonságai

Szilárdság és hajlékonyság

• Ausztenites öntvények: jó hajlékonyság és szívósság; UTS jellemzően több száz MPa közepén; rugalmassága magas (a nyúlás gyakran 20–40% a 316L öntvényben, ha hibamentes).
• Duplex öntvények: magasabb hozam és UTS a ferrit miatt + Austenit; tipikus UTS ~600-900 MPa hozammal gyakran >350 MPA.
• Martenzites/PH öntvények: nagyon magas UTS-t és keménységet érhet el, de csökkentett rugalmassággal.

Fáradtság

• A fáradtság az élet nagyon érzékeny öntési hibákra: porozitás, zárványok, A felületi érdesség és a zsugorodás gyakori repedésindító.
  Forgó vagy ciklikus terhelésekhez, alacsony porozitású folyamatok, lőtt peening, CSÍPŐ (meleg izosztatikus préselés), és a felületi megmunkálást általában a kifáradási teljesítmény javítására használják.

Kúszás és emelkedett hőmérséklet

• Néhány rozsdamentes minőség (különösen erősen ötvözött és duplex) megőrzi erejét magas hőmérsékleten; azonban a hosszú távú kúszási teljesítményt az ötvözethez és a várható élettartamhoz kell igazítani.
  A karbid/σ-fázisú kicsapódás hőhatás alatt jelentősen csökkentheti a kúszást és a szívósságot.

8. Hőkezelés, mikrostruktúra szabályozás és fázisstabilitás

Oldat -lágyítás (tipikus)

• Cél: feloldja a nemkívánatos csapadékot és visszaállítja az egységes ausztenites/ferrites mátrixot; visszanyeri a korrózióállóságot a króm szilárd oldattá való visszaállításával.
• Tipikus rezsim: melegítsük fel a megfelelő oldat hőmérsékletre (gyakran 1040–1100 °C sok ausztenites esetén), tartsa homogenizálni, majd gyors kioltás a megoldott elemek megtartására. A pontos hőmérséklet/idő a minőségtől és a szelvény vastagságától függ.
• Ellentmondás: a tégely és a szakasz mérete korlátozza az elérhető kioltási sebességet; nehéz szakaszok speciális eljárásokat igényelhetnek.

Öregedés és csapadék

• Duplex és martenzitikus évfolyamok vagyonellenőrzés céljából öregíthetik; Az öregedés/idő-hőmérséklet ablakoknak kerülniük kell a szigmát és más káros fázisokat.
• Túlöregedés vagy a nem megfelelő hőtörténet karbidokat és szigmát termel, amely rideg és csökkenti a korrózióállóságot.

A szigma fázis és a króm kimerülésének elkerülése

• A hűtés szabályozása a sérülékeny hőmérsékleti tartományon keresztül, kerülje a hosszan tartó tartást ~600-900 °C között, és ahol szükséges, alkalmazzon hegesztés utáni vagy oldatos izzítást.
  Az anyagválasztás és a hőkezelés tervezése a fő védekezés.

9. Korrózióállóság – Az öntött rozsdamentes acél fő előnye

A korrózióállóság az elsődleges oka annak, hogy a mérnökök az öntött rozsdamentes acélt választják.

Ellentétben sok szerkezeti fémmel, amelyek terjedelmes bevonaton vagy áldozatvédelemre támaszkodnak, a rozsdamentes acélok tartós környezeti ellenállást nyernek kémiájuk és felületi reakciókészségük révén.

Hogyan ellenállnak a rozsdamentes acélok a korróziónak – a passzív fólia koncepciója

• Passzív védelem: Az ötvözetben lévő króm reakcióba lép az oxigénnel, és vékony réteget képez, folyamatos króm-oxid réteg (Cr₂o₃).
  Ez a film csak nanométer vastag, de nagyon hatékony: csökkenti az iontranszportot, blokkolja az anódos feloldódást, és – ami döntően – az öngyógyító ha sérült, feltéve, hogy oxigén áll rendelkezésre.
• Ötvözet szinergia: Nikkel, a molibdén és a nitrogén stabilizálja a mátrixot és javítja a passzív film ellenállását a helyi lebontással szemben (különösen kloridos környezetben).
  A passzív film stabilitása tehát a kémia eredménye, felületi állapot, és a helyi környezet.

A rozsdamentes acélöntvények korróziós formái

A valószínű meghibásodási módok megértése az anyagválasztásra és a tervezésre összpontosít:

• Általános (egyenruha) korrózió: Ritka a megfelelően ötvözött rozsdamentes acél esetében a legtöbb ipari környezetben – a passzív film az egyenletes veszteséget nagyon alacsonyan tartja.
• Gödrös korrózió: Lokalizált, gyakran kis és mély gödrök keletkeznek, amikor a passzív film lokálisan lebomlik (a kloridok a klasszikus iniciátorok). A lyukasztás kritikus lehet, mert a kis hibák gyorsan behatolnak.
• Réskorrózió: Árnyékolt réseken belül fordul elő, ahol az oxigén kimerül; az oxigéngradiens helyi savasodást és kloridkoncentrációt ösztönöz, aláássa a passzivitást a hasadékon belül.
• Feszültségkorróziós repedés (SCC): Törékeny repedési mechanizmus, amelyhez érzékeny ötvözetre van szükség (általában ausztenites rozsdamentes kloridos környezetben), húzófeszültség, és egy adott környezet (meleg, klorid tartalmú). Az SCC hirtelen és katasztrofálisan megjelenhet.
• Mikrobiálisan befolyásolt korrózió (MIC): Biofilmek és mikrobiális anyagcsere (PÉLDÁUL., szulfátredukáló baktériumok) lokális vegyi anyagokat állíthat elő, amelyek megtámadják a rozsdamentes öntvényeket, különösen stagnáló vagy alacsony áramlású hasadékokban.
• Erózió-korrózió: A mechanikai kopás és a vegyi hatás kombinációja, gyakran olyan helyeken, ahol a nagy sebesség vagy a becsapódás védőfóliát eltávolít, és friss fémet tesz közzé.

Az ötvözés szerepe – mit kell megadni és miért

Bizonyos elemek erősen befolyásolják a helyi korrózióállóságot:

• Króm (CR): A passzivitás megalapozása; a minimális tartalom meghatározza a „rozsdamentes” viselkedést.
• Molibdén (MO): Nagyon hatékonyan növeli a lyuk- és résekkel szembeni ellenállást – elengedhetetlen a tengervíz- és kloridszolgáltatáshoz.
• Nitrogén (N): Erősíti az ausztenitet és nagymértékben javítja a pattanásállóságot (hatékony kis kiegészítések).
• Nikkel (-Ben): Stabilizálja az ausztenitet, és támogatja a szívósságot és a rugalmasságot.
• Réz, volfrám, Nb/Ti: Speciális ötvözetekben használják réskörnyezetekhez.

Hasznos összehasonlító index a Pitting Resistance Equivalent Number (Faipari):

PREN=%Cr+3,3×%Mo+16×%N

Tipikus PREN (lekerekített, reprezentatív):

• 304 / CF8 ≈ ~19 (alacsony ütésállóság)
• 316 / CF8M ≈ ~24 (mérsékelt)
• Duplex 2205 / CD3MN ≈ ~35 (magas)
• Szuper-ausztenites (PÉLDÁUL., magas-Mo / 254SMO megfelelői) ≈ ~40-45 (nagyon magas)

Gyakorlati szabály: magasabb PREN → nagyobb ellenállás a klorid által kiváltott lyuk-/réskorrózióval szemben. Válassza az expozíció súlyosságával arányos PREN-t.

Környezetbarát meghajtók – mitől romlik el a rozsdaanyag

• Kloridok (tengeri permet, jégmentesítő sók, kloridtartalmú folyamatáramok) a domináns külső fenyegetés – elősegítik a kátyúzást, réskorrózió és SCC.
• Hőmérséklet: Az emelkedett hőmérséklet felgyorsítja a kémiai támadást és az SCC-érzékenységet; a klorid kombinációja + a magas hőmérséklet különösen agresszív.
• Stagnálás & hasadékok: Az alacsony oxigénszint és a zárt terek koncentrálják az agresszív ionokat és tönkreteszik a helyi passzivitást.
• Mechanikai feszültség: Szakítófeszültségek (maradék vagy alkalmazott) szükségesek az SCC-hez. A tervezés és a stresszoldás csökkenti a kockázatot.
• Mikrobák élete: A biofilmek módosítják a helyi kémiát; A MIC különösen fontos nedves állapotban, rosszul öblített rendszerek.

Tervezés & specifikációs stratégiák a korrózióállóság maximalizálása érdekében

1. Jobb minőségű választás: Párosítsa a PREN-t/kémiát az expozícióhoz – pl., 316 mérsékelt kloridokhoz, duplex / high-Mo minőségek tengervízhez vagy kloridban gazdag technológiai áramokhoz.
2. A hőtörténet szabályozása: Az oldat lágyítása szükséges + oltsa ki a jelzett helyen; adja meg a maximális hűtési időt a σ-képző ablakban a duplex minőségekhez.
3. Felületi minőség: Adja meg a felületi minőséget, elektropolírozás vagy mechanikus polírozás egészségügyi vagy magas lyukveszélyes alkatrészekhez; a simább felületek csökkentik a gödör keletkezését.
4. Részletezés a repedések elkerülése érdekében: Kialakítás a szűk rések megszüntetésére, vízelvezetést biztosítanak, és lehetővé teszik az ellenőrzéshez való hozzáférést. Használjon tömítést, tömítőanyagok és megfelelő rögzítőelemek kiválasztása ott, ahol az illesztések elkerülhetetlenek.
5. Hegesztési gyakorlat: Használjon illesztett/túlötvözött töltőfémeket, szabályozza a hőbevitelt, és szükség szerint adja meg a PWHT-t vagy a passziválást. Védje a varratokat a hegesztés utáni érzékenységtől.
6. Dielektromos szigetelés: Elektromosan szigetelje el a rozsdamentes alkatrészeket a különböző fémektől, hogy megakadályozza a korrózió galvanikus felgyorsulását.
7. Bevonatok & bélések: Amikor a környezet még az erősen ötvözött képességet is meghaladja, első sorként használjon polimer/kerámia béléseket vagy burkolatokat (vagy tartalékként) — de ne hagyatkozzon kizárólag bevonatokra a kritikus elszigeteléshez, ellenőrzési rendelkezések nélkül.
8. Kerülje el a húzófeszültséget SCC-érzékeny környezetben: Csökkentse a tervezési feszültségeket, nyomófelületi kezeléseket alkalmazzon (lőtt peening), és szabályozza az üzemi terheléseket.

10. Gyártás, Csatlakozás, és Javítás

Hegesztés

• Az öntött rozsdamentes acélok általában hegeszthető, de odafigyelésre van szükség:

• • Illessze a töltőfémet az alapötvözethez, vagy válasszon korrózióállóbb töltőanyagot a galvanikus hatások elkerülése érdekében.
  • Előmelegítés és áthaladási vezérlés egyes martenzites minőségeknél a keménység és a repedés kockázatának kezelése érdekében.
  • Hegesztés utáni oldatos izzítás gyakran szükséges ausztenites és duplex töltőanyagokhoz a korrózióállóság helyreállítása és a maradékfeszültségek csökkentése érdekében.
  • Kerülje a lassú hűtést, amely σ-fázishoz vezethet.

Megmunkálás

• A megmunkálhatóság változó: az ausztenites rozsdamentes acélok keményednek, éles szerszámot és megfelelő sebességet igényelnek; a duplex minőségek bizonyos esetekben jobban vágnak a nagyobb szilárdság miatt. Használjon megfelelő hűtőfolyadékot és vágási paramétereket.

Felszíni befejezés

• A pácolás és a passziválás helyreállítja a króm-oxidot és eltávolítja a szabad vasszennyeződéseket.
  Az elektrokémiai polírozás vagy a mechanikai kikészítés javítja a tisztaságot, csökkenti a réshelyeket és növeli a korrózióállóságot.

11. Gazdasági, életciklus és fenntarthatósági szempontok

• Költség: Az öntött rozsdamentes acél alapanyag költsége magasabb, mint a szénacél és az alumínium, az öntés pedig magasabb olvadási hőmérsékletet és tűzállósági költségeket igényel.
  Viszont, az élettartam meghosszabbítása és a csökkentett karbantartás korrozív környezetben indokolhatja a prémiumot.
• Életciklus: hosszú élettartam korrozív környezetben, alacsonyabb cseregyakoriság és újrahasznosíthatóság (a rozsdamentes hulladék értéke magas) életciklus-gazdaságosság javítása.
• Fenntarthatóság: a rozsdamentes ötvözetek stratégiailag fontos elemeket tartalmaznak (CR, -Ben, MO); a felelős beszerzés és újrahasznosítás elengedhetetlen.
  A kezdeti termeléshez szükséges energia magas, de a rozsdamentes újrahasznosítás jelentősen csökkenti a megtestesült energiát.

12. Összehasonlító elemzés: Öntött rozsdamentes acél vs. A versenyzők

13. Következtetések

Az öntött rozsdamentes acél egyedülálló és stratégiailag fontos helyet foglal el a szerkezeti és korrózióálló öntvényanyagok között.

Egyetlen tulajdonság nem határozza meg az értékét, hanem a korrózióállóság szinergikus kombinációjával, mechanikai erő, hőállóság, sokoldalúság az ötvözet kialakításában, és kompatibilitás összetett öntési geometriákkal.

Teljesítményszinten értékelve, megbízhatóság, és életciklus-mérőszámok, Az öntött rozsdamentes acél folyamatosan nagy teljesítményű megoldásnak bizonyul az igényes ipari környezetekben.

Átfogó, Az öntött rozsdamentes acél kiváló integritású, sokoldalú, és megbízható anyagválasztás a korrózióállóságot igénylő iparágakban, mechanikai tartósság, és precíziós önthetőség.

 

GYIK

Öntött rozsdamentes ugyanolyan korrózióálló, mint a megmunkált rozsdamentes?

Az is lehet, de csak akkor, ha az öntési kémia, a mikroszerkezet és a hőkezelés ugyanazoknak a szabványoknak felel meg.

Az öntvényeken több lehetőség van a szegregációra és a csapadékra; A teljes korrózióállóság helyreállításához gyakran oldatos lágyításra és gyors kioltásra van szükség.

Hogyan kerülhetem el a szigma fázist az öntvényeken??

Kerülje a hosszú tartást ~600-900 °C között; hőkezelések tervezése oldatos lágyításhoz és hűtéshez, és válasszon olyan ötvözeteket, amelyek kevésbé hajlamosak a szigmára (PÉLDÁUL., kiegyensúlyozott duplex kémia) ellenséges hőtörténetekért.

Melyik rozsdamentes öntvényt válasszam tengervíz szolgáltatáshoz?

Magas PREN-tartalmú duplex ötvözetek vagy speciális szuperausztenitek (magasabb Mo, N) jellemzően előnyben részesítik. 316/316L lehet, hogy nem megfelelő a fröccsenő zónákban, vagy ahol az oxigéndús tengervíz nagy sebességgel áramlik.

Az öntött rozsdamentes alkatrészek a helyszínen hegeszthetők?

Igen, de a hegesztés lokálisan megváltoztathatja a kohászati ​​egyensúlyt. A hegesztési varratok közelében a korrózióállóság helyreállításához hegesztés utáni hőkezelésre vagy passziválásra lehet szükség.

Melyik öntési módszer biztosítja a legjobb integritást a kritikus részek esetében?

Centrifugális öntés (hengeres alkatrészekhez), befektetés/precíziós öntés (kis összetett alkatrészekhez) és a vákuum vagy szabályozott légkörű öntés HIP-pel kombinálva a legmagasabb integritást és legalacsonyabb porozitást biztosít.

Az öntött rozsdamentes acél alkalmas magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz?

Ausztenites minőségek (CF8, CF3M) 870°C-ig használhatók; duplex minőségek (2205) 315°C-ig.

Hőmérsékletekhez >870° C, hőálló öntött rozsdamentes acélt használjon (PÉLDÁUL., HK40, -vel 25% CR, 20% -Ben) vagy nikkelötvözetek.