Материалтанудағы және өнеркәсіптік қолданудағы негізгі мәселе: Тот баспайтын болаттан жасалған темір? Жауап анықтамасына байланысты Қара металдар және тот баспайтын болаттың химиялық құрамы туралы толық түсінік, Кристалл құрылымы, және материалдар классификациясының стандарттары.
Оның өзегінде, Тот баспайтын болат бұл темір қорытпасы- құрамында темір бар (Ақысу) оның негізгі құрамдас бөлігі ретінде, бірақ оның бірегей хромы (Кр) мазмұны оны көміртекті болаттан және шойыннан ажыратады, құрылыстан медициналық құрылғыларға дейінгі салаларда төңкеріс жасаған коррозияға төзімділікпен қамтамасыз етті.
1. Материалдық инженерияда «қара» деген нені білдіреді
Машина жасау мен металлургияда бұл термин түсті металдар мен қорытпаларға жатады негізгі құрамдас бөлігі – темір.
Типтік қара материалдарға соғылған болаттар жатады, Шойын үтіктеу, соғылған үтіктер және тот баспайтын болат сияқты темір негізіндегі қорытпалар.
Керісінше, түсті металдар - негізгі элементі темір емес металдар (мысалдар: алюминий, мыс, титан, никель негізіндегі қорытпалар).
Кілт нүктесі: классификациясы композициялық болып табылады (темірге негізделген) функционалды емес (E.Г., «тот басады?«). Тот баспайтын болаттар темір негізіндегі қорытпалар болып табылады, сондықтан олар темірлер тобына тікелей түседі.
2. Неліктен тот баспайтын болат қара болып табылады - құрамы мен стандарттары
- Темір - тепе-теңдік элементі. Тот баспайтын болаттар матрицалық элемент ретінде темірден жасалған; Қажетті қасиеттерді алу үшін басқа легирленген элементтер қосылады.
Типтік өнеркәсіптік сорттар құрамында а темірдің көп бөлігі хроммен, никель, молибден және басқа элементтер әдейі легирленген қоспалар ретінде кездеседі. - Chromium талабы. Тот баспайтын болаттың стандартты техникалық анықтамасы кем дегенде құрамында темір негізіндегі қорытпа болып табылады ≈10,5% массалық хром, бұл пассивті береді, коррозияға төзімді беткі пленка (Cr₂o₃).
Бұл хром шегі негізгі стандарттарда кодталған (E.Г., ASTM/ISO құжаттар тобы). - Стандарттардың классификациясы. Халықаралық стандарттар тот баспайтын болаттарды болаттарға жатқызады (и.e., темір негізіндегі қорытпалар).
Сатып алу және сынау үшін олар қара материалдар стандарттары шеңберінде өңделеді (Химиялық талдау, механикалық сынақтар, термиялық өңдеу процедуралары және т.б).
Қысқасын айтқанда: тот баспайтын = пассивация үшін жеткілікті хромы бар темір негізіндегі қорытпа; сондықтан тот баспайтын = темір.
3. Типтік химия — репрезентативті бағалар
Төмендегі кесте темірдің негізгі металл екенін көрсету үшін өкілдік химияны көрсетеді (мәндер типтік диапазондар болып табылады; нақты спецификациялық шектеулер үшін баға деректер парағын тексеріңіз).
| Дәреже / отбасы | Негізгі легирлеуші элементтер (типтік масса%) | Үтік (Ақысу) ≈ |
| 304 (Аустениттік) | Cr 18–20; 8–10,5; C ≤0,08 | баланс ≈ 66–72% |
| 316 (Аустениттік) | Cr 16–18; 10-14; 2–3 ай | баланс ≈ 65–72% |
| 430 (Феррити) | Cr 16–18; ≤0,75 кезінде; C ≤0,12 | баланс ≈ 70–75% |
| 410 / 420 (Мартентис) | Cr 11–13,5; C 0,08–0,15 | баланс ≈ 70–75% |
| 2205 (Дуфлекс) | Cr ~22; ~4,5–6,5 шамасында; Ай ~3; N ~0,14–0,20 | баланс ≈ 64–70% |
«Баланс» қорытпаның қалған бөлігі темір плюс микроэлементтерді білдіреді.
4. Кристалл құрылымдары және микроқұрылымдық класстар — неге құрылым ≠ түсті
Тот баспайтын болаттар бөлме температурасында басым кристалдық құрылымы бойынша металлургиялық тұрғыдан бөлінеді:
- Аустениттік (γ-FCC) — мысалы, 304, 316. Жасытылған күйде магнитті емес, тамаша беріктік пен коррозияға төзімділік, жоғары Ni аустенитті тұрақтандырады.
- Феррити (α-BCC) — мысалы, 430. Магниттік, өте төмен температурада төмен беріктік, кейбір орталарда стресс-коррозия крекингіне жақсы төзімділік.
- Мартентис (бұрмаланған BCT / мартенсит) — мысалы, 410, 420. Термиялық өңдеу арқылы қатайтылады; ас құралдары үшін қолданылады, клапандар мен білікшелер.
- Дуфлекс (қоспасы а + в) — беріктігі мен хлоридке төзімділігін арттыру үшін теңдестірілген феррит пен аустенит.
Маңызды: бұл кристалдық құрылымдық айырмашылықтар атомдардың орналасуын сипаттайды, негізгі элемент емес.
Аустениттік болуына қарамастан, ферриттік немесе мартенситтік, тот баспайтын болаттар қалады темірге негізделген қорытпалар - сондықтан темір.
5. Функционалды айырмашылық: «Тот баспайтын» «түсті» немесе «магниттік емес» дегенді білдірмейді.
- «Тот баспайтын» хромнан туындаған пассивтіліктің нәтижесінде пайда болатын коррозияға төзімділікті білдіреді (Cr₂O₃ пленкасы). Ол жасайды жоқ металдың темір негізіндегі фактісін өзгерту.
- Магниттік мінез-құлық жоқ темір құрамының сенімді көрсеткіші: кейбір аустенитті баспайтын болаттар күйдірілген күйде негізінен магнитті емес, бірақ олар әлі де темір қорытпалары болып табылады. Суық жұмыс немесе төменгі Ni нұсқалары магнитті болуы мүмкін.
- Коррозия әрекеті («тотқа» төзімділік) хром құрамына байланысты, Микроқұрылым, қоршаған орта және жер бетінің жай-күйі — тек қара/түсті санатта емес.
6. Өндірістік тәжірибе және материалды таңдау салдары
- Спецификация және сатып алу. Тот баспайтын болаттар болат стандарттары мен маркалары арқылы белгіленеді (Астма, -Да, Ол, Еб, т.б.).
Механикалық сынақ, дәнекерлеу процедурасының біліктілігі, және термиялық өңдеу қара металлургия тәжірибесіне сәйкес жүргізіледі. - Дәнекерлеу және дайындау. Тот баспайтын болаттар басқа қара металдар сияқты негізгі сақтық шараларын талап етеді (сыныпқа байланысты алдын ала қыздыру/кейін қыздыру, 300 сериясында сенсибилизацияны болдырмау үшін көміртекті бақылау, үйлесімді толтырғыш металды таңдау).
- Магнит және NDT. Магниттік негізделген NDT (маг бөлшек) ферриттік/мартенситтік сорттар үшін жұмыс істейді, бірақ олар жұмыста шыңдалмаған болса, толық аустениттік сорттар үшін емес; ультрадыбыстық және бояғышты өткізетін сынақтар отбасыларда кең таралған.
- Жобалау: инженерлер әртүрлі тот баспайтын отбасыларды нақты қажеттіліктер үшін пайдаланады (қалыптау және коррозияға төзімділік үшін аустенитика; никельді азайту керек ферритиктер; жоғары беріктік пен хлоридке төзімділік үшін дуплекс).
7. Ферритті баспайтын болаттың артықшылықтары
Ферритті тот баспайтын болаттар тот баспайтын болаттар тобының маңызды тобы болып табылады.
Олар денеге бағытталған текшемен сипатталатын темір негізіндегі қорытпалар (α-fe) бөлме температурасындағы кристалдық құрылым және никель аз немесе мүлдем жоқ салыстырмалы түрде жоғары хром мөлшері.
Тотықтырғыш және жұмсақ агрессивті ортада коррозияға төзімділік
- Әдетте ферритиктер бар ~12–30% хром, үздіксіз хром оксидін түзеді (Cr₂o₃) пассивті фильм. Бұл береді жақсы жалпы коррозияға және тотығуға төзімділік ауада, көптеген атмосфералық орталар және кейбір жұмсақ агрессивті технологиялық орталар.
- Олар әсіресе қай жерде жақсы өнер көрсетеді хлоридті кернеу-коррозиялық крекинг (Скр) алаңдаушылық болып табылады: ферриттік сорттар хлоридпен индукцияланған СКҚ-ға әлдеқайда аз сезімтал көптеген аустениттік сорттарға қарағанда,
оларды SCC тәуекелін азайту қажет болатын кейбір мұнай-химия және теңіз қолданбалары үшін қолайлы ету.
Шығындардың тиімділігі және қорытпа экономикасы
- Өйткені құрамында феррит бар никель аз немесе мүлдем жоқ, олар никель бағасының құбылмалылығына аз сезімтал және жалпы Төмен құны аустенитке қарағанда (ни-подшипник) көптеген орталарда балама коррозияға төзімділік үшін тот баспайтын болаттар.
Бұл шығын артықшылығы үлкен көлемді немесе бағаға сезімтал қолданбалар үшін маңызды.
Термиялық тұрақтылық және жоғары температурада карбюризацияға / морттануға төзімділік
- Ферритті баспайтын болаттар сақтайды тұрақты ферритті микроқұрылымдар кең температура диапазонында және болып табылады сенсибилизацияға бейімділігі аз (түйіршік аралық хром карбидінің тұнбасы) аустентикаға қарағанда.
- Көптеген ферритиктер бар жоғары температурада тотығуға жақсы төзімділік және шығару жүйелерінде қолданылады, жылу алмастырғыш беттері және басқа да жоғары температура қолданбалары.
Белгілі бір ферритті сорттар (E.Г., 446, 430) жоғары температурада үздіксіз қызмет көрсетуге арналған, өйткені олар төзімді оксидті қабыршақтарды құрайды.
Термиялық кеңеюдің төменгі коэффициенті (Табғы)
- Ферритті баспайтын болаттар үшін CTE типтік мәндері болып табылады ≈10–12 × 10⁻⁶ /°C, қарапайым аустениттік сорттардан айтарлықтай төмен (≈16–18 × 10⁻⁶ /°C).
- Төменгі термиялық кеңею ферритиктерді кеңеюі төмен материалдармен біріктіргенде немесе жоғары температурада циклдік қызметте пайдаланғанда термиялық бұрмалануды және сәйкессіздік кернеулерін азайтады. (Шығару жүйелері, Пеш компоненттері).
Жақсырақ жылу өткізгіштік
- Ферриттік сорттар әдетте бар жоғары жылу өткізгіштік (шамамен 20–30 Вт/м·К) аустениттік сорттарға қарағанда (~15–20 Вт/м·К).
Жақсартылған жылу беру жылу алмастырғыш құбырлар үшін пайдалы, пештің құрамдас бөліктері және жылуды жылдам кетіру қажет қолданбалар.
Магниттік қасиеттері және функционалдық пайдасы
- Ферритті баспайтын болаттар болып табылады магниттік Аяқталған күйде. Бұл магниттік жауап қажет болғанда артықшылық (моторлар, Магнитті экрандау, дұрорлар) немесе магниттік бөлу кезінде, тексеру және өңдеу өндіріс/монтаждау процесінің бөлігі болып табылады.
Жақсы тозуға төзімділік және бетінің тұрақтылығы
- Белгілі бір ферриттік сорттар көрсетіледі жақсы тозуға және тотығуға төзімділік және жоғары температурадағы тотықтырғыш атмосферада бетінің әрлеуін сақтау.
Бұл оларды қолайлы етеді Шығарылған жіптер, түтін компоненттері, және сәндік сәулет элементтері термиялық велосипедті бастан кешіреді.
Жасалуы және қалыптасу мүмкіндігі (практикалық аспектілері)
- Көптеген ферритті қорытпалар ұсынады барабар икемділік пен қалыптасу мүмкіндігі қаңылтыр мен жолақ жұмыстарына арналған және беріктігі жоғары қорытпалармен байланысты серпілістің бірдей дәрежесінсіз салқын түрде қалыптаса алады..
Терең сызу немесе күрделі қалыптау қажет болған жағдайда, тиісті сыныпты таңдау (төменгі хром, оңтайландырылған мінез-құлық) жақсы нәтижелер береді. - Олардың қарапайым ферриттік микроқұрылымына байланысты, ферритиктер коррозияға төзімділікті қалпына келтіру үшін дәнекерлеуден кейінгі ерітіндіні жасыту қажет емес сенсибилизацияға сезімтал аустенитика кейде жасайтындай - дәнекерлеу процедурасын бақылау әлі де маңызды.
Шектеулер және таңдау ескертулері
Теңдестірілген инженерлік көзқарас материалдар дұрыс қолданбау үшін шектеулерді мойындауы керек:
- Өте төмен температурада қаттылық төмендейді: ферритиктердің әдетте аустенитиктерге қарағанда криогендік температурада соққыға төзімділігі нашар.
Арнайы біліктілігі болмаса, сыни төмен температуралық құрылымдық қолданбалар үшін ферритиктерден аулақ болыңыз. - Дәнекерлеудің шектеулері: дәнекерлеу әдеттегідей болған кезде, дәннің өсуі және сынғыштығы жылу беру және дәнекерлеуден кейінгі салқындату бақыланбайтын болса, жоғары Cr ферриттерде пайда болуы мүмкін;
Кейбір ферритиктер тиісті процедуралар пайдаланылмаса, жылу әсер еткен аймақта сынғыш әрекетке ұшырайды. - Кейбір жоғары Cr сорттары үшін төмен қалыптау: Хромның өте жоғары мөлшері икемділік пен қалыптасу мүмкіндігін төмендетуі мүмкін; сортты таңдау қалыптау операцияларына сәйкес болуы керек.
- Хлоридті шұңқырдан әмбебап артық емес: ферритиктер SCC-ге қарсы тұрса да, шұңқырға/шұңқырға төзімділік агрессивті хлориді бар орталарда көбінесе жоғары Мо-аустенитика немесе дуплексті сорттармен жақсырақ шешіледі.;
шұңқырға төзімділіктің эквивалентті сандарын бағалаңыз (Орман) мұнда хлоридтің әсері маңызды.
8. Түсті емес баламалармен салыстыру
Инженерлер коррозияға төзімді қолданбаларға арналған материалдарды қарастырғанда, баспайтын болат жетекші темір таңдау болып табылады.
Дегенмен, түсті металдар мен қорытпалар (Әл, КО қорытпалары, -Ден, Ни-базалық қорытпалар, Мг, Негра) жиі салмақ бойынша жарысады, Өткізгіштік, арнайы коррозияға төзімділік, немесе өңдеу мүмкіндігі.
| Мүлік / материал | Остенитикалық тот баспайтын (E.Г., 304/316) | Алюминий қорытпалары (E.Г., 5xxx / 6xxx) | Мыс қорытпалары (E.Г., Бізбен бірге, жез, қола) | Титан (П.П. & TI-6AL-4V) | Никельді негізді қорытпалар (E.Г., 625, C276) |
| Негізгі элемент | Ақысу (Cr тұрақтандырылған) | Әл | Друг | -Ден | -Да |
| Тығыздық (g / cm³) | ~7,9–8,0 | ~2,6–2,8 | ~8,6–8,9 | ~4.5 | ~ 8.4-8.9 |
| Әдеттегі созылу күші (МПа) | 500-800 (дәреже & жай-күй) | 200-450 | 200-700 | 400– 1100 (қорытпа/HT) | 600– 1200 |
| Коррозияға төзімділік (генерал) | Өте жақсы (Тоттизациялау, көптеген сулы орталар); хлоридтерге сезімталдығы әртүрлі | Табиғи суларда жақсы; хлоридтердегі шұңқырлар; пассивті Al₂O₃ қабаты | Теңіз суында жақсы (Бізбен бірге), жездегі мырышсыздануға бейім; тамаша жылу/электр өткізгіштік | Теңіз суында/тотықтырғыш ортада тамаша; нашар және фторидтер/HF; саңылауларға сезімталдық болуы мүмкін | Өте агрессивті химия бойынша тамаша, Жоғары темп |
| Шоқы / саңылау / хлориді | Байсалды (316 қарағанда жақсырақ 304) | Орташа – нашар (Cl⁻-де локализацияланған шұңқырлар) | Cu-Ni тамаша; жез айнымалысы | Өте жақсы, бірақ фторид деструктивті | Тамаша — үздік орындаушы |
| Жоғары температуралы жұмыс | Байсалды | Шектеу шектеулі | Жақсы (орташа Т.-ға дейін) | Жақсы және орташа (~600–700°C жоғары шектелген) | Үздік (тотықтыру & Тұрақты төзімділік) |
Салмақ артықшылығы |
Жоқ | Елеулі (≈1/3 болат) | Жоқ | Жақсы (болаттың ≈½ тығыздығы) | Жоқ |
| Жылу / Электр өткізгіштік | Төмен-орташа | Байсалды | Биік | Аласа | Аласа |
| Дәнекерлеушілік / дайындық | Жақсы (процедуралар қорытпа бойынша ерекшеленеді) | Үздік | Жақсы (кейбір қорытпалар дәнекерлеу/дәнекерлеу) | Инертті экрандауды қажет етеді; қиынырақ | Арнайы дәнекерлеуді қажет етеді |
| Әдеттегі құн (материал) | Байсалды | Төмен орташа | Орташа жоғары (Тәуелді бағамен) | Биік (премиум) | Өте жоғары |
| Қайта өңдеу | Үздік | Үздік | Үздік | Өте жақсы | Жақсы (бірақ қорытпаны қалпына келтіру қымбатқа түседі) |
| Қалаған кезде | Жалпы коррозияға төзімділік, құн/қол жетімділік тепе-теңдігі | Салмаққа сезімтал құрылымдар, термиялық қолданбалар | Теңіз су құбырлары (Бізбен бірге), Жылу алмастырғыштар, Электрлік бөлшектер | Теңіз, биомедициналық, жоғары ерекше күшті қажеттіліктер | Өте агрессивті химиялық заттар, жоғары технологиялық жабдық |
9. Тұрақтылық және қайта өңдеу
- Қайта өңдеу: тот баспайтын болаттар ең қайта өңделетін инженерлік материалдардың бірі болып табылады; қалдықтары қайта өңделген құрамы жоғары жаңа балқымаларға оңай қосылады.
- Өмір циклі: ұзақ қызмет ету мерзімі және төмен техникалық қызмет көрсету көбінесе баспайтын болатты үнемді етеді, қарапайым көміртекті болатпен салыстырғанда жоғары бастапқы құнына қарамастан құрамдас бөліктің қызмет ету мерзімі ішінде төмен әсерлі таңдау.
- Экологиялық кодтар және қалпына келтіру: тот баспайтын өндіріс энергия сыйымдылығы мен шығарындыларды азайту үшін электр доғалы пештерді және қайта өңделген шикізатты көбірек пайдаланады..
10. Қате түсініктер мен түсініктемелер
- “Тот баспайтын” ≠ “мәңгілік тот баспайтын”. Төтенше жағдайларда (хлоридті кернеу-коррозиялық крекинг, жоғары температурадағы тотығу, қышқылдық шабуылдар, Сынықтар коррозиясы, т.б.), тот баспайтын болаттар коррозияға ұшырауы мүмкін; олар тот баспайтын болғандықтан түсті болмайды.
- Магниттік ≠ темір: кейбір тот баспайтын сорттардағы магнетизм оларды түсті етпейді. Анықтаушы атрибут болып табылады темір негізіндегі химия, магниттік жауап емес.
- Жоғары никельді қорытпалар тот баспайтынға қарсы: кейбір никель негізіндегі қорытпалар (Жұқпалы, Гастеля) түсті болып табылады және тот баспайтын болмайтын жерлерде қолданылады; олар коррозияға бірдей қарсы тұрса да, олар «тот баспайтын болаттар» емес.
11. Қорытынды
Тот баспайтын болаттар болып табылады түсті құрамы және классификациясы бойынша материалдар. Олар негізгі элемент ретінде темірді хроммен және басқа легирлеуші элементтермен біріктіріп, көптеген жағдайларда коррозияға төзімді қорытпалар жасайды..
Кристалл құрылымы (аустениттік, феррити, мартентис, дуфлекс) механикалық және магниттік сипаттамаларды анықтайды, бірақ тот баспайтын болаттардың темір негізіндегі негізгі фактісі емес.
Сондықтан материалды таңдауда тот баспайтын болатты қара металдар тобының мүшесі ретінде қарастырып, қызмет көрсету ортасына сәйкес келетін тот баспайтын болаттың сәйкес тобын және сыныбын таңдау керек., дайындау талаптары және өмірлік цикл мақсаттары.
ЖҚС
Тот баспайтын болаттың «тот баспайтын» сипаттамасы оның қара металл емес екенін білдіре ме??
Тот баспайтын болаттың «тот баспайтын» қасиеті хром оксидінің тығыз пассивті қабығынан туындайды. (Cr₂o₃) хром мөлшері ≥10,5% болғанда бетінде түзіледі.; бұл темірдің құрамына байланысты емес.
Тот баспайтын қасиетіне қарамастан, темір негізгі құрамдас бөлігі болғанша, материал ретінде жіктеледі түсті металл.
Тот баспайтын болат жоғары температурада өзінің қара қасиетін жоғалтады ма?
Қара металға жатқызу химиялық құрамы бойынша анықталады, температура емес.
Тіпті фазалық түрлендірулер жоғары температурада болса да (мысалы, жоғары температурада ферритке айналатын аустениттік дәреже), негізгі элемент темір болып қалады, сондықтан ол қара металл болып қалады.
Тот баспайтын болаттың магнетизмі оның темір болуына әсер ете ме??
Магнитизм кристалдық құрылыммен байланысты: ферриттік және мартенситті баспайтын болаттар әдетте магнитті болып табылады, ал күйдірілген аустениттік баспайтын болаттар әдетте магнитті емес.
Дегенмен, магнетизм болып табылады жоқ темір болу критерийі — құрамында темір. Тот баспайтын сорт магнитті ме, жоқ па, егер темір негізгі элемент болса, бұл қара металл.
Иә. Өйткені тот баспайтын болат темірге негізделген, оның қайта өңдеу ағыны басқа қара металдарға ұқсас.
Тот баспайтын сынықтар оңай қайта балқытылады; тот баспайтын болаттар өте жоғары қайта өңдеу жылдамдығына ие және қайта өңдеу энергиясы әдетте фракция болып табылады (20-30% тәртібімен) бастапқы өндіріс энергиясы.
Бұл тот баспайтын болатты тұрақты және айналмалы экономика қолданбалары үшін құнды материал етеді.
Егер ферритті баспайтын болаттар кейбір орталарда коррозияға ұшыраса, бұл олардың темір емес екенін білдіреді?
Жоқ. Коррозия өнімділігі қоршаған ортаға және құрамға байланысты; кейбір тот баспайтын сорттар белгілі бір баспа құралдарында коррозияға ұшырауы мүмкін, бірақ бұл олардың қара металдар мәртебесін өзгертпейді.
Мысалы, ферритті тот баспайтын болаттар қатты тотықсыздандыратын ортада әлсіз қарсылық көрсетуі мүмкін, бірақ тотықтырғыш ортада жақсы жұмыс істейді.
Тиісті сортты және бетті өңдеуді таңдау жоспарланған қызмет үшін коррозияға төзімділікті оңтайландырады.
