Vlastnosti a výhody austenitickej nehrdzavejúcej ocele série 300

1. Zavedenie

300-Séria Austenitic Stainless Steel je ťažká rodina nehrdzavejúcich zliatin používaných v celom priemysle, pretože kombinuje odolnosť proti korózii, ťažkosť, tvrdosť, a vynikajúca spracovateľnosť v jednom, všestranný materiálový systém.

Vyznačuje sa hlavne obsahom chrómu typicky v rozmedzí od 16– 20 % a obsah niklu približne 8-12%, tieto zliatiny (najčastejšie stupne 304 a 316 a ich nízkouhlíkové a stabilizované varianty)

tvoria stabilný austenitický (kubický zameraný na tvár) mikroštruktúra pri izbovej teplote, ktorá poskytuje nemagnetické správanie v žíhanom stave, vysoká húževnatosť až do kryogénnych teplôt, a predvídateľný korózny výkon v mnohých prostrediach.

2. Čo je austenitická nehrdzavejúca oceľ série 300?

„300-séria“ označuje skupinu austenitických nehrdzavejúce ocele ktorého mikroštruktúra je stabilizovaná ako austenit (kubický zameraný na tvár) relatívne vysokým obsahom niklu a chrómu.

Typický rozsah chémie je cca 16-20% chrómu a 8- 12% niklu, s niektorými druhmi nesúcimi molybdén, titán alebo niób pre zvýšený výkon v špecifických prostrediach.

Táto chémia vytvára samoliečiaci sa pasívny oxidový film na povrchu a dodáva ťažnosť a húževnatosť, ktoré definujú skupinu.

3. Bežné stupne a výhody špecifické pre aplikáciu

Ten 300-Séria austenitických nehrdzavejúcich ocelí zahŕňajú rôzne stupne, každý je navrhnutý tak, aby dosahoval špecifické výkonnostné charakteristiky prostredníctvom kontrolovaných zmien chemického zloženia a spracovania.

4. Kľúčové fyzikálne a mechanické vlastnosti

Ten 300-Séria austenitických nehrdzavejúcich ocelí sa vyznačujú jedinečnou kombináciou mechanickej pevnosti, ťažkosť, a fyzické správanie, vďaka ktorému sú vysoko univerzálne pre inžinierske aplikácie.

Tieto vlastnosti sú ovplyvnené zložením zliatiny, studená práca, tepelné spracovanie, a podmienky prostredia.

Fyzické vlastnosti

Mechanické vlastnosti

5. Kľúčové vlastnosti austenitickej nehrdzavejúcej ocele série 300

Ten 300-sériová austenitická nehrdzavejúca oceľ sa odlišujú od ostatných rodín nehrdzavejúcej ocele kombináciou stabilná mikroštruktúra, legovaním riadený výkon, výnimočná tvarovateľnosť, a všestranná zvárateľnosť.

Stabilná austenitická mikroštruktúra

• Nemagnetické v žíhanom stave: S magnetickou priepustnosťou <1.005 (ASTM A342), žíhané ocele radu 300 sú v podstate nemagnetické.
  Táto vlastnosť je kritická elektronika, MRI komory, a lekárske diagnostické zariadenia, kde aj malé magnetické rušenie môže ohroziť funkčnosť.
• Kryogénna húževnatosť: Austenitická mikroštruktúra zostáva zachovaná ≈90 % nárazovej energie pri –270°C (teploty kvapalného hélia), vďaka čomu sú tieto ocele vhodné pre zásobníky LNG, vedenie raketového paliva, a kryogénne potrubie.
• Stabilita teploty: Austenit zostáva stabilný v širokom rozsahu teplôt, zabezpečenie konzistentných mechanických vlastností od mínusových až po vysokoteplotné prevádzkové podmienky.

Výkon založený na legovaní

• Molybdén pre odolnosť voči chloridom: Pridanie 2-3 % v pondelok v 316 ročníkov zvyšuje Číslo ekvivalentného odporu. (Drevo) od 16 (304) do 18, umožňujúci odolnosť voči 5% roztoky NaCl pri 80 °C, v porovnaní so 60 °C pre 304.
  Toto robí 316 ideálne pre morský, chemický, a farmaceutických aplikácií.
• Stabilizátory pre spoľahlivosť zvaru: Titán v 321 viaže sa s uhlíkom, predchádzanie zrážanie karbidov v zóne ovplyvnenej teplom zvaru (HAZ).
  Niób v 347 poskytuje podobnú stabilizáciu. Oba stupne prejsť testom ASTM A262 Strauss, zabezpečenie odolnosť proti medzikryštalickej korózii po zváraní alebo dlhšom vysokoteplotnom servise.

Výnimočná tvarovateľnosť

• Hlboká kresba: 304 môže dosiahnuť a pomer hĺbky k priemeru 2.5:1, čo je vhodné pre nerezové drezy, kuchynský riad, a zložité geometrie nádrže.
  Vysoká ťažnosť (≥ 40%) a relatívne nízka medza klzu uľahčuje rozsiahle tvarovanie bez praskania.
• Ohýbanie: 300-sériové ocele možno ohýbať do a polomer len 1× hrúbka materiálu (ASTM A480), v porovnaní s 2× pre feritické 430 nehrdzavejúca oceľ.
  To minimalizuje výrobný odpad a umožňuje zložité návrhy komponentov.
• Všestrannosť vo výrobe: Vynikajúca ťažnosť umožňuje razenie, pradenie, a operácie hydraulického tvárnenia, poskytuje flexibilitu pre rôzne priemyselné aplikácie.

Všestranná zvárateľnosť

• Nevyžaduje sa žiadne tepelné spracovanie po zváraní: Nízkouhlíkové triedy (304L, 316L) zachovať plnú odolnosť proti korózii po zváraní,
  skrátenie výrobného času o 20-30% v porovnaní s martenzitickými nehrdzavejúcimi oceľami, ktoré vyžadujú tepelné spracovanie po zváraní (Pwht) na uvoľnenie stresu.
• Účinnosť zvárania: Zvarové spoje v 316L zachovávajú ≈80 % pevnosti v ťahu základného kovu (ASTM A312), aby boli vhodné pre tlakové plavidlá, potrubné systémy, a konštrukčné komponenty v súlade s ASMIME BPVCCCE A VIII.
• Jednoduché pripojenie: Kompatibilné s TIG, Ja, a odporové zváranie; minimálne skreslenie a vynikajúca odolnosť proti korózii v HAZ.

6. Odpor: mechanizmov a servisných prostredí

300-sériové ocele sú „nehrdzavejúce“, pretože sú tenké, prívrženec oxid chrómu (Cr₂o₃) Na povrchu sa rýchlo vytvára film.

Film je samoliečivý v oxidačnom prostredí, ale výkon závisí od prostredia, teplota a chémia zliatin.

Všeobecná korózia:

Vynikajúce v atmosfére, sladkovodné, a mnohé chemické procesné kvapaliny. Pre väčšinu sanitárnych a vnútorných/vonkajších štrukturálnych expozícií, 304 účinkuje veľmi dobre.

Lokalizovaná korózia (chloridová jamková a štrbinová korózia):

Toto je miesto 316 a súvisiace druhy obsahujúce molybdén dosahujú lepšie výsledky 304.

Molybdén zvyšuje ekvivalentné číslo odolnosti voči jamkovej korózii (Drevo) a zvyšuje prahovú koncentráciu chloridu a teplotu, pri ktorej sa tvoria stabilné jamky.

Medzikryštalická korózia (senzibilizácia):

Ak sú austenitické nehrdzavejúce ocele počas zvárania alebo dlhého prehrievania udržiavané v rozsahu 450–850 °C, karbidy chrómu sa môžu vyzrážať na hraniciach zŕn, vyčerpanie susedného chrómu a vedúce k intergranulárnemu napadnutiu.

Nízky obsah uhlíka (L) ročníkov a stabilizovaných ročníkov (321/347) zmierniť toto riziko.

Korózne praskanie pod napätím (Scc):

Austenitické ocele môžu byť citlivé na SCC v špecifických prostrediach (Napr., chloridovom prostredí pri zvýšených teplotách).

Nikel dodáva odolnosť voči mnohým formám SCC, ale dôležitý je výber materiálu a kontrola stresu.

Vysokoteplotná oxidácia:

300-sériové zliatiny vykazujú dobrú odolnosť voči oxidácii až do niekoľkých stoviek °C, ale pri vyšších teplotách, môžu byť výhodné iné triedy zliatin.

7. Tepelné vlastnosti a správanie pri tepelnom spracovaní

Tepelné spracovanie:

• Austenitické nehrdzavejúce ocele sa nedajú kaliť konvenčným tepelným spracovaním kalením a temperovaním, pretože ich stabilná austenitická štruktúra sa pri ochladzovaní nepremieňa na martenzit.
  Pevnosť sa zvyšuje predovšetkým prácou za studena.
• Roztokové žíhanie (typicky 1000–1150 °C pre mnohé zliatiny radu 300) s následným rýchlym ochladením rozpúšťa zrazeniny (Napr., karbidy chrómu) a obnovuje odolnosť proti korózii.
  Toto sa bežne používa na obnovenie odolnosti proti korózii po zváraní alebo vystavení vysokej teplote.

Tepelná rozťažnosť a vodivosť:

• Koeficient tepelnej rozťažnosti je vyšší ako u feritických ocelí – dôležité pre zostavy kombinujúce rozdielne kovy.
  Tepelná vodivosť je nižšia ako uhlíková oceľ, takže teplo zo zvárania sa uvoľňuje pomalšie; to ovplyvňuje zváracie postupy a reguláciu prívodu tepla.

Kryogénny výkon:

• Austenitické nehrdzavejúce ocele si zachovávajú húževnatosť pri veľmi nízkych teplotách a bežne sa používajú v kryogénnych podmienkach bez krehkého porušenia.

8. Výhody austenitickej nehrdzavejúcej ocele série 300

Technické vlastnosti 300-sériová austenitická nehrdzavejúca oceľ- vrátane odolnosti proti korózii, stabilná austenitická mikroštruktúra, vynikajúca ťažnosť, a zvárateľnosť — preložiť do praktické, hmatateľné výhody pre výrobcov, koncovým používateľom, a priemyselných odvetviach.

Nízka údržba a dlhá životnosť

• Odpor: Vlastná odolnosť voči korózii eliminuje potrebu lakovania, pokovovanie, alebo časté čistenie.
  Napríklad, 316L námorné komponenty ako napríklad zábradlia lode vydržia 20-30 rokov v slanej vode, v porovnaní s 5– 10 rokov pre uhlíkovú oceľ s povlakom.
• Úspora nákladov: Znížená frekvencia výmeny a práce spojené s údržbou prinášajú značné úspory.
  Používajú sa závody na spracovanie potravín 304 zariadení hlásiť až do 50% nižšie náklady na údržbu v porovnaní so zariadeniami z uhlíkovej ocele.

Všestrannosť naprieč aplikáciami

• Viacúčelový materiál: Jediný stupeň ako napr 304 môže slúžiť viacerým odvetviam –spracovanie potravín (umývadlá, dopravníky), architektúra (fasády, zábradlia), a elektronika (ohrádky)—zjednodušenie dodávateľských reťazcov a zníženie požiadaviek na zásoby.
• Prispôsobenie stupňa: Špecializované triedy rozširujú užitočnosť:

• • 310: Odolnosť voči vysokým teplotám pre priemyselné pece a spaľovne odpadu.
  • 321: Stabilizované titánom pre zvárané zostavy v leteckom a kozmickom priemysle a vysokoteplotných zariadeniach.

Nákladová efektívnosť

• Vyrovnaný výkon vs. Náklady: 304 je zvyčajne 20-30% lacnejšie ako špeciálne zliatiny (Napr., Hastelloy C276) pri plnení o 80% potreby aplikácie z nehrdzavejúcej ocele.
  Napríklad, 304L potrubie stojí $ 2 – $ 4 za stopu, oproti 10 – 15 USD za stopu 6% zliatiny molybdénu.
• Nízke náklady na spracovanie: Vynikajúca tvarovateľnosť a zvárateľnosť znižujú výrobné kroky a čas výroby.
  Výrobcovia hlásia ≈30% rýchlejšia výroba z 304 nádrže z nehrdzavejúcej ocele v porovnaní s feritickými druhmi.

Udržateľnosť a recyklovateľnosť

• Vysoká recyklovateľnosť: 300-séria je z nehrdzavejúcej ocele 100% recyklovateľné, s nad 90% opätovne použitého šrotu v novej výrobe.
  Recyklované 304 zachováva rovnaké mechanické a korózne vlastnosti ako pôvodný materiál, zníženie uhlíkové emisie o ~50 %.
• Predĺžená životnosť: Dlhá životnosť (20– 50 rokov) minimalizuje frekvenciu výmeny, zníženie celkového vplyvu na životné prostredie.
  Napríklad, 304 fasády budov často nevyžadujú náhradu 40+ rokov, v porovnaní s 10– 15 rokov pre lakovaný hliník.

Spoľahlivosť v extrémnych prostrediach

• Kryogénna stabilita: Známky 304 a 316 zachovať húževnatosť pri –270 °C, vďaka čomu sú ideálne pre skladovanie LNG, raketové palivové nádrže, a iné kryogénne aplikácie kde zlyhanie môže byť katastrofálne.
• Odolnosť pri vysokej teplote:310 vydrží nepretržitú prevádzku až 1150° C, zabezpečenie spoľahlivosti v priemyselné pece a zariadenia na tepelné spracovanie.
  Náhradné cykly sú 5–10 rokov pre 310 diel, proti 1– 2 roky pre uhlíkovú oceľ.

9. Obmedzenia, spôsoby zlyhania a stratégie na zmiernenie

• Jamková a štrbinová korózia v chloridoch: Zmiernite to výberom tried s obsahom molybdénu (316), špecifikujúce vysokolegované alebo duplexné ocele pre agresívne vystavenie chloridom, alebo nanášanie ochranných náterov.
• Korózne praskanie pod napätím: Znížte zvyškové napätia v ťahu, kontrolovať teplotu a prostredie, alebo zvoľte metalurgiu odolnejšiu voči SCC.
• Pracovné kalenie a opracovateľnosť: Používajte vhodné nástroje a parametre obrábania; zvážte žíhanie alebo použitie variantov voľného obrábania, ak je obrobiteľnosť kritická.
• Citlivosť na náklady: Tam, kde sú náklady na nikel alebo rozpočtové obmedzenia prvoradé, zvážiť lacnejšie alternatívy (feritické nehrdzavejúce ocele, potiahnuté uhlíkové ocele, alebo duplex) pri zvažovaní výkonnostných kompromisov.

Typické hlavné príčiny zlyhania: nesprávny výber triedy pre životné prostredie; zlá zváracia prax vedúca k senzibilizácii; nedostatočná pasívna obnova filmu po výrobe; nesprávna mechanická konštrukcia (Napr., koncentrátory stresu vedúce k SCC).

10. Typické aplikácie 300 Séria Austenitická nehrdzavejúca oceľ

Kvôli ich vyváženým vlastnostiam, 300-sériové zliatiny sa používajú takmer v každom odvetví:

• Jedlo & nápoj / farmaceutický: Nádrže, potrubia, výmenník tepla, dopravníky — 304 a 316 sú štandardné, pretože sa ľahko čistia a odolávajú potravinovým kyselinám.
• Chemické spracovanie a petrochemické spracovanie: 316 a varianty s vyšším obsahom Mo pre odolnosť proti korózii v agresívnych kvapalinách.
• Morský a offshore: 316 pre prostredie s morskou vodou, aj keď náročné námorné služby môžu vyžadovať duplexné materiály alebo materiály z vyššej zliatiny.
• Lekárske prístroje a chirurgické nástroje: 316L (a varianty) pre biokompatibilitu a odolnosť proti korózii; niektoré implantáty používajú špecializované triedy.
• Architektúra a stavebníctvo: Obloženie, zábradlia, a armatúry-304 na všeobecné použitie, 316 pre pobrežné alebo znečistené prostredie.
• Kryogenika a kozmonautika: Vynikajúca húževnatosť pri nízkych teplotách; používané v kryogénnych nádržiach, potrubia a konštrukčné prvky.
• Automobilový a spotrebný tovar: Komponenty výfuku, vyvrhnúť, kuchynský riad.

11. Porovnanie s inými rodinami z nehrdzavejúcej ocele

Ten 300-série austenitických nehrdzavejúcich ocelí sa často porovnávajú s inými rodinami nehrdzavejúcej ocele –feritický, martenzitické, duplexný, a precipitačne kaliteľné ocele— na určenie najlepšieho materiálu pre konkrétne aplikácie.

12. Záver

300-sériové austenitické nehrdzavejúce ocele sú výnimočné technické materiály, pretože kombinujú odolnosť proti korózii, ťažkosť, húževnatosť a zvárateľnosť vo všestrannom balení.

Ich výkon je definovaný starostlivo vyváženou chémiou - chróm pre pasivitu, nikel pre stabilitu a húževnatosť austenitu, a voliteľný molybdén alebo stabilizátory pre lepšie prevádzkové správanie.

Aj keď to nie sú univerzálne riešenia (obmedzenia existujú v chloridoch bohatých, aplikácie s vysokou teplotou alebo ultra vysokou pevnosťou),

ich recyklovateľnosť a dlhá životnosť z nich robí základný kameň moderného inžinierstva naprieč potravinami, chemický, lekársky, námorný a architektonický sektor.

 

Časté otázky

Ktorá trieda série 300 sa najčastejšie používa?

Známka 304 je najpoužívanejšia zliatina na všeobecné použitie; 316 je voľbou tam, kde sa vyžaduje odolnosť voči chloridom.

Môže tepelným spracovaním vytvrdiť austenitickú nehrdzavejúcu oceľ série 300?

Nie – tieto zliatiny nie sú vytvrditeľné kalením a popúšťaním. Pevnosť sa zvyšuje predovšetkým opracovaním za studena; rozpúšťacím žíhaním sa obnovuje ťažnosť a odolnosť proti korózii.

Magnetická austenitická nehrdzavejúca oceľ série 300?

Žíhané nehrdzavejúce ocele série 300 sú v podstate nemagnetické. Po ťažkom opracovaní za studena sa môžu stať mierne magnetickými v dôsledku namáhania vyvolaného martenzitu v niektorých zliatinách.

Ako si mám vybrať medzi 304 a 316?

Využitie 304 pre všeobecné, bezchloridových prostrediach a kde sú dôležité náklady. Využitie 316 pre prostredia obsahujúce chloridy (morská voda, slané atmosféry, niektoré chemické procesy) alebo tam, kde je nevyhnutná odolnosť voči jamkovej korózii.

Akú údržbu vyžaduje nehrdzavejúca oceľ, aby zostala odolná voči korózii?

Pravidelné čistenie na odstránenie usadenín a nečistôt, rýchle odstránenie zabudovaného železa alebo produktov korózie,

a pasivácia po ťažkej výrobe/zváraní zachová pasívny film a predĺži životnosť.