Leiðbeiningar um hágæða austenítískt ryðfrítt stál -- málmvinnsluyfirlit

1. Gerðir ryðfríu stáli

Ryðfrítt stál er járnblendi með króminnihald sem er ekki minna en 10,5 prósent. Það er mikið notað vegna góðrar tæringarþols og háhitaframmistöðu. Þegar króminnihaldið nær 10,5 prósentum mun lag af krómríku oxíði myndast á yfirborði stáls, sem kallast passivation layer eða passivation film. Þessi filma verndar ryðfríu stáli gegn ryði eins og venjulegt stál. Það eru margar tegundir af ryðfríu stáli, en allt ryðfrítt stál ætti að uppfylla lágmarkskröfur um króminnihald.

Ryðfríu stáli er skipt í fimm flokka: austenítískt ryðfrítt stál, ferrítískt ryðfrítt stál, tvíhliða ryðfrítt stál (með blandaðri uppbyggingu ferríts og austeníts), martensítískt ryðfrítt stál og úrkomuherðandi ryðfrítt stál. Flokkun þessara flokka tengist kristalbyggingu (atómskipan) og hitameðferð ryðfríu stáli. Hópur kristalla með sömu kristalbyggingu í málmi er kallaður fasi. Það eru þrír meginfasar í ryðfríu stáli: austenít, ferrít og martensít. Gerð og magn málmfræðilegrar uppbyggingar ryðfríu stáli er hægt að ákvarða með venjulegu málmfræðilegu skoðunarferli og sjónmálmfræðilegri smásjá.

Einkenni austenítísks ryðfríu stáli er að málmfræðileg uppbygging er aðallega austenítísk. Kristalbygging austenítfasa er andlitsmiðjuð teningsbygging (fcc), það er atóm í hverju horni og miðju hverrar hliðar teningsins. Aftur á móti er kristalbygging ferrítfasans líkamsmiðuð teningsbygging (bcc), með einu atómi í hverju horni og miðju teningsins. Kristalbygging martensítfasans er fjórhyrndar uppbygging með mikilli álags líkamsmiðju.

Kristallbygging austenítfasans er andlitsmiðjuð teningsgrind (fcc), ferrítfasi er líkamsmiðjubundin teningsgrind (bcc) og martensítfasinn er fjórhyrndar grindar (bct) með líkamsmiðju.

 

1.1 Austenitic ryðfríu stáli:

Austenitískt ryðfrítt stál hefur enga segulmagn, miðlungs flæðistyrk, mikla vinnuherðingu, mikla togstyrk, góða mýkt og framúrskarandi hörku við lágan hita. Ólíkt öðru ryðfríu stáli minnkar seigja austenitískt ryðfríu stáli hægt með lækkun hitastigs. Austenitískt ryðfrítt stál hefur ekkert ákveðið sveigjanlegt-brothætt umbreytingarhitastig (DBTT), svo það er tilvalið efni fyrir lághitanotkun.

Skýringarmynd af sveigjanlegu-brothættu umbreytingarhitastigi (DBTT) úr austenítískum, ferrítískum og tvíhliða (austenitískum-ferrítískum) ryðfríu stáli. Raunveruleg DBTT fer eftir kaflaþykkt, efnasamsetningu og kornastærð. DBTT fyrir ferritískt ryðfríu stáli er yfirleitt 20 til - 30 gráður C (70 til - 22 gráður F).

 

Austenitískt ryðfrítt stál hefur góða suðuhæfni og hægt að gera það í margvísleg flókin form. Þessi röð af ryðfríu stáli er ekki hægt að herða eða styrkja með hitameðhöndlun, en hægt er að styrkja hana með kaldmótun eða vinnuherðingu (sjá ASTM A666). Austenitískt ryðfrítt stál, sérstaklega venjulegt austenítískt ryðfrítt stál, hefur hugsanlega ókosti, það er að segja, samanborið við ferrítískt ryðfrítt stál og tvíhliða ryðfríu stáli, er það viðkvæmt fyrir klóríðálags tæringarsprungum.

300 röð eða venjulegt austenitísk ryðfríu stáli inniheldur venjulega 8 prósent ~ 11 prósent nikkel og 16 prósent ~ 20 prósent króm. Málmfræðileg uppbygging staðlaðs austenítísks ryðfríu stáli er aðallega samsett úr austenítískum kornum og inniheldur lítið magn (almennt 1~5 prósent) af δ ferrítfasa (mynd 3). Vegna tilvistar ferrítfasa hafa þessi austenítíska ryðfríu stál smá segulmagn.

Dæmigerð málmbygging svikin ryðfríu stáli 304L er samsett úr austenítískum kornum og einstökum ræmur ferríti © TMR Ryðfrítt.

 

Í samanburði við 300 röð ryðfríu stáli hefur 200 röð austenitísk ryðfríu stáli lægra Ni-innihald, en hærra Mn og N innihald. Styrkur og álagsherðingarstuðull 200 röð ryðfríu stáli er hærri en 300 röð ryðfríu stáli. Vegna lágs nikkelinnihalds er 200 röð ryðfríu stáli stundum notað sem ódýr staðgengill fyrir 300 röð ryðfríu stáli.

Örbygging hágæða austenítísks ryðfríu stáli er allur austenítísk fasi án ferromagnetism (mynd 4). Í samanburði við venjulegt austenítískt ryðfrítt stál inniheldur hágæða austenítískt ryðfrítt stál meira nikkel, króm og mólýbden frumefni og inniheldur yfirleitt köfnunarefni. Þessi ryðfríu stál hefur sterka tæringarþol í ætandi umhverfi eins og sterkri sýru, sterkri basa og háklóríðmiðlum, þar með talið brakvatni, sjó og saltvatni. Samanborið við venjulegt austenitískt ryðfrítt stál hefur afkastamikið austenitískt ryðfrítt stál hærri styrkleikastig og betri viðnám gegn streitutæringarsprungum.

Málmfræðileg uppbygging úr 6 prósent Mo hágæða austenítískum ryðfríu stáli, allt samansett úr austenítískum kornum © TMR Ryðfrítt.

 

1.2 Ferritic ryðfríu stáli:

Örbygging ferrítísks ryðfríu stáli er ferrítfasi. Ferritic ryðfríu stáli hefur lítið eða ekkert nikkelinnihald og er ferromagnetic. Það er ekki hægt að herða með hitameðferð. Ferromagnetic eiginleikar þessarar tegundar af ryðfríu stáli eru svipaðir og kolefni stál. Ferritic ryðfríu stáli hefur góðan styrk og viðnám gegn klóríð streitu tæringu sprunga er miklu betra en venjulegt 300 röð austenitic ryðfríu stáli. Hins vegar er mótunarhæfni þeirra og suðuhæfni léleg. Seigja þeirra er ekki eins góð og austenitískt ryðfríu stáli og mun minnka með aukningu á þykkt hluta. Með lækkun hitastigs mun ferritic ryðfríu stáli sýna augljós sveigjanleg-brothætt umskipti. Takmörkuð af þessum þáttum er notkun ferrítísks ryðfríu stáli venjulega takmörkuð við vörur með þynnri veggþykkt, svo sem þunnar plötur, ræmur og þunnveggaðar rör.

 

1.3 Duplex ryðfríu stáli:

Tvíhliða ryðfríu stáli er samsett úr ferrítfasa og austenítfasa, sem hvor um sig stendur fyrir um helming. Tvíhliða ryðfríu stáli hefur marga eiginleika austenítískt og ferrítískt ryðfríu stáli. Þrátt fyrir að hitameðhöndlun geti ekki hert slíkt stál, er afrakstursstyrkur þeirra venjulega tvöfaldur á við venjulega austenítískt ryðfríu stáli og segulmagnaðir aðdráttarafl þeirra er í réttu hlutfalli við rúmmálshlutfall ferrítfasa. Tvíhliða eiginleiki málmfræðilegrar uppbyggingar tvíhliða ryðfríu stáli gerir það að verkum að viðnám þess gegn sprungum gegn streitutæringu er betra en venjulegt austenitískt ryðfrítt stál.

 

1.4 Martensitic ryðfríu stáli:

Örbygging martensíts ryðfríu stáli er aðallega martensít, sem getur innihaldið lítið magn af aukafasa eins og ferrít, austenít og karbíð. Martensitic ryðfríu stáli er ferromagnetic og svipað kolefni stál. Endanleg hörku fer eftir sértækri hitameðferð. Martensitic ryðfríu stáli hefur mikinn styrk, góða slitþol, lélega hörku og hátt sveigjanlegt-brotið umbreytingarhitastig. Erfitt er að suða þau og þurfa almennt hitameðferð eftir suðu. Þess vegna er martensitic ryðfrítt stál almennt takmarkað við notkun sem ekki er suðu. Króminnihald martensitic ryðfríu stáli er ekki of hátt. Sumir krómþættir falla út í formi karbíða, sem leiðir til lítillar tæringarþols, almennt lægri en venjulegt 304/304L austenitískt ryðfrítt stál. Vegna lélegrar hörku og tæringarþols er martensitic ryðfrítt stál almennt notað til notkunar sem krefjast mikillar styrkleika og hörku, svo sem verkfæri, festingar og stokka.

 

1.5 Úrkoma hert ryðfríu stáli:

Úrkomuherðandi (PH) ryðfríu stáli er einnig hægt að styrkja með hitameðferð. Grunneiginleiki þessarar tegundar ryðfríu stáli er að styrking þess að hluta er náð með úrkomukerfi. Fínt millimálmbotnfall er framleitt með öldrun herða hitameðferð til að bæta styrkinn. Vegna mikils króminnihalds hefur úrkomuherðandi ryðfríu stáli betri tæringarþol en martensitic ryðfríu stáli og er hentugur fyrir hástyrk notkun sem krefst góðs tæringarþols. Úrkomuherðandi ryðfrítt stál er aðallega notað fyrir gorma, festingar, flugvélahluta, stokka, gíra, belg og þotuhreyflahluta.

 

2. Fasasamsetning:

Blönduefnin hafa áhrif á fasajafnvægissambandið og hafa mikil áhrif á stöðugleika austenít-, ferrít- og martensítfasa. Þætti sem bætt er við ryðfríu stáli má skipta í ferrítfasamyndandi þætti eða austenítfasamyndandi þætti. Fasajafnvægið fer eftir efnasamsetningu, glæðingarhitastigi og kælihraða stálsins. Tæringarþol, styrkur, seigja, suðuhæfni og mótun verða öll fyrir áhrifum af fasajafnvægi.

Ferrítmyndandi þættir stuðla að myndun ferrítfasa en austenítmyndandi þættir stuðla að myndun austenítfasa. Tafla 3 sýnir algenga ferrít- og austenítfasamyndandi þætti. Einkunn ryðfríu stáli og notkun þess ákvarðar nauðsynlegt fasajafnvægi. Flest staðlað austenítískt ryðfrítt stál hefur lítið magn af ferrítfasa undir lausnarglæðingu. Lausnglæðing getur bætt suðuhæfni og hörku við háan hita. Hins vegar, ef innihald ferrítfasa er of hátt, munu aðrir eiginleikar eins og tæringarþol og seigja minnka. Afkastamikið austenítískt ryðfrítt stál er hannað í samræmi við alla austenítíska fasa við lausnarglæðingarskilyrði.

 

Til að stjórna fasasamsetningu stáls og þar með eiginleikum stáls er nauðsynlegt að halda álþáttum í jafnvægi. Uppbyggingarskýringarmynd Schaeffler (mynd 5) endurspeglar sambandið á milli efnasamsetningar ryðfríu stáli og væntanlegrar fasabyggingar í storknunarástandi, eins og fram kemur af suðuörbyggingunni. Þannig geta notendur spáð fyrir um fasajafnvægið út frá tiltekinni efnasamsetningu. Reiknaðu "nikkeljafngildið" og "krómjafngildið" út frá efnasamsetningunni og teiknaðu þau á myndinni. Formúlan fyrir algengar færibreytur Schaeffler skipuritsins er sem hér segir:

Nikkeljafngildi{{0}} prósent Ni plús 30 prósent C plús 0,5 prósent Mn plús 30 prósent N

Krómígildi{{0}} prósent Cr plús prósent Mo plús 1,5 prósent Si plús 0,5 prósent Nb

Dæmigert afkastamikið austenítískt ryðfrítt stál inniheldur um það bil 20 prósent Cr, 6 prósent Mo, 20 prósent Ni og 0,2 prósent N, sem er staðsett í einfasa austenítíska fasasvæðinu á myndinni, nálægt „ferritic " lína með nikkelígildi um það bil 24 og krómígildi um 26. Hins vegar samsvarar efnasamsetning staðlaðs ryðfríu stáli (eins og 304) tvíhliða svæði austeníts plús ferríts (A plús F) með lítið magn af ferríti áfanga. Ferrít ryðfrítt stál er í ferrítfasasvæðinu á myndinni og tvíhliða ryðfrítt stál er í austenít plús ferrít (A plús F) tvíhliða svæði.