Rozsdamentes acél

Rozsdamentes acél (korrózióálló acélok, köznyelvben "rozsdamentes acél") - ötvözött acél , ellenáll a légköri korróziónak és az agresszív környezetnek, hőálló tulajdonságokkal [1] [2] . A rozsdamentes acélok különböző típusai közé tartozik a szén , a nitrogén , az alumínium , a szilícium , a kén , a titán , a króm , a nikkel , a réz , a szelén , a nióbium és a molibdén [3] .

Történelem

1820-1821-ben Michael Faraday és Pierre Berthier megjegyezte, hogy a króm és vas ötvözete képes ellenállni a savas korróziónak. Mivel a tudósok még nem ismerték az alacsony széntartalom szerepét, nem tudtak magas krómtartalmú ötvözetet előállítani [4] .

A rozsdamentes acélt 1912-ben szabadalmaztatták a Krupp német mérnökei. A szabadalom ausztenites acélra vonatkozott. A rozsdamentes acél elnevezést először Harry Brearley angol mérnök használta. A sheffieldi Brown Firth Laboratories hadiiparában dolgozott. 1913-ban Harry Brearley különböző típusú és tulajdonságú ötvözetek kísérletei során felfedezte a magas krómtartalmú acélok savkorrózióval szembeni ellenálló képességét . 

Az angolnak sikerült meggyőznie R. F. Mosley késgyártót új találmányáról . Kezdetben a rozsdamentes acélt csak evőeszközök gyártására használták. 1924-ben az Egyesült Királyság szabadalmaztatta az AISI 304 acélt, amely 18% krómot és 8% nikkelt tartalmaz.

Csoportok

A rozsdamentes acélokat három csoportra osztják:

• korrózióálló acélok - egyszerű ipari és háztartási körülmények között korrózióállónak kell lenniük (olaj- és gázipari, könnyűipari, gépipari berendezések, sebészeti műszerek, háztartási rozsdamentes edények és tartályok gyártására használhatók) ;
• hőálló acélok  - hőállósággal kell rendelkezniük -  azaz ellenállnak a korróziónak magas hőmérsékleten rendkívül agresszív környezetben (például vegyi üzemekben);
• hőálló acélok  - magas hőmérsékletnek kell ellenállniuk  - vagyis jó mechanikai szilárdsággal kell rendelkezniük magas hőmérsékleten.

Kémiai összetétel

A rozsdamentes acél krómtartalmában különbözik a szénacéltól. A védetlen szénacél levegő és nedvesség hatására azonnal rozsdásodik. Ez a vas-oxid film (rozsda) aktív és felgyorsítja a korróziót, így könnyebben képződik több vas-oxid. Mivel a vas-oxid sűrűsége kisebb, mint az acélé, a réteg kitágul, és hajlamos lehámlik és leesik. Ugyanakkor a rozsdamentes acélok elegendő krómot tartalmaznak a passziváláshoz, így inert króm-oxid réteg jön létre a felületen. Ez a réteg megakadályozza a további korróziót azáltal, hogy blokkolja az oxigén diffúzióját az acél felületére, és megakadályozza a korrózió terjedését a fém nagy részén. A passziváció csak kellően magas krómtartalom mellett és oxigén jelenlétében történik.

A korrózióálló ötvözet kémiai összetételének megválasztásakor az úgynevezett szabály vezérli őket : ha egy vele szilárd oldatot képező és korrózióálló fémet (például krómot) adunk a fémhez nem ellenáll a korróziónak (például vas), akkor a védőhatás a második fém móljának bevezetésével hirtelen jelentkezik (a korrózióállóság nem az ötvöző komponens mennyiségével arányosan, hanem hirtelen növekszik). A rozsdamentes acél fő ötvözőeleme a króm Cr (12–20%); a rozsdamentes acél a krómon kívül tartalmaz olyan elemeket, amelyek a vasat ötvözeteiben kísérik ( C , Si , Mn , S , P ), valamint az acélba bevitt elemeket, amelyek biztosítják a szükséges fizikai és mechanikai tulajdonságokat és korrózióállóságot ( Ni , Mn ) , Ti , Nb , Co , Mo ).

A rozsdamentes acél korrózióállósága közvetlenül függ a krómtartalomtól: 13% feletti tartalomnál az ötvözetek normál körülmények között és enyhén agresszív környezetben rozsdamentesek, több mint 17%-uk korrózióálló és agresszívebb oxidáló-, ill. egyéb környezetben, különösen legfeljebb ötven %-os szilárdságú salétromsavban .

A rozsdamentes acél korrózióállóságának oka elsősorban az, hogy a krómtartalmú alkatrész felületén agresszív környezettel érintkezve vékony, oldhatatlan oxidréteg képződik, miközben az anyag felületének állapota, a szennyeződés hiánya. belső feszültségek és kristályhibák, nagy jelentősége van.

Erős savakban ( kénsav , sósav , foszforsav és ezek keverékei) komplexen ötvözött, magas Ni-tartalmú ötvözeteket és Mo-, Cu- és Si-adalékanyagokat használnak.

Az acél fokozott légköri korrózióállóságát általában a kémiai összetételének célzott megváltoztatásával érik el. Úgy gondolják, hogy kis mennyiségű nikkel, króm és különösen foszfor és réz hozzáadása növeli a leghatékonyabban az építőacélok légköri korrózióval szembeni ellenállását. Így a 0,2-0,4%-os rézzel való ötvözés ipari légkörben 20-30%-kal növeli a nyitott szerkezetek korrózióállóságát.

Osztályozás

A kémiai összetétel szerint a rozsdamentes acélokat a következőkre osztják:

• Króm , amelyeket viszont szerkezetük szerint osztanak fel;
  • martenzites ;
  • Félferrites (marten-ferrites);
  • ferrites ;
• Króm-nikkel;
  • Ausztenites
  • Ausztenites-ferrites
  • Ausztenites-martenzites
  • Ausztenites karbid
• Króm-mangán-nikkel [5] (a besorolás megegyezik a króm-nikkel rozsdamentes acélokéval).

Vannak ausztenites rozsdamentes acélok, amelyek hajlamosak a szemcseközi korrózióra , és stabilizáltak - Ti és Nb  adalékokkal . A rozsdamentes acél szemcseközi korrózióra való hajlamának jelentős csökkentése a széntartalom csökkentésével érhető el (akár 0,03%).

A szemcseközi korrózióra hajlamos rozsdamentes acélokat általában hegesztés után hőkezelésnek vetik alá.

Széles körben használják a vas- és nikkelötvözeteket, amelyekben a nikkel hatására a vas ausztenites szerkezete stabilizálódik, és az ötvözet gyengén mágneses anyaggá alakul.

Martenzites és martenzites-ferrites acélok

A martenzites és martenzites-ferrites acélok jó korrózióállóságúak légköri körülmények között, enyhén agresszív környezetben (sók, savak gyenge oldataiban) és jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Főleg kopótermékekhez, vágószerszámként, különösen késekhez, az élelmiszer- és vegyiparban enyhén agresszív közeggel érintkező rugalmas elemekhez és szerkezetekhez használják. Ez a típus magában foglalja a 30X13, 40X13 stb. acéltípusokat.

Ferrites acélok

Ezeket az acélokat oxidáló környezetben (például salétromsavoldatokban) működő termékek gyártásához, háztartási gépekhez, élelmiszeriparhoz, könnyűiparhoz és az energetikai hőcserélő berendezésekhez használják.

A ferrites krómacélok magas korrózióállósággal rendelkeznek salétromsavban, vizes ammóniaoldatokban, ammónium-nitrátban, salétromsav, foszforsav és fluorsav keverékében, valamint más agresszív környezetben. Ez a típus a 400. sorozat acéljait tartalmazza.

Ausztenites acélok

Az ausztenites osztályú acélok fő előnye a magas használati jellemzőik (szilárdság, hajlékonyság, korrózióállóság a legtöbb munkakörnyezetben) és jó gyárthatóságuk [5] [6] . Ezért az ausztenites korrózióálló acélok széles körben alkalmazhatók szerkezeti anyagként a mérnöki tudományok különböző ágaiban. Elméletileg az ausztenites rozsdamentes acélból készült termékek normál körülmények között nem mágnesesek, de hideg deformáció (bármilyen megmunkálás) után bizonyos mágneses tulajdonságokat mutathatnak (az ausztenit egy része ferritté alakul).

Ausztenites-ferrites és ausztenites-martenzites acélok

Az ebbe a csoportba tartozó acélok előnye a megnövekedett folyáshatár az ausztenites egyfázisú acélokhoz képest, a szemcsenövekedésre való hajlam hiánya a kétfázisú szerkezet megőrzése mellett, az akut nikkelszegénység alacsonyabb tartalma és a jó hegeszthetőség.

Az ausztenites-ferrites acélokat széles körben használják a modern technológia különböző ágaiban, különösen a vegyiparban, a hajógyártásban és a repülésben . Ez a típus magában foglalja a 08Kh22N6T, 08Kh21N6M2T, 08Kh18G8N2T acéltípust.

A megnövelt szilárdságú és gyárthatóságú korrózióálló acélok modern technológiai igényei a martenzites (átmeneti) osztályú acélok kifejlesztéséhez vezettek. Ezek 07X16H6, 09X15H9Yu, 08X17H5M3 típusú acélok.

A vegyi berendezések gyártása során, különösen a kén- és sósavban történő üzemeltetéshez, az ausztenites acéloknál nagyobb korrózióállóságú ötvözetek alkalmazása szükséges. Erre a célra a 04KhN40MTDTYu típusú vas-nikkel alapú ötvözeteket és az N70MF nikkel-molibdén alapú, a KhN58V króm-nikkel alapú és a KhN65MV, KhN60MB króm-nikkel-molibdén alapú ötvözeteket használnak.

Gyártás és alkalmazás

A Nemzetközi Rozsdamentes Acél Fórum szerint a világ rozsdamentes acéltermelése 2009-ben 24,579 millió tonnát tett ki [7]

• Krómozott rozsdamentes acélok:
  • Hidraulikus présszelepek ;
  • turbinalapátok ;
  • Szerelvények repedésekhez ;
  • Vágóeszköz;
  • rugók ;
  • Háztartási cikkek;
• Króm-nikkel és króm-mangán-nikkel rozsdamentes acélok:
  • Háztartási cikkek, különösen étkészletek (élelmiszeri minőségű acél)
  • Ortopéd fogászat (bélyeges koronákhoz való hüvelyek gyártása)
• Stabilizált ausztenites rozsdamentes acélok:
  • Agresszív környezetben működő hegesztett berendezések; Magas hőmérsékleten működő termékek - 550-800 ° C;
  • Építőipar és építészet;
  • Élelmiszeripar ;
  • Lépcsők, korlátok és korlátok.

A rozsdamentes acélokat deformált és öntött állapotban egyaránt használják.

Rozsdamentes acélok hegesztése

A rozsdamentes acélok hegesztése minden erősen ötvözött acélra jellemző tulajdonságokkal rendelkezik . Mindenekelőtt a hegesztés során figyelembe kell venni és meg kell akadályozni a különböző elemek kiégését, és ezzel összefüggésben a hegesztési varrat kémiai összetételének megváltozását, a hegesztési hely túlmelegedésének kockázatát, amely miatt bekövetkezik. alacsony hővezetőképesség (a hagyományos acélok 50%-a) és a hegesztendő fém nagy elektromos ellenállása , valamint a nagy hőtágulási együttható okozta jelentős hődeformációk .

A rozsdamentes acélok elektromos hegesztése ellenálláshegesztéssel és különféle ívhegesztési módszerekkel végezhető. A kézi módszerrel gyakran használják az argon-íves hegesztést nem fogyó wolframelektródával a töltőhuzal kézi adagolásával, a félautomata hegesztést fogyóelektródával védőgázas környezetben, valamint a darabos (bevonatos) elektródákkal történő hegesztést . Az automatikus hegesztésnél a technológiák hasonlóak a félautomatakéhoz. A szén-dioxid védőközegként használható kis felelősségű alkatrészek szén- vagy fogyóelektródával történő hegesztésekor, kritikus részek hegesztésekor - inert gázok argon vagy hélium , valamint gázkeverékek. Volfrámelektródával szén-dioxid környezetben történő hegesztés csak az elektródát védő belső argonsugárral ellátott kettős fúvóka használata esetén lehetséges. Az oxidfilm eltávolítására és a varrat minőségének javítására folyasztószereket használnak .

Gáz-oxi-acetilén hegesztés is lehetséges, de ma már gyakorlatilag nem használják, bár sokáig ez volt az egyetlen módja a vékonyfalú rozsdamentes acél alkatrészek hegesztésének. Jelenleg vékony fémek hegesztésénél elterjedt az impulzusos elektromos hegesztési mód, amelyben 2...3 Hz frekvenciájú hegesztőáram-impulzusok szuperponálódnak 5...10 A állandó ("készenléti") ívárammal . A hegesztőáram értékét az impulzusban széles 10 ... 200 A tartományban szabályozzák [8] .

Ausztenites rozsdamentes acélok, mint például 12X18H9, 12X18H10 [kb. 1] (körülbelül ezekből a hengerelt rozsdamentes acéllemezekből) nem tolerálják a kalcinálást. A kalcinálás szerkezeti változásokat okoz bennük, aminek következtében a kalcinálás után szemcseközi (szemcseközi) korrózió kezdődik az acélban . A szemcseközi korrózió azért is veszélyes, mert nem rontja el a termék megjelenését, így a termék még szép és fényes terhelés hatására hirtelen összeeshet.

A szemcseközi korrózió elleni védelem érdekében az ilyen acélokhoz titánt (T) vagy nióbiumot (B) adnak 5 °C  és 0,6% közötti mennyiségben. Az így ötvözött acélok jelölése: 12X18H9 T , 12X18H9 B , 12X18H10 T , 12X18H10 B [kb. 2] . Ennek megfelelően a hegesztéshez használt ausztenites rozsdamentes acélok alkalmasak (ha utólagos hőkezelés nélkül) azok, amelyeknek a végén "T" vagy "B" betű van.

A darabos (bevonatos [3. megjegyzés] ) hegesztőelektródákat nemcsak fekete acélból (fekete acélok hegesztéséhez), hanem rozsdamentes acélból is gyártják (például UONII-13 / NZh [4. megjegyzés] ). A rozsdamentes acél elektromos ellenállása nagyobb, mint a fekete acél elektromos ellenállása, ezért a rozsdamentes acél hegesztőelektródák rövidebbek, mint a fekete acél elektródák, mivel a túl hosszú rozsdamentes acél elektróda megolvadhat (azonnal a teljes hosszában) és összeeshet, mielőtt megtörné. teljesen elhasználódott.

Rozsdamentes acél rész hegesztésére fekete acél alkatrészre, ún. transzfer elektródák. Ebben az esetben az acélnak, amelyből az átmeneti elektródák készülnek, megnövekedett (mintegy másfélszeresére [5. megjegyzés] ) kell lennie az ötvözőelemeknek (például "X25H18 ..."; "X23H15 ... "). Az átmeneti elektródák zöld bevonattal rendelkeznek.

Hegesztő elektródák kék bevonattal - élelmiszeripari rozsdamentes acél hegesztésére (tartályok, tartályok, csővezetékek, keverőlapátok stb. élelmiszeripar számára).

Egyéb korrózióálló ötvözetek

A Cr - Ni - ötvözetek , amelyek kevesebb mint 50% vasat tartalmaznak, és még jobb tulajdonságokkal rendelkeznek a korrózió és a hőállóság tekintetében, már nem számítanak acélnak. Ezek az úgynevezett szuperötvözetek magas hőmérsékletű ötvözetek, és NiCr8020 típusú ötvözeten alapulnak, amelyet először 1906 körül írtak le. Alumínium és titán hozzáadásával edzhetők, erősségük magas hőmérsékleten jelentősen megnő. Modern kereskedelmi nevek, például Inconel , Incoloy , Hastelloy , Kronifer , Nicrofer. Ez utóbbi egy erősen korrózióálló nikkel-króm-molibdén ötvözet, amely adaléktól függően különböző ötvözetekre tagolódik (Nicrofer 3127, Nicrofer 5923, H-C4 vagy H-C22).

Az ilyen ötvözeteket főként sugárhajtóművekben, erőművekben ( gázturbinákban ), gáziparban és vegyiparban használják, azaz ahol hosszú távon garantálni kell a nagy szilárdságot nagyon magas hőmérsékleten vagy nagyon agresszív körülmények között.

Jegyzetek

1. ↑ Az ötvözött és erősen ötvözött acélok jelölése az ötvözőelemek betűkkel jelölt felsorolásával történik, minden betű után feltüntetve az ötvözőelem hozzávetőleges százalékos arányát. A betűjelölések különösen a következők: X - króm , H - nikkel , T - titán , B - nióbium ; B - volfrámban , F - vanádiumban , M - molibdénben , G - mangánban ; D - réz , P - bór , Yu (a "fiatal"-ból ) - alumínium . Tehát az X18H10 azt jelenti, hogy ez az acél körülbelül 18% krómot és körülbelül 10% nikkelt tartalmaz.
2. ↑ Ha az ötvözőelem egy százalék vagy kevesebb, akkor csak az azt jelölő betűt írjuk le, utána a tartalom százalékos feltüntetése nélkül.
3. ↑ Amit köznyelvben pálcás hegesztő elektróda bevonatnak neveznek, azt a helyes szakmai hegesztési terminológiában bevonatnak nevezik.
4. ↑ Az UONII-13 márkájú hegesztőelektródák bevonatát az NII-13-ban fejlesztették ki.
5. ↑ A hegesztési munkák során figyelembe kell venni, hogy a hegesztési varrat féme (normál gyártású) a hegesztőelektródák fémének 70%-át (ezhez a hegesztéshez használják) és a hegesztendő alkatrészek fémének 30%-át teszi ki.

1. ↑ ROZSDA definíciója  . www.merriam-webster.com _ Letöltve: 2021. március 3. Az eredetiből archiválva : 2021. június 28.
2. ↑ Korrózió | kémiai eljárás  (angol) . Encyclopedia Britannica . Letöltve: 2021. március 3. Az eredetiből archiválva : 2021. február 28..
3. ↑ Rozsdamentes acélok . - Materials Park, OH: ASM International, 1994. - ISBN 9780871705037 . Archiválva : 2021. április 14. a Wayback Machine -nél
4. ↑ A rozsdamentes acél felfedezése  . Brit Rozsdamentes Acél Szövetség . www.bssa.org.uk. Letöltve: 2019. január 13. Az eredetiből archiválva : 2017. július 12.
5. ↑ 12 Yu . A. Semerenko, LN Pal'-Val, LV Skibina. A Fe-Cr-Mn rendszer új γ-ausztenites ötvözeteinek akusztikai ellenállási tulajdonságai 5–325 K hőmérséklet-tartományban Archiválva : 2022. január 23. a Wayback Machine -nél // Physics of Metals & Advanced Technologies 5, 2. szám. P. 213-221 (2010)
6. ↑ L. N. Pal-Val, Yu. A. Semerenko, P. P. Pal-Val, L. V. Skibina, G. N. Grikurov. Ígéretes króm-mangán ausztenites acélok akusztikai és ellenállási tulajdonságainak vizsgálata 5-300 hőmérsékletK
7. ↑ A globális rozsdamentes acél termelés 2009- ben 5,2 %-kal csökkent
8. ↑ V. V. Masakov, N. I. Masakova, A. V. Melzitdinova. Rozsdamentes acélok hegesztése. Tanulmányi útmutató . - Togliatti: TSU, 2011. - 184 p. (Orosz)

Irodalom

• Rozsdamentes acél // Nagy Szovjet Enciklopédia . - 3. kiadás - M . : Szovjet Enciklopédia, 1974. - T. 17. Morshin-Nikish. - S. 510. - 616 p.
• Skorokhodov V. N., Odessky P. D., Rudchenko A. V. "Építőacél"

Linkek

• Az összes típusú rozsdamentes acél főbb osztályainak megfelelőségi táblázata a GOST, EN, UNS, SIS, BS, AISI szerint, kémiai összetétel, mechanikai tulajdonságok Archivált példány 2016. március 11. a Wayback Machine -nél

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy norvég Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 119664986 GND : 4126143-4 J9U : 987007534037305171 LCCN : sh85127793 NDL : 00571764