Rozsdamentes acél anyagok osztályozása és jellemzői

Bevezetés: A rozsdamentes acél meghatározó eleme

A rozsdamentes acél olyan erősen ötvözött acél, amely legalább 10,5% krómot és legfeljebb 1,2% széntartalmat tartalmaz. Ez a króm hozzáadása a kritikus tényező, amely kivételes korrózióállóságot biztosít. Ha a króm meghaladja a körülbelül 10%-ot, az acél felületén stabil, önjavító passzív film – vékony, nem kristályos hidratált króm-hidroxid réteg – képződik. Ez a passzív film, amely jellemzően csak körülbelül 3 nanométer vastag, áthatolhatatlan gátként működik a korrozív elemekkel szemben. Ha ez a film megsérül, akkor oxigén jelenlétében automatikusan regenerálódik, így a rozsdamentes acél megőrzi korrózióállóságát és esztétikus megjelenését még feldolgozás vagy kopás után is. A rozsdamentes acélokat kohászati ​​szerkezetük alapján öt elsődleges családba sorolják: ausztenites, ferrites, martenzites, duplex és csapadékedzésű rozsdamentes acélok.

Ausztenites rozsdamentes acélok: A sokoldalú munkaló

Az ausztenites rozsdamentes acélok a legszélesebb körben használt család, amelyek a globális termelés több mint 70%-át teszik ki. Ezeket egy felületközpontú köbös (FCC) kristályszerkezet határozza meg, amelyet nikkel – jellemzően 8-20% – krómbázishoz való hozzáadásával stabilizálnak. Ez a szerkezet kivételes tulajdonságokat kölcsönöz, beleértve a kiváló korrózióállóságot, nagy rugalmasságot, kiváló hegeszthetőséget és könnyű gyártást. Meghatározó jellemzőjük, hogy lágyított állapotban nem mágnesesek. Ezek az acélok nem edzhetők hőkezeléssel; ehelyett hideg munkával erősítik meg. A legikonikusabb minőség a 304 (18% Cr, 8% Ni), amely kiváló általános korrózióállóságáról, jó alakíthatóságáról és hegeszthetőségéről híres. Azon alkalmazásokhoz, ahol fokozottan ellenállnak a lyukkorróziónak és a réskorróziónak, különösen kloridos környezetben, a 316 előnyös, amely 2-3% molibdént tartalmaz. Az alacsony szén-dioxid-kibocsátású változatokat, mint a 304L és 316L, hegesztett alkalmazásokhoz tervezték, hogy minimalizálják a szemcseközi korrózió kockázatát. Átfogó teljesítményüknek köszönhetően az ausztenites minőségek számos iparágban nélkülözhetetlenek, beleértve az élelmiszer- és italfeldolgozást, a vegyi berendezéseket, az építészeti alkalmazásokat és az orvosi technológiát.

Ferrites rozsdamentes acélok: a mágneses és költséghatékony alternatíva

A ferrites rozsdamentes acélokat testközpontú köbös (BCC) kristályszerkezet jellemzi, és a szobahőmérsékleten a tiszta vashoz hasonlóan mágnesesek. 10,5% és 18% közötti krómot tartalmaznak, és nagyon alacsony széntartalmúak. A legszélesebb körben használt minőség a 430-as típus. A ferrites acélok közepes és jó korrózióállóságot mutatnak, ami a krómtartalommal növekszik. Nagy előnyük a klorid által kiváltott feszültségkorróziós repedésekkel szembeni ellenállásuk, amely bizonyos környezetekben megsínyli az ausztenites minőségeket. Hőkezeléssel nem keményíthetők meg, és mindig izzított állapotban használják. Noha általában olcsóbbak, mint az ausztenites acélok, vannak korlátai, beleértve a csökkentett alakíthatóságot, alakíthatóságot és hegeszthetőséget. E kihívások ellenére a ferrites minőségeket széles körben használják az autóiparban, építészeti alkalmazásokban és háztartási készülékekben, például mosogatógépekben és ruhaszárítókban.

Martenzites rozsdamentes acélok: szilárdság hőkezeléssel

A martenzites rozsdamentes acélok egyedülállóak, mivel hőkezeléssel edzettek és megerősíthetők, hasonlóan a szén- és gyengén ötvözött acélokhoz. Lágyított állapotukban a ferritekéhez hasonló BCC szerkezettel rendelkeznek. Ha azonban magas hőmérsékletről gyorsan lehűtik (kioltják), a szerkezet testközpontú tetragonális (BCT) martenzitté alakul. A fő ötvözőelem a króm, jellemzően 12-15%, nagyobb széntartalommal, mint a ferrites minőségek. Ez a kombináció lehetővé teszi, hogy nagyon nagy szilárdságot és keménységet érjenek el – egyes minőségeknél elérik a 60 HRC-t is – alacsonyabb hajlékonyság és szívósság árán. Közepes korrózióállósággal rendelkeznek, ami általában alacsonyabb, mint az ausztenites vagy ferrites minőségeké. A gyakori minőségek közé tartozik a 410, 420 és 440, amelyeket kopásállóságot és mérsékelt korrózióállóságot igénylő alkalmazásokban használnak, mint például evőeszközök, sebészeti műszerek, turbinalapátok és csapágypályák.

Duplex rozsdamentes acélok: a két világ legjobbjainak egyesítése

A duplex rozsdamentes acélokat egy kétfázisú mikrostruktúra határozza meg, amely megközelítőleg egyenlő arányban tartalmaz ausztenitet és ferritet, és egyik fázis sem teszi ki a teljes mennyiség 30%-ánál kevesebbet. Ez az egyedülálló szerkezet lehetővé teszi, hogy egyesítsék mindkét család erősségeit: megközelítőleg kétszeres folyáshatárt kínálnak a szabványos ausztenites minőségekhez képest, miközben megőrzik a jó hajlékonyságot és szívósságot. Kiválóan ellenállnak a lyukkorróziónak, a réskorróziónak és – ami a legfontosabb – a kloridos feszültségkorróziós repedéseknek. A leggyakrabban használt minőség a 2205 (22% Cr, 5% Ni), amely sok közegben jobb korrózióállóságot biztosít, mint a 316L. Míg a duplex acélok drágábbak, mint a szabványos ferrites minőségek, és korlátozottak az üzemi hőmérséklettel (általában 300 °C alatt), ezek a legjobbak az olaj- és gáziparban, a vegyiparban, a tengeri, valamint a cellulóz- és papíriparban az igényes alkalmazásokhoz.

Csapadékban keményedő rozsdamentes acélok: a legjobb a nagy szilárdságban

A csapadékban keményedő (PH) rozsdamentes acélok különleges hőkezelési eljárással a nagy szilárdság és a korrózióállóság kivételes kombinációját érik el. Ellentétben a martenzites minőségekkel, amelyeket kizárólag a kioltási és temperálási ciklussal keményítenek, a PH-minőségeket a túltelített szilárd oldatból finom részecskék kicsapása erősíti meg. A legelterjedtebb és legszélesebb körben elismert PH-minőség a 17-4 PH (UNS S17400), amely martenzites csapadékkeményítő acél. Ez a minőség a nagy szilárdság, a jó szívósság és a kiváló korrózióállóság egyedülálló kombinációját kínálja, így alkalmas repüléstechnikai, vegyipari és általános műszaki komponensek széles körére, ahol a szabványos martenzites minőségek teljesítménye nem kielégítő. Az egyéb PH fokozatok közé tartoznak a félausztenites és ausztenites típusok, mint például a 17-7 PH és az A-286.