Συμπληρωματικά στοιχεία, βασικά χαρακτηριστικά και κατάταξη του ανοξείδωτου χάλυβα

Ο ανοξείδωτος χάλυβας συνήθως διδάσκεται ως πέντε κατηγορίες: ωστενιτικός, φερριτικός, μαρτενσιτικός, διπλός και σκληρυνόμενος με καθίζηση. Οι κατηγορίες είναι πραγματικές και δεν είναι ο λόγος που μια ποιότητα συμπεριφέρεται όπως συμπεριφέρεται. Μια ποιότητα βρίσκεται εκεί που βρίσκεται λόγω δύο αριθμών που μπορούν να υπολογιστούν από τη σύνθεσή της, και η αντοχή της στη διάβρωση μπορεί να καταταχθεί από έναν τρίτο. Μόλις αυτοί οι τρεις αριθμοί είναι στη σελίδα, οι πέντε κατηγορίες γίνονται περιοχές σε έναν χάρτη και όχι ετικέτες για απομνημόνευση.

Ο πρώτος αριθμός είναι η περιεκτικότητα σε χρώμιο, και είναι ένα όριο και όχι μια κλίμακα. Το δεύτερο ζεύγος είναι τα ισοδύναμα χρωμίου και νικελίου, τα οποία αποφασίζουν αν η δομή που σχηματίζεται κατά την ψύξη είναι φερρίτης, ωστενίτης ή ένα μείγμα. Το τρίτο είναι ο αριθμός ισοδύναμου αντοχής σε διάβρωση με ρωγμές, ο οποίος μετατρέπει το χρώμιο, το μολυβδένιο και το άζωτο σε έναν ενιαίο αριθμό που μπορεί να συγκριθεί μεταξύ των ποιοτήτων.

Αυτή η σελίδα παρουσιάζει τους τρεις, δείχνει πού προσγειώνονται οι κοινές ποιότητες σε καθένα, και εξηγεί τον έναν μηχανισμό που αφαιρεί την προστασία που παρέχει ο πρώτος αριθμός: το χρώμιο που σχηματίζει την παθητική μεμβράνη μπορεί να αφαιρεθεί από τον άνθρακα στα όρια των κόκκων.

Το χρώμιο είναι αυτό που κάνει το κράμα ανοξείδωτο. Πάνω από περίπου 10,5% σε στερεό διάλυμα, το μέταλλο σχηματίζει μια λεπτή και συνεχή μεμβράνη οξειδίου του χρωμίου στην επιφάνειά του, και αυτή η μεμβράνη είναι αυτό που διαχωρίζει έναν ανοξείδωτο χάλυβα από έναν χάλυβα χαμηλού κράματος που περιέχει απλώς χρώμιο. Κάτω από αυτό το επίπεδο η μεμβράνη δεν είναι συνεχής, και το κράμα σκουριάζει σαν ένας συνηθισμένος χάλυβας.

Το όριο είναι μια δήλωση σχετικά με το χρώμιο σε διάλυμα και όχι σχετικά με το χρώμιο στην ανάλυση. Εάν το χρώμιο είναι δεσμευμένο σε ένα ίζημα, δεν είναι διαθέσιμο για να σχηματίσει τη μεμβράνη, και το κράμα συμπεριφέρεται σαν να περιείχε λιγότερο. Αυτή η διάκριση είναι ολόκληρο το θέμα της τελευταίας ενότητας, και εξηγεί γιατί μια ποιότητα που πληροί το πιστοποιητικό της μπορεί ακόμα να διαβρωθεί σε μια συγκόλληση.

Το νικέλιο κάνει κάτι διαφορετικό. Δεν δημιουργεί τη μεμβράνη, και δεν απαιτείται για αντοχή στη διάβρωση σε κάθε οικογένεια. Ο ρόλος του είναι να σταθεροποιεί τον ωστενίτη, γι' αυτό οι ωστενιτικές ποιότητες περιέχουν 6 έως 22% νικέλιο στα εύρη σύνθεσης που πωλούνται συνήθως, και γι' αυτό οι φερριτικές ποιότητες περιέχουν λίγο ή καθόλου.

Το χρώμιο και το μολυβδένιο ευνοούν και τα δύο τον φερρίτη. Το νικέλιο, ο άνθρακας και το μαγγάνιο ευνοούν τον ωστενίτη. Το διάγραμμα Schaeffler μειώνει μια πλήρη σύνθεση σε δύο αριθμούς που αποτυπώνουν αυτές τις τάσεις, και μια ποιότητα τοποθετείται στο διάγραμμα υπολογίζοντας και τα δύο.

Ο όρος άνθρακα εξηγεί ένα αποτέλεσμα που εκπλήσσει τους αγοραστές. Δύο ποιότητες με την ίδια περιεκτικότητα σε νικέλιο μπορούν να προσγειωθούν σε διαφορετικές περιοχές εάν τα επίπεδα άνθρακα τους διαφέρουν, επειδή ο άνθρακας είναι τριάντα φορές πιο αποτελεσματικός από το νικέλιο στη σταθεροποίηση του ωστενίτη σε αυτή την έκφραση. Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο μια έκδοση χαμηλού άνθρακα μιας ποιότητας δεν είναι απλώς μια καθαρότερη έκδοση της ίδιας ποιότητας, και γιατί το επίθημα L εμφανίζεται σε σχέδια όπου εμπλέκεται η συγκόλληση.

Η ωστενιτική γραμμή φέρει μια προσθήκη που τα εγχειρίδια συχνά παραλείπουν. Μια ανόπτηση ωστενιτική ποιότητα είναι μη μαγνητική, και μια ψυχρά εργασμένη δεν είναι εντελώς. Η ψυχρή εργασία μπορεί να σχηματίσει μαρτενσίτη σε μια ασταθή ωστενιτική ποιότητα, έτσι ένα βαθιά τραβηγμένο ή βαριά κυλισμένο μέρος μπορεί να δείξει μαγνητική απόκριση που η ανόπτηση πιστοποιητικού δεν προβλέπει. Μια προδιαγραφή που απαιτεί μη μαγνητική συμπεριφορά θα πρέπει να το αναφέρει στην τελική κατάσταση και όχι στην ανόπτηση κατάσταση.

Η διάβρωση με ρωγμές είναι ο τρόπος αποτυχίας που καθορίζει ένα υλικό σε υπηρεσία χλωριδίων, και εξαρτάται από τρία στοιχεία και όχι από ένα. Ο αριθμός ισοδύναμου αντοχής σε διάβρωση με ρωγμές τα συνδυάζει σε έναν ενιαίο αριθμό, και η τυπική μορφή είναι χρώμιο συν 3,3 φορές μολυβδένιο συν 16 φορές άζωτο.

Ο αριθμός τοποθετεί τις κοινές ποιότητες σε μια κλίμακα που κυμαίνεται από περίπου 16 έως πάνω από 70, και η κλίμακα είναι ο λόγος που ένας 316 καθορίζεται για παράκτια τοποθεσία και ένας 304 όχι.

Δύο όρια αξίζει να θυμάστε επειδή εμφανίζονται σε προδιαγραφές αγοράς. Ένα PREN τουλάχιστον 32 είναι ο αριθμός που χρησιμοποιείται συνήθως για την αντίσταση στη διάβρωση με ρωγμές σε θαλασσινό νερό, και ένα PREN 40 ή υψηλότερο είναι ο αριθμός που χρησιμοποιείται συνήθως για υπηρεσία υδρόθειου και για υπηρεσία θαλασσινού νερού όπου ο κίνδυνος είναι υψηλότερος. Αυτές είναι τιμές φιλτραρίσματος και όχι εγγυήσεις, και η επόμενη παράγραφος εξηγεί γιατί.

Ο περιορισμός δηλώνεται από την ένωση που δημοσιεύει τον υπολογισμό. Το PREN είναι χρήσιμο για την κατάταξη ποιοτήτων εντός μιας οικογένειας, και δεν μπορεί να προβλέψει αν μια συγκεκριμένη ποιότητα θα ταιριάζει σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Ένα 2205 και ένα 904L με παρόμοιο PREN δεν συμπεριφέρονται πανομοιότυπα, επειδή το ένα είναι διπλό και το άλλο ωστενιτικό, και η σύγκριση είναι ουσιαστική μόνο μεταξύ ποιοτήτων της ίδιας δομής. Η θερμοκρασία, η επιφανειακή φινίρισμα, η ροή και η παρουσία επικαθίσεων όλα επηρεάζουν την απάντηση, και κανένα από αυτά δεν εμφανίζεται στον τύπο.

Το χρώμιο σχηματίζει τη μεμβράνη μόνο όσο παραμένει σε διάλυμα. Ο άνθρακας την αφαιρεί, και το κάνει στα όρια των κόκκων. Όταν ένας ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας διατηρείται σε θερμοκρασιακό εύρος περίπου 500 έως 850 °C, ο άνθρακας στο κράμα συνδυάζεται με το χρώμιο στα όρια για να σχηματίσει καρβίδια χρωμίου, και το μέταλλο ακριβώς δίπλα σε κάθε καρβίδιο μένει εξαντλημένο σε χρώμιο.

Η εξαντλημένη ζώνη είναι στενή και συνεχής κατά μήκος του ορίου, έτσι το κράμα έχει τώρα ένα μονοπάτι μέσα από αυτό που δεν είναι πλέον ανοξείδωτο, ενώ ο όγκος του κόκκου είναι ακόμα. Ένα διαβρωτικό μέσο επιτίθεται σε αυτό το μονοπάτι, και το αποτέλεσμα είναι διακοκκική διάβρωση, η οποία μοιάζει με μια άρθρωση που έχει χάσει τις άκρες της και όχι μια επιφάνεια που έχει σκουριάσει.

Οι δύο τυπικές απαντήσεις λειτουργούν με διαφορετικούς μηχανισμούς. Η ποιότητα L μειώνει τον διαθέσιμο άνθρακα, οπότε λιγότερα καρβίδια μπορούν να σχηματιστούν. Μια σταθεροποιημένη ποιότητα προσθέτει τιτάνιο ή νιόβιο, τα οποία συνδυάζονται με τον άνθρακα πιο εύκολα από το χρώμιο, οπότε το χρώμιο παραμένει σε διάλυμα. Και οι δύο είναι σωστές, και δεν είναι εναλλάξιμες: μια σταθεροποιημένη ποιότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υψηλότερη θερμοκρασία από μια ποιότητα L, και μια ποιότητα L είναι συνήθως φθηνότερη.

Μια ποιότητα πρέπει να επιλέγεται με βάση τον μηχανισμό που αναμένεται να τερματίσει το μέρος. Ο πίνακας συνδέει τον μηχανισμό με την οικογένεια και τον αριθμό που τον προβλέπει.

Η DLX προμηθεύει προϊόντα από ανοξείδωτο χάλυβα και κράματα νικελίου από Changzhou, Jiangsu, σε σύρμα από 0,025 mm, στρογγυλή ράβδο έως 50 mm, λωρίδα από 0,50 mm έως 2,5 mm πάχος, και σωλήνα και πλάκα στα τυπικά μεγέθη μύλου. Η γκάμα καλύπτει τις ωστενιτικές, φερριτικές, διπλές και σκληρυνόμενες με καθίζηση οικογένειες, μαζί με τα κράματα νικελίου που χρησιμοποιούνται όταν μια ανοξείδωτη ποιότητα φτάνει στο όριό της σε χλωρίδια ή σε αναγωγικά οξέα.

Το υλικό παρέχεται σύμφωνα με την ονομασία που αναγράφεται στην παραγγελία, με πιστοποιητικό EN 10204 3.1 κατόπιν αιτήματος και τον αριθμό θερμικής επεξεργασίας ανιχνεύσιμο στα αποτελέσματα των δοκιμών. Η χρήσιμη ερώτηση δεν είναι σε ποια οικογένεια ανήκει μια ποιότητα, αλλά ποιος μηχανισμός αναμένεται να τερματίσει το μέρος και ποιος αριθμός προβλέπει αυτόν τον μηχανισμό.

Επειδή αυτό είναι το επίπεδο στο οποίο η μεμβράνη οξειδίου του χρωμίου γίνεται αρκετά συνεχής για να προστατεύει την επιφάνεια. Κάτω από αυτό η μεμβράνη είναι ατελής και το κράμα σκουριάζει σαν χάλυβας χαμηλού κράματος. Το όριο ισχύει για το χρώμιο σε διάλυμα, οπότε ένα κράμα του οποίου το χρώμιο έχει καταναλωθεί από καρβίδια μπορεί να συμπεριφέρεται σαν να ήταν κάτω από τη γραμμή, ακόμη και όταν το πιστοποιητικό λέει το αντίθετο.

Μολυβδένιο. Η ποιότητα 316 το προσθέτει, και το μολυβδένιο έχει βαρύτητα 3,3 στον αριθμό αντοχής σε διάβρωση με ρωγμές, ο οποίος μετακινεί την τιμή από περίπου 19 για το 304 σε περίπου 27 για το 316. Αυτό είναι αρκετό για να έχει σημασία σε υπηρεσία χλωριδίων και όχι αρκετό για να φτάσει το όριο θαλασσινού νερού των 32, γι' αυτό μια παράκτια εφαρμογή συχνά μετακινείται σε 904L, σε διπλή ποιότητα, ή σε κράμα νικελίου.

Στην ανόπτηση κατάσταση είναι, και στην ψυχρά εργασμένη κατάσταση μπορεί να μην είναι. Η ψυχρή εργασία μπορεί να σχηματίσει μαρτενσίτη σε μια ασταθή ωστενιτική ποιότητα, έτσι ένα βαθιά τραβηγμένο ή βαριά κυλισμένο μέρος μπορεί να δείξει μαγνητική απόκριση που η ανόπτηση πιστοποιητικού δεν προβλέπει. Μια προδιαγραφή που απαιτεί μη μαγνητική συμπεριφορά θα πρέπει να δηλώνει την κατάσταση στην οποία μετράται.

Είναι η απώλεια χρωμίου από τα όρια των κόκκων όταν σχηματίζονται καρβίδια χρωμίου στο εύρος περίπου 500 έως 850 °C. Μια συγκόλληση και η ζώνη που έχει υποστεί θερμική επεξεργασία περνούν από αυτό το εύρος καθώς ψύχονται, έτσι το όριο γίνεται ένα μονοπάτι που δεν είναι πλέον ανοξείδωτο, ενώ τα εσωτερικά των κόκκων είναι ακόμα. Το αποτέλεσμα είναι διακοκκική διάβρωση, και οι τυπικές απαντήσεις είναι μια ποιότητα χαμηλού άνθρακα ή μια σταθεροποιημένη ποιότητα.

Είναι ένα εργαλείο φιλτραρίσματος και όχι μέθοδος επιλογής. Κατατάσσει ποιότητες εντός μιας οικογένειας, και δεν μπορεί να προβλέψει αν μια συγκεκριμένη ποιότητα θα ταιριάζει σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Μια διπλή και μια ωστενιτική ποιότητα με παρόμοιες τιμές δεν συμπεριφέρονται πανομοιότυπα, και η θερμοκρασία, η επιφανειακή φινίρισμα, η ροή και οι επικαθίσεις όλα επηρεάζουν την απάντηση χωρίς να εμφανίζονται στον τύπο.

Χαμηλός άνθρακας. Το όριο άνθρακα μειώνεται σε περίπου 0,03%, γεγονός που μειώνει την ποσότητα καρβιδίου χρωμίου που μπορεί να σχηματιστεί στα όρια των κόκκων κατά τη συγκόλληση. Είναι η τυπική απάντηση για ένα κατασκευασμένο μέρος που δεν μπορεί να επανα-διαλυτικά ανόπτηση μετά τη συγκόλληση, και κοστίζει λιγότερο από μια σταθεροποιημένη ποιότητα.

Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι πέντε οικογένειες τοποθετημένες από δύο υπολογισμένα ισοδύναμα, προστατευμένες από ένα όριο, και καταταγμένες σε υπηρεσία χλωριδίων από έναν αριθμό. Το χρώμιο πάνω από περίπου 10,5% σε διάλυμα σχηματίζει τη μεμβράνη. Τα ισοδύναμα χρωμίου και νικελίου αποφασίζουν αν η δομή είναι φερρίτης, ωστενίτης ή ένα μείγμα. Ο αριθμός αντοχής σε διάβρωση με ρωγμές, χρώμιο συν 3,3 φορές μολυβδένιο συν 16 φορές άζωτο, κατατάσσει ποιότητες εντός μιας οικογένειας και θέτει τα όρια φιλτραρίσματος 32 και 40.

Η προστασία μπορεί να αφαιρεθεί χωρίς να αλλάξει το πιστοποιητικό. Ο άνθρακας αφαιρεί χρώμιο από τα όρια των κόκκων μεταξύ περίπου 500 και 850 °C, και μια συγκόλληση είναι η συνήθης θέση όπου αυτό συμβαίνει. Μια ποιότητα χαμηλού άνθρακα ή μια σταθεροποιημένη ποιότητα το αποτρέπει, και η επιλογή μεταξύ τους εξαρτάται από τη θερμοκρασία υπηρεσίας και το κόστος.

Διάγραμμα Schaeffler και εκφράσεις ισοδύναμων, όπως δημοσιεύονται σε αναφορές μεταλλουργίας συγκόλλησης: ισοδύναμο χρωμίου = Cr + Mo + 1.5 Si + 0.5 Nb, και ισοδύναμο νικελίου = Ni + 30 C + 0.5 Mn.

Βρετανική Ένωση Ανοξείδωτου Χάλυβα, υπολογισμός αριθμών ισοδύναμου αντοχής σε διάβρωση με ρωγμές. Πηγή για την έκφραση PREN = Cr + 3.3 Mo + 16 N, τα δημοσιευμένα εύρη για 304, 316, 316L, 904L, 2205, και 2507, και τη δήλωση ότι το PREN είναι χρήσιμο για κατάταξη και σύγκριση, αλλά δεν μπορεί να προβλέψει αν μια ποιότητα θα ταιριάζει σε μια δεδομένη εφαρμογή.

Δημοσιευμένα δεδομένα σύγκρισης PREN για ανοξείδωτα κράματα και κράματα νικελίου, δίνοντας ενιαίες τιμές 19 για 304, 27 για 316, 35 για 904L, 36 για 2205, 43 για 2507 και για 254 SMO, 46 για AL-6XN, 51 για κράμα 625, και 68 για Hastelloy C-276.

Δημοσιευμένη τεχνική καθοδήγηση για τα όρια PREN, δηλώνοντας ότι μια τιμή τουλάχιστον 32 χρησιμοποιείται για την προστασία από διάβρωση με ρωγμές από θαλασσινό νερό και ότι 40 ή υψηλότερη χρησιμοποιείται για υδρόθειο και για πιο σοβαρή υπηρεσία θαλασσινού νερού.

Δημοσιευμένη έρευνα για την ευαισθητοποίηση ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα, περιγράφοντας την καθίζηση καρβιδίου χρωμίου στα όρια των κόκκων και τη δημιουργούμενη ζώνη εξάντλησης χρωμίου στο θερμοκρασιακό εύρος περίπου 500 έως 850 °C.

Δημοσιευμένες αναφορές μεταλλουργίας συγκόλλησης που περιγράφουν την ευαισθητοποίηση στη ζώνη που έχει υποστεί θερμική επεξεργασία και τη χρήση ποιοτήτων χαμηλού άνθρακα και σταθεροποιημένων για την αποτροπή της.

EN 10088 και ASTM A240, ως τα πρότυπα προϊόντων που ορίζουν τις ονομαζόμενες ανοξείδωτες ποιότητες και τα αναφερόμενα εύρη σύνθεσης.

EN 10204, έγγραφα επιθεώρησης, για τον ορισμό του πιστοποιητικού 3.1 ως έγγραφο που φέρει πραγματικά αποτελέσματα δοκιμών και επικυρώνεται από ανεξάρτητο εκπρόσωπο επιθεώρησης του κατασκευαστή.

Τα εύρη σύνθεσης και οι υπολογισμένες τιμές παραπάνω είναι τυπικές τιμές για τις ονομαζόμενες ποιότητες, και δεν είναι όρια αποδοχής για μια παραδοθείσα παρτίδα. Το PREN είναι ένας δείκτης κατάταξης και όχι ρυθμός διάβρωσης, και δύο ποιότητες με την ίδια τιμή σε διαφορετικές οικογένειες δεν συμπεριφέρονται πανομοιότυπα. Η ευαισθητοποίηση εξαρτάται από την περιεκτικότητα σε άνθρακα, από τον χρόνο στο εύρος, και από τον ρυθμό ψύξης, έτσι μια ποιότητα που είναι ανθεκτική σε μια κατασκευή μπορεί να προσβληθεί σε μια άλλη με την ίδια ανάλυση. Οι τιμές ιδιοτήτων για ένα παραδοθέν μέρος εξαρτώνται από την κατάστασή του και από την κατεύθυνση της δοκιμής, και ένα πιστοποιητικό περιγράφει μια θερμική επεξεργασία και όχι ένα εξάρτημα. Οι προδιαγραφές προϊόντων αναθεωρούνται, και η έκδοση που αναφέρεται στην παραγγελία υπερισχύει. Τίποτα σε αυτή τη σελίδα δεν υποκαθιστά μια μηχανική έγκριση ή τις δοκιμές πιστοποίησης που συμφωνούνται μεταξύ αγοραστή και προμηθευτή.