De invloed van verschillende elementen op roestvrij staal
Op dit moment zijn er meer dan 100 chemische elementen bekend en zijn er ongeveer 20 chemische elementen die kunnen worden aangetroffen in staalmaterialen die gewoonlijk in de industrie worden gebruikt. Voor de speciaal staal serie van roestvrij staal gevormd door de langdurige strijd van mensen tegen corrosie, er zijn meer dan een dozijn elementen die vaak worden gebruikt. Naast de basiselementen van staal heeft ijzer de grootste invloed op de prestaties en structuur van roestvrij staal.
De elementen zijn koolstof, chroom, nikkel, mangaan, silicium, molybdeen, titanium, niobium, titanium, mangaan, stikstof, koper, kobalt, enz. Behalve koolstof, silicium en stikstof zijn deze elementen allemaal elementen in de overgangsgroep van het periodiek systeem van chemische elementen.
In feite heeft het roestvrij staal dat in de industrie wordt gebruikt, meerdere of zelfs een dozijn elementen tegelijk. Wanneer verschillende elementen naast elkaar bestaan in de eenheid van roestvrij staal, is hun invloed veel gecompliceerder dan wanneer ze alleen bestaan. Onder de gegeven omstandigheden moet niet alleen rekening worden gehouden met de rol van elk element zelf, maar ook met hun wederzijdse invloed. Daarom wordt de structuur van roestvast staal bepaald door de som van de invloed van verschillende elementen.
1. De doorslaggevende rol van chroom in roestvrij staal
Er is maar één element dat de eigenschappen van roestvast staal bepaalt, en dat is chroom. Elk type roestvast staal bevat een bepaalde hoeveelheid chroom. Tot nu toe is er geen chroomvrij roestvrij staal. De fundamentele reden waarom chroom het belangrijkste element is geworden dat de prestaties van roestvrij staal bepaalt, is dat de toevoeging van chroom als legeringselement aan staal de interne tegenstrijdige beweging bevordert om corrosieschade te helpen voorkomen. Deze wijziging kan worden verklaard vanuit de volgende aspecten:
① Chroom verhoogt het elektrodepotentieel van een op ijzer gebaseerde vaste oplossing
②Chroom absorbeert ijzerelektronen om ijzer te passiveren
Passiveren is een fenomeen waarbij de corrosieweerstand van metalen en legeringen wordt verbeterd door het voorkomen van anodereacties. Er zijn veel theorieën die de passivering van metalen en legeringen vormen, voornamelijk met inbegrip van filmtheorie, adsorptietheorie en elektronenrangschikkingstheorie.
2. De dualiteit van koolstof in roestvrij staal
Koolstof is een van de belangrijkste elementen van industrieel staal. De prestaties en structuur van staal worden grotendeels bepaald door het gehalte en de verdeling van koolstof in het staal. Vooral de invloed van koolstof in roestvast staal is groot. Het effect van koolstof op de structuur van roestvrij staal komt voornamelijk tot uiting in twee aspecten. Enerzijds is koolstof een element dat austeniet stabiliseert en een groot effect heeft (ongeveer 30 keer dat van nikkel). Aan de andere kant, vanwege de affiniteit van koolstof en chroom, werd Large gevormd met chroom - een reeks complexe carbiden. Daarom is de rol van koolstof in roestvrij staal wat betreft sterkte en corrosieweerstand tegenstrijdig.
Als we de wet van deze invloed kennen, kunnen we roestvrij staal kiezen met een ander koolstofgehalte uit verschillende gebruiksvereisten.
Bijvoorbeeld, het meest gebruikte en meest elementaire roestvrij staal in de industrie - het standaard chroomgehalte van de vijf staalsoorten 0Crl3～4Cr13 is bepaald op 12～14%, wat betekent dat de factor koolstof en chroom in chroom wordt opgenomen carbide. Het doel van het besluit is dat nadat koolstof en chroom zijn gecombineerd om chroomcarbide te vormen, het chroomgehalte in de vaste oplossing niet lager mag zijn dan het minimale chroomgehalte van 11.7%.
Voor deze vijf staalsoorten zijn, vanwege het verschillende koolstofgehalte, ook de sterkte en corrosieweerstand verschillend. De corrosieweerstand van 0Cr13-2Crl3-staal is beter, maar de sterkte is lager dan die van 3Crl3- en 4Cr13-staal. Het wordt meestal gebruikt om structurele onderdelen te vervaardigen. De twee staalsoorten kunnen een hoge sterkte verkrijgen vanwege hun hoge koolstofgehalte en worden meestal gebruikt bij de vervaardiging van veren, messen en andere onderdelen die een hoge sterkte en slijtvastheid vereisen.
Om bijvoorbeeld de interkristallijne corrosie van 18-8 chroom-nikkel roestvrij staal te overwinnen, kan het koolstofgehalte van het staal worden verlaagd tot minder dan 0.03%, of een element (titanium of niobium) met een grotere affiniteit dan chroom en koolstof kan worden toegevoegd om verkoling te voorkomen.
Chroom, bijvoorbeeld, wanneer hoge hardheid en slijtvastheid de belangrijkste vereisten worden, kunnen we het koolstofgehalte van staal verhogen en tegelijkertijd het chroomgehalte op de juiste manier verhogen, om te voldoen aan de vereisten van hardheid en slijtvastheid, maar ook rekening houden met vaste De corrosieweerstandsfunctie van roestvrij staal 9Cr18 en 9Cr17MoVCo gebruikt als lagers, meetinstrumenten en bladen in de industrie, hoewel het koolstofgehalte zo hoog is als 0.85 tot 0.95% omdat hun chroomgehalte dienovereenkomstig is verhoogd, garandeert het nog steeds corrosieweerstand. Vereisen.
Over het algemeen is het koolstofgehalte van roestvrij staal dat momenteel in de industrie wordt gebruikt, relatief laag. De meeste roestvaste staalsoorten hebben een koolstofgehalte tussen 0.1% en 0.4%, en zuurbestendige staalsoorten hebben een koolstofgehalte van 0.1% tot 0.2%. Roestvast staal met een koolstofgehalte van meer dan 0.4% maakt slechts een klein deel uit van de totale staalsoorten. Dit komt omdat roestvast staal onder de meeste gebruiksomstandigheden altijd de corrosiebestendigheid als hoofddoel heeft. Bovendien is het lagere koolstofgehalte ook te wijten aan bepaalde technologische vereisten, zoals gemakkelijk lassen en koude vervorming.
3. De rol van nikkel in roestvrij staal wordt pas gespeeld nadat het samenwerkt met chroom
Nikkel is een uitstekend corrosiebestendig materiaal en een belangrijk legeringselement voor gelegeerd staal. Nikkel is een element dat austeniet vormt in staal, maar voor koolstofarm nikkelstaal om een zuivere austenietstructuur te verkrijgen, moet het nikkelgehalte 24% bedragen; en alleen wanneer het nikkelgehalte 27% is, kan het staal bestand zijn tegen bepaalde media. De corrosieprestaties veranderen aanzienlijk. Daarom kan nikkel niet alleen roestvrij staal vormen. Maar als nikkel en chroom tegelijkertijd in roestvrij staal voorkomen, heeft nikkelhoudend roestvrij staal veel waardevolle eigenschappen.
Op basis van de bovenstaande situatie is de rol van nikkel als legeringselement in roestvrij staal dat het de structuur van hoog chroomstaal verandert, zodat de corrosieweerstand en procesprestaties van roestvrij staal kunnen worden verbeterd.
4. Mangaan en stikstof kunnen nikkel in chroom-nikkel roestvrij staal vervangen
Hoewel er veel voordelen zijn aan chroom-nikkel austenitisch staal, zijn de afgelopen decennia door de grootschalige ontwikkeling en toepassing van op nikkel gebaseerde hittebestendige legeringen en hittebestendige staalsoorten die minder dan 20% nikkel bevatten, en de toenemende ontwikkeling van de chemische industrie is de vraag naar roestvast staal toegenomen. Hoe groter de omvang, hoe kleiner de nikkelafzettingen en de concentratieverdeling in enkele gebieden, dus er is een tegenstelling tussen vraag en aanbod van nikkel in de wereld.
Daarom is op het gebied van roestvrij staal en vele andere legeringen (zoals staal voor grote giet- en smeedstukken, gereedschapsstaal, hittebestendig staal, enz.), vooral in landen waar nikkelbronnen relatief schaars zijn, de wetenschap van het besparen van nikkel en het vervangen van nikkel door andere elementen is uitgebreid uitgevoerd. In de onderzoeks- en productiepraktijk zijn er meer onderzoeken en toepassingen op dit gebied die nikkel in roestvast staal en hittebestendig staal vervangen door mangaan en stikstof.
Het effect van mangaan op austeniet is vergelijkbaar met dat van nikkel. Maar om preciezer te zijn, de rol van mangaan is niet om austeniet te vormen, maar om de kritische afschriksnelheid van staal te verminderen, de stabiliteit van austeniet tijdens afkoeling te verhogen, de ontleding van austeniet te remmen en het te laten vormen bij hoge temperaturen. De austeniet kan op kamertemperatuur worden gehouden. Bij het verbeteren van de corrosieweerstand van staal heeft mangaan weinig effect. Het mangaangehalte in staal verandert bijvoorbeeld van 0 tot 10.4% en het verandert de corrosieweerstand van staal in lucht en zuur niet significant.
Dit komt omdat mangaan weinig effect heeft op het verhogen van de elektrodepotentiaal van een op ijzer gebaseerde vaste oplossing, en het beschermende effect van de gevormde oxidefilm ook erg laag is, dus hoewel er austenitische staalsoorten zijn gelegeerd met mangaan (zoals 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13 staal enz.), kunnen ze niet als roestvrij staal worden gebruikt. De rol van mangaan bij het stabiliseren van austeniet in staal is ongeveer de helft van die van nikkel, dat wil zeggen, de rol van 2% stikstof in staal is ook het stabiliseren van austeniet, en de rol is groter dan die van nikkel.
Om bijvoorbeeld de austenitische structuur van staal met 18% chroom bij kamertemperatuur te verkrijgen, is in de industrie laag-nikkel-roestvrij staal met mangaan en stikstof in plaats van nikkel en nikkelvrij chroom-mangaan-stikstof-roestvrij staal toegepast bij aanwezig, en sommige Het heeft met succes het klassieke 18-8 chroom-nikkel roestvrij staal vervangen.
5. Titanium of niobium wordt toegevoegd aan roestvrij staal om interkristallijne corrosie te voorkomen.
6. Molybdeen en koper kunnen de corrosieweerstand van bepaald roestvrij staal verbeteren.
7. De invloed van andere elementen op de prestaties en organisatie van roestvrij staal
De bovenstaande negen hoofdelementen hebben invloed op de prestaties en structuur van roestvrij staal. Naast de elementen die een grotere impact hebben op de prestaties en structuur van roestvrij staal, bevat roestvrij staal ook enkele andere elementen. Sommige zijn hetzelfde als algemeen staal als onzuiverheden, zoals silicium, zwavel, fosfor, enzovoort. Sommige worden toegevoegd voor specifieke doeleinden, zoals kobalt, boor, selenium en zeldzame aardelementen. In termen van de belangrijkste aard van de corrosieweerstand van roestvrij staal, zijn deze elementen niet essentieel in vergelijking met de negen besproken elementen. Toch kunnen ze niet volledig worden genegeerd, omdat ze ook van invloed zijn op de prestaties en organisatie van roestvrij staal. Invloed hebben.
Silicium ”is een element dat ferriet vormt en is een onzuiverheidselement dat vaak aanwezig is in algemeen roestvrij staal.
Kobalt wordt niet veel gebruikt als legeringselement in staal. Dit komt door de hoge prijs van kobalt en het belang ervan in andere aspecten (zoals hogesnelheidsstaal, harde legeringen, hittebestendige legeringen op kobaltbasis, magnetisch staal of harde magnetische legering, enz.). Er zijn niet veel gewone roestvrijstalen platen die kobalt als legeringselement toevoegen. Veelgebruikte roestvaste staalsoorten zoals 9Crl7MoVCo-staal (met 1.2-1.8% kobalt) voegen kobalt toe. Het doel is niet om de corrosieweerstand te verbeteren, maar om de hardheid te verhogen, omdat het belangrijkste doel van dit soort roestvrij staal is bij de vervaardiging van snijgereedschappen voor snijmachines, scharen en chirurgische messen, enz.
Boor De toevoeging van 0.005% boor aan het hoog-chroom-ferritische roestvrij staal Crl7Mo2Ti-staal kan de corrosieweerstand in het kokende 65% azijnzuur verbeteren. Het toevoegen van een kleine hoeveelheid boor (0.0006 tot 0.0007%) kan de thermische plasticiteit van austenitisch roestvast staal verbeteren. Een kleine hoeveelheid boor vormt een eutectisch middel met een laag smeltpunt, wat de neiging van austenitisch staal om hete scheuren te veroorzaken tijdens het lassen verhoogt, maar wanneer het meer boor bevat (0.5 tot 0.6%), kan het het optreden van hete scheuren voorkomen.
Want wanneer het 0.5 tot 0.6% boor bevat, wordt de austeniet-boride tweefasenstructuur gevormd, die het smeltpunt van de las verlaagt. Wanneer de stoltemperatuur van de gesmolten pool lager is dan de semi-smeltzone, zal de trekspanning die tijdens het afkoelen door het basismateriaal wordt gegenereerd, in vloeibare toestand zijn. Het massieve lasmetaal zal op dit moment geen scheuren veroorzaken. Zelfs als er een scheur wordt gevormd in de buurt van de voeg, kan deze worden gevuld met vloeibaar-vast gesmolten poolmetaal. Het boorhoudende chroom-nikkel austenitische roestvast staal heeft speciale toepassingen in de atoomenergie-industrie.
Fosfor is een onzuiverheidselement in algemeen roestvrij staal, maar het gevaar ervan in austenitisch roestvrij staal is niet zo significant als in algemeen staal, dus het gehalte kan hoger zijn als sommige gegevens suggereren dat het 0.06% kan bereiken. Bevorderlijk voor smeltcontrole. Het fosforgehalte van individueel mangaanhoudend austenitisch staal kan 0.06% (zoals 2Crl3NiMn9-staal) of zelfs 0.08% (zoals Cr14Mnl4Ni-staal) bereiken. Met behulp van fosfor om staal te versterken, wordt fosfor ook toegevoegd als legeringselement voor verouderingshardend roestvrij staal. PH17-10P-staal (met 0.25% fosfor) is PH-HNM-staal (met 0.30 fosfor) enzovoort.
Zwavel en selenium zijn ook veelvoorkomende onzuiverheden in roestvast staal. Maar het toevoegen van 0.2 tot 0.4% zwavel aan roestvrij staal kan de snijprestaties van roestvrij staal verbeteren, en selenium heeft hetzelfde effect. Zwavel en selenium verbeteren de snijprestaties van roestvast staal omdat ze de taaiheid van roestvast staal verminderen. De impactwaarde van 18-8 chroom-nikkel roestvrij staal kan bijvoorbeeld 30 kg/cm2 bereiken. De slagwaarde van 18-8 staal met 0.31% zwavel (0.084% C, 18.15% Cr, 9.25% Ni) is 1.8 kg/cm²; 18 met 0.22% selenium De slagwaarde van -8 staal (0.094% C, 18.4% Cr, 9% Ni) is 3.24 kg/cm². Zowel zwavel als selenium verminderen de corrosieweerstand van roestvrij staal, zodat ze zelden worden gebruikt als legeringselementen van roestvrij staal.
Zeldzame aardelementen De toepassing van zeldzame aardelementen op roestvast staal is momenteel vooral bedoeld om de procesprestaties te verbeteren. Het toevoegen van een klein aantal zeldzame aardelementen aan Crl7Ti-staal en Cr17Mo2Ti-staal kan bijvoorbeeld de door waterstof veroorzaakte luchtbellen in de stalen staaf elimineren en de scheuren in de knuppel verminderen. Austenitisch en austenitisch-ferritisch roestvrij staal met 0.02-0.5% zeldzame aarde-elementen (cerium-lanthaanlegering) kan de smeedprestaties aanzienlijk verbeteren. Vroeger was er austenitisch staal dat 19.5% chroom, 23% nikkel en molybdeen, koper en mangaan bevatte. In het verleden kon het alleen gietstukken produceren vanwege de prestaties van het warme werkproces. Na toevoeging van zeldzame aardelementen kon het in verschillende profielen worden gerold.