Fjernlegeringer eller metaller er metaller, der hovedsagelig består af jern (Fe). Stål er en jernbaseret legering, der typisk indeholder mindre end 1 % kulstof, hvor jern ofte indeholder 2 % eller mere kulstof. Jern og stål er let tilgængelige, stærke, billige og kan formes ved støbning. Jernlegeringens egenskaber kan forbedres ved varmebehandling og, for ståls vedkommende, ved bearbejdning (dvs. valsning eller smedning). Rustfrit stål blev udviklet for at modstå korrosion og indeholder generelt 12 % eller mere chrom og kan indeholde nikkel i en mængde op til eller endog over kromindholdet, afhængigt af de ønskede mekaniske egenskaber og anvendelsen.

Der findes flere typer rustfrit stål. Når man overvejer disse legeringer til brug i et korrosivt miljø, er den mest udbredte metode til første udvælgelse at sammenligne PREn-værdierne (pitting resistance equivalent number) på tværs af materialer. Dette beregnes ved hjælp af vægtprocenten af de vigtigste legeringselementer, der er til stede i en bestemt kvalitet af rustfrit stål. Formlen er:

PREn = % Cr + (3,3 x % Mo) + (16 x % N)

Det er indlysende, at legeringer, der indeholder de højeste mængder krom, molybdæn og nitrogen, anses for at have en bedre modstandsdygtighed over for grubekorrosion. Dette kan være ledsaget af en tilsvarende stigning i træk- og flydespændingsstyrke.

Ferritiske rustfri ståltyper

Rustfri ståltyper skylder primært deres evne til at modstå korrosion til tilstedeværelsen af en passiv film på deres overflade. Chrom er hovedansvarlig for dannelsen af denne passive film. Jern ophører med at ruste ved et indhold af chrom på ca. 12 %. Modstanden mod oxiderende korrosive stoffer stiger hurtigt med kromindholdet op til ca. 20%. Over dette niveau stiger modstanden dog mere gradvist og med aftagende hastighed. Derfor er der meget få rustfri legeringer, der indeholder mere end 27 % krom. Disse legeringer består hovedsageligt af krom og jern med et lavt kulstofindhold. Legeringer kategoriseres ofte efter deres krystalstruktur, som påvirkes af kemi og forarbejdning, herunder varmebehandling. Ferritiske rustfrie ståltyper har en krystalstruktur, der hovedsagelig består af ferrit.

Martensitiske rustfri ståltyper

Tilsætning af tilstrækkeligt kulstof til legeringer af krom og jern resulterer i legeringer, der kan hærdes og anløbes. Korrosionsbestandigheden reduceres noget af kulstofniveauet, men reduktionen minimeres, når disse legeringer er fuldt hærdede og anløbsstempererede. Derfor anvendes legeringer med højere kulstofindhold (over 0,15 % C) normalt kun i fuldt hærdet og anløbet tilstand. Deres struktur ved hurtig afkøling fra temperaturer over 1600°F / 870°C er hovedsageligt martensitisk.

De almindelige martensitiske kvaliteter omfatter: MTEK 410, MTEK 416, MTEK 420, MTEK 431 og MTEK 440.

Austenitiske rustfrie ståltyper

Af alle grundstoffer, der tilsættes til basislegeringen af krom og jern, er nikkel det vigtigste. Det forbedrer ikke kun korrosionsbestandigheden, men ændrer også legeringens struktur og mekaniske egenskaber. Når nikkel tilsættes i stigende mængder til en ferritisk jern/krom-legering, ændres legeringens struktur fra ferrit, over blandet ferrit og austenit til stort set udelukkende austenit. De fleste “18-8 kvaliteter” (en almindelig beskrivelse af 304 rustfrit stål, der består af ca. 18 % krom og 8 % nikkel) er fremstillet med kontrollerede mængder ferrit for at opnå bedre svejseegenskaber og højere styrke. Ændringen i strukturen er ledsaget af en markant stigning i duktilitet og sejhed. Rustfri legeringer, der overvejende har austenitisk struktur, udgør en familie af rustfrie ståltyper, som er langt den mest anvendte af alle typer.

Super austenitisk rustfrit stål

Under visse aggressive forhold er de generelle kvaliteter af austenitisk rustfrit stål mere modtagelige for grubning, spaltekorrosion og spændingskorrosionsspaltning. Dette har ført til udvikling og tilføjelser til austenitfamilien, der kaldes super austenitisk rustfrit stål.

Anvendelsen af super austenit vokser hurtigt på grund af de ændrede forhold i nutidens procesindustrier. En “fit it and forget it”-tilgang er ved at blive vedtaget for at anvende legeringer, der ikke kræver konstant, regelmæssig udskiftning under forhold som dybhavsvand og høj temperatur i lukkede procesanlæg med lukkede kredsløb.

Super austenitisk rustfrit stål indeholder høje niveauer af krom og nikkel sammen med betydelige tilføjelser af molybdæn og nitrogen. Resultatet er en serie af austenitiske stålsorter. De er op til 30 % stærkere end konventionelle rustfri produkter i 300-serien og har en overlegen modstandsdygtighed over for grubning, spaltekorrosion og spændingskorrosionssprængning. Et austenitisk rustfrit stål anses for at være super austenitisk, når dets PREn overstiger 40.

Fælles super austenitiske kvaliteter omfatter: MTEK 20, MTEK 20M, MTEK 6XN og 254SMO®.

Duplex rustfrit stål

Duplex rustfrit stål er legeringer med strukturer, der generelt anses for at bestå af omtrent lige store dele austenit og ferrit, med en 60/40, 40/60-fasefordeling, der er den kuvert, der generelt anses for acceptabel.

Kombinationen af austenit/ferrit giver legeringer med dobbelt så stor styrke som konventionelle austenitiske rustfri ståltyper.

Duplex rustfri ståltyper er stort set immune over for spændingskorrosionssprængning (akilleshælen for almindelige austenitiske rustfri ståltyper) og er meget modstandsdygtige over for grube- og spaltekorrosion. På grund af disse egenskaber er det ikke overraskende, at størstedelen af (men langtfra alle) anvendelser er havvandsrelaterede. Duplex rustfrit stål har mange anvendelsesmuligheder i offshore olie- og gasproduktion og flådeudstyr, især under overfladen.

De mest almindelige duplexkvaliteter er: MTEK 2205, MTEK 29MN / CD4MCuN, Ferralium® 255, Zeron® 100

Udfældningshærdende (aldershærdede) rustfrie ståltyper

Behovet for rustfrie ståltyper, der kombinerer den fremragende korrosionsbestandighed fra de austenitiske typer med evnen til at blive hærdet ved varmebehandling, førte til udviklingen af en familie af rustfrie ståltyper, der er kendt som PH-typer. De kan udfældningshærdes (ældningshærdes) ved lave temperaturer (900°F / 480°C), hvilket minimerer forvrængning.

De mest almindelige kvaliteter er: MTEK 17-4PH®, MTEK 15-5PH®, MTEK og 14-4PH®.

Har du spørgsmål? Kontakt metaleksperterne nu.