Ferro-legeringen of metalen zijn metalen die voor het grootste deel uit ijzer (Fe) bestaan. Staal is een legering op ijzerbasis die doorgaans minder dan 1% koolstof bevat, terwijl ijzer vaak 2% of meer koolstof bevat. IJzer en staal zijn overal verkrijgbaar, sterk, goedkoop, en kunnen door gieten worden gevormd. De eigenschappen van ijzerlegeringen kunnen worden verbeterd door warmtebehandeling en, in het geval van staal, door bewerking (d.w.z. walsen of smeden). Roestvast staal werd ontwikkeld om corrosie te weerstaan en bevat in het algemeen 12% of meer chroom en kan nikkel bevatten in elke hoeveelheid tot aan of zelfs boven het chroomgehalte op basis van de gewenste mechanische eigenschappen en toepassing.

Er zijn verschillende soorten roestvast staal. Bij het overwegen van deze legeringen voor gebruik in een corrosieve omgeving, is de meest gebruikte methode voor eerste selectie het vergelijken van PREn ratings (pitting resistance equivalent number) tussen materialen. Dit wordt berekend aan de hand van het gewicht % van de belangrijkste legeringselementen die in een bepaalde soort roestvast staal aanwezig zijn. De formule is:

PREn = % Cr + (3.3 x % Mo) + (16 x % N)

Het is duidelijk dat legeringen die de hoogste hoeveelheden chroom, molybdeen en stikstof bevatten, geacht worden een betere weerstand tegen putcorrosie te bezitten. Dit kan gepaard gaan met een overeenkomstige verhoging van de trek- en vloeigrens.

Ferritische roestvaste staalsoorten

Roestvaste staalsoorten danken hun corrosiebestendigheid hoofdzakelijk aan de aanwezigheid van een passieve film op hun oppervlak. Chroom is hoofdverantwoordelijk voor de vorming van deze passieve film. IJzer roest niet meer bij een chroomgehalte van ongeveer 12%. De weerstand tegen oxiderende corrosiemiddelen neemt snel toe met het chroomgehalte tot ongeveer 20%. Boven dat niveau neemt de weerstand echter geleidelijker en in afnemende mate toe. Bijgevolg bevatten zeer weinig roestvrije legeringen meer dan 27% chroom. Deze legeringen bestaan hoofdzakelijk uit chroom en ijzer, met een laag koolstofgehalte. Legeringen worden vaak ingedeeld volgens hun kristalstructuur, die wordt beïnvloed door de chemie en de verwerking, met inbegrip van de warmtebehandeling. Ferritisch roestvast staal heeft een kristalstructuur die hoofdzakelijk ferriet is.

Martensitische roestvaste staalsoorten

De toevoeging van voldoende koolstof aan legeringen van chroom en ijzer resulteert in legeringen die kunnen worden gehard en ontlaten. De corrosiebestendigheid wordt enigszins verminderd door het koolstofgehalte, maar de vermindering wordt geminimaliseerd wanneer deze legeringen volledig gehard en ontlaten worden. Bijgevolg worden legeringen met een hoger koolstofgehalte (meer dan 0,15% C) gewoonlijk alleen gebruikt in de volledig geharde en ontlaten toestand. Hun structuur bij snelle afkoeling van temperaturen boven 1600°F / 870°C is hoofdzakelijk martensitisch.

Gemeenschappelijke martensitische kwaliteiten omvatten: MTEK 410, MTEK 416, MTEK 420, MTEK 431, en MTEK 440.

Austenitische roestvaste staalsoorten

Van alle elementen die aan de basislegering van chroom en ijzer worden toegevoegd, is nikkel het belangrijkst. Het verbetert niet alleen de corrosiebestendigheid, maar verandert ook de structuur en de mechanische eigenschappen van de legering. Wanneer nikkel in toenemende mate aan een ferritische ijzer/chroom-legering wordt toegevoegd, verandert de structuur van de legering van ferriet, via gemengd ferriet en austeniet, tot hoofdzakelijk uitsluitend austeniet. De meeste “18-8 kwaliteiten” (een gebruikelijke beschrijving van 304 roestvrij staal dat bestaat uit ruwweg 18% chroom en 8% nikkel) worden gemaakt met gecontroleerde hoeveelheden ferriet voor betere laseigenschappen en hogere sterkte. De verandering in structuur gaat gepaard met een duidelijke toename in vervormbaarheid en taaiheid. Roestvrije legeringen, overwegend austenitisch van structuur, vormen een familie van roestvrije staalsoorten die verreweg het meest worden gebruikt van alle soorten.

Super Austenitisch roestvast staal

Onder bepaalde agressieve omstandigheden zijn de algemene kwaliteiten van austenitisch roestvast staal gevoeliger voor putcorrosie, spleetcorrosie en spanningscorrosie. Dit heeft geleid tot ontwikkeling en toevoegingen aan de austeniet familie, aangeduid als super austenitisch roestvast staal.

Het gebruik van super austeniet neemt snel toe als gevolg van veranderende omstandigheden in de hedendaagse procesindustrieën. Een “fit it and forget it” benadering wordt toegepast om legeringen te gebruiken die niet voortdurend en regelmatig vervangen hoeven te worden in omstandigheden zoals diepzeewater en gesloten procesinstallaties met hoge temperaturen.

Super austenitische roestvaste staalsoorten bevatten hoge gehaltes chroom en nikkel, samen met aanzienlijke toevoegingen van molybdeen en stikstof. Het resultaat is een reeks austenitische staalsoorten. Ze zijn tot 30% sterker dan de conventionele 300-serie roestvast staal en bieden superieure weerstand tegen putcorrosie, spleetcorrosie en spanningscorrosie. Een austenitisch roestvast staal wordt als super austenitisch beschouwd wanneer zijn PREn 40 overschrijdt.

Communautaire super austenitische kwaliteiten omvatten: MTEK 20, MTEK 20M, MTEK 6XN, en 254SMO®.

Duplex roestvast staal

Duplex roestvast staal zijn legeringen met structuren die over het algemeen worden beschouwd als zijnde ongeveer gelijke delen van austeniet en ferriet, waarbij een 60/40, 40/60 fasenverdeling de omhullende is die algemeen als acceptabel wordt beschouwd.

De combinatie van austeniet/ferriet levert legeringen op met tweemaal de sterkte van conventionele austenitische roestvaste staalsoorten.

Duplex roestvaste staalsoorten zijn vrijwel immuun voor spanningscorrosiescheuren (de achilleshiel van gewone austenitische roestvaste staalsoorten) en zijn zeer goed bestand tegen put- en spleetcorrosie. Met deze eigenschappen is het niet verwonderlijk dat de meeste (maar zeker niet alle) toepassingen zeewatergerelateerd zijn. Duplex roestvast staal wordt veel gebruikt in de offshore olie- en gaswinning en in scheepsuitrusting, vooral onder de zeebodem.

Gemeenschappelijke duplexkwaliteiten zijn: MTEK 2205, MTEK 29MN / CD4MCuN, Ferralium® 255, Zeron® 100

Precipitatieharding (Age hardened) roestvaste staalsoorten

De behoefte aan roestvaste staalsoorten die de uitstekende corrosieweerstand van de austenitische soorten zouden combineren met de mogelijkheid om door warmtebehandeling te worden gehard, leidde tot de ontwikkeling van een familie van roestvaste staalsoorten die bekend staan als PH-types. Zij kunnen door lage temperaturen (900°F / 480°C) precipitatie (veroudering) worden gehard, waardoor vervorming tot een minimum wordt beperkt.

Gemeenschappelijke kwaliteiten zijn: MTEK 17-4PH®, MTEK 15-5PH®, MTEK en 14-4PH®.

Heeft u vragen? Neem nu contact op met de Metals Experts.