Järnlegeringar eller metaller är metaller som huvudsakligen består av järn (Fe). Stål är en järnbaserad legering som vanligtvis innehåller mindre än 1 % kol, medan järn ofta innehåller 2 % eller mer kol. Järn och stål är allmänt tillgängliga, starka, billiga och kan formas genom gjutning. Järnlegeringars egenskaper kan förbättras genom värmebehandling och, när det gäller stål, genom bearbetning (dvs. valsning eller smidning). Rostfria stål utvecklades för att motstå korrosion och innehåller i allmänhet 12 % eller mer krom och kan innehålla nickel i vilken mängd som helst upp till eller till och med överstiga kromhalten beroende på önskade mekaniska egenskaper och tillämpning.
Det finns flera typer av rostfritt stål. När man överväger dessa legeringar för användning i en korrosiv miljö är den mest använda metoden för inledande val att jämföra PREn-värden (pitting resistance equivalent number) mellan olika material. Detta beräknas med hjälp av viktprocenten av viktiga legeringselement som finns i en viss kvalitet av rostfritt stål. Formeln är:
PREn = % Cr + (3,3 x % Mo) + (16 x % N)
Oppenbarligen anses legeringar som innehåller de högsta mängderna krom, molybden och kväve ha bättre motståndskraft mot gropkorrosion. Detta kan åtföljas av en motsvarande ökning av drag- och sträckhållfasthet.
Ferritiska rostfria stål
Rostfria stål har sin förmåga att motstå korrosion främst att tacka för att det finns en passiv film på ytan. Krom är huvudansvarigt för bildandet av denna passiva film. Järn upphör att rosta vid ungefär 12 % kromhalt. Motståndskraften mot oxiderande korrosiva ämnen ökar snabbt med kromhalten upp till ca 20 %. Efter denna nivå ökar dock motståndskraften i en mer gradvis och avtagande takt. Följaktligen innehåller mycket få rostfria legeringar mer än 27 % krom. Dessa legeringar består huvudsakligen av krom och järn med låg kolhalt. Legeringar kategoriseras ofta efter deras kristallstruktur, som påverkas av kemi och bearbetning, inklusive värmebehandling. Ferritiska rostfria stål har en kristallstruktur som huvudsakligen består av ferrit.
Martensitiska rostfria stål
Tillägget av tillräckligt mycket kol till legeringar av krom och järn resulterar i legeringar som kan härdas och anlöpas. Korrosionsbeständigheten minskas något av kolhalten, men minskningen minimeras när dessa legeringar är helt härdade och anlösta. Följaktligen används legeringar med högre kolhalt (över 0,15 % C) normalt endast i helt härdat och anlöpt tillstånd. Deras struktur vid snabb nedkylning från temperaturer över 1600°F / 870°C är huvudsakligen martensitisk.
De vanliga martensitiska kvaliteterna omfattar: MTEK 410, MTEK 416, MTEK 420, MTEK 431 och MTEK 440.
Austenitiska rostfria stål
Av alla grundämnen som läggs till den grundläggande legeringen av krom och järn är nickel det viktigaste. Det förbättrar inte bara korrosionsbeständigheten utan förändrar också legeringens struktur och mekaniska egenskaper. När nickel tillsätts i ökande mängder till en ferritisk järn/kromlegering förändras legeringens struktur från ferrit, via blandad ferrit och austenit, till i huvudsak enbart austenit. De flesta ”18-8 kvaliteter” (en vanlig beskrivning av 304 rostfritt som består av ungefär 18 % krom och 8 % nickel) tillverkas med kontrollerade mängder ferrit för bättre svetsegenskaper och högre hållfasthet. Förändringen av strukturen åtföljs av en markant ökning av duktilitet och seghet. Rostfria legeringar, som huvudsakligen har austenitisk struktur, utgör en familj av rostfria stål som är den överlägset mest använda av alla typer.
Superaustenitiska rostfria stål
Under vissa aggressiva förhållanden är de allmänna kvaliteterna av austenitiska rostfria stål mer mottagliga för gropning, sprickkorrosion och spänningskorrosionssprickor. Detta har lett till utveckling och tillägg till austenitfamiljen, som kallas superaustenitiskt rostfritt stål.
Användningen av superaustenit ökar snabbt på grund av förändrade förhållanden i dagens processindustrier. Ett ”passa in och glömma” tillvägagångssätt antas för att använda legeringar som inte kräver konstant, regelbundet utbyte under förhållanden som djuphavsvatten och högtemperaturanläggningar med slutna kretslopp.
Super austenitiska rostfria stål innehåller höga halter av krom och nickel tillsammans med betydande tillsatser av molybden och kväve. Resultatet är en serie austenitiska stål. De är upp till 30 % starkare än konventionella rostfria produkter i 300-serien och erbjuder överlägsen motståndskraft mot gropning, sprickkorrosion och spänningskorrosionssprickor. Ett austenitiskt rostfritt stål anses vara superaustenitiskt när dess PREn överstiger 40.
Vanliga superaustenitiska kvaliteter inkluderar: MTEK 20, MTEK 20M, MTEK 6XN och 254SMO®.
Duplexa rostfria stål
Duplexa rostfria stål är legeringar med strukturer som i allmänhet anses bestå av ungefär lika stora delar austenit och ferrit, med en fördelning av faserna 60/40, 40/60 som den kuvert som allmänt anses vara acceptabel.
Kombinationen austenit/ferrit ger legeringar med dubbelt så hög hållfasthet som konventionella austenitiska rostfria stål.
Duplexa rostfria stål är praktiskt taget immuna mot spänningskorrosionssprickor (akilleshälen för vanliga austenitiska rostfria stål) och är mycket motståndskraftiga mot grop- och sprickkorrosion. Med dessa egenskaper är det inte förvånande att majoriteten av (men långt ifrån alla) tillämpningar är havsvattenrelaterade. Duplexa rostfria stål har många användningsområden i olje- och gasproduktion till havs och i marin utrustning, särskilt under ytan.
De vanligaste duplexa kvaliteterna är: MTEK 2205, MTEK 29MN / CD4MCuN, Ferralium® 255, Zeron® 100
Precipitation Hardening (Age hardened) Stainless Steels
Behovet av rostfria stål som kombinerar den utmärkta korrosionsbeständigheten hos de austenitiska typerna med förmågan att härdas genom värmebehandling ledde till att man utvecklade en familj av rostfria stål som kallas PH-typer. De kan utfällningshärdas vid låga temperaturer (900°F / 480°C), vilket minimerar distorsion.
De vanligaste kvaliteterna är: MTEK 17-4PH®, MTEK 15-5PH®, MTEK och 14-4PH®.
Har du frågor? Kontakta metallexperterna nu.