Rustfrit stål kommer i mange varianter, generelt klassificeret baseret på deres kemiske sammensætning, mikrostruktur og anvendelse. Baseret på de primære legeringselementer, der er til stede, kan rustfrit stål kategoriseres som Cr (chromstål), CrMo (chrom-molybdænstål), CrNi (chrom-nikkelstål), CrNiMn (chrom-nikkel-manganstål eller høj{{5}-stål) (krom-mangan-nitrogenstål). Baseret på deres mikrostruktur efter varmebehandling kan de opdeles i fem hovedkategorier: ferritisk rustfrit stål, martensitisk rustfrit stål, austenitisk rustfrit stål, austenitisk-ferritisk dupleks rustfrit stål og udfældnings-hærdende rustfrit stål.
Austenitisk rustfrit stål
Austenitisk rustfrit stål er udviklet baseret på 18-8 CrNi stål. For at øge korrosionsbestandigheden tilsættes ferrit-dannende elementer som Ti, Nb, Mo og Si ofte til 18-8 stål, samtidig med at Cr-indholdet øges og C-indholdet reduceres. Dens samlede korrosionsbestandighed bestemmes primært af indholdet af disse legeringselementer, Cr, Ni, Mo og Si. I oxiderende medier eller dem, der indeholder oxidanter, giver passiveringseffekten fremragende korrosionsbestandighed i medier såsom salpetersyre, hvilket gør det meget udbredt i kemisk udstyr til salpetersyreproduktion. I stærkt oxiderende medier (såsom høj-koncentration, høj-temperatur salpetersyre eller salpetersyre med tilsatte oxidanter), har potentialet dog en tendens til at skifte til over-passiveringszonen, hvilket accelererer korrosion. Generelt er stål kun modstandsdygtige over for fortyndet eller mellemkoncentreret salpetersyre, ikke koncentreret salpetersyre. Men stål, der indeholder specifikke elementer (såsom Si) (f.eks. mit lands 0Cr20Ni24Si4Ti, Japans NAR-SN1 og Sovjetunionens 00Cr8Ni20Si6) er modstandsdygtige over for koncentreret salpetersyre. For fortyndet svovlsyreresistens kan tilsætning af Mo, Cu og Si reducere korrosionshastigheden. Stål som 0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti udviser god svovlsyreresistens, mens barske forhold som varm svovlsyre kræver Ni-legeringer (f.eks. Ni70Mo27V). Korrosionsbestandighed i alkaliske opløsninger er fremragende, og denne øges med stigende Ni-indhold.
Under varmebehandling eller svejsning udfældes hårdmetalfaser let ved korngrænser for at forårsage intergranulær korrosion. Stål af typen . 18-8 er ofte opløsningsbehandlet (quenched) ved 900-1100 grader for at gøre strukturen til enfaset austenit- og forbedre intergranulær korrosionsbestandighed. Dette kan også undgås ved at begrænse C-indholdet (mindre end eller lig med 0,03 %), tilføje stærke karbiddannende-elementer såsom Ti/Nb og stabilisere ved omkring 900 grader. Det er dog følsomt over for SCC. Medierne, der udløser SCC, omfatter høj-koncentration af chloridopløsninger over 80 grader, sulfidopløsninger (polythionsyre, H₂S-opløsninger), varmkoncentreret alkali, 150-350 graders-højtryksvand osv.; grubetæring og sprækkekorrosion er også tilbøjelige til at forekomme i chloridholdige-vandige opløsninger. Hæmning af karbidudfældning, reduktion af sulfidindeslutninger og øget renhed kan reducere dette problem. Legeringselementer som Cr, Mo og N kan forbedre pitting-korrosionsbestandigheden, og Si og Ni spiller også en vis rolle. Ferritisk rustfrit stål Ferritisk rustfrit stål refererer til chrom rustfrit stål med ferritstruktur ved stuetemperatur. Den er opdelt i Cr13-type, Cr16-19-type og Cr25-28-type i henhold til Cr-indholdet. Når Cr-indholdet stiger, forbedres korrosionsbestandigheden og oxidationsbestandigheden af oxiderende syre; i oxiderende medier såsom salpetersyre, svarer korrosionsbestandigheden til Cr-Ni austenitisk rustfrit stål med samme Cr-indhold, men ringere end sidstnævnte i reducerende medier. Selvom ferritisk stål med højt-Cr har høj flydespænding, høj termisk ledningsevne og lave omkostninger, er det skørt (den korn, der gror til i den varme-påvirkede zone efter svejsning, gør det mere skørt), har dårlig modstand mod gruber og er følsomt over for hak. Dens anvendelsesområde er smallere end Cr-Ni austenitisk rustfrit stål. [2] Dens intergranulære korrosion stammer fra nedbrydningen af overmættet fast opløsning, og udfældningen af Cr-holdig C- og N-forbindelser ved korngrænserne fører til Cr-udtømning i nærheden. Almindelig ren ferritisk rustfrit stål har en højere tendens til intergranulær korrosion på grund af den hurtige udfældning af Cr-kulstof og nitrider. Det kan forekomme ikke kun i stærkt ætsende medier, men også i svage medier (såsom postevand). Forbedringer kan foretages ved at øge Cr-indholdet, reducere C/N-forholdet, tilføje stabiliserende elementer såsom Ti/Nb eller udføre en moderat udglødning ved 700-800 grader. Chlorid SCC-modstanden er overlegen i forhold til austenitisk rustfrit stål (de kropscentrerede kubiske gitterplaner glider let og danner netværksforskydninger, der er mindre tilbøjelige til at danne lineære riller). SCC kan dog stadig forekomme på grund af intergranulær korrosion og grubetæring, som kan forhindres ved at tilføje Ti og Nb. Højrenhed, pitbestandigt ferritisk rustfrit stål kan opnås ved at tilføje Mo og raffinering for at reducere urenheder såsom C/N-forholdet og ikke-metalliske indeslutninger.
Martensitisk rustfrit stål
Martensitisk rustfrit stål er et chrom rustfrit stål med en martensitisk struktur ved stuetemperatur. Den indeholder høje niveauer af Cr (wCr=13%-18%) og C (wC=0.1%-0,9%). Repræsentative karakterer inkluderer 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13 og 95Cr18. Ved normale bratkølingstemperaturer danner den ren austenit, som omdannes til martensit ved afkøling. Øget kulstofindhold øger styrke, hårdhed og slidstyrke, men reducerer korrosionsbestandighed. Det bruges ofte til fremstilling af instrumenter og måleværktøjer med høje mekaniske egenskaber og en vis grad af korrosionsbestandighed.
Cr13 stål udviser fremragende overordnet korrosionsbestandighed i svagt korrosive medier såsom luft og svage organiske syre/saltopløsninger. Dens korrosionsbestandighed er relateret til dens mikrostruktur; efter bratkøling forbliver korrosionsbestandigheden i overensstemmelse med varierende kulstofindhold. Anløbning under 450 grader har ringe effekt på korrosionsbestandigheden. Høj-temperering resulterer imidlertid i en Cr-depleteret fast opløsning på grund af dannelsen af Cr-carbider, hvilket reducerer korrosionsbestandigheden. Anløbning ved 700-750 grader øger korrosionsbestandigheden på grund af et fald i Cr-koncentrationsgradienten i ferriten. I den udglødede tilstand udtømmer stigende kulstofindhold i stålet ferritfasen yderligere, hvilket reducerer korrosionsbestandigheden. For at forbedre ydeevnen tilføjes ofte elementer som Ni, Mo, V, Co, Si og Cu. Forøgelse af Cr-indholdet kan også forbedre korrosionsbestandigheden, men C-indholdet skal øges tilsvarende for at opnå en martensitisk struktur. At erstatte Ni med C har lignende virkninger. 14Cr17Ni2 er et martensitisk stål med fremragende korrosionsbestandighed.
Duplex rustfrit stål
Disse kvaliteter er udviklet til at kombinere forskellige mikrostrukturer og egenskaber og omfatter martensit-ferrit duplex og austenit-ferrit duplex rustfrit stål. En repræsentativ martensit-ferritkvalitet, 12Cr13, tilbyder korrosionsbestandighed svarende til den for martensitiske rustfrie stål, men med lavere hårdhed, højere duktilitet og bedre svejsbarhed. Austenitisk-ferrit rustfrit stål, inklusive Cr18, Cr21 og Cr25, er kendetegnet ved høj styrke (σ₀.₂ er ca. dobbelt så meget som austenitisk rustfrit stål), lav udvidelseskoefficient, høj termisk ledningsevne, fremragende modstandsdygtighed over for intergranulær korrosion, spændingskorrosion/korrosion og lavt nikkelindhold og lavt nikkeludmattelse/korrosionsindhold. har ført til en rivende udvikling. Ud over dupleks rustfrit stål er der også en form for udfældnings-hærdende rustfrit stål i kompleksfaset rustfrit stål. Dens primære formål er at skabe en udfældnings-hærdningsfase i martensit- eller austenitstrukturen gennem passende tilsætning af legeringselementer og varmebehandling, hvilket resulterer i rustfrit stål med ultra-{17}}styrke.
Plade og bånd i rustfrit stål til trykudstyr
Rustfrit stål specielt designet til trykbeholdere har klare krav til klassificering og betegnelse, dimensioner, form, tolerancer, tekniske krav, testmetoder, inspektionsregler, emballering, mærkning og produktkvalitetscertificering. Almindelige karakterer inkluderer 06Cr19Ni10 og 022Cr17Ni12Mo2, med numeriske koder som S30408 og S31603. Det bruges primært i sanitært udstyr såsom fødevareforarbejdning og farmaceutiske maskiner.
