Oţel inoxidabil

Oțel inoxidabil (oțeluri rezistente la coroziune, colocvial „oțel inoxidabil”) - oțel aliat , rezistent la coroziune în atmosferă și medii agresive, cu proprietăți termorezistente [1] [2] . Diverse tipuri de oțel inoxidabil includ carbon , azot , aluminiu , siliciu , sulf , titan , crom , nichel , cupru , seleniu , niobiu și molibden [3] .

Istorie

În 1820-1821, Michael Faraday și Pierre Berthier au remarcat capacitatea unui aliaj de crom și fier de a rezista coroziunii acide. Deoarece oamenii de știință nu cunoșteau încă rolul conținutului scăzut de carbon, nu au reușit să obțină un aliaj cu un conținut ridicat de crom [4] .

Oțelul inoxidabil a fost brevetat în 1912 de către inginerii germani de la Krupp. Brevetul se referea la oțel austenitic. Denumirea de oțel inoxidabil a fost folosită pentru prima dată de inginerul englez Harry Brearley. A lucrat în industria militară la Brown Firth Laboratories din Sheffield. În 1913, Harry Brearley , experimentând diferite tipuri și proprietăți de aliaje , a descoperit capacitatea oțelului cu un conținut ridicat de crom de a rezista coroziunii acide . 

Englezul a reusit sa convinga producatorul de cutite R. F. Mosley de noua sa inventie . Inițial, oțelul inoxidabil a fost folosit doar pentru fabricarea tacâmurilor. În 1924, Marea Britanie a brevetat oțelul AISI 304, care conține 18% crom și 8% nichel.

Grupuri

Oțelurile inoxidabile sunt împărțite în trei grupe:

• oțeluri rezistente la coroziune - trebuie să fie rezistente la coroziune în condiții industriale și casnice simple (pot fi utilizate pentru fabricarea de piese de echipamente pentru industria petrolului și gazelor, industria ușoară, construcții de mașini, instrumente chirurgicale, ustensile de uz casnic și recipiente din inox) ;
• oteluri rezistente la caldura  - se cere sa aiba rezistenta la caldura  - adica rezistenta la coroziune la temperaturi ridicate in medii foarte agresive (de exemplu, in uzine chimice);
• oțeluri rezistente la căldură  - trebuie să aibă rezistență la temperaturi ridicate - adică o rezistență  mecanică bună la temperaturi ridicate.

Compoziție chimică

Oțelul inoxidabil diferă de oțelul carbon prin conținutul său de crom. Oțelul carbon neprotejat ruginește imediat când este expus la aer și umiditate. Această peliculă de oxid de fier (rugina) este activă și accelerează coroziunea, făcând mai ușor să se creeze mai mult oxid de fier. Deoarece oxidul de fier are o densitate mai mică decât oțelul, stratul se extinde și tinde să se desprindă și să cadă. În același timp, oțelurile inoxidabile conțin suficient crom pentru a se pasiva, creând un strat inert de oxid de crom la suprafață. Acest strat previne coroziunea suplimentară prin blocarea difuziei oxigenului la suprafața oțelului și oprește răspândirea coroziunii peste cea mai mare parte a metalului. Pasivarea are loc numai la un conținut suficient de mare de crom și în prezența oxigenului în acesta.

Atunci când alegeți compoziția chimică a unui aliaj rezistent la coroziune, aceștia sunt ghidați de așa-numita regulă : dacă un metal care formează o soluție solidă cu acesta și este rezistent la coroziune (de exemplu, cromul) este adăugat unui metal care este nu este rezistent la coroziune (de exemplu, fier), atunci efectul protector apare brusc odată cu introducerea mol al doilea metal (rezistența la coroziune nu crește proporțional cu cantitatea de component de aliere, ci brusc). Principalul element de aliere al oțelului inoxidabil este cromul Cr (12–20%); pe lângă crom, oțelul inoxidabil conține elemente care însoțesc fierul în aliajele sale ( C , Si , Mn , S , P ), precum și elemente introduse în oțel pentru a-i conferi proprietățile fizice și mecanice necesare și rezistența la coroziune ( Ni , Mn ). , Ti , Nb , Co , Mo ).

Rezistența oțelului inoxidabil la coroziune depinde direct de conținutul de crom: la conținutul său de 13% și peste, aliajele sunt inoxidabile în condiții normale și în medii ușor agresive, mai mult de 17% sunt rezistente la coroziune și în oxidarea mai agresivă și alte medii, în special, în acid azotic cu o rezistență de până la cincizeci %.

Motivul pentru rezistența la coroziune a oțelului inoxidabil se datorează în principal faptului că pe suprafața unei piese care conține crom se formează o peliculă subțire de oxizi insolubili în contact cu un mediu agresiv, în timp ce starea suprafeței materialului, absența tensiunile interne și defecte de cristal, este de mare importanță.

În acizii tari ( sulfuric , clorhidric , fosforic și amestecurile acestora), se folosesc aliaje complex aliate cu un conținut ridicat de Ni și aditivi Mo, Cu și Si.

Rezistența crescută la coroziune atmosferică a oțelului se realizează, de regulă, printr-o modificare țintită a compoziției sale chimice. Se crede că micile adaosuri de nichel, crom și, în special, fosfor și cupru măresc cel mai eficient rezistența oțelurilor de construcție la coroziunea atmosferică. Astfel, alierea cu cupru în intervalul 0,2–0,4% crește rezistența la coroziune a structurilor deschise într-o atmosferă industrială cu 20–30%.

Clasificare

În funcție de compoziția chimică, oțelurile inoxidabile sunt împărțite în:

• Cromul , care, la rândul lor, sunt împărțiți după structură în;
  • martensitic ;
  • Semiferitic (jder-feritic);
  • feritic ;
• Crom-nichel;
  • Austenitic
  • Austenitic-feritic
  • Austenitic-martensitic
  • Carbură austenitică
• Crom-mangan-nichel [5] (clasificarea este aceeași cu oțelurile inoxidabile crom-nichel).

Există oțeluri inoxidabile austenitice, predispuse la coroziune intergranulară și stabilizate  - cu aditivi Ti și Nb . O reducere semnificativă a tendinței oțelului inoxidabil la coroziune intergranulară se realizează prin reducerea conținutului de carbon (până la 0,03%).

Oțelurile inoxidabile care sunt predispuse la coroziune intergranulară sunt de obicei supuse unui tratament termic după sudare.

Sunt utilizate pe scară largă fierul și aliajele de nichel, în care, datorită nichelului, structura austenitică a fierului este stabilizată, iar aliajul se transformă într-un material slab magnetic.

Oteluri martensitice si martensitic-feritice

Otelurile martensitice si martensitic-feritice au o buna rezistenta la coroziune in conditii atmosferice, in medii usor agresive (in solutii slabe de saruri, acizi) si au proprietati mecanice ridicate. Sunt utilizate în principal pentru produse de uzură, ca unealtă de tăiere, în special, cuțite, pentru elemente și structuri elastice din industria alimentară și chimică care sunt în contact cu medii ușor agresive. Acest tip include oțel tip 30X13, 40X13 etc.

Oteluri feritice

Aceste oțeluri sunt utilizate pentru fabricarea de produse care funcționează în medii oxidante (de exemplu, în soluții de acid azotic), pentru aparate electrocasnice, în industria alimentară, ușoară și pentru echipamente de schimb de căldură în inginerie energetică.

Oțelurile cu crom feritic au rezistență ridicată la coroziune în acid azotic, soluții apoase de amoniac, în azotat de amoniu, un amestec de acizi azotic, fosforic și fluorhidric, precum și în alte medii agresive. Acest tip include oțeluri din seria a 400-a.

Oteluri austenitice

Principalul avantaj al oțelurilor din clasa austenitică este caracteristicile lor ridicate de serviciu (rezistență, ductilitate, rezistență la coroziune în majoritatea mediilor de lucru) și o bună fabricabilitate [5] [6] . Prin urmare, oțelurile austenitice rezistente la coroziune și-au găsit o largă aplicație ca material structural în diferite ramuri ale ingineriei. Teoretic, produsele din oțel inoxidabil austenitic sunt nemagnetice în condiții normale, dar după deformare la rece (orice prelucrare) pot prezenta unele proprietăți magnetice (o parte din austenită se transformă în ferită).

Oteluri austenitic-feritice si austenitic-martensitice

Avantajul oțelurilor din această grupă este o limită de curgere crescută în comparație cu oțelurile austenitice monofazate, absența unei tendințe de creștere a granulelor menținând în același timp o structură bifazică, un conținut mai scăzut de nichel cu deficit acut și o bună sudabilitate.

Oțelurile austenitic-feritice sunt utilizate pe scară largă în diferite ramuri ale tehnologiei moderne, în special în inginerie chimică, construcții navale și aviație . Acest tip include oțel tip 08Kh22N6T, 08Kh21N6M2T, 08Kh18G8N2T.

Nevoile tehnologiei moderne în oțelurile rezistente la coroziune cu rezistență și fabricabilitate crescute au condus la dezvoltarea oțelurilor din clasa martensitică (de tranziție). Acestea sunt oțeluri de tip 07X16H6, 09X15H9Yu, 08X17H5M3.

La fabricarea echipamentelor chimice, în special pentru funcționarea în acizi sulfuric și clorhidric, este necesar să se utilizeze aliaje cu rezistență la coroziune mai mare decât oțelurile austenitice. În aceste scopuri se folosesc aliaje pe bază de fier-nichel tip 04KhN40MTDTYu și aliaje pe bază de nichel-molibden N70MF, bază de crom-nichel KhN58V și bază de crom-nichel-molibden KhN65MV, KhN60MB.

Producție și aplicare

Potrivit Forumului Internațional al Oțelului Inoxidabil, producția mondială de oțel inoxidabil în 2009 sa ridicat la 24,579 milioane de tone [7]

• Oțeluri inoxidabile cromate:
  • Supape de presa hidraulice ;
  • Pale de turbine ;
  • Fitinguri pentru instalatii de fisurare ;
  • Sculă de tăiere;
  • Izvoare ;
  • articole de uz casnic;
• Oțeluri inoxidabile crom-nichel și crom-mangan-nichel:
  • Articole de uz casnic, în special vesela (oțel alimentar)
  • Stomatologie ortopedică (fabricarea de mâneci pentru coroane ștanțate)
• Oțeluri inoxidabile austenitice stabilizate:
  • Echipamente sudate care funcționează în medii agresive; Produse care funcționează la temperaturi ridicate - 550-800 ° C;
  • Constructii si arhitectura;
  • Industria alimentară ;
  • Scari, balustrade si balustrade.

Oțelurile inoxidabile sunt utilizate atât în ​​stare deformată, cât și turnată.

Sudarea oțelurilor inoxidabile

Sudarea oțelurilor inoxidabile are caracteristici care sunt caracteristice tuturor oțelurilor înalt aliate . În primul rând, la sudare, este necesar să se ia în considerare și să se prevină arderea diferitelor elemente și, în legătură cu aceasta, o modificare a compoziției chimice a sudurii, riscul de supraîncălzire a locului de sudare, care apare din cauza la conductivitate termică scăzută (până la 50% din oțelurile convenționale) și rezistivitate electrică ridicată a metalului sudat, precum și deformații termice semnificative cauzate de un coeficient ridicat de dilatare termică .

Sudarea electrică a oțelurilor inoxidabile poate fi realizată prin sudare prin rezistență și diferite metode de sudare cu arc. Cu metoda manuală, sudarea cu arc cu argon cu un electrod de tungsten neconsumabil cu alimentare manuală a sârmei de umplere, sudarea semi-automată cu un electrod consumabil într-un mediu cu gaz de protecție și sudarea cu electrozi bucăți (acoperiți) sunt adesea utilizate . Cu sudarea automată, tehnologiile sunt similare semi-automate. Dioxidul de carbon poate fi folosit ca mediu de protecție la sudarea pieselor cu responsabilitate redusă cu un electrod de carbon sau consumabil , la sudarea părților critice - gaze inerte argon sau heliu , precum și amestecuri de gaze. Sudarea cu un electrod de wolfram într-un mediu cu dioxid de carbon este posibilă numai atunci când se utilizează o duză dublă cu un jet intern de argon care protejează electrodul. Pentru a îndepărta pelicula de oxid și pentru a îmbunătăți calitatea cusăturii, se folosesc fluxuri .

Sudarea cu gaz oxiacetilenă este, de asemenea, posibilă, dar acum practic nu este utilizată, deși pentru o lungă perioadă de timp a fost singura modalitate de a suda piesele din oțel inoxidabil cu pereți subțiri. În prezent, la sudarea metalelor subțiri, este obișnuit un mod de sudare electrică în impulsuri, în care impulsurile de curent de sudare cu o frecvență de 2..3 Hz sunt suprapuse unui curent de arc constant („în așteptare”) de 5..10 A. Valoarea curentului de sudare în impuls este reglată pe o gamă largă de 10 ... 200 A [8] .

Oțeluri inoxidabile austenitice precum 12X18H9, 12X18H10 [aprox. 1] (aproximativ din aceste tablă laminată din oțel inoxidabil) nu tolerează calcinarea. Calcinarea provoacă modificări structurale în ele, din cauza cărora, după calcinare, coroziunea intergranulară (intergranulară) va începe în oțel . Coroziunea intergranulară este, de asemenea, periculoasă deoarece nu provoacă o pierdere a prezentării produsului, astfel încât produsul, deși este încă frumos și strălucitor, se poate prăbuși brusc sub sarcină.

Pentru a proteja împotriva coroziunii intergranulare, la astfel de oțeluri se adaugă titan (T) sau niobiu (B) într-o cantitate de 5 C  - 0,6%. Otelurile astfel aliate sunt desemnate: 12X18H9 T , 12X18H9 B , 12X18H10 T , 12X18H10 B [aprox. 2] . În consecință, oțelurile inoxidabile austenitice pentru sudare sunt potrivite (dacă nu au un tratament termic ulterior) cele cu litera „T” sau „B” la capăt.

Electrozii de sudare bucăți (acoperiți [nota 3] ) sunt produși nu numai din oțel negru (pentru sudarea oțelurilor negre), ci și din oțel inoxidabil (de exemplu, UONII-13 / NZh [nota 4] ). Rezistența electrică a oțelului inoxidabil este mai mare decât rezistența electrică a oțelului negru, astfel încât electrozii de sudare din oțel inoxidabil sunt fabricați mai scurti decât electrozii din oțel negru, deoarece un electrod din oțel inoxidabil prea lung se poate topi (imediat pe toată lungimea) și se poate prăbuși înainte de a fi complet epuizat.

Pentru a suda o piesă din oțel inoxidabil la o parte din oțel negru, așa-numita. electrozi de transfer. În acest caz, oțelul din care sunt fabricați electrozii de tranziție ar trebui să aibă un conținut crescut (de aproximativ o dată și jumătate [nota 5] ) de elemente de aliere (de exemplu, "X25H18 ..."; "X23H15 ..." "). Electrozii de tranziție au un strat verde.

Electrozi de sudare cu acoperire albastră - pentru sudarea oțelului inoxidabil alimentar (rezervoare, rezervoare, conducte, palete mixer etc. pentru industria alimentară).

Alte aliaje rezistente la coroziune

Aliajele Cr - Ni care conțin mai puțin de 50% fier și care au proprietăți și mai bune în ceea ce privește rezistența la coroziune și la căldură nu mai sunt considerate oțeluri. Aceste așa-numite superaliaje sunt aliaje la temperatură înaltă și se bazează pe un aliaj de tip NiCr8020, care a fost descris pentru prima dată în jurul anului 1906. Prin adăugarea de aluminiu și titan, acestea pot fi întărite, iar rezistența lor va crește semnificativ la temperaturi ridicate. Denumiri comerciale moderne, de exemplu, Inconel , Incoloy , Hastelloy , Kronifer , Nicrofer. Acesta din urmă este un aliaj de nichel-crom-molibden foarte rezistent la coroziune, care, în funcție de aditiv, este împărțit în diferite aliaje (Nicrofer 3127, Nicrofer 5923, H-C4 sau H-C22).

Astfel de aliaje sunt utilizate în principal în motoarele cu reacție, centralele electrice ( în turbine cu gaz ), industria gazelor și industria chimică, adică acolo unde rezistența ridicată la temperaturi foarte ridicate sau în condiții foarte agresive trebuie garantată pe termen lung.

Note

1. ↑ Oțelurile aliate și înalt aliate sunt desemnate prin enumerarea elementelor de aliere, notate cu litere, cu indicarea după fiecare literă a procentului aproximativ al elementului de aliere. Denumirile literelor, în special, sunt după cum urmează: X - crom , H - nichel , T - titan , B - niobiu ; B - în wolfram , F - vanadiu , M - molibden , G - mangan ; D - cupru , P - bor , Yu (de la "juvenal" ) - aluminiu . Deci X18H10 înseamnă că acest oțel conține aproximativ 18% crom și aproximativ 10% nichel.
2. ↑ Dacă elementul de aliere este unul la sută sau mai puțin, se scrie doar litera care îl denotă, fără a indica procentul din conținutul său după acesta.
3. ↑ Ceea ce se numește în mod colocvial acoperirea electrodului de sudură cu stick se numește acoperire în terminologia corectă de sudare profesională.
4. ↑ Învelișul electrozilor de sudură marca UONII-13 a fost dezvoltat la NII-13.
5. ↑ În lucrările de sudare se consideră că metalul sudurii (realizat în mod normal) este format din 70% din metalul electrozilor de sudură (utilizați pentru această sudare) și 30% din metalul pieselor de sudat.

1. ↑ Definiția  RUST . www.merriam-webster.com _ Preluat la 3 martie 2021. Arhivat din original la 28 iunie 2021.
2. ↑ Coroziune | proces chimic  (engleză) . Enciclopedia Britannica . Preluat la 3 martie 2021. Arhivat din original la 28 februarie 2021.
3. ↑ Oțeluri inoxidabile . - Materials Park, OH: ASM International, 1994. - ISBN 9780871705037 . Arhivat pe 14 aprilie 2021 la Wayback Machine
4. ↑ Descoperirea oțelului inoxidabil  . Asociația britanică a oțelului inoxidabil . www.bssa.org.uk. Consultat la 13 ianuarie 2019. Arhivat din original la 12 iulie 2017.
5. ↑ 12 Yu . A. Semerenko, LN Pal'-Val, LV Skibina. Proprietățile de rezistență acustică ale noilor aliaje γ-austenitice ale sistemului Fe-Cr-Mn în intervalul de temperatură 5–325 K Arhivat 23 ianuarie 2022 la Wayback Machine // Physics of Metals & Advanced Technologies 5, nr. 2. P. 213 -221 (2010)
6. ↑ L. N. Pal-Val, Yu. A. Semerenko, P. P. Pal-Val, L. V. Skibina, G. N. Grikurov. Studiul proprietăților acustice și rezistive ale oțelurilor austenitice promițătoare cu crom-mangan în intervalul K5-300de
7. ↑ Producția globală de oțel inoxidabil în 2009 a scăzut cu 5,2 %
8. ↑ V. V. Masakov, N. I. Masakova, A. V. Melzitdinova. Sudarea oțelurilor inoxidabile. Ghid de studiu . - Togliatti: TSU, 2011. - 184 p. (Rusă)

Literatură

• Oțel inoxidabil // Marea Enciclopedie Sovietică . - Ed. a 3-a. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1974. - T. 17. Morshin-Nikish. - S. 510. - 616 p.
• Skorokhodov V. N., Odessky P. D., Rudchenko A. V. „Oțel pentru construcții”

Link -uri

• Tabel de corespondență al principalelor calități ale tuturor tipurilor de oțel inoxidabil conform GOST, EN, UNS, SIS, BS, AISI, compoziție chimică, proprietăți mecanice Copie arhivată din 11 martie 2016 la Wayback Machine

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare norvegian Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	BNF : 119664986 GND : 4126143-4 J9U : 987007534037305171 LCCN : sh85127793 NDL : 00571764