Ferrytyczna stal nierdzewna - Ferritic stainless steel

Ferrytyczna stal nierdzewna stanowi jedną z pięciu rodzin stali nierdzewnej, pozostałe cztery to stale nierdzewne austenityczne , martenzytyczne , duplex i utwardzane wydzieleniowo .

Historia

Urodzony w Kanadzie inżynier Frederick Mark Becket (1875-1942) w Union Carbide uprzemysłowił ferrytyczną stal nierdzewną około 1912 roku, na podstawie „stosowania krzemu zamiast węgla jako środka redukującego w produkcji metalu, dzięki czemu niskowęglowe żelazostopy i niektóre stale są praktyczne ”. Odkrył stop żelaza z 25-27% chromu, który „był pierwszym ze stopów o wysokiej zawartości chromu, który stał się znany jako żaroodporna stal nierdzewna”.

Ferrytyczne stale nierdzewne zostały odkryte wcześnie, ale dopiero w latach 80. spełniono warunki do ich wzrostu:

  • Na etapie stalowniczym udało się uzyskać bardzo niski poziom węgla .
  • Opracowano gatunki spawalne .
  • Obróbka termomechaniczna rozwiązała problemy „owinięcia” i „ryflowania”, które prowadziły do ​​niejednorodnych odkształceń podczas głębokiego ciągnienia i teksturowania powierzchni.
  • Rynki użytkowników końcowych (takich jak rynek sprzętu AGD ) wymagały tańszych gatunków o bardziej stabilnej cenie w czasach, gdy ceny niklu były duże . Gatunki ferrytycznej stali nierdzewnej stały się atrakcyjne dla niektórych zastosowań, takich jak artykuły gospodarstwa domowego.

Metalurgia

Wykres fazowy Fe – Cr

Aby kwalifikować się jako stal nierdzewna, stopy na bazie Fe muszą zawierać co najmniej 10,5% Cr.

Wykres fazowy żelazo-chrom pokazuje, że do około 13% Cr, stal ulega kolejnym przemianom przy chłodzeniu z fazy ciekłej z ferrytycznej fazy α do austenitycznej fazy γ iz powrotem do α. W przypadku obecności pewnej ilości węgla i szybkiemu ochłodzeniu część austenitu przekształci się w martenzyt . Odpuszczanie / wyżarzanie przekształci strukturę martenzytyczną w ferryt i węgliki .

Powyżej około 17% Cr stal będzie miała strukturę ferrytyczną we wszystkich temperaturach.

Powyżej 25% Cr faza sigma może pojawiać się stosunkowo długo w temperaturze i powodować kruchość w temperaturze pokojowej .

Skład chemiczny

Skład chemiczny kilku gatunków stali nierdzewnej.
Tylko główne pierwiastki stopowe: chrom (Cr) wraz z:
Ni , Mo , Nb , Ti , oraz C , N ; Saldo: Fe
AISI / ASTM PL Waga %
Cr Inne elementy
405 1,4000 12,0 – 14,0 —
409L 1.4512 10,5 – 12,5 6(C+N)<Ti<0,65
410L 1.4003 10,5 – 12,5 0,3<Ni<1,0
430 1.4016 16,0 – 18,0 —
439 1.4510 16,0 – 18,0 0,15+4(C+N)<Ti<0,8
430Ti 1.4511 16,0 – 18,0 Ti: 0,6
441 1.4509 17,5 – 18,5 0,1<Ti<0,6

0,3+3C<Nb<1,0

434 1.4113 16,0 – 18,0 0,9<Mo<1,4
436 1.4513 16,0 – 18,0 0,9<Mo<1,4

0,3<Ti<0,6

444 1.4521 17,0 – 20,0 1,8 <Mo<2,5

0,15+4(C+N)<Ti+Nb<0,8

447 1.4592 28 – 30,0 3,5 <Pn<4,5

0,15+4(C+N)<Ti<0,8

Odporność na korozję

Korozję wżerową odporność stali nierdzewnej jest szacowana przez liczbę odpowiadającą odporności na wżery (PREN).

PREN = %Cr + 3,3%Mo + 16%N

Gdzie Cr, Mo i N, warunki odpowiadają zawartości w % wagowych z chromu , molibdenu i azotu odpowiednio w stali.

Nikiel (Ni) nie odgrywa żadnej roli w odporności na korozję wżerową, więc ferrytyczne stale nierdzewne mogą być tak samo odporne na tę formę korozji jak gatunki austenityczne .

Ponadto gatunki ferrytyczne są bardzo odporne na pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC).

Właściwości fizyczne

Ferrytyczne stale nierdzewne są magnetyczne . Niektóre z ich ważnych właściwości fizycznych, elektrycznych, termicznych i mechanicznych podano w poniższej tabeli.

Właściwości fizyczne najpopularniejszych ferrytycznych stali nierdzewnych
AISI / ASTM Gęstość

(g/cm 3 )

Opór elektryczny

(μΩ·m)

Przewodność cieplna
w 20 °C

(W/(m·K))

Ciepło właściwe

0 – 100°C (J/(kg·K))

Rozszerzalność termiczna

0 – 600 °C ( 10-6 /K)

Moduł Younga

(GPa)

409 / 410 7,7 0,58 25 460 12 220
430 7,7 0,60 25 460 11,5 220
430Ti / 439 / 441 7,7 0,60 25 460 11,5 220
434 / 436 / 444 7,7 0,60 23 460 11,5 220
447 7,7 0,62 17 460 11 220

W porównaniu z austenityczną stalą nierdzewną oferują lepszą przewodność cieplną , co jest zaletą w zastosowaniach takich jak wymienniki ciepła . Współczynnik rozszerzalności cieplnej , zbliżony do stali węglowej , ułatwia spawanie do stali węglowych.

Właściwości mechaniczne

Własności mechaniczne (walcowane na zimno)
ASTM A240 EN 10088-2
— UTS

(MPa, min)

0,2% granicy plastyczności

(MPa, min)

Wydłużenie

(%, min)

— UTS

(MPa)

0,2% granicy plastyczności

(MPa, min)

 Wydłużenie

(%, min)

409 390 170 20 1.4512 380 – 560 220 25
410 415 205 20 1.4003 450 – 650 320 20
430 450 205 22 1.4016 450 – 600 280 18
439 415 205 22 1.4510 420 – 600 240 23
441 415 205 22 1.4509 430 – 630 250 18
434 450 240 22 1.4113 450 – 630 280 18
436 450 240 22 1.4526 480 – 560 300 25
444 415 275 20 1.4521 420 – 640 320 20

Aplikacje

Bibliografia