Stal nierdzewna -Stainless steel

Stal nierdzewna jest stosowana w urządzeniach przemysłowych, gdy ważne jest, aby sprzęt był trwały i mógł być utrzymywany w czystości

Stal nierdzewna , pierwotnie nazywana stalą nierdzewną , to dowolny z grupy stopów żelaza, które zawierają minimum około 11% chromu , skład, który zapobiega rdzewieniu żelaza , a także zapewnia właściwości żaroodporne. Różne rodzaje stali nierdzewnej zawierają pierwiastki takie jak węgiel , azot , aluminium , krzem , siarka , tytan , nikiel , miedź , selen , niob i molibden. Określone rodzaje stali nierdzewnej są często oznaczane przez ich trzycyfrowy numer AISI , np. stal nierdzewna 304 . Norma ISO 15510 wymienia składy chemiczne stali nierdzewnych w specyfikacjach istniejących norm ISO, ASTM , EN , JIS i GB w użytecznej tabeli wymiany.

Odporność stali nierdzewnej na rdzę wynika z obecności chromu w stopie, który tworzy pasywną warstwę , która chroni materiał pod spodem przed atakiem korozji i może samoregenerować się w obecności tlenu. Odporność na korozję można dodatkowo zwiększyć w następujący sposób:

  • zwiększyć zawartość chromu do ponad 11%
  • dodaj nikiel do co najmniej 8%
  • dodać molibden (który również poprawia odporność na korozję wżerową )

Dodatek azotu poprawia również odporność na korozję wżerową i zwiększa wytrzymałość mechaniczną. Tak więc istnieje wiele gatunków stali nierdzewnej o różnej zawartości chromu i molibdenu, aby dostosować je do środowiska, w którym stop musi wytrzymać.

Odporność na korozję i plamy, niskie koszty utrzymania i znajomy połysk sprawiają, że stal nierdzewna jest idealnym materiałem do wielu zastosowań, w których wymagana jest zarówno wytrzymałość stali, jak i odporność na korozję. Ponadto stal nierdzewną można walcować w arkusze , płyty, pręty, druty i rury. Mogą być stosowane w naczyniach , sztućcach , narzędziach chirurgicznych , dużych urządzeniach AGD , pojazdach, materiałach budowlanych w dużych budynkach, urządzeniach przemysłowych (np. w papierniach , zakładach chemicznych , uzdatnianiu wody ) oraz zbiornikach i cysternach magazynowych na chemikalia i produkty spożywcze.

Biologiczna zdolność czyszczenia stali nierdzewnej jest lepsza zarówno od aluminium, jak i miedzi, posiadając biologiczną zdolność czyszczenia porównywalną ze szkłem. Jej zdolność do czyszczenia, wytrzymałość i odporność na korozję skłoniły do ​​stosowania stali nierdzewnej w zakładach farmaceutycznych i przetwórstwa spożywczego.

Nieruchomości

Podobnie jak stal, stale nierdzewne są stosunkowo słabym przewodnikiem elektryczności, o znacznie niższej przewodności elektrycznej niż miedź. W szczególności rezystancja styku elektrycznego (ECR) stali nierdzewnej powstaje w wyniku gęstej ochronnej warstwy tlenku i ogranicza jej funkcjonalność w zastosowaniach jako złącza elektryczne. Stopy miedzi i złącza pokryte niklem wykazują tendencję do wykazywania niższych wartości ECR i są preferowanymi materiałami do takich zastosowań. Niemniej jednak złącza ze stali nierdzewnej są stosowane w sytuacjach, w których ECR stawia niższe kryteria projektowe i wymagana jest odporność na korozję, na przykład w wysokich temperaturach i środowiskach utleniających.

Podobnie jak w przypadku wszystkich innych stopów, temperatura topnienia stali nierdzewnej jest wyrażona w postaci zakresu temperatur, a nie pojedynczej temperatury. Ten zakres temperatur wynosi od 1400 (2550) do 1530°C (2790°C), w zależności od konkretnej konsystencji danego stopu.

Stale nierdzewne martenzytyczne i ferrytyczne są magnetyczne . Stal ferrytyczna składa się z kryształów ferrytu, formy żelaza zawierającej do 0,025% węgla. Ze względu na swoją sześcienną strukturę krystaliczną, stal ferrytyczna pochłania tylko niewielką ilość węgla, która składa się z jednego żelaza w każdym rogu i centralnego atomu żelaza. Centralny atom odpowiada za jego właściwości magnetyczne. Gatunki o niskim polu koercyjnym zostały opracowane do elektrozaworów stosowanych w sprzęcie AGD oraz do układów wtryskowych w silnikach spalinowych. Niektóre aplikacje wymagają materiałów niemagnetycznych, takich jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego . Wyżarzone austenityczne stale nierdzewne są zwykle niemagnetyczne , chociaż hartowanie może powodować , że formowane na zimno austenityczne stale nierdzewne są lekko magnetyczne. Czasami, jeśli stal austenityczna jest wyginana lub cięta, magnetyzm pojawia się wzdłuż krawędzi stali nierdzewnej, ponieważ struktura kryształu zmienia się.

Przenikalność magnetyczna niektórych gatunków austenitycznej stali nierdzewnej po wyżarzaniu 2 godziny w temperaturze 1050  °C
klasa EN Przepuszczalność magnetyczna, μ
1.4307 1,056
1.4301 1,011
1.4404 1.100
1.4435 1.000

Zacieranie , czasami nazywane spawaniem na zimno, jest formą silnego zużycia adhezyjnego, które może wystąpić, gdy dwie metalowe powierzchnie poruszają się względem siebie i znajdują się pod dużym ciśnieniem. Łączniki z austenitycznej stali nierdzewnej są szczególnie podatne na zacieranie się gwintów, chociaż inne stopy, takie jak aluminium i tytan, które samodzielnie generują ochronną warstwę tlenku na powierzchni, są również podatne. Przy ślizganiu o dużej sile kontaktowej tlenek ten może ulec deformacji, pęknięciu i usunięciu z części elementu, odsłaniając nagi metal reaktywny. Gdy dwie powierzchnie są z tego samego materiału, te odsłonięte powierzchnie mogą się łatwo łączyć. Oddzielenie dwóch powierzchni może spowodować rozdarcie powierzchni, a nawet całkowite zatarcie metalowych elementów lub elementów złącznych. Zacieranie można złagodzić przez zastosowanie różnych materiałów (brąz na stali nierdzewnej) lub użycie różnych stali nierdzewnych (martenzytyczna na austenityczną). Dodatkowo połączenia gwintowane mogą być smarowane , aby zapewnić film pomiędzy dwiema częściami i zapobiec zatarciu. Nitronic 60, wytwarzany przez selektywne stapianie z manganem, krzemem i azotem, wykazał zmniejszoną tendencję do galaretowalności.

Historia

Ogłoszenie, jak pojawiło się w New York Times z 1915 r., o rozwoju stali nierdzewnej w Sheffield w Anglii.

Wynalezienie stali nierdzewnej nastąpiło po szeregu odkryć naukowych, począwszy od 1798 roku, kiedy chrom został po raz pierwszy przedstawiony Akademii Francuskiej przez Louisa Vauquelina . Na początku XIX wieku brytyjscy naukowcy James Stoddart, Michael Faraday i Robert Mallet zaobserwowali odporność stopów chromowo-żelazowych („stali chromowych”) na działanie czynników utleniających . Robert Bunsen odkrył odporność chromu na silne kwasy. Odporność na korozję stopów żelazo-chrom została po raz pierwszy rozpoznana w 1821 r. przez Pierre'a Berthiera , który zauważył ich odporność na działanie niektórych kwasów i zasugerował ich zastosowanie w sztućcach.

W latach czterdziestych XIX wieku obaj brytyjscy producenci stali z Sheffield , a następnie niemiecki Krupp produkowali stal chromową, a ten ostatni wykorzystywał ją do produkcji armat w latach pięćdziesiątych XIX wieku. W 1861 r. Robert Forester Mushet opatentował stal chromową w Wielkiej Brytanii.

Wydarzenia te doprowadziły do ​​pierwszej amerykańskiej produkcji stali zawierającej chrom przez J. Baura z Chrome Steel Works of Brooklyn do budowy mostów. Amerykański patent na produkt został wydany w 1869 roku. Następnie Anglicy John T. Woods i John Clark uznali odporność na korozję stopów chromu, którzy odnotowali zakres chromu od 5 do 30%, z dodatkiem wolframu i „średniego węgiel". Dochodzili do komercyjnej wartości innowacji dzięki brytyjskiemu patentowi na „stopy odporne na warunki atmosferyczne”.

Pod koniec lat 90. XIX wieku niemiecki chemik Hans Goldschmidt opracował proces aluminotermiczny ( termit ) do produkcji chromu bez węgla. W latach 1904-1911 kilku badaczy, w szczególności Leon Guillet z Francji, przygotował stopy, które dziś uważa się za stal nierdzewną.

W 1908 roku firma Friedrich Krupp Germaniawerft z Essen zbudowała w Niemczech 366-tonowy jacht żaglowy Germania z kadłubem ze stali chromowo-niklowej. W 1911 Philip Monnartz doniósł o związku między zawartością chromu a odpornością na korozję. 17 października 1912 r. inżynierowie Kruppa Benno Strauss i Eduard Maurer opatentowali jako Nirosta austenityczną stal nierdzewną znaną dziś jako 18/8 lub AISI Type 304.

Podobne wydarzenia miały miejsce w Stanach Zjednoczonych, gdzie Christian Dantsszen z General Electric i Frederick Becket (1875-1942) w Union Carbide przemysłowali ferrytyczną stal nierdzewną. W 1912 roku Elwood Haynes złożył wniosek o patent w USA na martenzytyczny stop stali nierdzewnej, który został przyznany dopiero w 1919 roku.

Harry'ego Brearleya

Poszukując odpornego na korozję stopu do luf armat w 1912 r., Harry Brearley z laboratorium badawczego Brown-Firth w Sheffield w Anglii odkrył, a następnie uprzemysłowił martenzytyczny stop stali nierdzewnej , znany dziś jako AISI Typ 420. Odkrycie ogłoszono dwa lata temu. później w artykule prasowym ze stycznia 1915 w The New York Times .

Metal był później sprzedawany pod marką „Staybrite” przez Firth Vickers w Anglii i został użyty do nowego baldachimu wejściowego do hotelu Savoy w Londynie w 1929 roku. Brearley złożył wniosek o patent w USA w 1915 roku, ale okazało się, że Haynes już go zarejestrował . Brearley i Haynes połączyli swoje fundusze i wraz z grupą inwestorów utworzyli American Stainless Steel Corporation z siedzibą w Pittsburghu w Pensylwanii.

Stal nierdzewna

Brearley początkowo nazwał swój nowy stop „stalą nierdzewną”. Stop był sprzedawany w USA pod różnymi nazwami firmowymi, takimi jak „Allegheny metal” i „Nirosta steel”. Nawet w przemyśle metalurgicznym nazwa pozostała nieustalona; w 1921 r. w jednym z czasopism branżowych nazwano to „stalą niestabilną”. Brearley współpracował z lokalnym producentem sztućców, który nadał mu nazwę „stal nierdzewna”. Jeszcze w 1932 roku firma Ford Motor Company nadal nazywała stal stopową stalą nierdzewną w materiałach promocyjnych samochodów.

W 1929 roku, przed Wielkim Kryzysem, rocznie produkowano i sprzedawano w USA ponad 25 000 ton stali nierdzewnej.

Wielkie postępy technologiczne w latach 50. i 60. umożliwiły produkcję dużych tonażów po przystępnych kosztach:

Rodzaje

Istnieje pięć głównych rodzin, które są klasyfikowane głównie według ich struktury krystalicznej : utwardzanie austenityczne, ferrytyczne, martenzytyczne, dupleksowe i wydzieleniowe.

austenityczna

Austenityczna stal nierdzewna to największa rodzina stali nierdzewnych, stanowiąca około dwóch trzecich całej produkcji stali nierdzewnej. Posiadają mikrostrukturę austenityczną, która jest sześcienną strukturą kryształu skoncentrowaną na twarzy. Tę mikrostrukturę uzyskuje się przez dodawanie stali stopowej z wystarczającą ilością niklu i/lub manganu oraz azotu, aby utrzymać mikrostrukturę austenityczną we wszystkich temperaturach, od obszaru kriogenicznego do temperatury topnienia. A zatem austenityczne stale nierdzewne nie są utwardzalne przez obróbkę cieplną, ponieważ mają taką samą mikrostrukturę we wszystkich temperaturach.

Austenityczne stale nierdzewne można dalej podzielić na dwie podgrupy, serie 200 i serie 300:

  • Seria 200 to stopy chromowo-manganowo-niklowe, które maksymalizują wykorzystanie manganu i azotu w celu zminimalizowania zużycia niklu. Dzięki dodatkowi azotu mają o około 50% wyższą granicę plastyczności niż blachy ze stali nierdzewnej serii 300.
    • Typ 201 jest utwardzalny poprzez obróbkę na zimno.
    • Typ 202 to stal nierdzewna ogólnego przeznaczenia. Zmniejszenie zawartości niklu i zwiększenie ilości manganu skutkuje słabą odpornością na korozję.
  • Seria 300 to stopy chromowo-niklowe, które swoją mikrostrukturę austenityczną osiągają prawie wyłącznie dzięki stopowaniu niklu; niektóre bardzo wysokostopowe gatunki zawierają pewną ilość azotu w celu zmniejszenia zapotrzebowania na nikiel. Seria 300 to najliczniejsza i najszerzej stosowana grupa.
    • Typ 304 : Najbardziej znanym gatunkiem jest typ 304, znany również jako 18/8 i 18/10 ze względu na skład odpowiednio 18% chromu i 8% lub 10% niklu.
    • Typ 316 : Drugą najczęściej spotykaną austenityczną stalą nierdzewną jest typ 316. Dodatek 2% molibdenu zapewnia większą odporność na kwasy i miejscową korozję powodowaną przez jony chlorkowe. Wersje niskowęglowe, takie jak 316L lub 304L, mają zawartość węgla poniżej 0,03% i są używane w celu uniknięcia problemów z korozją powodowaną przez spawanie.

Ferrytyczny

Ferrytyczne stale nierdzewne mają ferrytową mikrostrukturę, taką jak stal węglowa, która jest sześcienną strukturą krystaliczną skupioną wokół ciała i zawierają od 10,5% do 27% chromu z bardzo małą ilością niklu lub bez niego. Ta mikrostruktura jest obecna we wszystkich temperaturach dzięki dodatkowi chromu, więc nie są utwardzalne przez obróbkę cieplną. Nie mogą być wzmocnione przez obróbkę na zimno w takim samym stopniu jak austenityczne stale nierdzewne. Są magnetyczne. Dodatki niobu (Nb), tytanu (Ti) i cyrkonu (Zr) do typu 430 zapewniają dobrą spawalność. Ze względu na prawie nieobecność niklu są one tańsze niż stale austenityczne i występują w wielu produktach, do których należą:

  • Samochodowe rury wydechowe (Typ 409 i 409 Cb są używane w Ameryce Północnej; gatunki stabilizowane Typ 439 i 441 są używane w Europie)
  • Zastosowania architektoniczne i konstrukcyjne (Typ 430, który zawiera 17% Cr)
  • Elementy budowlane, takie jak haki do łupków, pokrycia dachowe i przewody kominowe
  • Płyty mocy w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem pracujące w temperaturach około 700 °C (1292 °F) (ferrytyki wysokochromowe zawierające 22% Cr)

martenzytyczne

Martenzytyczne stale nierdzewne mają sześcienną strukturę kryształu skoncentrowaną na ciele i oferują szeroki zakres właściwości i są stosowane jako nierdzewne stale inżynieryjne, nierdzewne stale narzędziowe i stale odporne na pełzanie . Są magnetyczne i nie są tak odporne na korozję jak ferrytyczne i austenityczne stale nierdzewne ze względu na niską zawartość chromu. Dzielą się na cztery kategorie (z pewnymi nakładami):

  1. Gatunki Fe-Cr-C. Były to pierwsze stosowane gatunki i nadal są szeroko stosowane w zastosowaniach inżynieryjnych i odpornych na zużycie.
  2. Gatunki Fe-Cr-Ni-C. Część węgla zostaje zastąpiona niklem. Oferują wyższą wytrzymałość i wyższą odporność na korozję. Gatunek EN 1.4303 (Casting grade CA6NM) z 13% Cr i 4% Ni jest stosowany w większości turbin Peltona , Kaplana i Francisa w elektrowniach wodnych, ponieważ ma dobre właściwości odlewnicze, dobrą spawalność i dobrą odporność na erozję kawitacyjną .
  3. Stopnie utwardzania wydzieleniowego. Gatunek EN 1.4542 (znany również jako 17/4PH), najbardziej znany gatunek, łączy w sobie utwardzanie martenzytyczne i utwardzanie wydzieleniowe . Osiąga wysoką wytrzymałość i dobrą wytrzymałość i jest używany m.in. w lotnictwie.
  4. Gatunki odporne na pełzanie. Niewielkie dodatki niobu, wanadu , boru i kobaltu zwiększają wytrzymałość i odporność na pełzanie do około 650 °C (1202 °F).

Martenzytyczne stale nierdzewne mogą być poddawane obróbce cieplnej w celu uzyskania lepszych właściwości mechanicznych. Obróbka cieplna obejmuje zazwyczaj trzy etapy:

  1. Austenityzacja, w której stal jest podgrzewana do temperatury w zakresie 980–1050 °C (1800–1920 °F), w zależności od gatunku. Powstały austenit ma sześcienną strukturę kryształu skoncentrowaną na powierzchni.
  2. Hartowanie . Austenit jest przekształcany w martenzyt, twardą , skupioną na ciele, tetragonalną strukturę krystaliczną. Hartowany martenzyt jest bardzo twardy i zbyt kruchy dla większości zastosowań. Może pozostać trochę austenitu szczątkowego.
  3. Ruszenie. Martenzyt jest podgrzewany do około 500 ° C (932 ° F), utrzymywany w temperaturze, a następnie chłodzony powietrzem. Wyższe temperatury odpuszczania obniżają granicę plastyczności i końcową wytrzymałość na rozciąganie, ale zwiększają wytrzymałość na wydłużenie i udarność.

Zastąpienie części węgla w martenzytycznych stalach nierdzewnych azotem jest najnowszym osiągnięciem. Ograniczoną rozpuszczalność azotu zwiększa proces ciśnieniowej rafinacji elektrożużlowej (PESR), w którym topienie odbywa się pod wysokim ciśnieniem azotu. Osiągnięto stal zawierającą do 0,4% azotu, co prowadzi do wyższej twardości i wytrzymałości oraz większej odporności na korozję. Ponieważ PESR jest drogi, niższe, ale znaczące zawartości azotu zostały osiągnięte przy użyciu standardowego procesu odwęglania tlenowo-argonowego (AOD).

Dupleks

Stale nierdzewne typu duplex mają mieszaną mikrostrukturę austenitu i ferrytu, idealny stosunek to mieszanka 50:50, chociaż stopy handlowe mogą mieć stosunek 40:60. Charakteryzują się wyższą zawartością chromu (19–32%) i molibdenu (do 5%) oraz niższą zawartością niklu niż austenityczne stale nierdzewne. Stale nierdzewne typu duplex mają w przybliżeniu dwukrotnie większą granicę plastyczności niż austenityczna stal nierdzewna. Ich mieszana mikrostruktura zapewnia lepszą odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe chlorków w porównaniu z austenityczną stalą nierdzewną typu 304 i 316. Gatunki duplex są zwykle podzielone na trzy podgrupy w oparciu o ich odporność na korozję: lean duplex, standard duplex i super duplex. Właściwości stali nierdzewnych typu duplex są osiągane przy ogólnej niższej zawartości stopu niż gatunki superaustenityczne o podobnych parametrach, co sprawia, że ​​ich stosowanie jest opłacalne w wielu zastosowaniach. Przemysł celulozowo-papierniczy był jednym z pierwszych, który szeroko stosował stal nierdzewną typu duplex. Obecnie przemysł naftowy i gazowy jest największym użytkownikiem i dąży do tworzenia gatunków bardziej odpornych na korozję, co doprowadziło do opracowania gatunków super duplex i hyper duplex. Niedawno opracowano tańszy (i nieco mniej odporny na korozję) lean duplex, głównie do zastosowań konstrukcyjnych w budownictwie (pręty zbrojeniowe do betonu, płyty mostowe, prace przybrzeżne) oraz w przemyśle wodnym .

Utwardzanie wydzieleniowe

Stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo mają odporność na korozję porównywalną do odmian austenitycznych, ale mogą być utwardzane wydzieleniowo do jeszcze większej wytrzymałości niż inne gatunki martenzytyczne. Istnieją trzy rodzaje stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo:

  • Martenzytyczny 17-4 PH (AISI 630 EN 1.4542) zawiera około 17% Cr, 4% Ni, 4% Cu i 0,3% Nb.

Obróbka w roztworze w około 1040 °C (1900 °F), a następnie hartowanie daje stosunkowo ciągliwą strukturę martenzytyczną. Późniejsza obróbka starzeniowa w temperaturze 475°C (887°F) wytrąca fazy bogate w Nb i Cu, które zwiększają wytrzymałość do granicy plastyczności powyżej 1000 MPa. Ten wyjątkowy poziom wytrzymałości jest stosowany w zaawansowanych technologicznie zastosowaniach, takich jak lotnictwo (zwykle po przetopieniu w celu wyeliminowania wtrąceń niemetalicznych, co zwiększa trwałość zmęczeniową). Inną ważną zaletą tej stali jest to, że starzenie, w przeciwieństwie do obróbki odpuszczania, odbywa się w temperaturze, która może być stosowana do (prawie) gotowych części bez zniekształceń i odbarwień.

  • Semiaustenityczny 17-7PH (AISI 631 EN 1.4568) zawiera około 17% Cr, 7,2% Ni i 1,2% Al.

Typowa obróbka cieplna obejmuje obróbkę w przesyce i hartowanie . W tym momencie struktura pozostaje austenityczna. Transformacja martenzytyczna jest następnie uzyskiwana albo przez obróbkę kriogeniczną w -75°C (-103 °F) lub przez ciężką obróbkę na zimno (ponad 70% odkształcenia, zwykle przez walcowanie na zimno lub ciągnienie drutu). Starzenie w temperaturze 510°C (950°F), które wytrąca fazę międzymetaliczną Ni 3 Al, przeprowadza się jak powyżej na prawie gotowych częściach. Osiągane są wówczas poziomy naprężeń plastycznych powyżej 1400  MPa.

  • Austenityczny A286 (ASTM 660 EN 1.4980) zawiera około Cr 15%, Ni 25%, Ti 2,1%, Mo 1,2%, V 1,3% i B 0,005%.

Struktura pozostaje austenityczna we wszystkich temperaturach.

Typowa obróbka cieplna obejmuje przesycanie i hartowanie, po którym następuje starzenie w 715°C (1319°F). Starzenie tworzy Ni 3 Ti wytrąca się i zwiększa granicę plastyczności do około 650  MPa w temperaturze pokojowej. W przeciwieństwie do powyższych gatunków, właściwości mechaniczne i odporność na pełzanie tej stali pozostają bardzo dobre w temperaturach do 700 °C (1292 °F). W rezultacie A286 jest klasyfikowany jako nadstop na bazie Fe , stosowany w silnikach odrzutowych, turbinach gazowych i częściach turbosprężarek.

Klas

Istnieje ponad 150 gatunków stali nierdzewnej, z których 15 jest najczęściej używanych. Istnieje kilka systemów klasyfikacji stali nierdzewnych i innych, w tym gatunków stali US SAE . Zunifikowany system numeracji metali i stopów (UNS) został opracowany przez ASTM w 1970 roku. W tym samym celu Europejczycy opracowali EN 10088 .

Odporność na korozję

Stal nierdzewna (dolny rząd) jest bardziej odporna na korozję morską niż brąz aluminiowy (górny rząd) lub stopy miedzi i niklu (środkowy rząd)

W przeciwieństwie do stali węglowej, stale nierdzewne nie ulegają jednolitej korozji pod wpływem wilgotnego środowiska. Niezabezpieczona stal węglowa rdzewieje łatwo pod wpływem kombinacji powietrza i wilgoci. Powstała warstwa powierzchniowa tlenku żelaza jest porowata i delikatna. Ponadto, ponieważ tlenek żelaza zajmuje większą objętość niż oryginalna stal, warstwa ta rozszerza się i ma tendencję do łuszczenia się i odpadania, narażając znajdującą się pod nią stal na dalsze ataki. Dla porównania, stale nierdzewne zawierają wystarczającą ilość chromu, aby przejść pasywację , spontanicznie tworząc mikroskopijnie cienką obojętną warstwę powierzchniową tlenku chromu w reakcji z tlenem z powietrza, a nawet z niewielką ilością tlenu rozpuszczonego w wodzie. Ta pasywna warstwa zapobiega dalszej korozji, blokując dyfuzję tlenu do powierzchni stali, a tym samym zapobiega rozprzestrzenianiu się korozji w masie metalu. [3] Powłoka ta naprawia się samoczynnie, nawet po zarysowaniu lub chwilowym zakłóceniu przez warunki w środowisku, które przekraczają naturalną odporność na korozję tego gatunku.

Odporność tego filmu na korozję zależy od składu chemicznego stali nierdzewnej, głównie od zawartości chromu. Zwyczajowo rozróżnia się cztery formy korozji: jednorodną, ​​zlokalizowaną (wżery), galwaniczną i SCC (pękanie korozyjne naprężeniowe). Każda z tych form korozji może wystąpić, gdy gatunek stali nierdzewnej nie jest odpowiedni dla środowiska pracy.

Oznaczenie „CRES” odnosi się do stali odpornej na korozję.

Mundur

Jednolita korozja ma miejsce w bardzo agresywnych środowiskach, zwykle tam, gdzie chemikalia są produkowane lub intensywnie używane, na przykład w przemyśle celulozowo-papierniczym. Cała powierzchnia stali jest atakowana, a korozja jest wyrażona jako szybkość korozji w mm/rok (w takich przypadkach dopuszczalne jest zwykle mniej niż 0,1 mm/rok). Tabele korozyjne zawierają wytyczne.

Dzieje się tak zazwyczaj, gdy stale nierdzewne są narażone na działanie roztworów kwasowych lub zasadowych. To, czy stal nierdzewna koroduje, zależy od rodzaju i stężenia kwasu lub zasady oraz temperatury roztworu. Jednolita korozja jest zazwyczaj łatwa do uniknięcia dzięki obszernym opublikowanym danym na temat korozji lub łatwo przeprowadzanym laboratoryjnym testom korozyjnym.

Stal nierdzewna nie jest całkowicie odporna na korozję, jak pokazano w tym sprzęcie do odsalania .

Roztwory kwasowe można podzielić na dwie ogólne kategorie: kwasy redukujące, takie jak kwas solny i rozcieńczony kwas siarkowy oraz kwasy utleniające , takie jak kwas azotowy i stężony kwas siarkowy. Zwiększenie zawartości chromu i molibdenu zapewnia zwiększoną odporność na kwasy redukujące, natomiast zwiększenie zawartości chromu i krzemu zapewnia zwiększoną odporność na kwasy utleniające. Kwas siarkowy jest jedną z najczęściej produkowanych chemii przemysłowej. W temperaturze pokojowej stal nierdzewna typu 304 jest odporna tylko na 3% kwasy, podczas gdy typ 316 jest odporny na 3% kwasy do 50°C (122°F) i 20% na kwasy w temperaturze pokojowej. Dlatego typ 304 SS jest rzadko używany w kontakcie z kwasem siarkowym. Typ 904L i Alloy 20 są odporne na działanie kwasu siarkowego w jeszcze wyższych stężeniach powyżej temperatury pokojowej. Stężony kwas siarkowy ma właściwości utleniające, takie jak kwas azotowy, dlatego też przydatne są również stale nierdzewne zawierające krzem. Kwas solny uszkadza wszelkiego rodzaju stal nierdzewną i należy go unikać. Wszystkie rodzaje stali nierdzewnej są odporne na działanie kwasu fosforowego i azotowego w temperaturze pokojowej. Przy wysokich stężeniach i podwyższonych temperaturach nastąpi atak i wymagane są wysokostopowe stale nierdzewne. Ogólnie kwasy organiczne są mniej korozyjne niż kwasy mineralne, takie jak kwas solny i siarkowy. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej kwasów organicznych zmniejsza się ich korozyjność. Kwas mrówkowy ma najniższą masę cząsteczkową i jest słabym kwasem. Typ 304 może być używany z kwasem mrówkowym, chociaż ma tendencję do odbarwiania roztworu. Typ 316 jest powszechnie stosowany do przechowywania i obsługi kwasu octowego , ważnego z handlowego punktu widzenia kwasu organicznego.

Stale nierdzewne typu 304 i typu 316 są odporne na słabe zasady, takie jak wodorotlenek amonu , nawet w wysokich stężeniach i wysokich temperaturach. Te same gatunki wystawione na działanie silniejszych zasad, takich jak wodorotlenek sodu w wysokich stężeniach i wysokich temperaturach, prawdopodobnie będą wytrawiać i pękać. Rosnąca zawartość chromu i niklu zapewnia zwiększoną odporność.

Wszystkie gatunki są odporne na uszkodzenia spowodowane przez aldehydy i aminy , chociaż w tym ostatnim przypadku typ 316 jest lepszy niż typ 304; octan celulozy uszkadza typ 304, chyba że utrzymuje się niską temperaturę. Tłuszcze i kwasy tłuszczowe mają wpływ tylko na typ 304 w temperaturach powyżej 150°C (302°F) i typ 316 SS powyżej 260°C (500°F), podczas gdy typ 317 SS nie ma wpływu we wszystkich temperaturach. Typ 316L jest wymagany do przetwarzania mocznika .

Zlokalizowane

Korozja miejscowa może wystąpić na kilka sposobów, np . korozja wżerowa i korozja szczelinowa . Te zlokalizowane ataki są najczęstsze w obecności jonów chlorkowych . Wyższe poziomy chlorków wymagają bardziej wysokostopowych stali nierdzewnych.

Korozja miejscowa może być trudna do przewidzenia, ponieważ zależy od wielu czynników, w tym:

  • Stężenie jonów chlorkowych. Nawet jeśli znane jest stężenie roztworu chlorków, nadal istnieje możliwość nieoczekiwanego wystąpienia miejscowej korozji. Jony chlorkowe mogą być nierównomiernie skoncentrowane w niektórych obszarach, takich jak szczeliny (np. pod uszczelkami) lub na powierzchniach w przestrzeniach parowych z powodu parowania i kondensacji.
  • Temperatura: wzrost temperatury zwiększa podatność.
  • Kwasowość: wzrastająca kwasowość zwiększa podatność.
  • Stagnacja: warunki stagnacji zwiększają podatność.
  • Indywidua utleniające: obecność indywiduów utleniających, takich jak jony żelaza i miedzi, zwiększa podatność.

Korozja wżerowa jest uważana za najczęstszą formę korozji miejscowej. Odporność korozyjną stali nierdzewnych na korozję wżerową często wyraża się za pomocą PREN , uzyskaną ze wzoru:

,

gdzie terminy odpowiadają proporcji masowych zawartości chromu, molibdenu i azotu w stali. Na przykład, gdyby stal składała się z 15% chromu, %Cr byłoby równe 15.

Im wyższy PREN, tym wyższa odporność na korozję wżerową. Tak więc zwiększenie zawartości chromu, molibdenu i azotu zapewnia lepszą odporność na korozję wżerową.

Chociaż PREN niektórych stali może teoretycznie być wystarczający, aby oprzeć się korozji wżerowej, korozja szczelinowa może nadal występować, gdy kiepski projekt utworzył ograniczone obszary (zachodzące na siebie płyty, połączenia podkładek z podkładkami itp.) lub gdy na materiale tworzą się osady. W tych wybranych obszarach PREN może nie być wystarczająco wysoki dla warunków pracy. Dobry projekt, techniki wytwarzania, dobór stopu, odpowiednie warunki pracy oparte na stężeniu związków aktywnych obecnych w roztworze powodującym korozję, pH itp. mogą zapobiec takiej korozji.

Naprężenie

Pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC) to nagłe pękanie i awaria elementu bez deformacji. Może wystąpić, gdy spełnione są trzy warunki:

  • Część jest naprężona (przez przyłożone obciążenie lub naprężenie szczątkowe).
  • Środowisko jest agresywne (wysoki poziom chlorków, temperatura powyżej 50°C (122°F), obecność H 2 S).
  • Stal nierdzewna nie jest wystarczająco odporna na SCC.

Mechanizm SCC wynika z następującej sekwencji zdarzeń:

  1. Występują wżery.
  2. Pęknięcia zaczynają się od miejsca inicjacji dołu.
  3. Pęknięcia następnie rozprzestrzeniają się w metalu w trybie transgranularnym lub międzykrystalicznym.
  4. Wystąpiła awaria.

Podczas gdy wżery zwykle prowadzą do nieestetycznych powierzchni, aw najgorszym przypadku do perforacji blachy nierdzewnej, uszkodzenie przez SCC może mieć poważne konsekwencje. Dlatego jest uważany za szczególną formę korozji.

Ponieważ SCC wymaga spełnienia kilku warunków, można temu przeciwdziałać za pomocą stosunkowo łatwych środków, w tym:

  • Zmniejszenie poziomu naprężeń (specyfikacje ropy i gazu podają wymagania dotyczące maksymalnego poziomu naprężeń w środowiskach zawierających H 2 S).
  • Ocena agresywności środowiska (wysoka zawartość chlorków, temperatura powyżej 50 °C (122 °F) itp.).
  • Wybór odpowiedniego rodzaju stali nierdzewnej: superaustenityczna, taka jak gatunek 904L lub super-duplex ( stale nierdzewne ferrytyczne i stale nierdzewne duplex są bardzo odporne na SCC).

Galwaniczny

Nakrętka po lewej stronie nie jest ze stali nierdzewnej i jest zardzewiała , w przeciwieństwie do nakrętki po prawej stronie.

Korozja galwaniczna (zwana również „korozją różnych metali”) odnosi się do uszkodzeń korozyjnych spowodowanych połączeniem dwóch odmiennych materiałów w korozyjnym elektrolicie. Najpopularniejszym elektrolitem jest woda, od słodkiej po morską. Kiedy tworzy się para galwaniczna, jeden z metali w parze staje się anodą i koroduje szybciej niż sam, podczas gdy drugi staje się katodą i koroduje wolniej niż sam. Stal nierdzewna, ze względu na większy potencjał elektrody dodatniej niż na przykład stal węglowa i aluminium, staje się katodą, przyspieszając korozję metalu anodowego. Przykładem jest korozja nitów aluminiowych mocujących blachy ze stali nierdzewnej w kontakcie z wodą. Względne pola powierzchni anody i katody są ważne przy określaniu szybkości korozji. W powyższym przykładzie pole powierzchni nitów jest małe w porównaniu z arkuszem ze stali nierdzewnej, co powoduje szybką korozję. Jeśli jednak do montażu blach aluminiowych stosuje się elementy złączne ze stali nierdzewnej, korozja galwaniczna będzie znacznie wolniejsza, ponieważ gęstość prądu galwanicznego na powierzchni aluminium będzie o rząd wielkości mniejsza. Częstym błędem jest montaż płyt ze stali nierdzewnej za pomocą łączników ze stali węglowej; podczas gdy użycie stali nierdzewnej do mocowania płyt ze stali węglowej jest zwykle dopuszczalne, odwrotnie nie jest. Zapewnienie izolacji elektrycznej pomiędzy różnymi metalami, tam gdzie to możliwe, skutecznie zapobiega tego typu korozji.

Wysoka temperatura

W podwyższonych temperaturach wszystkie metale reagują z gorącymi gazami. Najpopularniejszą wysokotemperaturową mieszaniną gazową jest powietrze, którego najbardziej reaktywnym składnikiem jest tlen. Aby uniknąć korozji w powietrzu, stal węglowa jest ograniczona do około 480 °C (900 °F). Odporność na utlenianie stali nierdzewnych wzrasta wraz z dodatkami chromu, krzemu i aluminium. Niewielkie dodatki ceru i itru zwiększają przyczepność warstwy tlenku do powierzchni. Dodanie chromu pozostaje najczęstszą metodą zwiększania odporności na korozję wysokotemperaturową w stalach nierdzewnych; chrom reaguje z tlenem, tworząc zgorzelinę tlenku chromu, która zmniejsza dyfuzję tlenu do materiału. Minimum 10,5% chromu w stalach nierdzewnych zapewnia odporność do około 700°C (1300 °F), podczas gdy 16% chromu zapewnia odporność do około 1200 °C (2200 °F). Typ 304, najpopularniejszy gatunek stali nierdzewnej z 18% chromem, jest odporny na około 870 °C (1600 °F). Inne gazy, takie jak dwutlenek siarki , siarkowodór , tlenek węgla , chlor , również atakują stal nierdzewną. Odporność na inne gazy zależy od rodzaju gazu, temperatury i zawartości stopu stali nierdzewnej. Z dodatkiem do 5% aluminium, gatunki ferrytyczne Fr-Cr-Al są przeznaczone do odporności elektrycznej i odporności na utlenianie w podwyższonych temperaturach. Do takich stopów zalicza się Kanthal , produkowane w postaci drutu lub wstążek.

Standardowe wykończenia

Matowa powierzchnia rury, z kilkoma poziomymi rysami
Stal nierdzewna 316L, z niepolerowanym, frezowanym wykończeniem

Standardowe wykończenia walcownicze można nakładać na płasko walcowaną stal nierdzewną bezpośrednio za pomocą wałków i mechanicznych materiałów ściernych. Stal jest najpierw walcowana na wymiar i na grubość, a następnie wyżarzana w celu zmiany właściwości materiału końcowego. Wszelkie utlenianie powstające na powierzchni ( zgorzelina walcownicza ) jest usuwane przez wytrawianie , a na powierzchni tworzy się warstwa pasywacji. Następnie można zastosować ostateczne wykończenie, aby uzyskać pożądany estetyczny wygląd.

Następujące oznaczenia są używane do opisu wykończeń stali nierdzewnej według ASTM A480/A480M-18 (DIN):

  • Nr 0: Blachy gorącowalcowane, wyżarzane, grubsze
  • Nr 1 (1D): Walcowane na gorąco, wyżarzane i pasywowane
  • Nr 2D (2D): Walcowane na zimno, wyżarzane, marynowane i pasywowane
  • Nr 2B (2B): Tak samo jak powyżej, z dodatkowym przejściem przez wysoko polerowane rolki
  • Nr 2BA (2R): wyżarzony na jasny (BA lub 2R) taki sam jak powyżej, a następnie wyżarzony na jasny w warunkach atmosferycznych bez tlenu
  • Nr 3 (G-2G:) Gruboziarniste wykończenie ścierne nakładane mechanicznie
  • Nr 4 (1J-2J): Wykończenie szczotkowane
  • Nr 5: Satynowe wykończenie
  • Nr 6 (1K-2K): Matowe wykończenie (szczotkowane, ale gładsze niż #4)
  • Nr 7 (1P-2P): Odblaskowe wykończenie
  • Nr 8: Wykończenie lustrzane
  • Nr 9: Wykończenie kulkami piaskowymi
  • Nr 10: Wykończenie barwione na gorąco – oferuje szeroką gamę powierzchni elektropolerowanych i barwionych na gorąco

Łączący

Dla stali nierdzewnych dostępna jest szeroka gama procesów łączenia, chociaż spawanie jest zdecydowanie najbardziej powszechne.

Łatwość spawania w dużej mierze zależy od rodzaju użytej stali nierdzewnej. Austenityczne stale nierdzewne są najłatwiejsze do spawania łukiem elektrycznym , mają właściwości spawalnicze zbliżone do metalu rodzimego (nieobrobione na zimno). Martenzytyczne stale nierdzewne można również spawać łukiem elektrycznym, ale ponieważ strefa wpływu ciepła (HAZ) i strefa wtapiania (FZ) tworzą martenzyt po schłodzeniu, należy podjąć środki ostrożności, aby uniknąć pękania spoiny. Niewłaściwe praktyki spawalnicze mogą dodatkowo powodować powstawanie cukru (zgorzeliny tlenkowej) i/lub przebarwienia cieplne na tylnej stronie spoiny. Można temu zapobiec, stosując gazy do przepłukiwania wstecznego, płyty podkładowe i topniki. Obróbka cieplna po spawaniu jest prawie zawsze wymagana, podczas gdy wstępne podgrzewanie przed spawaniem jest również konieczne w niektórych przypadkach. Spawanie łukiem elektrycznym ferrytycznej stali nierdzewnej typu 430 powoduje rozrost ziaren w strefie wpływu ciepła (SWC), co prowadzi do kruchości. Zostało to w dużej mierze przezwyciężone w przypadku stabilizowanych gatunków ferrytycznych, w których niob, tytan i cyrkon tworzą wydzielenia, które zapobiegają wzrostowi ziarna. Spawanie stali nierdzewnej typu duplex za pomocą łuku elektrycznego jest powszechną praktyką, ale wymaga dokładnej kontroli parametrów procesu. W przeciwnym razie dochodzi do wytrącania się niepożądanych faz międzymetalicznych, co zmniejsza ciągliwość spoin.

Procesy spawania łukiem elektrycznym obejmują:

Spawanie MIG i TIG to najczęściej stosowane metody.

Inne procesy spawalnicze obejmują:

Stal nierdzewna może być łączona za pomocą klejów, takich jak silikon, polimery modyfikowane sililami i epoksydy . W niektórych sytuacjach stosuje się również kleje akrylowe i poliuretanowe .

Produkcja

Większość światowej produkcji stali nierdzewnej wytwarzana jest w następujących procesach:

  • Elektryczny piec łukowy (EAF): złom stali nierdzewnej, inny złom żelazny i stopy żelaza (Fe Cr, Fe Ni, Fe Mo, Fe Si) są przetapiane razem. Stopiony metal jest następnie wlewany do kadzi i przenoszony do procesu AOD (patrz poniżej).
  • Odwęglanie argonowo-tlenowe (AOD): węgiel ze stopionej stali jest usuwany (przez przekształcenie go w gazowy tlenek węgla ) i wprowadzane są inne zmiany składu w celu uzyskania pożądanego składu chemicznego.
  • Odlewanie ciągłe (CC): stopiony metal jest zestalany w płyty na produkty płaskie (typowy przekrój ma grubość 20 centymetrów (8 cali) i szerokość 2 metry (6,6 stopy) lub kwitnie (przekroje różnią się znacznie, ale 25 na 25 centymetrów (9,8 w × 9,8 cala) to średnia wielkość).
  • Walcowanie na gorąco (HR): kęsiska płaskie i kęsiska są ponownie nagrzewane w piecu i walcowane na gorąco. Walcowanie na gorąco zmniejsza grubość wlewków, aby wyprodukować kręgi o grubości około 3 mm (0,12 cala). Z drugiej strony kwiaty są walcowane na gorąco w pręty, które są cięte na odcinki na wyjściu z walcarki lub walcówkę, która jest zwijana.
  • Wykańczanie na zimno (CF) zależy od rodzaju wykańczanego produktu:
    • Kręgi walcowane na gorąco są wytrawiane w roztworach kwasów w celu usunięcia zgorzeliny tlenkowej z powierzchni, a następnie walcowane na zimno w walcarkach Sendzimira i wyżarzane w atmosferze ochronnej do uzyskania pożądanej grubości i wykończenia powierzchni. Dalsze operacje, takie jak rozcinanie i formowanie rur, mogą być wykonywane w dalszych zakładach.
    • Pręty gorącowalcowane są prostowane, a następnie poddawane obróbce mechanicznej z wymaganą tolerancją i wykończeniem.
    • Zwoje walcówki są następnie przetwarzane w celu wytworzenia prętów wykończonych na zimno na stołach ciągarskich, elementów złącznych na maszynach do wyrobu śrub oraz drutu na ciągarkach jedno- lub wieloprzebiegowych.

Światowe dane dotyczące produkcji stali nierdzewnej są publikowane corocznie przez Międzynarodowe Forum Stali Nierdzewnych. Spośród danych dotyczących produkcji UE, Włochy, Belgia i Hiszpania były godne uwagi, podczas gdy Kanada i Meksyk nie przedstawiły żadnych. Chiny, Japonia, Korea Południowa, Tajwan, Indie, Stany Zjednoczone i Indonezja były dużymi producentami, podczas gdy Rosja odnotowała niewielką produkcję.

Światowa produkcja stali nierdzewnej w wyrobach płaskich i długich (tony metryczne, tys.)
Rok
Unia Europejska
Ameryki
Chiny
Azja z wyłączeniem Chin
Inne kraje
Świat
2020 6323 2144 30139 6429 5857 50892
2019 6805 2593 29 400 7894 5525 52 218
2018 7386 2808 26 706 8195 5635 50 729
2017 7377 2754 25 774 8030 4146 48 081
2016 7280 2931 24 938 9956 672 45 778
2015 7169 2747 21 562 9462 609 41 548
2014 7252 2813 21 692 9333 595 41 686
2013 7147 2454 18 984 9276 644 38 506

Podział produkcji według rodzin stali nierdzewnych w 2017 roku:

  • Austenityczne stale nierdzewne Cr-Ni (zwane również serią 300, patrz sekcja „Gatunki” powyżej): 54%
  • Austenityczne stale nierdzewne Cr-Mn (zwane również serią 200): 21%
  • Stale nierdzewne ferrytyczne i martenzytyczne (zwane również serią 400): 23%

Aplikacje

Stal nierdzewna jest wykorzystywana w wielu dziedzinach, w tym w architekturze, sztuce, inżynierii chemicznej, produkcji żywności i napojów, pojazdach, medycynie, energetyce i broni palnej.

Koszt cyklu życia

Obliczenia kosztów cyklu życia (LCC) służą do wyboru projektu i materiałów, które doprowadzą do najniższych kosztów w całym okresie życia projektu, takiego jak budynek lub most.

Formuła w prostej formie jest następująca:

gdzie LCC to całkowity koszt cyklu życia, AC to koszt zakupu, IC to koszt instalacji, OC to koszty eksploatacji i konserwacji, LP to koszt utraconej produkcji z powodu przestojów, a RC to koszt materiałów zastępczych.

Ponadto N to planowany czas trwania projektu, i stopa procentowa, a n rok, w którym ma miejsce dane OC lub LP lub RC. Stopa procentowa (i) służy do przeliczania wydatków z różnych lat na ich wartość bieżącą (metoda szeroko stosowana przez banki i towarzystwa ubezpieczeniowe), dzięki czemu można je uczciwie dodawać i porównywać. Użycie formuły sumy ( ) uwzględnia fakt, że wydatki w okresie życia projektu muszą być kumulowane po skorygowaniu o stopę procentową.

Zastosowanie LCC w doborze materiałów

Stal nierdzewna stosowana w projektach często skutkuje niższymi wartościami LCC w porównaniu z innymi materiałami. Wyższe koszty nabycia (AC) komponentów ze stali nierdzewnej są często kompensowane przez poprawę kosztów eksploatacji i konserwacji, zmniejszone koszty produkcji (LP) oraz wyższą wartość odsprzedaży komponentów ze stali nierdzewnej.

Obliczenia LCC zazwyczaj ograniczają się do samego projektu. Mogą jednak istnieć inne koszty, które interesariusz projektu może chcieć wziąć pod uwagę:

  • Nie można zamknąć zakładów użyteczności publicznej, takich jak elektrownie, wodociągi i oczyszczalnie ścieków oraz szpitale. Każda konserwacja będzie wymagała dodatkowych kosztów związanych z kontynuacją serwisu.
  • Pośrednie koszty społeczne (z możliwymi skutkami politycznymi) mogą zostać poniesione w niektórych sytuacjach, takich jak zamykanie lub ograniczanie ruchu na mostach, tworzenie kolejek, opóźnienia, utrata godzin pracy ludzi i zwiększone zanieczyszczenie przez pojazdy na biegu jałowym.

Zrównoważony rozwój – recykling i ponowne wykorzystanie

Średni ślad węglowy stali nierdzewnej (wszystkie gatunki, wszystkie kraje) szacuje się na 2,90 kg CO2 na kg wyprodukowanej stali nierdzewnej, z czego 1,92 kg to emisje z surowców (Cr, Ni, Mo); 0,54 kg z energii elektrycznej i pary, a 0,44 kg to emisje bezpośrednie (tj. z fabryki stali nierdzewnej). Należy pamiętać, że stal nierdzewna produkowana w krajach, które korzystają z czystszych źródeł energii elektrycznej (takich jak Francja, która wykorzystuje energię jądrową) będzie miała niższy ślad węglowy. Materiały ferrytyczne bez Ni będą miały mniejszy ślad CO 2 niż materiały austenityczne zawierające 8% lub więcej Ni. Ślad węglowy nie może być jedynym czynnikiem związanym ze zrównoważonym rozwojem przy podejmowaniu decyzji o wyborze materiałów:

  • przez cały okres użytkowania produktu, konserwacja, naprawy lub wczesny koniec życia (planowane starzenie się) może zwiększyć jego ogólny ślad znacznie poza początkowe różnice materiałowe. Ponadto utrata usługi (zwykle w przypadku mostów) może spowodować duże ukryte koszty, takie jak kolejki, zmarnowane paliwo i strata roboczogodzin.
  • ilość materiału użytego do wykonania danej usługi zależy od wydajności, w szczególności od poziomu wytrzymałości, który pozwala na stosowanie lżejszych konstrukcji i komponentów.

Stal nierdzewna nadaje się w 100% do recyklingu . Przeciętny przedmiot ze stali nierdzewnej składa się w około 60% z materiału pochodzącego z recyklingu, z czego około 40% pochodzi z produktów wycofanych z eksploatacji, a pozostałe 60% pochodzi z procesów produkcyjnych. Tym, co zapobiega wyższej zawartości recyklingu, jest dostępność złomu stali nierdzewnej, pomimo bardzo wysokiego wskaźnika recyklingu. Według raportu Międzynarodowego Panelu Zasobów Metali w Społeczeństwie , zapas stali nierdzewnej na mieszkańca w użyciu w społeczeństwie wynosi 80-180 kg w krajach bardziej rozwiniętych i 15 kg w krajach mniej rozwiniętych. Istnieje rynek wtórny, który przetwarza złom nadający się do użytku na wielu rynkach stali nierdzewnej. Produkt to głównie kręgi, arkusze i półfabrykaty. Ten materiał jest kupowany po niższej cenie i sprzedawany do komercyjnej jakości stempli i zakładów blacharskich. Materiał może mieć rysy, wgłębienia i wgniecenia, ale jest wykonany zgodnie z aktualnymi specyfikacjami.

Cykl stali nierdzewnej rozpoczyna się od złomu stali węglowej, metali pierwotnych i żużlu. Kolejnym etapem jest produkcja wyrobów stalowych gorącowalcowanych i wykańczanych na zimno w hutach. Produkowana jest pewna ilość złomu, który jest bezpośrednio ponownie wykorzystywany w topielni. Produkcja komponentów to trzeci krok. Część złomu jest produkowana i trafia do pętli recyklingu. Montaż gotowych wyrobów i ich użytkowanie nie generuje strat materialnych. Czwartym krokiem jest zbieranie stali nierdzewnej do recyklingu po zakończeniu życia towarów (takich jak naczynia kuchenne, zakłady celulozowo-papiernicze lub części samochodowe). W tym miejscu najtrudniej jest wprowadzić stal nierdzewną do obiegu recyklingu, jak pokazano w poniższej tabeli:

Szacunki zbiórki do recyklingu według sektorów
Sektor przeznaczenia Wyniki Użyj, średnia globalna Szacunki
2000 2005 Średnia żywotność
(lata)
Współczynnik
zmienności
Na wysypisko Zebrane do recyklingu
Całkowity W tym jako stal nierdzewna W tym jako stal węglowa
Budynek i infrastruktura 17% 18% 50 30% 8% 92% 95% 5%
Transport (ogółem) 21% 18% 13% 87% 85% 15%
w tym samochody osobowe 17% 14% 14 15%
Z czego inne 4% 4% 30 20%
Maszyny przemysłowe 29% 26% 25 20% 8% 92% 95% 5%
AGD i elektronika 10% 10% 15 20% 30% 70% 95% 5%
Towary metalowe 23% 27% 15 25% 40% 60% 80% 20%

Stal nierdzewna w nanoskali

W laboratorium wytworzono nanocząstki ze stali nierdzewnej. Mogą one mieć zastosowanie jako dodatki do zastosowań o wysokiej wydajności. Na przykład obróbka siarką, fosforyzacją i azotowaniem w celu wytworzenia katalizatorów na bazie stali nierdzewnej w nanoskali może poprawić wydajność elektrokatalityczną stali nierdzewnej w zakresie rozszczepiania wody.

Efekty zdrowotne

Prowadzone są szeroko zakrojone badania wskazujące na pewne prawdopodobne zwiększone ryzyko zachorowania na raka (szczególnie raka płuc) na skutek wdychania oparów podczas spawania stali nierdzewnej. Podejrzewa się, że spawanie stali nierdzewnej powoduje wytwarzanie rakotwórczych oparów z tlenków kadmu, niklu i chromu. Według Cancer Council Australia „W 2017 r. wszystkie rodzaje dymów spawalniczych zostały sklasyfikowane jako rakotwórcze grupy 1. ”.

Ogólnie uważa się, że stal nierdzewna jest biologicznie obojętna. Jednak podczas gotowania niewielkie ilości niklu i chromu wypłukują się z nowych naczyń ze stali nierdzewnej do żywności o dużej kwasowości. Nikiel może przyczyniać się do ryzyka raka — zwłaszcza raka płuc i raka nosa . Jednak nie ustalono żadnego związku między naczyniami ze stali nierdzewnej a rakiem.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsze czytanie