Roestvast staal is er in vele varianten, meestal geclassificeerd op basis van hun chemische samenstelling, microstructuur en toepassing. Op basis van de aanwezige primaire legeringselementen kan roestvast staal worden gecategoriseerd als Cr (chroomstaal), CrMo (chroom-molybdeenstaal), CrNi (chroom-nikkelstaal), CrNiMn (chroom-nikkel-mangaanstaal of hoog-mangaanstaal) en CrMnN (chroom-mangaan-stikstofstaal). Op basis van hun microstructuur na warmtebehandeling kunnen ze worden onderverdeeld in vijf hoofdcategorieën: ferritisch roestvrij staal, martensitisch roestvrij staal, austenitisch roestvrij staal, austenitisch-ferritisch duplex roestvrij staal en precipitatiehardend-roestvrij staal.
Austenitisch roestvrij staal
Austenitisch roestvast staal is ontwikkeld op basis van 18-8 CrNi-staal. Om de corrosieweerstand te verbeteren, worden ferriet-vormende elementen zoals Ti, Nb, Mo en Si vaak toegevoegd aan 18-8 staal, terwijl tegelijkertijd het Cr-gehalte wordt verhoogd en het C-gehalte wordt verlaagd. De algehele corrosieweerstand wordt voornamelijk bepaald door het gehalte aan deze legeringselementen, Cr, Ni, Mo en Si. In oxiderende media of media die oxidatiemiddelen bevatten, zorgt het passivatie-effect voor een uitstekende corrosieweerstand in media zoals salpeterzuur, waardoor het op grote schaal wordt gebruikt in chemische apparatuur voor de productie van salpeterzuur. In sterk oxiderende media (zoals salpeterzuur met een hoge-concentratie, hoge-temperatuur of salpeterzuur met toegevoegde oxidatiemiddelen) neigt het potentieel echter te verschuiven naar de over-overpassiveringszone, waardoor corrosie wordt versneld. Over het algemeen zijn staalsoorten alleen bestand tegen verdund salpeterzuur of een gemiddelde concentratie salpeterzuur, niet tegen geconcentreerd salpeterzuur. Staalsoorten die specifieke elementen bevatten (zoals Si) (bijvoorbeeld 0Cr20Ni24Si4Ti uit mijn land, NAR-SN1 uit Japan en 00Cr8Ni20Si6 uit de Sovjet-Unie) zijn echter bestand tegen geconcentreerd salpeterzuur. Voor de weerstand tegen verdund zwavelzuur kan de toevoeging van Mo, Cu en Si de corrosiesnelheid verminderen. Staalsoorten zoals 0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti vertonen een goede weerstand tegen zwavelzuur, terwijl zware omstandigheden zoals heet zwavelzuur Ni-legeringen vereisen (bijvoorbeeld Ni70Mo27V). De corrosieweerstand in alkalische oplossingen is uitstekend, en deze neemt toe naarmate het Ni-gehalte toeneemt.
Tijdens warmtebehandeling of lassen worden carbidefasen gemakkelijk neergeslagen op de korrelgrenzen, waardoor intergranulaire corrosie ontstaat.. 18-8 Staal wordt vaak oplossingsbehandeld (afgeschrikt) bij 900-1100 graden om van de structuur een-fase austeniet te maken en de intergranulaire corrosieweerstand te verbeteren. Dit kan ook worden vermeden door het C-gehalte te beperken (minder dan of gelijk aan 0,03%), sterke carbide-vormende elementen toe te voegen, zoals Ti/Nb, en te stabiliseren op ongeveer 900 graden. Het is echter gevoelig voor SCC. De media die SCC veroorzaken zijn onder meer hoge-geconcentreerde waterige chlorideoplossingen boven de 80 graden, sulfideoplossingen (polythionzuur, H₂S-oplossingen), hete geconcentreerde alkali, water van 150-350 graden hoge-druk, enz.; Putcorrosie en spleetcorrosie kunnen ook optreden in chloride-bevattende waterige oplossingen. Het remmen van carbideprecipitatie, het verminderen van sulfide-insluitsels en het verhogen van de zuiverheid kunnen dit probleem verminderen. Legeringselementen zoals Cr, Mo en N kunnen de weerstand tegen putcorrosie verbeteren, en Si en Ni spelen ook een bepaalde rol. Ferritisch roestvast staal Ferritisch roestvast staal verwijst naar chroomroestvrij staal met ferrietstructuur bij kamertemperatuur. Het is onderverdeeld in Cr13-type, Cr16-19-type en Cr25-28-type, afhankelijk van de Cr-inhoud. Naarmate het Cr-gehalte toeneemt, verbeteren de corrosieweerstand en oxidatieweerstand van oxiderend zuur; in oxiderende media zoals salpeterzuur is de corrosieweerstand vergelijkbaar met die van Cr-Ni austenitisch roestvast staal met hetzelfde Cr-gehalte, maar lager dan laatstgenoemde in reducerende media. Hoewel ferritisch staal met een hoog-Cr-gehalte een hoge vloeigrens, een hoge thermische geleidbaarheid en lage kosten heeft, is het bros (de korrelvergroving in de door hitte-beïnvloede zone na het lassen maakt het brosser), heeft het een slechte weerstand tegen putjes en is gevoelig voor inkepingen. Het toepassingsbereik is kleiner dan dat van Cr-Ni austenitisch roestvast staal. [2] De intergranulaire corrosie vindt zijn oorsprong in de ontleding van een oververzadigde vaste oplossing, en de precipitatie van Cr-bevattende C- en N-verbindingen aan de korrelgrenzen leidt tot Cr-uitputting in de omgeving. Normaal zuiver ferritisch roestvrij staal heeft een grotere neiging tot intergranulaire corrosie als gevolg van de snelle precipitatie van Cr-koolstof en nitriden. Het kan niet alleen voorkomen in sterk corrosieve media, maar ook in zwakke media (zoals leidingwater). Verbeteringen kunnen worden aangebracht door het Cr-gehalte te verhogen, de C/N-verhouding te verlagen, stabiliserende elementen toe te voegen zoals Ti/Nb, of een gematigde uitgloeiing uit te voeren bij 700-800 graden. De weerstand tegen chloor-SCC is superieur aan die van austenitisch roestvast staal (de in het lichaam gecentreerde kubusvormige roostervlakken glijden gemakkelijk weg, waardoor netwerkdislocaties ontstaan die minder snel lineaire groeven vormen). SCC kan echter nog steeds optreden als gevolg van interkristallijne corrosie en putcorrosie, wat kan worden voorkomen door Ti en Nb toe te voegen. Zeer zuiver, putbestendig ferritisch roestvrij staal kan worden verkregen door Mo toe te voegen en te raffineren om onzuiverheden zoals de C/N-verhouding en niet-metallische insluitsels te verminderen.
Martensitisch roestvrij staal
Martensitisch roestvast staal is een chroomroestvast staal met een martensitische structuur bij kamertemperatuur. Het bevat een hoog gehalte aan Cr (wCr=13%-18%) en C (wC=0.1%-0,9%). Representatieve kwaliteiten zijn onder meer 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13 en 95Cr18. Bij normale afschriktemperaturen vormt het zuiver austeniet en verandert het bij afkoeling in martensiet. Het verhogen van het koolstofgehalte verhoogt de sterkte, hardheid en slijtvastheid, maar vermindert de corrosieweerstand. Het wordt vaak gebruikt bij de vervaardiging van instrumenten en meetinstrumenten met hoge mechanische eigenschappen en een zekere mate van corrosieweerstand.
Cr13-staal vertoont een uitstekende algehele corrosieweerstand in zwak corrosieve media zoals lucht en zwakke organische zuur/zoutoplossingen. De corrosieweerstand houdt verband met de microstructuur; na het blussen blijft de corrosieweerstand consistent met het variërende koolstofgehalte. Temperen onder 450 graden heeft weinig effect op de corrosieweerstand. Temperen bij hoge-temperaturen resulteert echter in een Cr-verarmde vaste oplossing als gevolg van de vorming van Cr-carbiden, waardoor de corrosieweerstand afneemt. Temperen bij 700-750 graden verhoogt de corrosieweerstand als gevolg van een afname van de Cr-concentratiegradiënt in het ferriet. In de gegloeide toestand zorgt het toenemende koolstofgehalte in het staal ervoor dat de ferrietfase verder wordt uitgeput, waardoor de corrosieweerstand wordt verminderd. Om de prestaties te verbeteren worden vaak elementen als Ni, Mo, V, Co, Si en Cu toegevoegd. Het verhogen van het Cr-gehalte kan ook de corrosieweerstand verbeteren, maar het C-gehalte moet dienovereenkomstig worden verhoogd om een martensitische structuur te bereiken. Het vervangen van C door Ni heeft vergelijkbare effecten.. 14Cr17Ni2 is een martensitisch staal met uitstekende corrosieweerstand.
Duplex roestvrij staal
Deze kwaliteiten zijn ontwikkeld om verschillende microstructuren en eigenschappen te combineren en omvatten martensiet-ferriet duplex en austeniet-ferriet duplex roestvast staal. Een representatieve martensiet-ferrietsoort, 12Cr13, biedt een corrosieweerstand die vergelijkbaar is met die van martensitisch roestvast staal, maar met een lagere hardheid, hogere ductiliteit en betere lasbaarheid. Austenitisch-ferrietroestvrij staal, waaronder Cr18, Cr21 en Cr25, wordt gekenmerkt door hoge sterkte (σ₀.₂ is ongeveer tweemaal zo groot als austenitisch roestvrij staal), lage uitzettingscoëfficiënt, hoge thermische geleidbaarheid, uitstekende weerstand tegen interkristallijne corrosie, spanningscorrosie/corrosiemoeheid en putcorrosie/spleetcorrosie, en hun lage Ni-gehalte en lage kosten hebben tot een snelle ontwikkeling geleid. Naast duplex roestvrij staal bestaat er ook een vorm van precipitatie-hardend roestvrij staal binnen complexe fase roestvrij staal. Het voornaamste doel ervan is het creëren van een precipitatie-hardingsfase binnen de martensiet- of austenietstructuur door de juiste toevoeging van legeringselementen en warmtebehandeling, resulterend in ultra-hoog-sterkte roestvrij staal.
Roestvrijstalen plaat en strip voor drukapparatuur
Roestvrij staal dat speciaal is ontworpen voor drukvaten heeft duidelijke eisen voor classificatie en aanduiding, afmetingen, vorm, toleranties, technische vereisten, testmethoden, inspectieregels, verpakking, markering en certificering van de productkwaliteit. Veel voorkomende kwaliteiten zijn onder meer 06Cr19Ni10 en 022Cr17Ni12Mo2, met numerieke codes zoals S30408 en S31603. Het wordt voornamelijk gebruikt in sanitaire apparatuur zoals voedselverwerking en farmaceutische machines.
