Der Einfluss verschiedener Elemente auf Edelstahl
Gegenwärtig sind mehr als 100 chemische Elemente bekannt, und es gibt ungefähr 20 chemische Elemente, die in industriell verwendeten Stahlmaterialien vorkommen können. Für die Spezialstahl Reihe von Edelstahl, die durch den langfristigen Kampf der Menschen gegen Korrosion entstanden sind, gibt es mehr als ein Dutzend Elemente, die häufig verwendet werden. Neben den Grundelementen von Stahl hat Eisen den größten Einfluss auf die Leistung und das Gefüge von Edelstahl.
Die Elemente sind Kohlenstoff, Chrom, Nickel, Mangan, Silizium, Molybdän, Titan, Niob, Titan, Mangan, Stickstoff, Kupfer, Kobalt usw. Außer Kohlenstoff, Silizium und Stickstoff sind diese Elemente alle Elemente der Nebengruppe von das Periodensystem der chemischen Elemente.
Tatsächlich enthält der in der Industrie verwendete Edelstahl mehrere oder sogar ein Dutzend Elemente gleichzeitig. Wenn mehrere Elemente in der Einheit von Edelstahl nebeneinander existieren, ist ihr Einfluss viel komplizierter als wenn sie allein existieren. Unter diesen Umständen muss nicht nur die Rolle jedes Elements selbst berücksichtigt werden, sondern auch deren gegenseitige Beeinflussung. Daher wird das Gefüge von Edelstahl durch die Summe der Einflüsse verschiedener Elemente bestimmt.
1. Die entscheidende Rolle von Chrom in Edelstahl
Es gibt nur ein Element, das die Eigenschaften von Edelstahl bestimmt, nämlich Chrom. Jede Art von Edelstahl enthält eine bestimmte Menge Chrom. Bisher gibt es keinen chromfreien Edelstahl. Der Hauptgrund, warum Chrom zum Hauptelement für die Leistung von Edelstahl geworden ist, besteht darin, dass die Zugabe von Chrom als Legierungselement zu Stahl seine interne widersprüchliche Bewegung fördert, um Korrosionsschäden zu widerstehen. Diese Änderung kann unter folgenden Gesichtspunkten erklärt werden:
① Chrom erhöht das Elektrodenpotential von Mischkristallen auf Eisenbasis
②Chrom absorbiert Eisenelektronen, um Eisen zu passivieren
Passivierung ist ein Phänomen, bei dem die Korrosionsbeständigkeit von Metallen und Legierungen aufgrund der Verhinderung der Anodenreaktion verbessert wird. Es gibt viele Theorien, die die Passivierung von Metallen und Legierungen darstellen, hauptsächlich einschließlich der Filmtheorie, der Adsorptionstheorie und der Elektronenanordnungstheorie.
2. Die Dualität von Kohlenstoff in Edelstahl
Kohlenstoff ist einer der Hauptbestandteile von Industriestahl. Die Leistung und das Gefüge von Stahl werden maßgeblich durch den Gehalt und die Verteilung von Kohlenstoff im Stahl bestimmt. Der Einfluss von Kohlenstoff in Edelstahl ist besonders signifikant. Die Wirkung von Kohlenstoff auf das Gefüge von Edelstahl zeigt sich hauptsächlich in zwei Aspekten. Kohlenstoff ist einerseits ein austenitstabilisierendes Element mit großer Wirkung (ca. 30-mal so stark wie Nickel). Auf der anderen Seite, aufgrund der Affinität von Kohlenstoff und Chrom, wird Large mit Chrom gebildet – einer Reihe komplexer Karbide. Daher ist die Rolle von Kohlenstoff in Edelstahl in Bezug auf Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit widersprüchlich.
Da wir das Gesetz dieses Einflusses kennen, können wir Edelstahl mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt aus unterschiedlichen Anwendungsanforderungen auswählen.
Zum Beispiel der am weitesten verbreitete und einfachste Edelstahl der Industrie – der Standard-Chromgehalt der fünf Stahlsorten 0Crl3～4Cr13 wird mit 12～14% festgelegt, was den Faktor Kohlenstoff und Chrom in Chrom umrechnen soll Karbid. Zweck der Entscheidung ist, dass nach der Verbindung von Kohlenstoff und Chrom zu Chromcarbid der Chromgehalt im Mischkristall den Mindestchromgehalt von 11.7 % nicht unterschreiten darf.
Bei diesen fünf Stahlsorten sind aufgrund des unterschiedlichen Kohlenstoffgehalts auch die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit unterschiedlich. Die Korrosionsbeständigkeit von 0Cr13～2Cr3-Stahl ist besser, aber die Festigkeit ist geringer als die von 3Cr3- und 4Cr13-Stahl. Es wird hauptsächlich zur Herstellung von Strukturteilen verwendet. Die beiden Stahlsorten können aufgrund ihres hohen Kohlenstoffgehalts eine hohe Festigkeit erreichen und werden hauptsächlich bei der Herstellung von Federn, Messern und anderen Teilen verwendet, die eine hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern.
Um beispielsweise die interkristalline Korrosion von 18-8 Chrom-Nickel-Edelstahl zu überwinden, kann der Kohlenstoffgehalt des Stahls auf weniger als 0.03 % oder auf ein Element (Titan oder Niob) mit einer höheren Affinität als Chrom und Kohlenstoff reduziert werden kann hinzugefügt werden, um eine Karbonisierung zu verhindern.
Chrom zum Beispiel, wenn hohe Härte und Verschleißfestigkeit zu den Hauptanforderungen werden, können wir den Kohlenstoffgehalt von Stahl erhöhen und gleichzeitig den Chromgehalt entsprechend erhöhen, um die Anforderungen an Härte und Verschleißfestigkeit zu erfüllen, aber auch feste Die Korrosionsbeständigkeitsfunktion von Edelstahl 9Cr18 und 9Cr17MoVCo, die in der Industrie als Lager, Messwerkzeuge und Klingen verwendet werden, garantiert trotz des hohen Kohlenstoffgehalts von 0.85 bis 0.95% aufgrund des entsprechend erhöhten Chromgehalts die Korrosionsbeständigkeit. Benötigen.
Im Allgemeinen ist der Kohlenstoffgehalt von Edelstahl, der derzeit in der Industrie verwendet wird, relativ gering. Die meisten rostfreien Stähle haben einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0.1% und 0.4% und säurebeständige Stähle haben einen Kohlenstoffgehalt von 0.1% bis 0.2%. Rostfreier Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0.4 % macht nur einen kleinen Teil der Gesamtstahlgüten aus. Dies liegt daran, dass Edelstahl unter den meisten Einsatzbedingungen immer den Hauptzweck der Korrosionsbeständigkeit hat. Darüber hinaus ist der geringere Kohlenstoffgehalt auch auf bestimmte technologische Anforderungen zurückzuführen, wie zum Beispiel leichte Schweißbarkeit und Kaltverformung.
3. Die Rolle von Nickel in Edelstahl wird erst gespielt, wenn es mit Chrom zusammenarbeitet
Nickel ist ein ausgezeichnetes korrosionsbeständiges Material und ein wichtiges Legierungselement für legierten Stahl. Nickel ist ein Element, das in Stahl Austenit bildet, aber damit kohlenstoffarmer Nickelstahl eine reine Austenitstruktur erhält, muss der Nickelgehalt 24% erreichen; und erst ab einem Nickelgehalt von 27% ist der Stahl gegen bestimmte Medien beständig. Das Korrosionsverhalten ändert sich deutlich. Daher kann Nickel nicht allein aus rostfreiem Stahl bestehen. Aber wenn Nickel und Chrom gleichzeitig in Edelstahl vorkommen, hat nickelhaltiger Edelstahl viele wertvolle Eigenschaften.
Basierend auf der obigen Situation besteht die Rolle von Nickel als Legierungselement in Edelstahl darin, dass es die Struktur von hochchromhaltigem Stahl verändert, so dass die Korrosionsbeständigkeit und die Prozessleistung von Edelstahl verbessert werden können.
4. Mangan und Stickstoff können Nickel in Chrom-Nickel-Edelstahl ersetzen
Obwohl der austenitische Chrom-Nickel-Stahl viele Vorteile bietet, haben in den letzten Jahrzehnten aufgrund der großtechnischen Entwicklung und Anwendung von warmfesten Nickelbasislegierungen und warmfesten Stählen mit weniger als 20 % Nickel und der zunehmenden Entwicklung der chemischen Industrie ist die Nachfrage nach Edelstahl gestiegen. Je größer die Größe, desto kleiner sind die Nickelvorkommen und die Konzentrationsverteilung in einigen Gebieten, daher besteht ein Widerspruch zwischen Angebot und Nachfrage nach Nickel in der Welt.
Daher ist in den Bereichen Edelstahl und viele andere Legierungen (wie Stahl für große Guss- und Schmiedeteile, Werkzeugstahl, warmfester Stahl usw.), insbesondere in Ländern mit relativ knappen Nickelressourcen, die Wissenschaft der Einsparung von Nickel und das Ersetzen von Nickel durch andere Elemente wurde umfassend durchgeführt. In Forschung und Produktionspraxis gibt es auf diesem Gebiet immer mehr Forschungen und Anwendungen, die Nickel in Edelstahl und hitzebeständigen Stählen durch Mangan und Stickstoff ersetzen.
Mangan wirkt auf Austenit ähnlich wie Nickel. Genauer gesagt besteht die Rolle von Mangan nicht darin, Austenit zu bilden, sondern die kritische Abschreckrate von Stahl zu reduzieren, die Stabilität des Austenits beim Abkühlen zu erhöhen, die Zersetzung von Austenit zu hemmen und ihn bei hohen Temperaturen bilden zu lassen. Der Austenit kann bei Raumtemperatur gehalten werden. Bei der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Stahl hat Mangan eine geringe Wirkung. Zum Beispiel ändert sich der Mangangehalt in Stahl von 0 auf 10.4 % und die Korrosionsbeständigkeit von Stahl in Luft und Säure ändert sich nicht wesentlich.
Dies liegt daran, dass Mangan wenig Einfluss auf die Erhöhung des Elektrodenpotentials von Mischkristallen auf Eisenbasis hat und die Schutzwirkung des gebildeten Oxidfilms ebenfalls sehr gering ist. Obwohl es mit Mangan legierte austenitische Stähle (wie 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, Stahl etc.), können sie nicht als Edelstahl verwendet werden. Die Rolle von Mangan bei der Stabilisierung von Austenit in Stahl ist etwa halb so groß wie die von Nickel, d.
Um beispielsweise das austenitische Gefüge von Stählen mit 18% Chrom bei Raumtemperatur zu erhalten, wurden in der Industrie bei vorhanden, und einige Es hat den klassischen 18-8 Chrom-Nickel-Edelstahl erfolgreich ersetzt.
5. Edelstahl wird mit Titan oder Niob versetzt, um intergranulare Korrosion zu vermeiden.
6. Molybdän und Kupfer können die Korrosionsbeständigkeit von bestimmtem Edelstahl verbessern.
7. Der Einfluss anderer Elemente auf die Leistung und Organisation von Edelstahl
Die oben genannten neun Hauptelemente wirken sich auf die Leistung und Struktur von Edelstahl aus. Neben den Elementen, die einen größeren Einfluss auf die Leistung und Struktur von Edelstahl haben, enthält Edelstahl noch einige andere Elemente. Einige sind als Verunreinigungen mit allgemeinem Stahl identisch, wie z. B. Silizium, Schwefel, Phosphor usw. Einige werden für bestimmte Zwecke hinzugefügt, wie beispielsweise Kobalt, Bor, Selen und Seltenerdelemente. Im Hinblick auf die Haupteigenschaften der Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl sind diese Elemente im Vergleich zu den neun diskutierten Elementen nicht wesentlich. Trotzdem können sie nicht ganz ignoriert werden, da sie auch die Leistung und Organisation von Edelstahl beeinträchtigen. Beeinflussen.
Silizium “ist ein Element, das Ferrit bildet, und ein Verunreinigungselement, das häufig in allgemeinem Edelstahl vorhanden ist.
Kobalt wird als Legierungselement in Stahl nicht häufig verwendet. Dies ist wegen des hohen Preises von Kobalt und seiner Bedeutung in anderen Aspekten (zB Schnellarbeitsstahl, Hartlegierung, kobaltbasierte hitzebeständige Legierung, Magnetstahl oder hartmagnetische Legierung usw.) Verwendung. Es gibt nicht viele gängige Edelstahlbleche, die Kobalt als Legierungselement hinzufügen. Häufig verwendete rostfreie Stähle wie 9Crl7MoVCo-Stahl (mit 1.2-1.8% Kobalt) fügen Kobalt hinzu. Der Zweck besteht nicht darin, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, sondern die Härte zu erhöhen, da der Hauptzweck dieser Art von Edelstahl bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen für Aufschnittmaschinen, Scheren und chirurgischen Klingen usw.
Bor Der Zusatz von 0.005% Bor zum hochchromhaltigen ferritischen Edelstahl Crl7Mo2Ti-Stahl kann die Korrosionsbeständigkeit in der siedenden 65%igen Essigsäure verbessern. Die Zugabe einer kleinen Menge Bor (0.0006 bis 0.0007 %) kann die thermische Plastizität von austenitischem Edelstahl verbessern. Eine geringe Menge Bor bildet ein Eutektikum mit niedrigem Schmelzpunkt, das die Neigung von austenitischem Stahl zur Bildung von Heißrissen beim Schweißen erhöht, aber wenn es mehr Bor enthält (0.5 bis 0.6%), kann es das Auftreten von Heißrissen verhindern.
Denn wenn es 0.5 bis 0.6 % Bor enthält, bildet sich das Austenit-Borid-Zweiphasengefüge, das den Schmelzpunkt der Schweißnaht erniedrigt. Wenn die Erstarrungstemperatur des Schmelzbades niedriger ist als die Halbschmelzzone, liegt die vom Grundmaterial während des Abkühlens erzeugte Zugspannung im flüssigen Zustand vor. Das feste Schweißgut verursacht zu diesem Zeitpunkt keine Risse. Selbst wenn sich im Nahtbereich ein Riss bildet, kann dieser mit flüssig-festem Schmelzbad gefüllt werden. Der borhaltige austenitische Chrom-Nickel-Edelstahl hat spezielle Anwendungen in der Atomenergieindustrie.
Phosphor ist ein Verunreinigungselement in allgemeinem Edelstahl, aber seine Gefahr in austenitischem Edelstahl ist nicht so signifikant wie in allgemeinem Stahl, daher kann der Gehalt höher sein, wenn einige Daten darauf hindeuten, dass er 0.06 % erreichen kann. Fördert die Schmelzkontrolle. Der Phosphorgehalt einzelner manganhaltiger austenitischer Stähle kann 0.06 % (wie 2Crl3NiMn9-Stahl) oder sogar 0.08 % (wie Cr14Mnl4Ni-Stahl) erreichen. Bei der Verwendung von Phosphor zur Verstärkung von Stahl wird Phosphor auch als Legierungselement für ausgehärtete rostfreie Stähle hinzugefügt. PH17-10P-Stahl (mit 0.25% Phosphor) ist PH-HNM-Stahl (mit 0.30 Phosphor) und so weiter.
Schwefel und Selen sind auch übliche Verunreinigungselemente im allgemeinen Edelstahl. Aber die Zugabe von 0.2 bis 0.4% Schwefel zu Edelstahl kann die Schneidleistung von Edelstahl verbessern, und Selen hat auch den gleichen Effekt. Schwefel und Selen verbessern die Schneidleistung von Edelstahl, da sie die Zähigkeit von Edelstahl verringern. Beispielsweise kann die Schlagzähigkeit von 18-8 Chrom-Nickel-Edelstahl 30 kg/cm2 erreichen. Die Kerbschlagzähigkeit von 18-8 Stahl mit 0.31% Schwefel (0.084% C, 18.15% Cr, 9.25% Ni) beträgt 1.8 kg/cm²; 18 mit 0.22 % Selen Die Schlagzähigkeit von -8-Stahl (0.094 % C, 18.4 % Cr, 9 % Ni) beträgt 3.24 kg/cm². Sowohl Schwefel als auch Selen verringern die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl, daher werden sie selten als Legierungselemente von Edelstahl verwendet.
Seltenerdelemente Die Anwendung von Seltenerdelementen auf Edelstahl dient derzeit hauptsächlich der Verbesserung der Prozessleistung. Beispielsweise kann die Zugabe einer kleinen Anzahl von Seltenerdelementen zu Crl7Ti-Stahl und Cr17Mo2Ti-Stahl die durch Wasserstoff im Stahlbarren verursachten Blasen beseitigen und die Risse im Knüppel reduzieren. Austenitischer und austenitisch-ferritischer Edelstahl mit 0.02-0.5 % Seltenerdelementen (Cer-Lanthan-Legierung) können die Schmiedeleistung deutlich verbessern. Früher gab es austenitischen Stahl mit 19.5 % Chrom, 23 % Nickel und Molybdän, Kupfer und Mangan. In der Vergangenheit konnten aufgrund der Leistungsfähigkeit des Warmumformprozesses nur Gussteile hergestellt werden. Nach Zugabe von Seltenerdelementen konnte es zu verschiedenen Profilen gewalzt werden.
