Vraag een ingenieur:Austenitisch roestvrij staal

Veelzijdig en robuust austenitisch roestvrij staal, zelfs bij cryogene of verhoogde temperaturen

Roestvast staal wordt "roestvrij" genoemd vanwege zijn weerstand tegen roest. Staal bevat in bepaalde percentages ijzer en koolstof:door het element chroom toe te voegen verandert het van staal in roestvrij staal. Beginnend met deze drie basiselementen hebben metaalbewerkers een enorm assortiment roestvast staal gecreëerd. Typen metalen in de legering, legeringsinstructies, warmtebehandelingen en postproductiewerk gaan in de beschrijving van elke kwaliteit. Deze specificaties zijn onderverdeeld in vier belangrijke subtypes:austenitisch, ferri-, martensitisch en duplex. Ze zijn allemaal bruikbaar, maar austenitische staalsoorten onderscheiden zich door hun superieure bruikbaarheid. 70% van de roestvrijstalen artikelen is gemaakt van austenitisch roestvrij staal.

Chroom maakt roestvrij staal corrosiebestendig door snel te oxideren. Dit vormt een afdichting, of "passieve laag", die het op ijzer gebaseerde metaal beschermt tegen roesten. Austenitisch roestvrij staal heeft een extra legeringselement, nikkel, dat het eigenschappen van sterkte en vervormbaarheid geeft.

Eigenschappen van austenitisch roestvrij staal

Austenitisch roestvast staal heeft veel nuttige eigenschappen:

• Zeer corrosiebestendig
• Duurzaam
• Formeerbaar
• Lasbaar
• Wordt niet broos bij cryogene temperaturen
• Grotere hittebestendigheid dan andere soorten roestvrij staal
• Grotere thermische uitzetting dan martensitisch en ferritisch roestvast staal
• Lagere thermische geleidbaarheid dan martensitische soorten
• Meestal niet-magnetisch; licht magnetisch indien koud bewerkt

Deze eigenschappen maken austenitisch roestvast staal veelzijdig en ideaal voor vele toepassingen, waaronder keukens en voedselverwerkende apparatuur, laboratoria en ziekenhuizen, inrichting en bekleding van buitenterreinen, ovens en ovens, warmtewisselaars en meer. De commercieel gebruikelijke 300-serie, inclusief de gebruikelijke 304- en 316-soorten, zijn austenitische staalsoorten.

Austenitisch staal heeft deze nuttige eigenschappen vanwege zijn moleculaire structuur. Het is echter duur om de austenietmoleculen in het staal te maken en te behouden. Deze staalsoorten worden daarom alleen gebruikt waar hun verbeterde eigenschappen nodig zijn.

Austenitische microstructuur

Wanneer metalen uit de gesmolten toestand bevriezen, kristalliseren ze en vormen ze korrels die zich in een rooster aan elkaar hechten. Deze kristalstructuur bepaalt veel van de mechanische eigenschappen van het metaal.

Er zijn veel factoren die deze microstructuur beïnvloeden:de materialen in het rooster, hoe heet het metaal wordt en hoe snel het afkoelt, en of het metaal daarna een warmtebehandeling krijgt. Austenitische legeringen hebben iets dat een "face-centered kubieke microstructuur" wordt genoemd. Dit rooster is gemaakt van dicht opeengepakte cellen. Op het gezicht gecentreerde austenietmoleculen komen alleen voor in zacht staal wanneer ijzer zich in gesmolten toestand bevindt. Wanneer metaalbewerkers nikkel aan de legering toevoegen, kan deze structuur behouden blijven, zelfs als het metaal koel is.

Face-centered kubische structuren hebben atomen in elke hoek van de cel, plus atomen in het midden van elk vlak van de kubus. Het zijn de atomen op het oppervlak van elke kubus die austenitisch staal zijn eigenschappen geven. De dichtheid van atomen per cel geeft het kracht. Veel andere vormen van staal en roestvrij staal hebben lossere structuren zonder het atoom in het midden van elk vlak.

Austenitisch roestvrij staal is niet-magnetisch omdat elk atoom in de cel een paar met tegengestelde lading kan vinden.

Austenitisch roestvast staal:geschikt voor cryogenie

Face-centered kubieke structuren zijn sterker bij extreme temperaturen vanwege de extra sterkte van de extra atomen per cel.

Austenitisch roestvast staal is het enige roestvast staal dat bij cryogene toepassingen niet bros wordt en gemakkelijk breekt. Zelfs onder -292°F behoudt dit materiaal zijn taaiheid en rek. Wanneer ze worden geraakt, kunnen de moleculen langs elkaar glijden zonder te versplinteren.

Ter vergelijking:op het lichaam gecentreerde kubische structuren vertonen meestal een "overgangstemperatuur" waaronder het materiaal uiteenvalt als het mechanisch wordt belast. Dit wordt verbrossing bij lage temperatuur genoemd.

Hittetolerantie of hittebestendigheid

Wanneer metalen worden verwarmd, worden ze zacht, totdat ze hun smeltpunt bereiken. Degenen die minder snel zacht worden, hebben een grotere warmtesterkte. Austenitisch roestvrij staal begint zijn sterkte te verliezen tussen 900-1000°F, maar niet zo snel als andere soorten roestvrij staal. Continue gebruikstemperaturen in twee soorten, de martensitische en ferritische roestvaste staalsoorten, liggen tussen 1300-1500°F. De maximale continue bedrijfstemperatuur voor austenitisch 310 roestvrij staal is 2100°F.

De complexiteit van metalen

Metalen krijgen hun unieke materiaaleigenschappen door hun atomaire kristalroostervorming. Deze korrels worden beïnvloed door veel verschillende aspecten van de metaalproductie.

Staal ontstaat wanneer ijzer wordt gelegeerd tot koolstof, waardoor een sterke, kneedbare, maar roestgevoelige legering ontstaat. Chroom wordt toegevoegd om een ​​passieve oxidelaag te creëren en roest te voorkomen. Bij een warmtebehandeling tussen 1,674-2,541 ° F, dringt koolstof door het rooster en het roestvrije staal heeft nu een grotere taaiheid en sterkte. De enige manier om deze structuur bij kamertemperatuur te behouden is door nikkel en/of mangaan in de legering te hebben. Deze toevoegingen bieden chemische steigers voor de kubusvormige cellen in het midden van het gezicht. Met al deze elementen ontstaat austenitisch roestvast staal:niet-magnetisch, hitte- en koudebestendig, ductiel en lasbaar.

Veerkrachtig austenitisch roestvast staal blijft werken in veel industriële omgevingen. Door hun mechanische eigenschappen zijn ze verreweg de meest populaire keuze in roestvast staal. Toegevoegd nikkel en mangaan maken austenitische staalsoorten echter duurder:nieuwe duplex staalsoorten, die austeniet en ferriet verweven zijn, hebben de neiging om enkele van de eigenschappen van beide te hebben. Ze zijn een goedkopere manier om enkele voordelen van austenitisch staal te hebben in niet-extreme omgevingen. Voor cryogene toepassingen en warmte-intensieve toepassingen zoals ketels, warmtewisselaars en stoomleidingen blijft austenitisch roestvrij staal echter de meest populaire keuze.