Vraag een ingenieur: Austenitisch roestvrij staal eigenschappen onder de loep

Veelzijdig en zacht austenitisch roestvrij staal – zelfs bij cryogene of verhoogde temperaturen

Roestvrij staal heet "roestvrij" vanwege de weerstand tegen roest. Staal bevat ijzer en koolstof in bepaalde percentages: het toevoegen van het element chroom transformeert het van staal naar roestvrij staal. Startend met deze drie basiselementen, hebben metallurgen een enorm bereik aan roestvrije stalen gecreëerd. Typen metalen in de legering, legeringsinstructies, warmtebehandelingen en na-productie werk gaan in de beschrijving van elke graad. Deze specificaties sorteren in vier grote sub-typen: austenitisch, ferritisch, martensitisch en duplex. Allen zijn nuttig, maar austenitische stalen springen eruit vanwege hun superieure nut. 70% van roestvrij staal items zijn gemaakt van austenitisch roestvrij staal.

Chroom maakt roestvrij staal corrosieweerstandig door snel te oxidatie. Dit vormt een verzegeling, of "passieve laag," die het ijzer-gebaseerde metaal beschermt tegen roesten. Austenitisch roestvrij staal heeft een additioneel legeringselement, nikkel, dat het eigenschappen van sterkte en rekbaarheid geeft.

Eigenschappen van austenitisch roestvrij staal

Austenitisch roestvrij staal heeft veel nuttige eigenschappen:

• Hoogst corrosieweerstandig
• Duurzaam
• Vormbaar
• Lasbaar
• Wordt niet bros bij cryogene temperaturen
• Grotere warmtesterke bereik dan andere roestvrij typen
• Grotere thermische uitduning dan martensitische en ferritische roestvrije stalen
• Lagere thermische geleiding dan martensitische graden
• Doorgaans niet-magnetisch; licht magnetisch als koudbewerkt

Deze eigenschappen maken austenitisch roestvrij staal veelzijdig en ideaal voor veel toepassingen, inclusief keukens en voedselverwerkingsapparatuur, laboratoria en ziekenhuizen, buiten straatmeubilair en bekleding, ovens en ovens, warmtewisselaars, en meer. De commercieel-gemeenschappelijke 300-serie, inclusief de veelvoorkomende 304 en 316 graden, zijn austenitische stalen.

Austenitisch staal heeft deze nuttige eigenschappen vanwege de moleculaire structuur. Echter, het is duur om de austeniet moleculen in het staal te creëren en te behouden. Deze stalen worden daarom alleen gebruikt waar hun verbeterde eigenschappen noodzakelijk zijn.

Austenitische microstructuur

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

Er zijn veel factoren die deze microstructuur beïnvloeden: de materialen binnenin het rooster, hoe heet het metaal wordt en hoe snel het afkoelt, en of het metaal na afloop warmtebehandeld wordt. Austenitische legeringen hebben iets wat een "gezichts-gemente kubieke microstructuur" heet. Dit rooster is gemaakt van dicht gepakte cellen. Gezichts-gemente austeniet moleculen tonen zich alleen in zachte stalen wanneer ijzer in een gesmolten toestand is. Wanneer metallurgen nikkel aan de legering toevoegen, kan deze structuur behouden blijven zelfs als het metaal koel is.

Gezichts-gemente kubieke 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 vlak van elke kubus die austenitisch staal zijn eigenschappen geven. De dichtheid van atomen per cel geeft het sterkte. Veel andere vormen van staal en roestvrij staal hebben lichter gepakte structuren zonder het atoom in het midden van elk vlak.

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

Austenitisch roestvrij staal: geschikt voor cryogenica

Gezichts-gemente kubieke structuren zijn harder bij extreme temperaturen door de extra sterkte van de additionele atomen per cel.

Austenitische roestvrije stalen zijn de enige roestvrije typen die niet bros en gemakkelijk gefractureerd worden in cryogene toepassingen. Zelfs onder -180°C, behoudt dit materiaal zijn zwaarte en rekbaarheid. Wanneer geslagen, kunnen de moleculen aan elkaar voorbijglijden zonder te verspringen.

In vergelijking, lichaams-gemente kubieke structuren tonen doorgaans een "overgang" temperatuur waaronder het materiaal scheurt als het mechanisch gespannen wordt. Dit wordt lage-temperatuur verbrokkeling genoemd.

Hittebestendigheid of warmtesterke

Wanneer metalen verwarmd worden, verzachten ze, totdat ze hun smeltpunten bereiken. Die minder snel verzachten hebben grotere warmtesterke. Austenitisch roestvrij staal begint zijn sterkte te verliezen tussen 480–540°C maar niet zo snel als andere roestvrij typen. Continue diensttemperaturen in twee typen, de martensitische en ferritische roestvrije stalen, liggen tussen 700–815°C. De maximale continue diensttemperatuur voor austenitisch 310 roestvrij staal is 1150°C.

De complexiteit van metalen

Metalen krijgen hun unieke materiaaleigenschappen van hun atoomaire kristalrooster vorming. Deze korrels worden beïnvloed door veel verschillende aspecten van de productie van het metaal.

Staal wordt gecreëerd wanneer ijzer gelegeerd wordt met koolstof, producerend een sterke, buigzame, maar roestkwetsbare legering. Chroom wordt toegevoegd om een passieve oxidelaag te helpen creëren en roest te voorkomen. Warmtebehandeld tussen 912–1394°C, permeert koolstof door het rooster en het roestvrij staal heeft nu grotere buigzaamheid en sterkte. De enige manier om deze structuur bij kamertemperatuur te behouden is nikkel en/of mangaan in de legering te hebben. Deze toevoegingen bieden chemische steigerhout voor de gezichts-gemente kubieke cellen. Met al deze elementen wordt austenitisch roestvrij staal gecreëerd: niet-magnetisch, hitte- en koude tolerant, buigzaam en lasbaar.

Veerkrachtige austenitische roestvrije stalen blijven werken in veel industriële omgevingen. Hun mechanische eigenschappen maken ze verreweg de populairste keuze in roestvrije graden. Echter, toegevoegd nikkel en mangaan maken austenitische stalen duurder: nieuwe duplex stalen, die austeniet en ferriet interleaven, neigen ertoe om sommige eigenschappen van beide te hebben. Ze zijn een goedkoper manier om sommige austenitische staalvoordelen in niet-extreme omgevingen te hebben. Echter, voor cryogene toepassingen, en hitte-intensieve zoals ketels, warmtewisselaars en stoomlijnen, zal austenitisch roestvrij staal de populairste keuze blijven.