Wat is roestvrij staal?
Roestvrij staal is eigenlijk een afkorting voor 'roestvrij zuur-bestendig staal', waarmee wordt verwezen naar een klasse gelegeerde staalsoorten met ijzer als basismateriaal en een chroomgehalte van maar liefst 10,5 massaprocent. Dit metaal kan worden gemodificeerd door legeringselementen zoals nikkel, molybdeen, mangaan en stikstof toe te voegen om de interne samenstelling en eigenschappen ervan aan te passen. Het opnemen van nikkel in roestvrij staal verbetert bijvoorbeeld de corrosieweerstand en de hoge-temperatuurtolerantie. Bijgevolg vindt dit metaalmateriaal na verwerking uitgebreide toepassingen in verschillende industrieën.
Classificatie van roestvrij staal
Op basis van de microstructuur na warmtebehandeling wordt roestvrij staal voornamelijk onderverdeeld in de volgende vijf hoofdtypen.
Austenitisch roestvrij staal
Typische kwaliteiten zijn onder meer 304 en 316. Dit type bevat hoge niveaus aan austeniet-vormende elementen zoals nikkel, mangaan en stikstof. Het wordt gekenmerkt door niet-magnetische eigenschappen, uitstekende ductiliteit en taaiheid, superieure lasbaarheid en over het algemeen goede corrosieweerstand. Het kan echter niet worden versterkt door middel van warmtebehandeling.
Ferritisch roestvrij staal
Ferritisch roestvrij staal gebruikt voornamelijk chroom als legeringselement en vertoont een lichaams-gecentreerde kubieke (BCC) structuur. Een typische staalsoort is 430. Het wordt gekenmerkt door magnetische eigenschappen en hoge sterkte, maar vertoont een slechte taaiheid bij lage- temperaturen, is gevoelig voor korrelvergroving in de hitte-beïnvloede zone tijdens het lassen, en heeft een lagere corrosieweerstand vergeleken met austenitisch staal.
Martensitisch roestvrij staal
Typische kwaliteiten zijn onder meer 410 en 420. Ze vertonen een hoge sterkte en hardheid, met mechanische eigenschappen die instelbaar zijn door middel van ontlaten, maar bieden een relatief slechte corrosieweerstand.
Neerslag-Verharden van roestvrij staal
Door elementen zoals Cu, Nb en Al toe te voegen, gevolgd door oplossingsbehandeling en precipitatieharding om versterkingsfasen te vormen, combineren deze staalsoorten hoge sterkte met goede corrosieweerstand. Een typisch cijfer is 17-4PH.
Duplex roestvrij staal
Samengesteld uit zowel austenitische als ferritische fasen, zoals 2205. Combineert de taaiheid van austenitisch staal met de sterkte van ferritisch staal en biedt uitstekende weerstand tegen spanningscorrosie.
Eigenschappen van roestvrij staal metaal
| Eigendomscategorie | Sleutelparameter | Beschrijving en typische waarden |
|---|---|---|
| Mechanische eigenschappen | Treksterkte | Typisch in het bereik van 500-1000 MPa, afhankelijk van de kwaliteit en staat. |
| Opbrengststerkte | Normaal gesproken van 200 MPa tot meer dan 550 MPa (lager voor austenitisch staal, hoger voor martensitisch staal en precipitatie-hardend staal). | |
| Verlenging | Austenitic steels usually >40%; ferritische en martensitische staalsoorten zijn relatief lager. | |
| Hardheid | Gemeten door Brinell (HB), Rockwell (HRB/HRC), enz., die een breed bereik bestrijken. | |
| Fysieke eigenschappen | Dikte | Ongeveer 7.7 - 8.0 g/cm³. |
| Smeltpunt | Ongeveer 1370 - 1450 graad, afhankelijk van de compositie. | |
| Thermische geleidbaarheid | Relatief laag, ongeveer 15-30 W/(m·K), wat 1/3 tot 1/2 van die van koolstofstaal is. | |
| Coëfficiënt van thermische uitzetting | Hoger voor austenitische staalsoorten (bijv. ~17×10⁻⁶/K voor 304), waarbij aandacht voor thermische spanning vereist is. | |
| Magnetisme | Austenitische staalsoorten zijn doorgaans niet-magnetisch (kan na bewerking enigszins magnetisch worden); ferritische/martensitische staalsoorten zijn magnetisch. | |
| Chemische eigenschappen | Corrosiebestendigheid | Omvat weerstand tegen uniforme corrosie, putcorrosie, spleetcorrosie, intergranulaire corrosie, enz. |
| Equivalent nummer putweerstand (PREN) | PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N. Een hogere waarde duidt doorgaans op een betere putweerstand. | |
| Productie-eigenschappen | Bewerkbaarheid | Varieert aanzienlijk, beïnvloed door hardheid, taaiheid, neiging tot verharding- en additieven (bijvoorbeeld zwavel). |
| Lasbaarheid | Over het algemeen goed voor austenitische staalsoorten; verminderde taaiheid in de HAZ van ferritische staalsoorten; martensitische staalsoorten vereisen voorverwarmen en PWHT. | |
| Vervormbaarheid | Austenitische staalsoorten vertonen uitstekende koudbewerkingseigenschappen (stansen, dieptrekken); andere typen zijn relatief armer. |
Wat zijn de oppervlaktekwaliteiten voor roestvrij staal?
Na het ondergaan van aangepaste CNC-bewerkingen, vormen roestvrijstalen vormenAangepaste roestvrijstalen onderdelen. Het oppervlak kan verder verschillende verschijningsvormen en functionaliteiten bereiken door middel van walsen, polijsten en chemische behandelingen.
Gewalste oppervlakken: zoals nr. 1 (warm-gewalst + gegloeid), 2B (koud-gewalst + helder gegloeid), BA (helder gegloeid);
Mechanisch polijsten: inclusief gezoet (HL), kort-korrelig (SB) en spiegelend (8K).
Roestvrij staal versus titaniumlegeringen
| Eigendom | Roestvrij staal | Titaniumlegering |
|---|---|---|
| Dichtheid (g/cm³) | 7.9 | Ongeveer 4,5 |
| Specifieke sterkte | Medium | Extreem hoog |
| Corrosiebestendigheid | Uitstekend (in oxiderende media) | Uitstekend (vooral in omgevingen met chloride-ionen) |
| Kosten | Laag tot gemiddeld | Zeer hoog |
| Bewerkingsproblemen | Gemiddeld (De moeilijkheidsgraad van de verwerking varieert afhankelijk van het cijfer.) | Hoog (ernstige slijtage van het gereedschap) |
| Typische toepassingen | Structurele onderdelen, producten voor dagelijks-gebruik, chemische containers | Lucht- en ruimtevaart, medische implantaten, zeewaterapparatuur |
Veelgestelde vragen
Vraag: Onder welke omstandigheden kan roestvrij staal nog steeds roesten?
A: Roestvast staal zal corroderen in omgevingen waar de passivatiefilm voortdurend wordt beschadigd of zichzelf niet- kan herstellen, zoals: media met hoge concentraties chloride-ionen (zeewater), zuurarme omgevingen, spleetstructuren of galvanische corrosie veroorzaakt door contact met niet-metalen.
Vraag: Hoe kies je tussen roestvrij staal 304 en 316?
A: 304 is geschikt voor de meeste atmosferische, zoetwater- en algemene chemische omgevingen. 316, bevat molybdeen, is geschikt voor omgevingen met chloride-ionen (bijvoorbeeld zeewater, chemische fabrieken) of waar een hogere weerstand tegen putcorrosie vereist is.
Vraag: Wat is een "passiveringsbehandeling"? Wat is het doel ervan?
A: Passiveringsbehandeling is een chemische na{0}}verwerkingstechniek waarbij doorgaans salpeterzuur- of citroenzuuroplossingen worden gebruikt om vrije ijzerdeeltjes van het roestvrijstalen oppervlak te verwijderen (voornamelijk als gevolg van contact met stalen gereedschappen tijdens de fabricage) en de vorming van een volledige, uniforme chroomoxidefilm te bevorderen. Het doel ervan is om de inherente corrosieweerstand van roestvrij staal te maximaliseren en oppervlakteroest (vlekken veroorzaakt door ijzerverontreiniging) te voorkomen.
Vraag: Hoe presteert roestvrij staal bij verschillende temperaturen?
A: Austenitisch roestvrij staal (bijvoorbeeld 304, 316) vertoont een uitstekende taaiheid bij lage- temperaturen, waardoor ze geschikt zijn voor cryogene omgevingen zoals vloeibare stikstof of zuurstof.. 304/316-kwaliteiten kunnen met tussenpozen onder 925 graden (1632 graden F) en continu onder 870 graden (1572 graden F) worden gebruikt, wat een goede oxidatieweerstand aantoont. Langdurige blootstelling tussen 450-850 graden verhoogt echter het risico op carbideprecipitatie, waardoor het gebruik van L-klasse of gestabiliseerde kwaliteiten (bijvoorbeeld 321) noodzakelijk is.