Tri različite obitelji pod jednim imenom
Krom-nikl-molibden čelik širok je opis koji pokriva tri prilično različita materijala. Prvi je kaljeni i poboljšani konstrukcijski čelik od legure predstavljen 40CrNiMo, koji se koristi za osovine, zupčanike i dijelove strojeva pod velikim opterećenjem. Druga je obitelj austenitnog nehrđajućeg čelika koju predstavljaju 316 i 316L, koji se koristi za kemijsku i procesnu opremu. Treća je obitelj dvostrukih nehrđajućih čelika, čije kvalitete tlačne posude i cijevi uključuju sastave 2205 i 2507, u kojima feritna i austenitna faza zauzimaju otprilike polovicu strukture.
Sva tri sadrže krom, nikal i molibden, ali nisu otporni na koroziju na isti način. Samo se dvije obitelji nehrđajućeg čelika oslanjaju na pasivni film bogat kromom. Konstrukcijski čelik od legure ovisi o svojim mehaničkim svojstvima i mora se zaštititi premazivanjem, galvanizacijom ili dodatkom za koroziju kad god je izložen mokrom okruženju.
Uloga svakog legirajućeg elementa
Krom:iznad otprilike 10,5 posto mase stvara stabilan oksidni film-koji se samopopravlja na površini. Ovaj film je osnova ponašanja nehrđajućeg čelika.
Nikal:stabilizira austenitnu fazu, poboljšava žilavost i duktilnost na niskim temperaturama i doprinosi otpornosti na redukcijske kiseline.
Molibden:značajno poboljšava otpornost na rupičastu i pukotinsku koroziju u okruženjima koja sadrže kloride i poboljšava otpornost na smanjenje kiselinskog djelovanja.
Dušik:ojačava austenit u duplex i visoko legiranim austenitnim stupnjevima i snažno doprinosi otpornosti na piting.
Kombinirani učinak tri elementa otporna na piting izražava se kao broj ekvivalenta otpornosti na piting, PREN, izračunat kao krom plus 3,3 puta molibden plus 16 puta dušik, korištenjem masenih postotaka svakog elementa.
Usporedba učinka korozije
| Obitelj i razred | Tipičan sastav | PREN | Servisne bilješke |
|---|---|---|---|
| 40CrNiMo legirani čelik | 0,40 C, 0,6 do 0,9 Cr, 1,25 do 1,65 Ni, 0,15 do 0,25 Mo | Nije primjenjivo | Nema pasivnog filma; zahtijeva premaz ili dodatak za koroziju |
| 316L austenit | Oko 17 Cr, 12 Ni, 2,5 Mo, nisko ugljik | Oko 24 | Dobra opća otpornost na koroziju; rizik od rupičaste korozije i pucanja u vrućim kloridima |
| 2205 duplex, UNS S32205 | Oko 22 Cr, 5 Ni, 3 Mo, 0,17 N | 34 ili više | Visoka čvrstoća s izvrsnom otpornošću na kloridnu koroziju i koroziju |
| 2507 super duplex, UNS S32750 | Oko 25 Cr, 7 Ni, 4 Mo, 0,27 N | 40 ili više | Usluga morske vode i agresivnog klorida |
Ekvivalentne kineske dupleksne kvalitete su S22053 za sastav 022Cr23Ni5Mo3N i S25073 za sastav 022Cr25Ni7Mo4N. U usporedbi sa standardnim austenitnim nehrđajućim čelikom, obitelj duplex ima znatno veću čvrstoću i mnogo bolju otpornost na pucanje od kloridne korozije i interkristalnu koroziju, dok zadržava dobru žilavost i zavarljivost.
Mehanička svojstva 40CrNiMo
40CrNiMo do GB/T 3077 je konstrukcijski čelik od legure kroma-nikla-molibdena s ugljikom u rasponu od 0,37 do 0,44 posto, silicijem od 0,17 do 0,37 posto, manganom od 0,50 do 0,80 posto, kromom od 0,60 do 0,90 posto, niklom 1,25 do 1,65 posto i molibdena 0,15 do 0,25 posto. Ulje kaljeno na oko 850 stupnjeva C i temperirano na oko 600 stupnjeva C razvija minimalnu vlačnu čvrstoću od 980 MPa i minimalnu granicu tečenja od 835 MPa, uz čvrstoću na zamor i žilavost koje ga čine prikladnim za komponente pod velikim opterećenjem kao što su osovine, zupčanici i spojni dijelovi.
Njegovo korozijsko ponašanje je kao kod legiranog čelika, a ne nehrđajućeg čelika. Sadržaj kroma daleko je ispod razine potrebne za stabilan pasivni film, tako da će nezaštićeno izlaganje vlazi, kloridu ili kiselom kondenzatu proizvesti brzu opću koroziju. U praksi se materijal štiti galvaniziranjem, bojanjem, uljenjem ili oblikovanjem u dodatku za koroziju.
Pravila odabira i uobičajene zamke
Austenitic 316L nije imun na pucanje od korozije uslijed naprezanja klorida. Rizik se povećava s temperaturom, koncentracijom klorida i primijenjenim stresom, a stupanj je obično ograničen na umjerene razine klorida znatno ispod njegove atmosferske točke vrelišta.
Duplex tipovi nude visoku čvrstoću s otpornošću na kloride, ali njihov radni temperaturni raspon je ograničen jer je feritna faza podložna krtosti na povišenoj temperaturi.
Nikada ne miješajte obitelji u mokrom sustavu bez razmatranja galvanske veze. Nehrđajuća komponenta spojena s ugljičnim ili legiranim čelikom ubrzat će napad na manje plemeniti materijal.
Senzibilizacija u zoni utjecaja topline nestabiliziranih vrsta može se izbjeći korištenjem materijala s niskim udjelom ugljika ili stabiliziranog materijala i kontrolom unosa topline zavarivanja.
Pasivni film može se uništiti u pukotinama i ispod naslaga, tako da su drenaža, čišćenje i dizajn spojeva jednako važni kao i izbor legure.
Odredite leguru brojem, a ne opisom. Krom-nikl-molibden čelik može značiti bilo koju od tri gore navedene skupine, a posljedice korozije odabirom krive su ozbiljne.
FAQ
P: Je li 40CrNiMo nehrđajući čelik?
Ne. To je kaljena i poboljšana legura konstrukcijskog čelika s manje od jedan posto kroma. Ima visoku čvrstoću i dobru otpornost na zamor, ali nema nehrđajući pasivni film, pa se mora zaštititi od korozije.
P: Što znači PREN?
Ekvivalentni broj otpornosti na piting, izračunat kao krom plus 3,3 puta molibden plus 16 puta dušik. Više vrijednosti ukazuju na bolju otpornost na rupičastu i pukotinsku koroziju u kloridnim sredinama.
P: Zašto je dvostruki nehrđajući čelik bolji od 316L u kloridima?
Duplex tipovi sadrže više kroma, molibdena i dušika, što podiže PREN na 34 ili više za 2205 i 40 ili više za 2507. Oni također imaju dvofaznu strukturu koja se odupire korozijskom pucanju od klorida daleko bolje od austenitnih razreda.
P: Koje je ograničenje radne temperature za duplex nehrđajući čelik?
Gornja granica je postavljena krtošću feritne faze i općenito se održava ispod oko 250 do 300 stupnjeva C, ovisno o stupnju i primjenjivoj specifikaciji. Donja granica određena je zahtjevima za žilavost.
P: Poboljšava li molibden otpornost na sve vrste korozije?
Ne. Najučinkovitiji je protiv rupičaste i pukotinske korozije u kloridima i protiv redukcijskih kiselina. Ne sprječava napad snažno oksidirajućim medijima ili oksidacijom na visokoj temperaturi, što ovisi o drugim elementima.
P: Kako bi krom-nikal-molibden trebao biti naveden u narudžbi?
Točnom oznakom stupnja i standardom oblika proizvoda, na primjer 316L prema ASTM A240, ili 2205 duplex prema ASTM A240 s UNS S32205. Samo opisno ime nije dovoljno za odabir materijala.
