Stal nierdzewna

Krany i zlew ze stali nierdzewnej

Stal nierdzewna jest stosowana w urządzeniach przemysłowych, gdy ważne jest, aby sprzęt był trwały i mógł być utrzymywany w czystości

Stal nierdzewna to stop żelaza odporny na rdzę i korozję . Zawiera co najmniej 11% chromu i może zawierać pierwiastki takie jak węgiel , inne niemetale i metale w celu uzyskania innych pożądanych właściwości. Odporność stali nierdzewnej na korozję wynika z obecności chromu, który tworzy pasywny film , który może chronić materiał i samonaprawiać się w obecności tlenu.

Właściwości stopu, takie jak połysk i odporność na korozję, są przydatne w wielu zastosowaniach. Stal nierdzewną można zwijać w arkusze , płyty, pręty, druty i rury. Można je stosować w naczyniach kuchennych , sztućcach , narzędziach chirurgicznych , dużych urządzeniach , pojazdach , materiałach budowlanych w dużych budynkach, urządzeniach przemysłowych ( np .

Czystość biologiczna stali nierdzewnej jest lepsza zarówno od aluminium , jak i miedzi oraz porównywalna ze szkłem. Łatwość czyszczenia, wytrzymałość i odporność na korozję skłoniły stal nierdzewną do stosowania w zakładach farmaceutycznych i przetwórstwa spożywczego.

Różne rodzaje stali nierdzewnej są oznaczone trzycyfrowym numerem AISI . Norma ISO 15510 zawiera listę składów chemicznych stali nierdzewnych specyfikacji w istniejących normach ISO, ASTM , EN , JIS i GB w użytecznej tabeli wymiany.

Nieruchomości

Przewodność

Podobnie jak stal, stale nierdzewne są stosunkowo słabymi przewodnikami elektryczności, o znacznie niższym przewodnictwie elektrycznym niż miedź. W szczególności rezystancja styku elektrycznego (ECR) stali nierdzewnej powstaje w wyniku gęstej ochronnej warstwy tlenku i ogranicza jej funkcjonalność w zastosowaniach jako złącza elektryczne. Stopy miedzi i złącza powlekane niklem wykazują zwykle niższe wartości ECR i są preferowanymi materiałami do takich zastosowań. Niemniej jednak złącza ze stali nierdzewnej są stosowane w sytuacjach, w których ECR stawia niższe kryteria projektowe i wymagana jest odporność na korozję, na przykład w wysokich temperaturach i środowiskach utleniających.

Temperatura topnienia

Podobnie jak w przypadku większości stopów, temperatura topnienia stali nierdzewnej jest wyrażana w postaci zakresu temperatur, a nie pojedynczej temperatury. Ten zakres temperatur wynosi od 1400 do 1530 ° C (2550 do 2790 ° F), w zależności od konkretnej konsystencji danego stopu.

Twardość

Stal nierdzewna to bardzo wytrzymały metal znany ze swojej imponującej twardości. Jakość ta wynika przede wszystkim z obecności dwóch kluczowych składników: chromu i niklu. Chrom tworzy warstwę tlenku na powierzchni metalu, chroniąc go przed korozją i zużyciem. Tymczasem nikiel przyczynia się do wytrzymałości i plastyczności metalu, zwiększając jego ogólną twardość. Stal nierdzewna może być również utwardzana poprzez procesy obróbki cieplnej, takie jak wyżarzanie lub hartowanie, co jeszcze bardziej poprawia jej twardość.

Przewodnictwo cieplne

Przewodność cieplna stali nierdzewnej zależy od jej składu i struktury. Zwykle stal nierdzewna ma przewodność cieplną w zakresie od 15 do 20 W/mK (watów na metr Kelwina). Dzięki temu zatrzymuje więcej energii, która stabilizuje temperaturę otoczenia.

Magnetyzm

Martenzytyczne , duplex i ferrytyczne stale nierdzewne są magnetyczne , podczas gdy austenityczna stal nierdzewna jest zwykle niemagnetyczna. Stal ferrytyczna zawdzięcza swój magnetyzm skupionej na ciele sześciennej strukturze kryształu , w którym atomy żelaza są ułożone w sześciany (z jednym atomem żelaza w każdym rogu) i dodatkowym atomem żelaza w środku. Ten centralny atom żelaza odpowiada za właściwości magnetyczne stali ferrytycznej. To ustawienie ogranicza również ilość węgla, którą stal może wchłonąć do około 0,025%. Gatunki o niskim polu koercji zostały opracowane do elektrozaworów stosowanych w sprzęcie AGD oraz do układów wtryskowych w silnikach spalinowych. Niektóre zastosowania wymagają materiałów niemagnetycznych, takich jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego . Austenityczne stale nierdzewne, które są zwykle niemagnetyczny , może być lekko magnetyczny poprzez utwardzenie . Czasami, jeśli stal austenityczna jest wyginana lub cięta, wzdłuż krawędzi stali nierdzewnej pojawia się magnetyzm, ponieważ struktura krystaliczna zmienia się.

  Przenikalność magnetyczna niektórych gatunków austenitycznej stali nierdzewnej po wyżarzaniu przez 2 godziny w temperaturze 1050 °C

PL stopień	1.4307	1.4301	1.4404	1,4435
Przepuszczalność magnetyczna, μ	1.056	1.011	1.100	1.000

Korozja

Dodatek azotu poprawia również odporność na korozję wżerową i zwiększa wytrzymałość mechaniczną. W związku z tym istnieje wiele gatunków stali nierdzewnej o różnej zawartości chromu i molibdenu, dostosowanych do środowiska, w którym stop musi wytrzymać. Odporność na korozję można dodatkowo zwiększyć w następujący sposób:

• zwiększenie zawartości chromu do ponad 11%
• dodanie niklu do co najmniej 8%
• dodanie molibdenu (co również poprawia odporność na korozję wżerową )

Nosić

Tarcie , czasami nazywane spawaniem na zimno, jest formą silnego zużycia adhezyjnego, które może wystąpić, gdy dwie metalowe powierzchnie poruszają się względem siebie i znajdują się pod dużym ciśnieniem. Elementy złączne z austenitycznej stali nierdzewnej są szczególnie podatne na zacieranie się gwintu, chociaż inne stopy, które samoczynnie wytwarzają ochronną warstwę tlenku na powierzchni, takie jak aluminium i tytan, są również podatne. W przypadku ślizgania się z dużą siłą kontaktową tlenek ten może zostać zdeformowany, pęknięty i usunięty z części elementu, odsłaniając goły reaktywny metal. Kiedy dwie powierzchnie są z tego samego materiału, te odsłonięte powierzchnie mogą łatwo się stopić. Oddzielenie dwóch powierzchni może spowodować rozerwanie powierzchni, a nawet całkowite zatarcie metalowych elementów lub elementów mocujących. Zacieranie można złagodzić, stosując różne materiały (brąz w stosunku do stali nierdzewnej) lub stosując różne stale nierdzewne (martenzytyczny w porównaniu z austenitycznym). Dodatkowo mogą być połączenia gwintowane nasmarowane , aby zapewnić film między dwiema częściami i zapobiec zacieraniu. Nitronic 60, wytwarzany przez selektywne stapianie z manganem, krzemem i azotem, wykazuje zmniejszoną tendencję do galaretowania.

Gęstość

Gęstość stali nierdzewnej może wynosić od 7500 kg/m ³ do 8 000 kg/m ³ w zależności od stopu.

Stal nierdzewna (ASTM)	Gęstość (kg/m 3 )
304, 304L, 304N	7930
316, 316L, 316N	8000
201	7800
202	7800
205	7800
301	7930
302, 302B, 302Cu	7930
303	7930
305	8000
308	8000
309	7930
310	7930
314	7720
317, 317L	8000
321	7930
329	7800
330	8000
347	8000
384	8000
403	7700
405	7700
409	7800
410	7700
414	7800
416	7700
420	7700
422	7800
429	7800
430, 430F	7700
431	7700
434	7800
436	7800
439	7700
440 (440A, 440B, 440C)	7700
444	7800
446	7600
501	7700
502	7800
904L	7900
2205	7830

Historia

Ogłoszenie, jak ukazało się w New York Times z 1915 r ., o rozwoju stali nierdzewnej w Sheffield w Anglii.

Wynalazek stali nierdzewnej nastąpił po serii postępów naukowych, począwszy od roku 1798, kiedy to Louis Vauquelin po raz pierwszy pokazał Akademii Francuskiej chrom . Na początku XIX wieku brytyjscy naukowcy James Stoddart, Michael Faraday i Robert Mallet zaobserwowali odporność stopów chromowo-żelazowych („stale chromowe”) na czynniki utleniające . Robert Bunsen odkrył odporność chromu na silne kwasy. Odporność na korozję stopów żelazowo-chromowych mogła zostać po raz pierwszy rozpoznana w 1821 roku przez Pierre'a Berthiera , który zauważył ich odporność na działanie niektórych kwasów i zasugerował ich zastosowanie w sztućcach.

W latach czterdziestych XIX wieku obaj brytyjscy hutnicy z Sheffield , a następnie Krupp z Niemiec, produkowali stal chromową, przy czym ten ostatni wykorzystywał ją do armat w latach pięćdziesiątych XIX wieku. W 1861 roku Robert Forester Mushet uzyskał patent na stal chromową w Wielkiej Brytanii.

Wydarzenia te doprowadziły do ​​pierwszej amerykańskiej produkcji stali zawierającej chrom przez J. Baura z Chrome Steel Works na Brooklynie do budowy mostów. Patent USA na ten produkt został wydany w 1869 r. Następnie Anglicy, John T. Woods i John Clark, uznali odporność na korozję stopów chromu, którzy odnotowali zakresy zawartości chromu od 5 do 30%, z dodatkiem wolframu i „medium węgiel". Dążyli do komercyjnej wartości innowacji poprzez brytyjski patent na „stopy odporne na warunki atmosferyczne”.

Pod koniec lat 90. XIX wieku niemiecki chemik Hans Goldschmidt opracował aluminotermiczny ( termitowy ) proces produkcji chromu bez węgla. W latach 1904-1911 kilku badaczy, w szczególności Leon Guillet z Francji, przygotowało stopy, które dziś można by uznać za stal nierdzewną.

W 1908 roku firma Friedrich Krupp Germaniawerft z Essen zbudowała w Niemczech 366-tonowy jacht żaglowy Germania z kadłubem ze stali chromowo-niklowej. W 1911 roku Philip Monnartz opisał związek między zawartością chromu a odpornością na korozję. 17 października 1912 roku firmy Krupp , Benno Strauss i Eduard Maurer, opatentowali jako Nirosta austenityczną stal nierdzewną znaną dziś jako 18/8 lub AISI typ 304.

Podobne zmiany miały miejsce w Stanach Zjednoczonych, gdzie Christian Dantsizen z General Electric i Frederick Becket (1875-1942) z Union Carbide uprzemysławiali ferrytyczną stal nierdzewną. W 1912 roku Elwood Haynes złożył wniosek o patent w USA na martenzytyczny stop stali nierdzewnej, który został przyznany dopiero w 1919 roku.

Harry'ego Brearleya

Pomnik Harry'ego Brearleya w byłym laboratorium badawczym Brown Firth w Sheffield w Anglii

Poszukując stopu odpornego na korozję do luf broni w 1912 roku, Harry Brearley z laboratorium badawczego Brown-Firth w Sheffield w Anglii odkrył, a następnie uprzemysłowił martenzytyczny stop stali nierdzewnej , dziś znany jako AISI typ 420. Odkrycie ogłoszono dwa lata później później w artykule w gazecie The New York Times ze stycznia 1915 roku .

Metal był później sprzedawany pod marką „Staybrite” przez Firth Vickers w Anglii i został użyty do nowego zadaszenia wejściowego do hotelu Savoy w Londynie w 1929 roku. Brearley złożył wniosek o patent w USA w 1915 roku, ale okazało się, że Haynes już zarejestrował jeden . Brearley i Haynes połączyli fundusze i wraz z grupą inwestorów utworzyli American Stainless Steel Corporation z siedzibą w Pittsburghu w Pensylwanii.

Stal nierdzewna

Brearley początkowo nazwał swój nowy stop „stalą nierdzewną”. Stop był sprzedawany w USA pod różnymi markami, takimi jak „Allegheny metal” i „Nirosta steel”. Nawet w przemyśle metalurgicznym nazwa pozostawała niepewna; w 1921 r. jeden z dzienników branżowych nazwał ją „nierdzewną stalą”. Brearley współpracował z lokalnym producentem sztućców, który nadał mu nazwę „stal nierdzewna”. Jeszcze w 1932 r. Ford Motor Company nadal nazywał stal stopową nierdzewną w samochodowych materiałach promocyjnych.

W 1929 roku, przed Wielkim Kryzysem, rocznie produkowano i sprzedawano w Stanach Zjednoczonych ponad 25 000 ton stali nierdzewnej.

Główne postępy technologiczne w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku umożliwiły produkcję dużych tonaży po przystępnych kosztach:

• Proces AOD ( odwęglanie tlenem argonu ), do usuwania węgla i siarki
• Ciągłe odlewanie i walcowanie na gorąco
• Z -Mill , czyli walcownia zimna Sendzimira
• Creusot-Loire Uddeholm (CLU) i powiązane procesy, które wykorzystują parę zamiast części lub całości argonu

typy

„18/10” przekierowuje tutaj. Aby zapoznać się z datą, zobacz 18 października .

Istnieje pięć głównych rodzin, które są klasyfikowane głównie ze względu na ich strukturę krystaliczną : austenityczne, ferrytyczne, martenzytyczne, dupleksowe i utwardzane wydzieleniowo.

austenityczny

Główny artykuł: austenityczna stal nierdzewna

Austenityczna stal nierdzewna to największa rodzina stali nierdzewnych, stanowiąca około dwóch trzecich całej produkcji stali nierdzewnej. Posiadają mikrostrukturę austenityczną, która jest sześcienną strukturą krystaliczną skupioną na twarzy . Taką mikrostrukturę uzyskuje się przez dodanie stali stopowej z wystarczającą ilością niklu i/lub manganu oraz azotu, aby utrzymać mikrostrukturę austenityczną we wszystkich temperaturach, od obszaru kriogenicznego do temperatury topnienia. Zatem austenityczne stale nierdzewne nie są utwardzalne przez obróbkę cieplną, ponieważ mają taką samą mikrostrukturę we wszystkich temperaturach.

Podgrupy austenitycznych stali nierdzewnych, seria 200 i seria 300:

• Seria 200 to stopy chromowo-manganowo-niklowe, które maksymalizują wykorzystanie manganu i azotu, minimalizując użycie niklu. Dzięki dodatkowi azotu mają one o około 50% wyższą granicę plastyczności niż blachy ze stali nierdzewnej serii 300.
  • Typ 201 jest utwardzalny poprzez obróbkę na zimno.
  • Typ 202 to stal nierdzewna ogólnego przeznaczenia. Zmniejszenie zawartości niklu i zwiększenie manganu skutkuje słabą odpornością na korozję.
• Seria 300 to stopy chromowo-niklowe, które swoją austenityczną mikrostrukturę osiągają prawie wyłącznie dzięki stopowaniu niklu; niektóre bardzo wysokostopowe gatunki zawierają trochę azotu w celu zmniejszenia zapotrzebowania na nikiel. Seria 300 to największa grupa i najczęściej stosowana.
  • Typ 304 : Najbardziej znanym gatunkiem jest typ 304, znany również jako 18/8 i 18/10 ze względu na swój skład odpowiednio 18% chromu i 8% lub 10% niklu.
  • Typ 316 : Drugą najpowszechniejszą austenityczną stalą nierdzewną jest typ 316. Dodatek 2% molibdenu zapewnia większą odporność na kwasy i miejscową korozję powodowaną przez jony chlorkowe. Wersje niskoemisyjne, takie jak 316L lub 304L, mają zawartość węgla poniżej 0,03% i są stosowane w celu uniknięcia problemów z korozją powodowanych przez spawanie.

Ferrytyczny

Główny artykuł: Ferrytyczna stal nierdzewna

Ferrytyczne stale nierdzewne mają mikrostrukturę ferrytu, taką jak stal węglowa, która jest sześcienną strukturą krystaliczną skoncentrowaną na ciele i zawierają od 10,5% do 27% chromu z bardzo małą ilością niklu lub bez niego. Ta mikrostruktura jest obecna we wszystkich temperaturach dzięki dodatkowi chromu, więc nie są utwardzalne przez obróbkę cieplną. Nie można ich wzmocnić przez obróbkę plastyczną na zimno w takim samym stopniu jak austenityczne stale nierdzewne. Są magnetyczne. Dodatki niobu (Nb), tytanu (Ti) i cyrkonu (Zr) do typu 430 zapewniają dobrą spawalność. Ze względu na prawie całkowity brak niklu są one tańsze niż stale austenityczne i są obecne w wielu produktach, do których należą:

• Rury wydechowe do samochodów (typ 409 i 409 Cb są używane w Ameryce Północnej; stabilizowane gatunki 439 i 441 są używane w Europie)
• Zastosowania architektoniczne i konstrukcyjne (typ 430, który zawiera 17% Cr)
• Elementy budowlane, takie jak haki do łupków, pokrycia dachowe i przewody kominowe
• Płytki zasilające w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem pracujące w temperaturach około 700 ° C (1300 ° F) (ferrytyki o wysokiej zawartości chromu zawierające 22% Cr)

martenzytyczny

Główny artykuł: martenzytyczna stal nierdzewna

Martenzytyczne stale nierdzewne mają sześcienną strukturę krystaliczną skoncentrowaną na ciele i oferują szeroki zakres właściwości i są stosowane jako nierdzewne stale konstrukcyjne, nierdzewne stale narzędziowe i stale odporne na pełzanie . Są magnetyczne i nie tak odporne na korozję jak ferrytyczne i austenityczne stale nierdzewne ze względu na niską zawartość chromu. Dzielą się one na cztery kategorie (z pewnym nakładaniem się):

• Gatunki Fe-Cr-C. Były to pierwsze użyte gatunki i nadal są szeroko stosowane w inżynierii i zastosowaniach odpornych na zużycie.
• Gatunki Fe-Cr-Ni-C. Część węgla zostaje zastąpiona niklem. Oferują wyższą wytrzymałość i wyższą odporność na korozję. Gatunek EN 1.4303 (Casting grade CA6NM) z 13% Cr i 4% Ni jest stosowany w większości turbin Peltona , Kaplana i Francisa w elektrowniach wodnych, ponieważ ma dobre właściwości odlewnicze, dobrą spawalność i dobrą odporność na erozję kawitacyjną .
• Stopnie utwardzania wydzieleniowego. Gatunek EN 1.4542 (znany również jako 17-4 PH), najbardziej znany gatunek, łączy utwardzanie martenzytyczne i utwardzanie wydzieleniowe . Osiąga wysoką wytrzymałość i dobrą wytrzymałość i jest używany między innymi w przemyśle lotniczym.
• Gatunki odporne na pełzanie. Niewielkie dodatki niobu, wanadu , boru i kobaltu zwiększają wytrzymałość i odporność na pełzanie do około 650 ° C (1200 ° F).

Stale nierdzewne martenzytyczne można poddać obróbce cieplnej w celu uzyskania lepszych właściwości mechanicznych. Obróbka cieplna zazwyczaj obejmuje trzy etapy:

1. Austenityzacja, w której stal jest podgrzewana do temperatury w zakresie 980–1050 ° C (1800–1920 ° F), w zależności od gatunku. Powstały austenit ma sześcienną strukturę krystaliczną skupioną na twarzy.
2. Gaszenie . Austenit przekształca się w martenzyt, twardą, tetragonalną strukturę krystaliczną skoncentrowaną na ciele . Hartowany martenzyt jest bardzo twardy i zbyt kruchy dla większości zastosowań. Może pozostać trochę austenitu szczątkowego.
3. Ruszenie. Martenzyt jest podgrzewany do około 500 ° C (930 ° F), utrzymywany w tej temperaturze, a następnie chłodzony powietrzem. Wyższe temperatury odpuszczania zmniejszają granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie, ale zwiększają wydłużenie i odporność na uderzenia.

Zastąpienie części węgla w martenzytycznych stalach nierdzewnych azotem jest ostatnim osiągnięciem. Ograniczoną rozpuszczalność azotu zwiększa proces ciśnieniowej rafinacji elektrożużlowej (PESR), w którym topienie odbywa się pod wysokim ciśnieniem azotu. Uzyskano stal zawierającą do 0,4% azotu, co prowadzi do wyższej twardości i wytrzymałości oraz wyższej odporności na korozję. Ponieważ PESR jest kosztowny, przy użyciu standardowego procesu AOD osiągnięto niższe, ale znaczące zawartości azotu.

Dupleks

Główny artykuł: Duplex ze stali nierdzewnej

Stale nierdzewne duplex mają mieszaną mikrostrukturę austenitu i ferrytu, przy czym idealny stosunek to mieszanka 50:50, chociaż stopy handlowe mogą mieć proporcje 40:60. Charakteryzują się wyższą zawartością chromu (19–32%) i molibdenu (do 5%) oraz niższą zawartością niklu niż stale nierdzewne austenityczne. Stale nierdzewne typu duplex mają mniej więcej dwukrotnie wyższą granicę plastyczności z austenitycznej stali nierdzewnej. Ich mieszana mikrostruktura zapewnia lepszą odporność na korozję naprężeniową chlorków w porównaniu z austenityczną stalą nierdzewną typu 304 i 316. Gatunki Duplex są zwykle podzielone na trzy podgrupy w oparciu o ich odporność na korozję: chudy dupleks, standardowy dupleks i super dupleks. Właściwości stali nierdzewnych typu duplex uzyskuje się przy ogólnie niższej zawartości stopu niż gatunki superaustenityczne o podobnych parametrach, co sprawia, że ​​ich stosowanie jest opłacalne w wielu zastosowaniach. Przemysł celulozowo-papierniczy był jednym z pierwszych, który szeroko stosował stal nierdzewną typu duplex. Obecnie przemysł naftowy i gazowy jest największym użytkownikiem i naciska na gatunki bardziej odporne na korozję, co prowadzi do opracowania gatunków super duplex i hyper duplex. Niedawno opracowano tańszy (i nieco mniej odporny na korozję) lean duplex, głównie do zastosowań konstrukcyjnych w budownictwie (pręty zbrojeniowe do betonu, płyty mostów, roboty przybrzeżne) oraz w przemysł wodny .

Utwardzanie wytrącające

utwardzane wydzieleniowo mają odporność na korozję porównywalną z odmianami austenitycznymi, ale mogą być utwardzane wydzieleniowo do jeszcze wyższych wytrzymałości niż inne gatunki martenzytyczne. Istnieją trzy rodzaje stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo:

• Martenzytyczny 17-4 PH (AISI 630 EN 1.4542) zawiera około 17% Cr, 4% Ni, 4% Cu i 0,3% Nb.

Obróbka roztworem w temperaturze około 1040 ° C (1900 ° F), a następnie hartowanie daje stosunkowo plastyczną strukturę martenzytyczną. Późniejsza obróbka starzenia w 475 ° C (887 ° F) wytrąca fazy bogate w Nb i Cu, które zwiększają wytrzymałość do granicy plastyczności powyżej 1000 MPa. Ten wyjątkowy poziom wytrzymałości jest stosowany w zaawansowanych technologicznie zastosowaniach, takich jak lotnictwo (zwykle po przetopieniu w celu wyeliminowania wtrąceń niemetalicznych, co zwiększa trwałość zmęczeniową). Inną ważną zaletą tej stali jest to, że starzenie, w przeciwieństwie do obróbki odpuszczającej, odbywa się w temperaturze, w której można nakładać (prawie) gotowe części bez zniekształceń i odbarwień.

• Półaustenityczny 17-7 PH (AISI 631 EN 1.4568) zawiera około 17% Cr, 7,2% Ni i 1,2% Al.

Typowa obróbka cieplna obejmuje obróbkę rozpuszczającą i hartowanie . W tym momencie struktura pozostaje austenityczna. Przemianę martenzytyczną uzyskuje się następnie albo przez obróbkę kriogeniczną w temperaturze -75 ° C (-103 ° F), albo przez ciężką pracę na zimno (ponad 70% odkształcenia, zwykle przez walcowanie na zimno lub ciągnienie drutu). Starzenie w temperaturze 510°C (950°F) — w której wytrąca się faza międzymetaliczna Ni ₃ Al — jest przeprowadzane jak powyżej na prawie gotowych częściach. Osiąga się wtedy poziom granicy plastyczności powyżej 1400 MPa.  

• Austenityczny A286 (ASTM 660 EN 1.4980) zawiera około 15% Cr, 25% Ni, 2,1% Ti, 1,2% Mo, 1,3% V i 0,005%.

Struktura pozostaje austenityczna we wszystkich temperaturach.

Typowa obróbka cieplna obejmuje obróbkę rozpuszczającą i hartowanie, a następnie starzenie w temperaturze 715 ° C (1319 ° F). Starzenie tworzy wytrącanie Ni ₃ Ti i zwiększa granicę plastyczności do około 650 MPa (94 ksi) w temperaturze pokojowej. W przeciwieństwie do powyższych gatunków, właściwości mechaniczne i odporność na pełzanie tej stali pozostają bardzo dobre w temperaturach do 700 ° C (1300 ° F). W rezultacie A286 jest klasyfikowany jako nadstop na bazie Fe , stosowany w silnikach odrzutowych, turbinach gazowych i częściach turbosprężarek.

Klas

Zobacz też: Gatunki stali i gatunki stali SAE

Istnieje ponad 150 gatunków stali nierdzewnej, z których 15 jest najczęściej używanych. Istnieje kilka systemów klasyfikacji stali nierdzewnych i innych, w tym gatunki stali US SAE . Ujednolicony system numeracji metali i stopów (UNS) został opracowany przez ASTM w 1970 roku. Europejczycy opracowali normę EN 10088 w tym samym celu.

Terminologia

W swojej wczesnej historii stal nierdzewna była czasami nazywana stalą nierdzewną . Oba przymiotniki, nierdzewny i nierdzewny , są należycie rozpoznawane i akceptowane jako przesada: stal nierdzewna nie jest dosłownie niezdolna do rdzewienia, ale mimo to jej przyjętą nazwą jest „stal nierdzewna”.

W zbiorach danych technicznych stal nierdzewna może być czasami oznaczana jako inox ( nieutleniająca się ), CRES (odporna na korozję) lub SS lub SST (stal nierdzewna). Może być również oznaczony podklasą lub stopniem bez dalszych specyfikacji, jak na przykład 18–8, 17-4 PH, 316, 303 lub 304.

Odporność na korozję

Stal nierdzewna (dolny rząd) jest bardziej odporna na korozję w słonej wodzie niż brąz aluminiowy (górny rząd) lub stopy miedzi i niklu (środkowy rząd)

W przeciwieństwie do stali węglowej , stale nierdzewne nie ulegają jednolitej korozji pod wpływem wilgoci. Niezabezpieczona stal węglowa łatwo rdzewieje pod wpływem powietrza i wilgoci. Powstała tlenku żelaza jest porowata i krucha. Ponadto, ponieważ tlenek żelaza zajmuje większą objętość niż oryginalna stal, warstwa ta rozszerza się i ma tendencję do łuszczenia się i odpadania, narażając leżącą pod nią stal na dalsze ataki. Dla porównania, stale nierdzewne zawierają wystarczającą ilość chromu, aby przejść pasywację , spontanicznie tworząc mikroskopijnie cienką obojętną warstwę powierzchniową tlenku chromu w reakcji z tlenem w powietrzu, a nawet z niewielką ilością tlenu rozpuszczonego w wodzie. Ta pasywna warstwa zapobiega dalszej korozji, blokując dyfuzję tlenu do powierzchni stali, a tym samym zapobiega rozprzestrzenianiu się korozji na większość metalu. ^[3] Folia ta jest samonaprawiająca się, nawet jeśli zostanie zarysowana lub tymczasowo zakłócona przez niekorzystne warunki środowiskowe, które przekraczają naturalną odporność na korozję dla tego gatunku.

Odporność tej powłoki na korozję zależy od składu chemicznego stali nierdzewnej, głównie od zawartości chromu. Zwyczajowo rozróżnia się cztery formy korozji: równomierną, miejscową (wżery), galwaniczną i SCC (pękanie korozyjne naprężeniowe). Każda z tych form korozji może wystąpić, gdy gatunek stali nierdzewnej nie jest odpowiedni do środowiska pracy.

Oznaczenie „CRES” odnosi się do stali odpornej na korozję.

Mundur

Jednolita korozja ma miejsce w bardzo agresywnych środowiskach, zwykle tam, gdzie produkowane są lub intensywnie używane są chemikalia, na przykład w przemyśle celulozowo-papierniczym. Atakowana jest cała powierzchnia stali, a korozja wyrażana jest jako szybkość korozji w mm/rok (zwykle w takich przypadkach dopuszczalne jest mniej niż 0,1 mm/rok). Tabele korozji zawierają wytyczne.

Zwykle ma to miejsce, gdy stale nierdzewne są wystawione na działanie roztworów kwaśnych lub zasadowych. Korodowanie stali nierdzewnej zależy od rodzaju i stężenia kwasu lub zasady oraz temperatury roztworu. Jednolitej korozji można zwykle łatwo uniknąć dzięki obszernym opublikowanym danym dotyczącym korozji lub łatwym do przeprowadzenia laboratoryjnym testom korozyjnym.

Stal nierdzewna nie jest całkowicie odporna na korozję, jak pokazano w tym urządzeniu do odsalania .

Kwaśne roztwory można podzielić na dwie ogólne kategorie: kwasy redukujące, takie jak kwas solny i rozcieńczony kwas siarkowy oraz kwasy utleniające , takie jak kwas azotowy i stężony kwas siarkowy. Zwiększenie zawartości chromu i molibdenu zapewnia zwiększoną odporność na kwasy redukujące, natomiast zwiększenie zawartości chromu i krzemu zapewnia zwiększoną odporność na kwasy utleniające. Kwas siarkowy jest jedną z najczęściej produkowanych chemikaliów przemysłowych. W temperaturze pokojowej typu 304 jest odporna tylko na 3% kwas, natomiast typ 316 jest odporny na 3% kwasy do 50°C (120°F) i 20% kwasy w temperaturze pokojowej. Dlatego typ 304 SS jest rzadko używany w kontakcie z kwasem siarkowym. typ 904L i Alloy 20 są odporne na działanie kwasu siarkowego nawet w wyższych stężeniach powyżej temperatury pokojowej. Stężony kwas siarkowy ma właściwości utleniające, takie jak kwas azotowy, dlatego przydatne są również stale nierdzewne zawierające krzem. Kwas solny uszkadza każdy rodzaj stali nierdzewnej i należy go unikać. Wszystkie rodzaje stali nierdzewnej są odporne na działanie kwasu fosforowego i kwas azotowy w temperaturze pokojowej. Przy wysokich stężeniach i podwyższonych temperaturach nastąpi atak i wymagane są wysokostopowe stale nierdzewne. Ogólnie kwasy organiczne są mniej korozyjne niż kwasy mineralne, takie jak kwas solny i siarkowy. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej kwasów organicznych maleje ich korozyjność. Kwas mrówkowy ma najniższą masę cząsteczkową i jest słabym kwasem. Typ 304 można stosować z kwasem mrówkowym, chociaż ma on tendencję do odbarwiania roztworu. Typ 316 jest powszechnie używany do przechowywania i obsługi kwasu octowego , ważnego z handlowego punktu widzenia kwasu organicznego.

Stale nierdzewne typu 304 i 316 są odporne na działanie słabych zasad, takich jak wodorotlenek amonu , nawet w wysokich stężeniach iw wysokich temperaturach. Te same gatunki wystawione na działanie silniejszych zasad, takich jak wodorotlenek sodu w wysokich stężeniach i wysokich temperaturach, prawdopodobnie ulegną wytrawieniu i pękaniu. Zwiększona zawartość chromu i niklu zapewnia zwiększoną odporność.

Wszystkie gatunki są odporne na uszkodzenia spowodowane przez aldehydy i aminy , chociaż w tym drugim przypadku preferowany jest typ 316 niż typ 304; octan celulozy uszkadza typ 304, chyba że temperatura jest utrzymywana na niskim poziomie. Tłuszcze i kwasy tłuszczowe wpływają tylko na typ 304 w temperaturach powyżej 150 ° C (300 ° F) i typ 316 SS powyżej 260 ° C (500 ° F), podczas gdy typ 317 SS pozostaje nienaruszony we wszystkich temperaturach. Typ 316L jest wymagany do przetwarzania mocznika .

Zlokalizowane

Miejscowa korozja może wystąpić na kilka sposobów, np. korozja wżerowa i korozja szczelinowa . Te zlokalizowane ataki występują najczęściej w obecności jonów chlorkowych . Wyższe poziomy chlorków wymagają bardziej wysokostopowych stali nierdzewnych.

Miejscowa korozja może być trudna do przewidzenia, ponieważ zależy od wielu czynników, w tym:

• Stężenie jonów chlorkowych. Nawet jeśli znane jest stężenie roztworu chlorku, nadal możliwe jest nieoczekiwane miejscowe wystąpienie korozji. Jony chlorkowe mogą gromadzić się nierównomiernie w niektórych miejscach, np. w szczelinach (np. pod uszczelkami) lub na powierzchniach w przestrzeniach parowych, w wyniku parowania i skraplania.
• Temperatura: rosnąca temperatura zwiększa podatność.
• Kwasowość: rosnąca kwasowość zwiększa podatność.
• Stagnacja: stagnacja zwiększa podatność.
• Substancje utleniające: obecność substancji utleniających, takich jak jony żelaza i miedzi, zwiększa podatność.

Korozja wżerowa jest uważana za najpowszechniejszą formę korozji miejscowej. Odporność korozyjna stali nierdzewnych na korozję wżerową jest często wyrażana przez PREN , otrzymywaną za pomocą wzoru:

${\ Displaystyle {\ tekst {PREN}} = \$ ,

gdzie terminy odpowiadają proporcjom masowym zawartości chromu, molibdenu i azotu w stali. Na przykład, jeśli stal składa się z 15% chromu, %Cr będzie równy 15.

Im wyższy PREN, tym wyższa odporność na korozję wżerową. Zatem zwiększenie zawartości chromu, molibdenu i azotu zapewnia lepszą odporność na korozję wżerową.

Chociaż PREN niektórych stali może teoretycznie być wystarczający, aby oprzeć się korozji wżerowej, korozja szczelinowa może nadal wystąpić, gdy zła konstrukcja stworzyła ograniczone obszary (nakładające się na siebie płyty, interfejsy podkładka-płyta itp.) lub gdy na materiale tworzą się osady. W tych wybranych obszarach PREN może nie być wystarczająco wysoki dla warunków serwisowych. Dobry projekt, techniki wytwarzania, dobór stopu, odpowiednie warunki eksploatacji oparte na stężeniu związków aktywnych obecnych w roztworze powodującym korozję, pH itp. mogą zapobiec takiej korozji.

Stres

Pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC) to nagłe pękanie i uszkodzenie elementu bez deformacji. Może wystąpić, gdy spełnione są trzy warunki:

• Część jest obciążona (przyłożonym obciążeniem lub naprężeniem szczątkowym).
• Środowisko jest agresywne (wysoki poziom chlorków, temperatura powyżej 50 °C (120 °F), obecność H ₂ S).
• Stal nierdzewna nie jest wystarczająco odporna na SCC.

Mechanizm SCC wynika z następującej sekwencji zdarzeń:

1. Występuje wżery.
2. Pęknięcia zaczynają się od miejsca inicjacji dołu.
3. Pęknięcia rozprzestrzeniają się następnie przez metal w trybie przezkrystalicznym lub międzykrystalicznym.
4. Występuje awaria.

Podczas gdy wżery zwykle prowadzą do nieestetycznych powierzchni, aw najgorszym przypadku do perforacji blachy nierdzewnej, awaria spowodowana przez SCC może mieć poważne konsekwencje. Dlatego jest uważana za szczególną formę korozji.

Ponieważ SCC wymaga spełnienia kilku warunków, można temu przeciwdziałać stosunkowo prostymi środkami, w tym:

• Zmniejszenie poziomu stresu (specyfikacje dotyczące ropy i gazu określają wymagania dotyczące maksymalnego poziomu stresu w środowiskach zawierających H _{2 S).}
• Ocena agresywności środowiska (wysoka zawartość chlorków, temperatura powyżej 50°C (120°F) itp.).
• Wybór odpowiedniego rodzaju stali nierdzewnej: superaustenitycznej, takiej jak gatunek 904L lub super-duplex (stale nierdzewne ferrytyczne i stale nierdzewne typu duplex są bardzo odporne na SCC).

Galwaniczny

Nakrętka po lewej stronie nie jest ze stali nierdzewnej i jest zardzewiała , w przeciwieństwie do nakrętki po prawej stronie.

Korozja galwaniczna (zwana także „korozją różnych metali”) odnosi się do uszkodzeń spowodowanych korozją, gdy dwa różne materiały są połączone w korozyjnym elektrolicie. Najbardziej powszechnym elektrolitem jest woda, od wody słodkiej po wodę morską. Kiedy tworzy się para galwaniczna, jeden z metali w parze staje się anodą i koroduje szybciej niż sam, podczas gdy drugi staje się katodą i koroduje wolniej niż sam. Stal nierdzewna, ze względu na większy dodatni potencjał elektrody niż np. stal węglowa i aluminium, staje się katodą, przyspieszając korozję anodowanego metalu. Przykładem jest korozja aluminiowych nitów mocujących blachy ze stali nierdzewnej w kontakcie z wodą. Względne pola powierzchni anody i katody są ważne przy określaniu szybkości korozji. W powyższym przykładzie powierzchnia nitów jest mała w porównaniu z powierzchnią blachy ze stali nierdzewnej, co powoduje szybką korozję. Jeśli jednak do montażu blach aluminiowych zostaną użyte elementy złączne ze stali nierdzewnej, korozja galwaniczna będzie znacznie wolniejsza, ponieważ gęstość prądu galwanicznego na powierzchni aluminium będzie o wiele rzędów wielkości mniejsza. Częstym błędem jest łączenie płyt ze stali nierdzewnej z łącznikami ze stali węglowej; podczas gdy użycie stali nierdzewnej do mocowania płyt ze stali węglowej jest zwykle dopuszczalne, sytuacja odwrotna nie. Zapewnienie izolacji elektrycznej między różnymi metalami, tam gdzie to możliwe, skutecznie zapobiega tego typu korozji.

Wysoka temperatura

W podwyższonej temperaturze wszystkie metale reagują z gorącymi gazami. Najbardziej powszechną mieszaniną gazów wysokotemperaturowych jest powietrze, którego najbardziej reaktywnym składnikiem jest tlen. Aby uniknąć korozji w powietrzu, temperatura stali węglowej jest ograniczona do około 480 ° C (900 ° F). Odporność na utlenianie stali nierdzewnych wzrasta wraz z dodatkiem chromu, krzemu i aluminium. Niewielkie dodatki ceru i itru zwiększają przyczepność warstwy tlenku do powierzchni. Dodatek chromu pozostaje najpowszechniejszą metodą zwiększania odporności na korozję wysokotemperaturową stali nierdzewnych; chrom reaguje z tlenem, tworząc zgorzelinę tlenku chromu, która zmniejsza dyfuzję tlenu do materiału. Minimalna zawartość chromu 10,5% w stalach nierdzewnych zapewnia odporność do około 700 ° C (1300 ° F), a 16% chromu zapewnia odporność do około 1200 ° C (2200 ° F). Typ 304, najpopularniejszy gatunek stali nierdzewnej z 18% chromem, jest odporny na około 870 ° C (1600 ° F). Inne gazy, takie jak dwutlenek siarki , siarkowodór , tlenek węgla , chlor , atakują również stal nierdzewną. Odporność na inne gazy zależy od rodzaju gazu, temperatury i zawartości stopu w stali nierdzewnej. Dzięki dodatkowi do 5% aluminium gatunki ferrytyczne Fr-Cr-Al są przeznaczone do oporności elektrycznej i odporności na utlenianie w podwyższonych temperaturach. Do takich stopów należy Kanthal , produkowany w postaci drutu lub taśm.

Standardowe wykończenia

Główny artykuł: szczotkowany metal

Stal nierdzewna 316L, z niepolerowanym, frezowanym wykończeniem

Standardowe wykończenia walcownicze można nakładać na walcowaną na płasko stal nierdzewną bezpośrednio za pomocą rolek i mechanicznych materiałów ściernych. Stal jest najpierw walcowana do rozmiaru i grubości, a następnie wyżarzana w celu zmiany właściwości końcowego materiału. Wszelkie utlenianie , które tworzy się na powierzchni ( zgorzelina walcownicza ) jest usuwane przez wytrawianie , a na powierzchni tworzy się warstwa pasywacji. Następnie można zastosować ostateczne wykończenie, aby uzyskać pożądany wygląd estetyczny.

Następujące oznaczenia są używane w USA do opisania wykończeń stali nierdzewnej według ASTM A480/A480M-18 (DIN):

• Nr 0: Walcowane na gorąco, wyżarzane, grubsze blachy
• Nr 1 (1D): Walcowane na gorąco, wyżarzane i pasywowane
• Nr 2D (2D): walcowane na zimno, wyżarzane, trawione i pasywowane
• Nr 2B (2B): Jak wyżej, z dodatkowym przejściem przez mocno wypolerowane rolki
• Nr 2BA (2R): Wyżarzanie jasne (BA lub 2R) takie samo jak powyżej, a następnie wyżarzanie jasne w warunkach atmosferycznych beztlenowych
• Nr 3 (G-2G:) Zgrubne wykończenie ścierne nakładane mechanicznie
• Nr 4 (1J-2J): Wykończenie szczotkowane
• Nr 5: Satynowe wykończenie
• Nr 6 (1K-2K): Matowe wykończenie (szczotkowane, ale gładsze niż #4)
• Nr 7 (1P-2P): Wykończenie odblaskowe
• Nr 8: Wykończenie lustrzane
• Nr 9: Wykończenie strumieniowo-ścierne
• Nr 10: Wykończenie barwione na gorąco – oferuje szeroką gamę powierzchni elektropolerowanych i barwionych na gorąco

Łączący

Dostępny jest szeroki zakres procesów łączenia stali nierdzewnych, chociaż spawanie jest zdecydowanie najbardziej powszechne.

Łatwość spawania w dużej mierze zależy od rodzaju użytej stali nierdzewnej. Stale nierdzewne austenityczne są najłatwiejsze do spawania łukiem elektrycznym , o właściwościach spawalniczych podobnych do metalu nieszlachetnego (nieobrobione na zimno). Stale nierdzewne martenzytyczne można również spawać łukiem elektrycznym, ale ponieważ strefa wpływu ciepła (HAZ) i strefa wtopienia (FZ) tworzą martenzyt po ochłodzeniu, należy podjąć środki ostrożności, aby uniknąć pękania spoiny. Niewłaściwe praktyki spawalnicze mogą dodatkowo powodować osadzanie się cukru (osadzanie się kamienia tlenkowego) i/lub przebarwienia na tylnej stronie spoiny. Można temu zapobiec stosując gazy oczyszczające, płyty oporowe i topniki. Obróbka cieplna po spawaniu jest prawie zawsze wymagana, aw niektórych przypadkach konieczne jest również wstępne podgrzanie przed spawaniem. Spawanie łukiem elektrycznym ferrytycznej stali nierdzewnej typu 430 powoduje wzrost ziarna w SWC, co prowadzi do kruchości. Zostało to w dużej mierze przezwyciężone dzięki stabilizowanym gatunkom ferrytycznym, w których niob, tytan i cyrkon tworzą osady, które zapobiegają wzrostowi ziarna. Spawanie stali nierdzewnej duplex za pomocą łuku elektrycznego jest powszechną praktyką, ale wymaga starannej kontroli parametrów procesu. W przeciwnym razie dochodzi do wytrącania się niepożądanych faz międzymetalicznych, co zmniejsza ciągliwość spoin.

Procesy spawania łukiem elektrycznym obejmują:

• Spawanie łukowe z metalem w osłonie gazów , zwane również spawaniem MIG/MAG
• Spawanie łukiem wolframowym , znane również jako spawanie wolframem w osłonie gazów obojętnych (TIG).
• Spawanie łukiem plazmowym
• Spawanie łukowe drutem proszkowym
• Spawanie łukiem metalowym w osłonie (elektroda otulona)
• Spawanie łukiem krytym

Najpopularniejsze metody to spawanie MIG, MAG i TIG.

Inne procesy spawania obejmują:

• Spawanie kołków
• Zgrzewanie punktowe oporowe
• Zgrzewanie szwów oporowych
• Spawanie błyskowe
• Spawanie wiązką laserową
• Spawanie tlenowo-acetylenowe

Stal nierdzewną można łączyć za pomocą klejów, takich jak silikon, polimery modyfikowane sililem i żywice epoksydowe . W niektórych sytuacjach stosowane są również kleje akrylowe i poliuretanowe .

Produkcja

Większość światowej produkcji stali nierdzewnej jest wytwarzana w następujących procesach:

• Elektryczny piec łukowy (EAF): złom stali nierdzewnej, inny złom żelazny i stopy żelaza (Fe Cr, Fe Ni, Fe Mo, Fe Si) są stapiane razem. Stopiony metal jest następnie wlewany do kadzi i przenoszony do procesu AOD (patrz poniżej).
• Odwęglanie tlenem argonu (AOD): usuwa się węgiel ze stopionej stali (poprzez przekształcenie jej w gazowy tlenek węgla ) i wprowadza się inne korekty składu w celu uzyskania pożądanego składu chemicznego.
• Odlewanie ciągłe (CC): stopiony metal jest zestalany w płyty na produkty płaskie (typowy przekrój ma grubość 20 centymetrów (7,9 cala) i 2 metry (6,6 stopy) szerokości) lub wykwity (przekroje są bardzo zróżnicowane, ale 25 na 25 centymetrów ( 9,8 w × 9,8 cala) to średni rozmiar).
• Walcowanie na gorąco (HR): kęsiska płaskie i kęsiska kwadratowe są ponownie podgrzewane w piecu i walcowane na gorąco. Walcowanie na gorąco zmniejsza grubość kęsisk płaskich w celu wytworzenia zwojów o grubości około 3 mm (0,12 cala). Z drugiej strony kęsiska są walcowane na gorąco na pręty, które są cięte na odcinki na wyjściu z walcowni lub walcówka, która jest zwijana.
• Wykańczanie na zimno (CF) zależy od rodzaju wykańczanego produktu:
  • Walcowane na gorąco kręgi są trawione w roztworach kwasów w celu usunięcia zgorzeliny tlenkowej na powierzchni, a następnie walcowane na zimno w walcowniach Sendzimira i wyżarzane w atmosferze ochronnej do uzyskania pożądanej grubości i wykończenia powierzchni. Dalsze operacje, takie jak cięcie wzdłużne i formowanie rur, mogą być wykonywane w dalszych obiektach.
  • Pręty walcowane na gorąco są prostowane, a następnie obrabiane do wymaganej tolerancji i wykończenia.
  • Kręgi walcówki są następnie przetwarzane w celu wytworzenia prętów wykończonych na zimno na ciągarkach, elementów złącznych na maszynach do produkcji śrub oraz drutu na ciągarkach jedno- lub wieloprzebiegowych.

Światowe dane dotyczące produkcji stali nierdzewnej są publikowane corocznie przez Międzynarodowe Forum Stali Nierdzewnych. Spośród danych dotyczących produkcji w UE godne uwagi były Włochy, Belgia i Hiszpania, podczas gdy Kanada i Meksyk nie wyprodukowały żadnego. Chiny, Japonia, Korea Południowa, Tajwan, Indie, Stany Zjednoczone i Indonezja były dużymi producentami, podczas gdy Rosja odnotowała niewielką produkcję.

Światowa produkcja stali nierdzewnej w produktach płaskich i długich (tony metryczne, tysiące)

Rok	Unia Europejska	Ameryki	Chiny	Azja z wyłączeniem Chin	Inne kraje	Świat
2021	7181	2368	32632	7792	8316	58289
2020	6323	2144	30 139	6429	5857	50 892
2019	6805	2593	29 400	7894	5525	52 218
2018	7386	2808	26 706	8195	5635	50 729
2017	7377	2754	25 774	8030	4146	48 081
2016	7280	2931	24 938	9956	672	45 778
2015	7169	2747	21 562	9462	609	41 548
2014	7252	2813	21 692	9333	595	41 686
2013	7147	2454	18 984	9276	644	38 506

Podział produkcji według rodzin stali nierdzewnych w 2017 roku:

• Austenityczne stale nierdzewne Cr-Ni (zwane również serią 300, patrz sekcja „Gatunki” powyżej): 54%
• Stale nierdzewne austenityczne Cr-Mn (zwane również serią 200): 21%
• Ferrytyczne i martenzytyczne stale nierdzewne (zwane również serią 400): 23%

Aplikacje

Główny artykuł: Lista zastosowań stali nierdzewnej

Stal nierdzewna jest wykorzystywana w wielu dziedzinach, w tym w architekturze, sztuce, inżynierii chemicznej, produkcji żywności i napojów, pojazdach, medycynie, energetyce i broni palnej.

Koszt cyklu życia

kosztu cyklu życia (LCC) służą do wyboru projektu i materiałów, które doprowadzą do najniższych kosztów w całym okresie życia projektu, takiego jak budynek lub most.

Formuła w prostej formie jest następująca:

${\ Displaystyle {\ tekst {LCC}} = {\ tekst {AC}} + {\ tekst {IC}} + \ suma _ {n = 1} ^ {N} {\ frac {\ tekst {OC}}} (1+i)^{n}}}+\sum _{n=1}^{N}{\frac {\text{LP}}{(1+i)^{n}}}+\sum _ {n=1}^{N}{\frac {\text{RC}}{(1+i)^{n}}}}$

gdzie LCC to całkowity koszt cyklu życia, AC to koszt nabycia, IC to koszt instalacji, OC to koszty eksploatacji i konserwacji, LP to koszt utraconej produkcji z powodu przestojów, a RC to koszt materiałów zastępczych.

Ponadto N to planowany czas trwania projektu, i stopa procentowa, a n rok, w którym ma miejsce dany OC lub LP lub RC. Stopa procentowa (i) służy do przeliczania wydatków z różnych lat na ich wartość bieżącą (metoda szeroko stosowana przez banki i firmy ubezpieczeniowe), aby można je było rzetelnie dodawać i porównywać. Użycie formuły sumy ( $oddaje$ fakt, że wydatki w całym okresie trwania projektu muszą być kumulowane po ich skorygowaniu o stopę procentową.

Zastosowanie LCC w doborze materiałów

Stal nierdzewna stosowana w projektach często skutkuje niższymi wartościami LCC w porównaniu z innymi materiałami. Wyższe koszty nabycia (AC) elementów ze stali nierdzewnej są często równoważone przez poprawę kosztów eksploatacji i konserwacji, mniejsze koszty strat produkcyjnych (LP) oraz wyższą wartość odsprzedaży elementów ze stali nierdzewnej.

Obliczenia LCC są zwykle ograniczone do samego projektu. Mogą jednak istnieć inne koszty, które interesariusz projektu może chcieć rozważyć:

• Zakłady użyteczności publicznej, takie jak elektrownie, wodociągi i oczyszczalnie ścieków oraz szpitale, nie mogą zostać zamknięte. Każda konserwacja będzie wymagać dodatkowych kosztów związanych z ciągłą obsługą.
• Pośrednie koszty społeczne (z możliwymi skutkami politycznymi) mogą być ponoszone w niektórych sytuacjach, takich jak zamykanie lub ograniczanie ruchu na mostach, tworzenie kolejek, opóźnienia, utrata godzin pracy dla ludzi i zwiększone zanieczyszczenie przez pojazdy stojące na biegu jałowym.

Zrównoważony rozwój – recykling i ponowne wykorzystanie

Średni ślad węglowy stali nierdzewnej (wszystkie gatunki, wszystkie kraje) szacuje się na 2,90 kg CO ₂ na kg wyprodukowanej stali nierdzewnej, z czego 1,92 kg to emisje z surowców (Cr, Ni, Mo); 0,54 kg pochodzi z elektryczności i pary, a 0,44 kg to emisje bezpośrednie (tj. z zakładu stali nierdzewnej). Należy pamiętać, że stal nierdzewna produkowana w krajach korzystających z czystszych źródeł energii elektrycznej (takich jak Francja, która wykorzystuje energię jądrową) będzie miała niższy ślad węglowy. Materiały ferrytyczne bez Ni będą miały niższą emisję _CO2 ślad niż austenityczny z 8% Ni lub więcej. Ślad węglowy nie może być jedynym czynnikiem związanym ze zrównoważonym rozwojem przy podejmowaniu decyzji o wyborze materiałów:

• W ciągu całego okresu eksploatacji produktu konserwacja, naprawy lub przedwczesny koniec okresu eksploatacji (planowane starzenie się) mogą zwiększyć jego ogólny ślad daleko poza początkowe różnice materiałowe. Ponadto utrata usług (zwykle w przypadku mostów) może wiązać się z dużymi ukrytymi kosztami, takimi jak kolejki, zmarnowane paliwo i utrata roboczogodzin.
• Ilość materiału zużywanego do świadczenia danej usługi różni się w zależności od wydajności, w szczególności poziomu wytrzymałości, co pozwala na lżejsze konstrukcje i komponenty.

Stal nierdzewna w 100% nadaje się do recyklingu . Przeciętny przedmiot ze stali nierdzewnej składa się w około 60% z materiału pochodzącego z recyklingu, z czego około 40% pochodzi z produktów wycofanych z eksploatacji, a pozostałe 60% pochodzi z procesów produkcyjnych. Tym, co zapobiega wyższemu udziałowi recyklingu, jest dostępność złomu stali nierdzewnej, pomimo bardzo wysokiego wskaźnika recyklingu. Według International Resource Panel 's Metal Stocks in Society , zapasy stali nierdzewnej na jednego mieszkańca w społeczeństwie wynoszą od 80 do 180 kg (180 do 400 funtów) w krajach bardziej rozwiniętych i 15 kg (33 funty) w krajach słabiej rozwiniętych. kraje rozwinięte. Istnieje rynek wtórny, który poddaje recyklingowi użyteczny złom dla wielu rynków stali nierdzewnej. Produkt to głównie cewka, arkusz i półfabrykaty. Materiał ten jest kupowany po cenie niższej niż najwyższa cena i sprzedawany wysokiej jakości stemplom i blaszanym domom. Materiał może mieć zadrapania, wgłębienia i wgniecenia, ale jest wykonany zgodnie z aktualnymi specyfikacjami.

Cykl stali nierdzewnej rozpoczyna się od złomu stali węglowej, metali pierwotnych i żużla. Kolejnym etapem jest produkcja wyrobów stalowych walcowanych na gorąco i wykańczanych na zimno w hutach. Wytwarzana jest pewna ilość złomu, który jest bezpośrednio ponownie wykorzystywany w topielni. Produkcja komponentów to trzeci krok. Część złomu jest produkowana i trafia do pętli recyklingu. Montaż gotowych wyrobów i ich użytkowanie nie generuje strat materialnych. Czwartym etapem jest zbiórka stali nierdzewnej do recyklingu po zużyciu towarów (takich jak naczynia kuchenne, zakłady celulozowo-papiernicze lub części samochodowe). To tam najtrudniej jest wprowadzić stal nierdzewną do pętli recyklingu, jak pokazano w poniższej tabeli:

Szacunki zbiórki do recyklingu według sektorów

Sektor zastosowań końcowych	Wyniki		Użycie, średnia światowa		Szacunki
	2000	2005	Średnia żywotność (lata)	Współczynnik zmienności	Na wysypisko	Zebrane do recyklingu
						Całkowity	W tym jako stal nierdzewna	W tym jako stal węglowa
Budownictwo i infrastruktura	17%	18%	50	30%	8%	92%	95%	5%
Transport (łącznie)	21%	18%			13%	87%	85%	15%
W tym samochody osobowe	17%	14%	14	15%
Z czego inni	4%	4%	30	20%
Maszyny przemysłowe	29%	26%	25	20%	8%	92%	95%	5%
AGD i RTV	10%	10%	15	20%	30%	70%	95%	5%
Wyroby metalowe	23%	27%	15	25%	40%	60%	80%	20%

Stal nierdzewna w nanoskali

W laboratorium wyprodukowano nanocząstki stali nierdzewnej. Mogą one mieć zastosowanie jako dodatki do zastosowań o wysokiej wydajności. Na przykład obróbka siarkowania, fosforyzacji i azotowania w celu wytworzenia katalizatorów na bazie stali nierdzewnej w skali nano może poprawić właściwości elektrokatalityczne stali nierdzewnej do rozszczepiania wody .

Efekty zdrowotne

Istnieją szeroko zakrojone badania wskazujące na prawdopodobne zwiększone ryzyko zachorowania na raka (zwłaszcza raka płuc) na skutek wdychania oparów podczas spawania stali nierdzewnej. Podejrzewa się, że spawanie stali nierdzewnej wytwarza rakotwórcze opary z tlenków kadmu, niklu i chromu. Według Cancer Council Australia „W 2017 roku wszystkie rodzaje dymów spawalniczych zostały sklasyfikowane jako czynniki rakotwórcze grupy 1 ”.

Stal nierdzewna jest ogólnie uważana za biologicznie obojętną. Jednak podczas gotowania niewielkie ilości niklu i chromu przedostają się z nowych naczyń kuchennych ze stali nierdzewnej do silnie kwaśnej żywności. Nikiel może przyczyniać się do ryzyka raka — zwłaszcza raka płuc i raka nosa . Jednak nie ustalono żadnego związku między naczyniami kuchennymi ze stali nierdzewnej a rakiem.

Zobacz też

• AL-6XN
• Kobaltowo-chromowy
• Inżynieria korozji
• Rury faliste ze stali nierdzewnej
• Lista materiałów ostrza
• Lista producentów stali
• Włókno metaliczne
• Stosunek Pillinga do Bedwortha
• rumieńce
• SAF 2205
• Mydło ze stali nierdzewnej

Dalsza lektura

•    Plaster miodu, RWK (1981). Stale: mikrostruktura i właściwości . Londyn: E. Arnold. ISBN 0-7131-2793-7 . OCLC 7576277 .
• Norma międzynarodowa ISO15510:2014 (wymagana subskrypcja)
•   Lacombe, P.; Baroux, B.; Béranger, G. (1990). Les aciers inoxydables [ stale nierdzewne ] (w języku francuskim). Paryż: wyd. budowa ciała. Rozdziały 14 i 15. ISBN 9780868831428 . Źródło 8 marca 2020 r .
•   Peckner, D.; Bernstein, IM (1977). Podręcznik stali nierdzewnych . Podręczniki McGraw-Hill. Nowy Jork: McGraw-Hill. ISBN 9780070491472 . Źródło 8 marca 2020 r .

Linki zewnętrzne

• Media związane ze stalą nierdzewną w Wikimedia Commons
• Słownikowa definicja stali nierdzewnej w Wikisłowniku