RUSTFRIT STÅL - HVAD ER DET? INDHOLDSFORTEGNELSE

Transkript

1 RUSTFRIT STÅL - HVAD ER DET? INDHOLDSFORTEGNELSE Generelt... 1 Strukturtyper Austenitiske stål... 2 Ferritiske stål... 4 Austenit-Ferritiske stål (Duplex)... 4 Martensitiske stål... 5 Rustfrie kvaliteter - Overblik... 5 Anvendelse rustfrit stål... 6 Anvendelse syrefast stål... 6 Betegnelsernes betydning Svejsbarhed... 7 Mekaniske egenskaber... 7 Korrosion... 8 Almen korrosion... 8 Punkttæring... 8 Spaltekorrosion... 9 Spændingskorrosion... 9 Interkrystallinsk korrosion Efterbearbejdning Plader Stangstål Rør Fittings Flanger Fittings - ISO / DIN Fittings - Tilvirkningsnormer PED Normer Certifikater Materialeoversigt - Rustfrit stål Rustfrie ståltyper Korrosionsformer Grubetæring - Spaltekorrosion Grubetæring - PREN Effekt af anløbninger Overfladebehandling Bejdsning... 27

2 2 / 28

3 3 / 28 RUSTFRIT STÅL HVAD ER DET? Chrom ( Cr ) mindst 11,5 % Nikkel ( Ni ) Nitrogen ( N ) Molybdæn ( Mo ) Dannelsen af chromoxidhinde Generelt Rustfrit stål er en fælles betegnelse for en mængde stål med den fællesnævner, at de indeholder mindst 11,5% chrom. Når jern legeres med mindst 11,5% chrom, reagerer chromet i stålet med ilten i luften og danner en beskyttende passiv hinde på stålet bestående af chrom-oxid. Dette oxid-lag er meget tyndt. Hvis den passive hinde beskadiges, kan det genskabes ved fornyet kontakt med luftens ilt. Den passive hinde kan forstærkes yderligere ved at tilsætte legeringselementerne nikkel, molybdæn og chrom. Strukturtyper Der findes forskellige måder at inddele rustfrie stål på. De deles populært ind efter deres anvendelses-område. Chrom stål Chrom-nikkel stål Chrom-nikkel-molybdæn stål

4 4 / 28 Strukturtyper, fortsat Den rigtigste måde at inddele stål er dog efter deres mikroskopiske krystalstruktur: o Austinitiske stål (bl.a. EN og ) o Martensitiske stål (bl.a. EN ) o Ferritiske stål (bl.a. EN ) o Duplex stål, bestående af blandinger af ovennævnte strukturer o Ferrit-austinitiske stål (bl.a. EN ) o Ferrit-martensitiske stål o Rent jern er ved rumtemperatur ferritisk. Ved opvarmning til ca. 900oC bliver det imidlertid austenitisk. o Ved at legere stålet med visse elementer kan man gøre austenitten stabil ned til meget lave temperaturer. o Legerings-elementer som stabiliserer austenit er bl.a. kulstof, mangan og nikkel. o Der findes også legering-elementer som stabiliserer ferritter disse er bl.a. chrom og molybdæn. o Ved hurtig afkøling (= hærdning) af rustfrit stål opnås en meget hård struktur som kaldes martensit (bl.a. EN ) Austenitiske stål o o o o For at opnå stabilitet i austenitten må man tilsætte en tilstrækkelig mængde austenitstabiliserende elementer. Som nævnt tidligere er nikkel et sådant element. Den allermest almindelige sammensætning er 18% krom og 9% nikkel (EN / AISI 304). Denne sammensætning er præcist afpasset, så stålet får en austenitisk struktur. Med henblik på at øge korrosionsbestandigheden tilsættes ofte molybdæn (helt op til 7%) En meget karakteristisk egenskab for de austenitiske stål er, at de er umagnetiske. (Ferritiske og martensitiske stål er magnetiske) Et meget kraftigt koldtbearbejdet austenitisk stål kan dog udvikle magnetisme. Austenitiske rustfrie stål har en unik kombination af styrke, korrosionsbestandighed, holdbarhed, formbarhed og svejsbarhed. De mest almindeligt forekommende austinitiske stål er: SIS EN AISI L ( 304 Ti ) L L Ti

5 5 / 28 Ferritiske stål o o Ved at holde kulstof-indholdet nede og/eller forhøje chrom-indholdet forhindres det, at der dannes martensit og stålet får en ferritisk struktur. Chrom-indholdet i ferritiske stål varierer mellem 12 og 28%. Molybdæn-indhold på op til 4% forekommer dette er dog sjældent. Ferritiske rustfrie stål med et chrom-indhold på under 20% anvendes eksempelvis til husholdningsartikler og komponenter til bilindustrien. Stål med mere end 25% chrom anvendes ofte til højtemperatur-formål. De mest almindeligt forekommende ferritiske kvaliteter: SIS EN AISI Austenit-Ferritiske (Duplex) stål Duplex betyder to-delt dvs. at Duplex stål har en blanding af to forskellige kornstrukturer. Formålet med at blande strukturtyperne er, at kombinere fordelene ved de respektive strukturer. Den mest almindelige type Duplex stål er ferritisk-austenitiske. De ferritisk-austenitiske stål har ofte et relativt højt chrom-indhold på mellem 20-25%. Nikkel-indholdet er betydeligt lavere end hos de austenitiske stål dette for at beholde en vis del ferrit, men samtidig have en vis del austenit i strukturen. De fleste ferritisk-austenitiske stål er molybdæn-legerede. Målet er at have en struktur med ca. lige store dele ferrit og austenit. De ferritisk-austenitiske stål anvendes frem for alt til formål, hvor deres høje styrke kombineret med den gode korrosions-bestandighed kan udnyttes. De mest almindeligt forekommende Austenit-Ferritiske (Duplex) stål: SIS EN AISI S32205 / S31803

6 6 / 28 Martensitiske stål Martensitiske stål indeholder oftest 12-17% chrom og har normalt et kulstof-indhold, som overstiger 0,1%. Nikkel, i stør-relsesordenen 1-5%, tilsættes for at forbedre hærdbarheden og molybdæn kan tilsættes for at øge korrosionsbestandigheden i stålet. De martensitiske stål er meget hårde og sprøde Martensitiske stål anvendes bl.a. til aksler, turbiner, udstyr til vandkraftværker. De mest almindeligt forekommende Martensitiske kvaliteter: SIS EN AISI Rustfrie kvaliteter GENERAL SERVICE AND WET CORROSION HEAT AND CREEP FERRITIC MART. DUPLEX AUSTINITISKE AUSTINITISKE EN ASTM Anden bet. C N Cr Ni Mo Øvrige/ Others SIS HyForm 0,02 12 TI S 410S 0, S /12HyFab 0,02 11,5 0, ,04 16, S L 0, , SV 0,06 0, S32304 SAF2304 0,02 0,1 23 4,8 0, ,05 0,09 25,2 5,6 1, S ,03 0, , S32750 SAF2507 0,02 0, ,1 0, L 18-8L 0,02 0,06 18,3 9, ,04 0,06 18,3 8, LN 18-8LN 0,02 0,14 18,3 8, LN --- 0,01 0,11 17, TI 0,04 0,01 17,3 9,2 TI ,02 0, , S 0,07 0, ,5 S L 19-11L 0,02 0,06 18,3 10, ,04 0,04 16,8 10,7 2, L L 0,02 0,06 17,3 11 2, LN LN 0,02 0,14 17,5 11 2, L ,5L 0,02 0,06 17,3 12,7 2, ,5 0,04 0, , TI TI 0,04 0, ,2 TI LN LN 0,02 0, , LN L 0,02 0,08 18,3 12,2 3, S LN 0,02 0,14 17,3 12,7 4, N L 0,01 0, ,5 Cu S SMO 0,01 0, ,1 Cu S SMO 0,01 0, ,3 Mn,Cu S MA 0,05 0,15 18,5 9,5 Si,Ce SI 0,04 0, Si N MA 0,09 0, Si,Ce S ,05 0, S MA 0,05 0, Si,Ce

7 7 / 28 Anvendelse - Rustfrit stål Ex kvalitet EN / SS 2333 Kemisk, levnedsmiddel-, bygge-, lægemiddel-, cellulose og blegeindustrien. Specielt ved sure, klorholdige opløsninger. Relativt følsomt mod punkttæring Resistent mod salpetersyre, citronsyre, fosforsyre, vinsyre, eddikesyre og natriumhydroxid. Anvendelse - Syrefast stål Ex kvalitet EN / SS 2348 Mo ( Molybdæn ) er det som skiller de syrefaste stål fra de rustfrie. Mo øger korrosionsbestandigheden. Anvendes indenfor: Kemisk, levnedsmiddel- bygge-, lægemiddel-, cellulose- og blegeindustrien. Specielt ved sure, klorholdige opløsninger. Mindre følsomt mod punkttæring end ikke-mo-legerede stål. Anvendes derfor ofte til maritime formål. SS 2333 Betegnelsernes betydning Løbenummer Cr-legeret med CR> ca. 10% Legeret stål

8 8 / 28 Betegnelsernes betydning EN Betegnelse for stål Løbenummer Betegner en gruppe af rustfrie stål Svejsbarhed Ferritiske - Relativt god Martensitiske - Dårlig Austenitiske - God meget god Austenit-ferritiske - Relativt god - god Mekaniske egenskaber De mekaniske egenskaber flydespænding, brudstyrke, duktilitet og slagsejghed er stærkt afhængige af hvilken mikrostruktur / krystalstruktur stålet besidder. Generelt gælder, at austenitiske stål udmærker sig ved evnen til at deformationshærde kraftigt, hvilket giver dem en høj brudstyrke i forhold til flydespændingen og med en meget god forlængning til følge. Martensitiske stål deformationshærder meget lidt, hvilket resulterer i et højt flydespænding / brudstyrke-forhold samt lav forlængning. Ferritiske og ferrit-austenitiske stål deformationshærder mere end martensitiske, men mindre end austenitiske stål og får derfor mellemliggende mekaniske egenskaber.

9 9 / 28 Korrosion Begrebet rustfrit stål er en sandhed med modifikationer. Eksponeret i atmosfæren har rustfrie stål i almindelighed god rustbestandighed, men i andre miljøer, f.eks. syrer og havvand øges risikoen for korrosionsangreb. Hvor godt et rustfrit stål modstår korrosion i et bestemt miljø afhænger bl.a. dets sammensætning. Der findes en mængde forskellige stålsorter og disse egner sig til forskellige medier. At rustfrit stål undgår at ruste i mange miljøer afhænger ikke af, om metallet i sig selv er ædelt, som f.eks guld. Korrosionsbestandigheden består i stedet på, om stålet reagerer med luftens ilt og danner et tyndt, usynligt oxidlag, som forhindrer korrosion man siger, at stålet passiviseres. Oxidlaget består hovedsagligt af chrom-oxid. Eksempler på andre metaller, som danner et beskyttende oxid-lag er titan og aluminium. Korrosionen på rustfrie stål opstår, når oxidlaget af forskellige årsager nedbrydes helt eller delvist. Forskellige medier giver korrosionsangreb med forskelligt udseende. Man skelner mellem forskellige korrosionstyper, som ofte benævnes efter skadens udseende f.eks. punkttæring eller efter en eller anden faktor, som har betydning for skadens opståen f.eks. spalte-korrosion. Almen korrosion Almen korrosion opstår, når hele eller store dele af oxid-laget nedbrydes og karakteriseres derfor ved en relativ jævn tæring på hele overfladen. Grunden til, at oxid-laget nedbrydes kan være, at stålet har et for lavt indhold af væsentlige legeringselementer for at bevare oxidlaget i det aktuelle miljø. Almen korrosion sker oftest med en relativ jævn hastighed. Rustfrie stål betragtes som regel som bestandige i et vist miljø, hvis korrosionshastigheden ligger under 0,1 mm/år. Som regel øges bestandigheden mod almen korrosion, når man øger indholdet af legeringsemner som chrom og molybdæn. Punkttæring Hvis der opstår en lokal nedbrydning, mens resten af det beskyttende oxid-lag forbliver intakt, opstår der lokal korrosion, som kan antage forskellige former. Punkttæring kendetegnes ved relativt små punkt-formede angreb En lokal nedbrydning af passiv-filmen sker ved svage punkter. Der dannes en galvanisk celle med det blottede metal som anode og det ubeskadigede oxid-lag som katode. Forholdende i selve gruben bliver stadig mere aggressive, mens angrebet øges. Resultatet bliver små, men som regel dybe angreb, som ofte vokser med stor hastighed.

10 10 / 28 Spaltekorrosion Spaltekorrosion opstår under lignende omstændig-heder som punkttæring, men angrebene starter lettere i en trang spalte end på den frie overflade. Ved spaltekorrosion bliver angrebene som regel mere udbredte, eftersom den totale anode-overflade (det frilagte metal) som regel er større end ved punkttæring. Spændingskorrosion Spændingskorrosion optræder frem for alt i samme miljøer som punkttæring og spaltekorrosion dvs. i chlorid-opløsninger. Udover en speciel sammensætning af elektrolytter kræves også trækspændinger i materialet og forhøjet temperatur for at spændingskorrosion kan opstå. Det er sjældent, at spændingskorrosion i chlorid-miljøer optræder ved temperaturer under 50 o C Angrebene optræder som smalle, ofte forgrenede sprækker i materialet. En normal årsag til spændingskorrosions-angreb er, når chlorid-holdige medier har kontakt med varme ståloverflader.

11 11 / 28 Interkrystallinsk korrosion Interkrystallinsk korrosion opstår som følge af udskilninger af chrom-carbid i korngrænserne på det rustfrie stål. Områderne nærmest korngrænserne bliver fattigere på chrom og får dermed en dårligere passiveringsformåen, hvilket indebærer dårligere korrosions-bestandighed. I tærende miljøer angribes det chrom-fattige område og smalle korrosionsangreb opstår ind til korngrænserne Rustfrie stål leveres som regel i glødet tilstand fra stålproducenten dvs. stålet glødes ved en temperatur på o C og køles med vand eller luft. Kulstoffet opløses da i stålet. For austenitiske stål sker en udskilning af chrom-carbid i korngrænserne i temperatur-intervallet o C. Materialet bliver da modtagelig for interkrystallinsk korrosion. Man siger, at stålet sensibiliseres. Sensibilisering kan ske ved f.eks. svejsning og ved varmformning ved uheldige temperaturer.

12 12 / 28 Efterbearbejdning Slibning Glasblæsning Bejdsepasta Spraybejdsning Bejdsebad Elpolering (elektrolytpolering) Sammenfattende ord = Rengøring efter bearbejdning, hvilket gendanner Chromoxid-hinden. Bejdsningen indeholder Floursyre ca 5% (HF) Salpetersyre ca 18-20% (HNO3) Bejdsebad og elpolering er de meste effektive alternativer.

13 13 / 28 Plader Kvaliteter SIS EN Findes også i kvalitet Koldtvalsede plader 2 B Vådslebne korn 120 Tørslebne korn 180/220 efterbørstet Scotch-børstet Blankglødede Varmvalsede plader 1 D Quarto - valset

14 14 / 28 Stangstål Kvaliteter SIS EN Findes også i kvalitet Udførelser Skaldrejet K meters længder Trukket h9 3-6 meter Slebet h9 3-6 meter Slebet h8 3-6 meter Tolerancer - Udvendig diameter h9 koldtbearbejdet stang (h7, h8 ) K12 - varmtvalset stang DIN 1013 Rund stang,varmv. DIN :kt stang,varmv. DIN 178 4:kt stang, koldtrukket. DIN 176 h11 6:kt stang, koldtrukket DIN 1017 Fladstål, varmv. Minus tolerance Plus tolerance + / - tolerance + / - tolerance Minustolerance Minustolerance + / - både på bredde og tykkelse

15 15 / 28 Rør Kvaliteter SIS EN Findes også i kvalitet Udførelser Svejste runde rør, ej glødede Svejste runde rør, glødede Sømløse runde rør Svejste profilrør (kvadratiske el. rektangulære) Mejerirør Dekorationsrør Spejlpolerede rør HF svejste rør Røret smeltes sammen ved hjælp af elektroder. TIG svejste rør: Røret smeltes sammen ved hjælp af svejsetråd Produceres ofte efter en produktionsnorm ex DIN 17457,DIN 17455, DIN (mejeri). Standard tolerancer Glødede rør: 1050 gr. Jævn struktur Bedre bukningsegenskaber Bedre korrosionsegenskaber Ej glødede rør: Man eftergløder ikke røret efter svejsningen Ringere bukningsegenskaber

16 16 / 28 Rør - Udførelser Slebne rør Mejerirør korn 320 Dekorationsrør korn 180/220 Mirrorpolerede spejlblanke Børstede rør Metalblanke rør Rør produceret af kolde bånd Bejdsede rør Rørene bejdses efter de er færdigsvejsede Giver en mere mat grå. Rør - Tolerancer Udvendig diameter Godstykkelse D1 +/- 1,5%, dog min +/- 0,75 mm T1 +/- 15%, dog min +/- 0,6 mm D2 +/- 1%, dog min +/- 0,5 mm T2 +/- 12,5%, dog min +/- 0,4 mm D3 +/- 0,75%, dog min +/- 0,3 mm T3 +/- 10%, dog min +/- 0,2 mm D4 +/- 0,5 %, dog min +/- 0,1 mm T4 +/- 7,5%, dog min +/- 0,15 mm T5 +/- 5%, dog min +/- 0,1 mm

17 17 / 28 Fittings Kvaliteter SIS EN AISI / 304L / 316L Udførelser o o o Svejsefittings Mejerifittings Gevindfittings Svejsefittings - Normer International norm EN ISO 5251, baseret på de tyske: Amerikansk norm Bøjning - DIN T-rør - DIN Excentrisk konus - DIN Koncentrisk konus - DIN o ASME B 16.9 o Driftstryk 10 bar / 150 lbs o Udvendig gevind = konisk o Indvendigt gevind = cylindrisk o Inox gevind = Whitworth o -cylindrisk DIN 259 (ISO 228) o -konisk DIN 2999 (ISO 7/1 ) o Whitworth = BSP gevind o Whitworth = Europæisk standard o NPT-gevind = amerikansk standard Gevindfittings - Normer

18 18 / 28 Flanger - Normer TYPE DIN EN Blindflanger Flanger m/gevind Påsvejsningsflanger Flanger m/ krave Løsflanger Fittings - ISO / DIN DN Metrisk/DIN ISO Tommer Dimensioner 6 10,2 1/8 8 13,5 1/ ,2 3/ ,3 1/ ,9 3/ , ,4 1 1/ ,5 48,3 1 1/ , ,1 2 1/ , , , , , , , , ,4 16 Fittings - Tilvirkningsnormer o DIN (tysk norm) o ASTM (amerikansk norm) o SIS (svensk norm) o EN (Europæisk norm) o PED ( ny )

19 19 / 28 PED Pressure Equipment Directive Start 29 maj Ny norm for trykgodkendte konstruktioner Erstatter officielt alle andre normer for trykgodkendelse. Dog findes begrebet AD-W2 stadig (tysk) Normer Materialetype PED ASME Plade Stang, varmtvalset EN AD-W2 EN AD-W2 SA 240 SA 479 Stang EN SA 479 Sømløse rør (Pr) EN DIN Pk1 SA 213 Svejste rør (Pr) EN DIN 17457/58 Pk1 SA 249 SA271 SA 312 Smede EN SA 182 Flanger EN 1092 SA B ADW2 / W10 Certifikater

20 20 / 28

21 21 / 28

22 22 / 28

23 23 / 28

24 24 / 28

25 25 / 28

26 26 / 28

27 27 / 28

28 28 / 28