Lavkulstof, titanstabiliseret og normalt, rustfrit stål

Transkript

1 Lavk ul s of, i ans abi l i s er e og nor mal, r us f r i s ål My erogs andheder oghv aderegen l i gf or s k el l en?

2 Lavkulsof, iansabilisere og normal, rusfri sål Myer og sandheder og hvad er egenlig forskellen? Brugen af sandardsål, lavkulsofsål og iansabilisere sål har give anledning il en omfaende myedannelse. Er lavkulsof mekanisk særkere, og er sandardsål mere besandige i særke syrer? Kan man i Tyskland kun bruge iansabilisere sål? Hvad er egenlig sand, og hvad er falsk? For alle auseniiske, ferriiske og ferriisk-auseniiske (duplexe) sålyper er kulsof a berage som en uønske forurening. Risikoen for sensibilisering og eferfølgende inerkrysallinsk korrosion siger voldsom med såles indhold af kulsof, og for a undgå dee er de vigig a holde kulsofindholde så lang nede som mulig. Af samme grund indeholder samlige sandarder en øvre grænse for kulsofindholde undagen de marensiiske yper, hvor kulsof er ønskelig ah. hærdbarheden. Ved de marensiiske sål er ofes specificere e inerval for kulsof; for alle andre er grænsen e lof. Dee gælder for samlige almindelige, rusfri sålyper, inkl. alle yperne i abellen nedenfor (RS&K, kapiel 4.1 og 8.1.2). EN 1.XXXX Type C % Cr % Ni % Mo % Si % Mn % S % P % Ande AISI 4301 A 0, A, L 0, A, L 0, A, Ti 0, S 0, S, L 0, S, L 0, S, L 0, S 0, S, Ti 0,08 17,5-19,5 18,0-20,0 17,5-19,5 17,0-19,0 17,0-19,0 8,00-10,5 10,0-12,0 8,00-10,5 9,00-12,0 10,0-13,0 10,0-13,0 10,5-13,0 12,5-15,0 10,5-13,0 10,5-13,5 1,0 2,0 0,015 0,045 N 0, ,0 2,0 0,015 0,045 N 0,11 (304L) 1,0 2,0 0,015 0,045 N 0,11 304L 1,0 2,0 0,015 0,045 2,00-2,50 2,00-2,50 2,50-3,00 2,50-3,00 2,50-3,00 2,00-2,50 Ti (5xC) - 0, ,0 2,0 0,015 0,045 N 0, ,0 2,0 0,015 0,045 N 0,11 316L 1,0 2,0 0,015 0,045 N 0,11 316L 1,0 2,0 0,015 0,045 N 0,11 316L 1,0 2,0 0,015 0,045 N 0, ,0 2,0 0,015 0,045 Ti (5xC) - 0,70 (316Ti) Tabel 1: Legeringssammensæningen for de mes almindelige, rusfri sålyper, både normale (4301, 4401 og 4436), lavkulsof (4306, 4307, 4404, 4432 og 4435) og iansabiliserede sål (4541 og 4571). De øverse fire hører il gruppen af almindelige rusfri (18/8-sål), mens de seks nederse ilhører gruppen af molybdænlegerede, syrefase sål. A = Almindelig rusfri (18/8-klassen), S = Syrefas (Mo-legere), L = Lavkulsof, og Ti = Tiansabilisere sål. Daa fra RS&K, kapiel 8. Lavkulsof / iansabilisere sål 1

3 Sensibilisering og inerkrysallinsk korrosion (RS&K, kapiel 6.5) Hvorfor er kulsof så generende? Hovedlegeringselemene i rusfri sål er krom (Cr), og jo højere kromindhold, jo bedre er korrosionsbesandigheden især i kloridholdige og oxiderende medier. Desværre har kulsof (C) en ubehagelig endens il a binde krom. Dee sker især i emperaurområde mellem 500 og 850 ºC, og da kulsoffe især ligger i såles korngrænser, beyder dee en selekiv afkromning af område lige ved siden af korngrænserne. Denne selekive afkromning kaldes sensibilisering, og i praksis indebærer de en forringe korrosionsbesandighed. Grunde de lokale svækkelser vil korrosionen have en endens il a angribe neop de afkromede zoner, og sådanne korrosionsangreb kaldes inerkrysallinsk korrosion (RS&K, kapiel 6.5). A B C Mekanismen for inerkrysallinsk korrosion i auseniisk, rusfri sål. A: Såle før opvarmning. De skadelige kulsof ligger i korngrænserne. B: Opvarmning il de kriiske emperaurområde ( C) får kulsoffe i korngrænserne il a spise krome lige ved siden af. Den røde kurve viser kromindholde gennem såle. Bemærk e minimum lige ved siden af den sore sribe. C: I e sur medie vil der ske en selekiv korrosion af den afkromede zone. Deraf navne inerkrysallinsk korrosion. Dannelsen af kromkarbider og dermed risikoen for inerkrysallinsk korrosion siger voldsom med såles indhold af kulsof (C; RS&K, kapiel 6.5.1). Selvom kulsof som regel kun opræder som sporelemen i såle, påvirkes såles korrosionsbesandighed særdeles effekiv af selv mege små mængder Lavkulsof / iansabilisere sål 2

4 kulsof. Eksempelvis vil e kulsofindhold på kun 0,07 % (de maksimal illadelige for normale sål ) medføre, a opholdsiden i de kriiske emperaurinerval skal holdes under 1 minu. Lid lavere indhold på 0,05 % kulsof illader en opholdsid på 8-10 minuer, og lavkulsofsål med max. 0,03 % C illader op il 8-10 imers opvarmning, indil kriisk sensibilisering finder sed. Selv mege små forskelle i kulsof giver enorme forskelle i mulig opholdsid (RS&K, kapiel 6.5.1). Udover kulsofindholde har opholdsiden i de kriiske emperaurinerval sor beydning, og jo længere id, såle befinder sig i de kriiske inerval, jo værre bliver problemerne. Ganske vis er de sjælden, a man frivillig opvarmer såle il en emperaur mellem 500 og 850 ºC, men de sker ikke deso mindre som en uundgåelig bivirkning ved svejsning af rusfri sål. Skal emperauren i smelebade holdes over smelepunke af såle ( ºC), må zonen ved siden af smelebade nødvendigvis have en krafig forhøje emperaur, og i en besem afsand fra smelezonen vil såle ligge i de uheldige emperaurinerval på ºC. Inerkrysallinsk korrosion i auseniisk, rusfri sål, ype 4301 (0,055 % C). Årsagen er for høj kulsofindhold i såle, noge som efer en uheldig varmebehandling (min. 10 minuer ved C) medføre dannelsen af kromkarbider og en ilsvarende afkromning af grænselage. Ved eksponering i e korrosiv medie (bejdsesyre) er disse zoner bleve opløs = inerkrysallinsk korrosion. Oveni vil sådanne ermiske effeker akkumuleres, og genagne svejsninger i samme sål gør ikke siuaionen bedre. Den maksimale opholdsid i de kriiske emperaurområde er den maksimale, samlede id, hvilke blo øger inciamene for a vælge lavkulsofsål. I praksis beyder dee, a jo ykkere godse er, jo længere opholdsid og jo værre problemer. Sensibilisering og inerkrysallinsk korrosion er således e sørre problem ved ykke konsrukioner end ved ynd gods. Jo ykkere godse er, jo vigigere er de a holde sig il lavkulsofsål, især hvis man skal foreage genagne svejsninger (RS&K, kapiel 6.5.1). Lavkulsof / iansabilisere sål 3

5 Mikroslib af inerkrysallinsk korrosion i auseniisk, rusfri sål, ype 4301 (samme emne som ovenfor). Bemærk de forykkede korngrænser (kromkarbider) og de enkele korn, der er falde ud. Sammenligning af almindelige sål og lavkulsofsål (RS&K, kapiel ) Sammenligner man legeringssammensæningen for almindelig 4301 (Tabel 1) og de ilsvarende lavkulsofsål (4307), bemærkes de, a samlige daa er enslydende lige borse fra kulsof. For 4301 ligger kulsof på max. 0,07 %, mens de for 4307 ligger på max. 0,03 %. Da kulsof for alle yper er e lof snarere end e inerval, beyder dee, a e sål af ypen 4307 alid vil opfylde kravene il en E kulsofindhold under 0,03 % vil jo alid være under 0,07 %, mens de modsae naurligvis ikke er ilfælde. I praksis beyder dee, a hvis en arbejdsegning siger 4301, kan man alid slippe af sed med a bruge en 4307 og sadig opfylde de kemiske krav. Ofe er sålene dog dobbelcerificerede, så begge numre sår der (RS&K, kapiel 8). Den anden lavkulsofudgave, 4306, er lid mere ricky, ide indholde af nikkel ligger markan højere (10,0-12,0). Om dee er en fordel eller en ulempe, må man vurdere fra sag il sag. Ved generel korrosion er de som regel en fordel med lav indhold af urenheder, men ved de øvrige korrosionsformer (grubeæring, spalekorrosion og spændingskorrosion) er de nyige legeringselemener som regel Cr, Mo og Ni, mens der ikke er nogen gavnlig effek af kulsof. Tværimod vil uopløselige urenheder i såle (fx karbider) som regel svække korrosionsbesandigheden (de gavner i hver fald ikke!), hvorfor de alid vil være en fordel a anvende lavkulsofsål. Lavkulsof / iansabilisere sål 4

6 Syrefase sål (RS&K, kapiel 8.1) For den syrefase gruppe er verden lid mere komplicere. Dee skyldes især, a de gamle sandarder AISI 316 og 316L begge illader e molybdænindhold fra 2,0 il 3,0 %, mens de yskbaserede ENnumre ( gamle Werksoff-numre) splier inervalle op i o: 2,0-2,5 % og 2,5-3,0 % ligesom de hedengangne svenske numre (RS&K, kapiel 8.1 og 8.4). Kulsofforholde mellem 4401 og 4404 er dog eksak de samme som mellem 4301 og Borse fra kulsof legeringssammensæningen for de o sål nøjagig ens, og 4404 vil derfor alid opfylde kravene il Selvom arbejdsegningen siger 4401, vil man derfor alid kunne anvende en 4404, men ikke alid omvend. For høj-molybdæn-varianerne (2,5-3,0 % Mo) er siuaionen en anelse mere kompleks. Den direke lavkulsof-parallel il sandardsåle 4436 er 4432, og ganske som ovenfor passer samlige legeringselemener borse fra kulsof, hvor 4432 jo ligger på max. 0,03 %, mens 4436 illader en grænse på 0,07 %. Imidlerid findes der en anden, ældre ype syrefas, 4435, der udover 0,03 % kulsof udmærker sig ved 0,5 % mere Cr (17,0-19,0 %) og deril beragelig mere Ni (12,5-15,0 %). Da korrosionsbesandigheden normal siger med sigende indhold af Cr (grubeæring, spalekorrosion) og Ni (især generel korrosion og spændingskorrosion), er denne oplegering ikke nogen ulempe, og 4435 er derfor a forerække frem for 4436 både pga. de lavere kulsof og pga. en svag oplegering af Cr og Ni. I virkeligheden er valge re le, for ofes vil moderne lavkulsofsål af ypen 4307 være dobbelcerificere som både 4301 og Tilsvarende vil e 4404 være dobbelcerificere som både 4401 og 4404, og 4432 vil alid kvalificere il Derimod vil højnikkelypen 4306 ikke auomaisk kunne ersae 4301, og 4435 passer heller ikke alid med en Moralen af al dee er kor og enkel: Er du i vivl, og er maerialevalge syre af korrosionsforholdene, så vælg lavkulsof! Tiansabiliserede sål (RS&K, kapiel 6.5.2) De iansabiliserede sål, 4541 og 4571, er lid anderledes. Som beskreve ovenfor er kulsof skadelig for korrosionsbesandigheden, og eknisk se kan problemerne elimineres på o måder: Fjernelse af kulsoffe dvs. lavkulsofsål Kulsoffe bindes, så de ikke skader Tradiionel se har fx de svenske og franske sålværker alid valg a fjerne kulsoffe, mens de yske værker i sede fjerner hovedparen af kulsoffe og derpå ilsæer små mængder af ian (Ti), der binder resen af kulsoffe, før dee kan nå a binde krome. Sidsnævne kaldes derfor iansabilisere sål, og den sejlivede, yske radiion har selv den dag i dag gjor, a mange yske firmaer insiserer på, a deres udsyr parou skal bygges a iansabilisere sål. Lavkulsof / iansabilisere sål 5

7 I praksis har man derfor en slags parallelle sæ af hhv. lavkulsofsål og iansabilisere sål: Lavkulsof Tiansabilisere I lang de flese ilfælde er de hip som hap, om man anvender iansabilisere sål eller de ilsvarende lavkulsofsål, og de o yper kan ofes ersae hinanden uden sørre sværdslag kan derfor ersaes med 4307, og 4571 kan ersaes af 4404 og omvend. Bemærk dog, a 4306 ikke har nogen iansabilisere modpar pga. de høje nikkel, mens 4432 og 4435 ikke kan subsiueres pga. de høje Mo ( ). Bemærk også, a iansabilisere sål ikke uden videre passer ind i de ilsvarende lavkulsofsandarder. E 4571 passer ikke uden videre ind i en 4404-sandard, og e maerialeskife fordrer derfor en ændring af arbejdsegningen og accep fra kunden. De burde dog ikke volde de sore problemer, medmindre der er ale om en sædig ysker, der i re årier har brug en 4571, og som næger a se de smare i brugen af lavkulsofsål. Temperaur, C Sålype Syrkeredukion (%) , , , , , ,5 Tabel 2: Flydespændingen (yield sress, Rp 0.2) for normale sål (4301 og 4401), lavkulsofsål (4307 og 4404) og de ilsvarende iansabiliserede sål (4541 og 4571) ved forskellige emperaurer. Alle daa er sandardernes minimumsværdier, og enheden er N/mm 2. Sidse spale angiver den procenuelle svækkelse i Rp 0.2 ved a gå fra 20 il 550 ºC (RS&K, kapiel 3.3.2). Lavkulsof / iansabilisere sål 6

8 Mekaniske fordele ved iansabiliserede sål (RS&K, kapiel 3.3.2) Udover legeringsforskellene er der endvidere enkele mekaniske og kemiske forskelle mellem lavkulsof og iansabiliserede sål. Ti-sål er generel mekanisk særkere end lavkulsofsål, især ved høje emperaurer, hvor krybning kan være e problem. Dee ses bl.a. af sandardernes minimumværdier for flydespændingen (yield sress, Rp 0.2; Tabel 2), og her bemærkes mindre forskelle for de forskellige sålyper. For samlige sålyper falder flydespændingen med sigende emperaur, men falde er krafigs for lavkulsofsålene 4307 og 4404 sam normalsålene 4301 og 4401, mens de iansabiliserede sål væsenlig bedre bevarer den mekaniske syrke ved høje emperaurer. De skal dog siges, a abellens daa er sandardernes minimum for udgløde sål, og de er mere reglen end undagelsen a finde både varm- og koldvalsede produker med flydespændinger på omkring 300 N/mm 2. Er syrken e kardinalpunk, sår alle daa på cerifikae. Bivirkninger ved iansabiliserede sål (RS&K, kapiel 4.1) Brugen af iansabilisere sål er dog ikke uden ulemper. I førse omgang vil forekomsen af selv små mængder ian sammen med formier (90 % N 2, 10 % H 2) som baggas kunne give gullige svejsninger pga. dannelsen af iannirider. Disse gule farvninger beyder sjælden noge for korrosionsbesandigheden, men kan alligevel genere, fx fordi de bliver sværere a evaluere de yders skadelige anløbningsfarver. Bruges argon som baggas i sede for formier, har man ikke probleme. Gulfarve svejsning som følge af kombinaionen iansabilisere sål (4571) og Formiergas (RS&K, kapiel 4.1). Lavkulsof / iansabilisere sål 7

9 E ande minus ved Ti-sålene er, a de er nærmes umulige a polere. De dannede iankarbider er eksrem hårde, og ved slibning vil de lave millioner af mikroridser, der sæer en vis grænse for, hvor fin man kan polere overfladen. Neop iankarbiderne er også grunden il, a Ti-sål (sammenligne med sandardyperne) medfører e markan højere værkøjsslid ved spånagende bearbejdning. Oveni er Ti-sål mege svære (dvs. umulige) a elekropolere, så er en fin overfladefinish e ulimaiv krav, slipper man ikke udenom a anvende lavkulsofsål (RS&K, kapiel 11 og 12). Sammenfaning Ved lave emperaurer og vandige medier, hvor korrosion er probleme, er lavkulsofsål de sikrese valg, dels pga. ilgængelighed, men også pga. Ti-sålenes uheldige bivirkninger. Ved mege høje emperaurer, hvor bevarelse af den mekaniske syrke er hovedprobleme, kan man med fordel anvende iansabilisere sål, men i vandige medier er der ingen grund il a anvende ande end lavkulsofsål. Undagen hvis du er ysker, naurligvis. I så fald er iansabilisere sål de enese rigige. For alle andre er lavkulsof de sikrese valg. Bemærk, a alle indhold af kulsof er en max.-grænse, så lavkulsof 4307 og 4404 opfylder (kemisk se) alid hhv og Selvom egningen siger 4301 eller 4401, kan man alså med god samviighed anvende 4307 og Både eks og billeder er Damsahl og må kun videreformidles efer skriflig illadelse. Alle kapielhenvisninger er il Rusfri Sål og Korrosion (RS&K; Claus Qvis Jessen, Damsahl; april 2011) eller Rusfri Sål il Hygiejnisk Udsyr i Food/Pharma (RS-FP; Claus Qvis Jessen og Erik-Ole Jensen, Damsahl; ok. 2014). Begge bøger findes også på engelsk og svensk og RS&K illige på ysk. Begge besilles via. Lavkulsof / iansabilisere sål 8