Rustfrie stål af Carsten Jensen Afdelingen for Korrosion og Metallurgi FORCE Technology CSJ / 2009.01.22 rev. 01
FORCE Forretningskoncept Industri og samfund Undervisning og formidling Integrity Management og vedligeholdsoptimering Inspektion, prøvning, verifikation og certificering Design-, produkt-, proces-, produktionsoptimering Prøvning Proces og automation Materialer Simulering Sensorer og måleteknik Hydro og aerodynamik Materialeteknologi Prøvningsteknologi Simuleringsteknologi
Kort præsentation af afd. for Korrosion & Metallurgi Forretningsområde Skade- og havariundersøgelser Struktur-karakterisering Tilstandundersøgelser Korrosionsundersøgelser Akkrediteret hårdhedsmåling Rådgivning om metaller Krybeprøvning Rådgivning og materialevalg Svejsemetallurgi Varmebehandling
Rustfrie stål Disposition: Kort præsentation af afd. for Korrosion og Metallurgi Oversigt over rustfrie stål (Stainless Steels) Schaeffler-diagrammet Eksempler på mikrostrukturer Egenskaber for austenitiske rustfrie stål Klassifikation af rustfrie stål - eksempler Nikkelbase-legeringer
Oversigt over rustfrie stål Typer af rustfrit stål Stål med mere end 10-12 % krom Ferristiske rustfrie stål Austenistiske rustfrie stål Martensitiske rustfrie stål Duplex stål Udskillelseshærdende rustfrie stål
Anvendelsesområder for forskellige typer Anvendelsesområde Rustfri stål type Procesanlæg, rør og beholdere Vandinstallationer og kølesystemer Bygningsformål Varmebestandige og højtemperatur Austenitiske og Duplex Korrekt behandlet stærke og seje, dog væsentligt højere flydespænding i duplex. Ferritiske materialer forsøger at finde deres plads primært fordi de er relativt billige. Austenitiske, Ferritiske og Martensitiske Pipelines til olie og gas Austenitiske, Supermartensitiske og Duplex Aksler, fjedre, værktøjer Martensitiske Andre hærdbare (PH)
Rustfrie ståltypers karakteristika Ståltype Mekaniske egenskaber Fysiske egenskaber Korrosionsbestandighed Svejsbarhed Austenitiske God duktilitet Lav flydespænding Deformationshærder Ikke magnetisk Stor termisk udvidelse God Øges med legeringsgrad Følsom for spændingskorrosion +++ Ferritiske Kan ikke hærdes Duktilitet lavere end austenitisk Magnetisk Begrænset for laveste legeringer + (+) Duplex Højere flydespænding end austenitisk Delmagnetisk God Øges med legeringsgrad Ikke følsom for spændingskorrosion ++ Martensitiske Høj styrke Kan hærdes Magnetisk Begrænset ( ) (+)
Oversigt over rustfrie stål Stål med > 10-12 % krom Ferrit Austenit Martensit DUPLEX PH-stål
Schaeffler-diagrammet Austenitstabiliserende legeringselementer Nikkel-ækvivalent: %Ni + 30 x %C + 0,5 x Mn Krom-ækvivalent: %Cr + %Mo + 1,5 x % Si + 0,5 x Nb Ferritstabiliserend legeringselementer
Mikrostrukturer Duplex stål Sigma-fase Ferrit Austenit
Mikrostrukturer Austenitisk rustfrit stål Austenit Tvillinger Austenitisk rustfrit stål Sensibiliseret austenitisk rustfrit stål
Karakteristika for austenitiske rustfrie stål Umagnetiske (svagt magnetiske ved deformationshærdning) God korrosionsbestandighed (stiger med stigende Cr- og Ni-indhold) Slagsejheden er god ved alle temperaturer. God deformerbarhed. Kan ikke varmebehandles til større styrke Relativ lav styrke i området 0 400 C God svejsbarhed Austenitiske rustfrie stål er følsomme overfor spændingskorrosion Kan være følsomme overfor interkrystallisk korrosion
Rustfri stål klassificeret efter DIN/EN 10020 Artsnummer Definition/krav til stålet 40 Uden Mo, Nb og Ti; Ni < 2,5% 41 Med Mo, men ingen Nb eller Ti; Ni < 2,5% 42 Ikke defineret 43 Uden Mo, Nb og Ti; Ni > 2,5% 44 Med Mo, men uden Nb og Ti; Ni > 2,5% 45 Med Nb, Ti eller Cu 46 Kemisk bestandige og højtemperaturbestandige Nilegeringer 47 Varmebestandige legeringer; Ni > 2,5% 48 Ikke defineret 49 Højtemperaturbestandige materialer Oversigt over relevante artsnumre for rustfrie stål klassificeret efter DIN/EN 10020
Kemisk sammensætning og relaterede standarder Type Standard Kemisk sammensætning % C % Cr % Ni % Mo % N % Cu % Ti / Nb Austenitsk rustfrit stål 1.4301 <0,07 17,0-19,0 8,5-10,5 AISI 304 1.4306 18,0-20,0 10,0-12,5 AISI 304L 1.4401 <0,07 16,6-10,5-13,5 2,0-2,5 AISI 316 1.4404 16,5-11,0-14,0 2,0-2,5 AISI 316L 1.4432 Max. 0,02 17,5 11,5 2,7 17-12-2,5L 1.4435 17,0-12,5-15,0 2,5-3,0 AISI 316L 1.4436 <0,07 16,5-11,0-14,0 2,5-3,0 AISI 316 1.4571 <0,08 16,6-10,5-13,5 2,0-2,5 Ti<5x%C AISI 316Ti Super austenitsk rustfrit stål 1.4539 <0,02 19,0-21,0 24,0-26,0 4,0-5,0 0,04-0,15 1,0-2,0 904L 0,01 19,5-20,5 17,5-6,0-6,5 0,18-0,22 0,5-1,0 SMO 254 Duplex rustfrit stål 1.4362 21,5-24,5 3,0-5,5 <0,6 0,05-0,20 SAF 2304 1.4462 21,0-23,0 4,5-6,5 2,5-3,5 0,08-0,20 2205
Kemisk sammensætning og relaterede standarder Type Standard Kemisk sammensætning % C % Cr % Ni % Mo % N % Cu % Ti / Nb Austenitsk rustfrit stål 1.4301 <0,07 17,0-19,0 8,5-10,5 AISI 304 1.4306 18,0-20,0 10,0-12,5 AISI 304L 1.4401 <0,07 16,6-10,5-13,5 2,0-2,5 AISI 316 1.4404 16,5-11,0-14,0 2,0-2,5 AISI 316L 1.4432 Max. 0,02 17,5 11,5 2,7 17-12-2,5L 1.4435 17,0-12,5-15,0 2,5-3,0 AISI 316L 1.4436 <0,07 16,5-11,0-14,0 2,5-3,0 AISI 316 1.4571 <0,08 16,6-10,5-13,5 2,0-2,5 Ti<5x%C AISI 316Ti Super austenitsk rustfrit stål 1.4539 <0,02 19,0-21,0 24,0-26,0 4,0-5,0 0,04-0,15 1,0-2,0 904L 0,01 19,5-20,5 17,5-6,0-6,5 0,18-0,22 0,5-1,0 SMO 254 Duplex rustfrit stål 1.4362 21,5-24,5 3,0-5,5 <0,6 0,05-0,20 SAF 2304 1.4462 21,0-23,0 4,5-6,5 2,5-3,5 0,08-0,20 2205
Kemisk sammensætning og relaterede standarder Type Standard Kemisk sammensætning % C % Cr % Ni % Mo % N % Cu % Ti / Nb Austenitsk rustfrit stål 1.4301 <0,07 17,0-19,0 8,5-10,5 AISI 304 1.4306 18,0-20,0 10,0-12,5 AISI 304L 1.4401 <0,07 16,6-10,5-13,5 2,0-2,5 AISI 316 1.4404 16,5-11,0-14,0 2,0-2,5 AISI 316L 1.4432 Max. 0,02 17,5 11,5 2,7 17-12-2,5L 1.4435 17,0-12,5-15,0 2,5-3,0 AISI 316L 1.4436 <0,07 16,5-11,0-14,0 2,5-3,0 AISI 316 1.4571 <0,08 16,6-10,5-13,5 2,0-2,5 Ti<5x%C AISI 316Ti Super austenitsk rustfrit stål 1.4539 <0,02 19,0-21,0 24,0-26,0 4,0-5,0 0,04-0,15 1,0-2,0 904L 0,01 19,5-20,5 17,5-6,0-6,5 0,18-0,22 0,5-1,0 SMO 254 Duplex rustfrit stål 1.4362 21,5-24,5 3,0-5,5 <0,6 0,05-0,20 SAF 2304 1.4462 21,0-23,0 4,5-6,5 2,5-3,5 0,08-0,20 2205
Korrosionsformer Generel korrosion Reducerende syrer Interkrystallinsk korrosion Uheldig varmebehandling højt kulstofindhold Grubetæring (pitting) Agressive ioner (Cl - ) jernafsmitning Spaltekorrosion Spalter tildækning aggressive ioner (Cl - ) Spændingskorrosion (korrosionsudmattelse) Cl - ved høj temperatur
Eksempel på kombineret skadesmekanisme Eksempel på kombinering af nedbrydningsformer, hvor korrosion indgår Fretting korrosion / pitting udmattelse
Nikkel-legeringer Nikkel-kobber-legeringer Moneltyperne, f.eks. Monel 400 Anvendes i miljøer med højt saltindhold Nikkel-Molubden-legeringer Udpræget syrebestandigt Bruges I.f.m. svovl- og saltindhold ved høje temperatur Nikkel-Krom-Jern God bestandighed overfor spændingskorrosion God bestandighed overfor højtemperaturoxidation Relativ god styrke Eksempler: Incoloy 800 og Inconel 600 Nikkel-Krom-Molybden Opbygget efter samme legeringsprincipper som rustfrit stål Anvendelse I stærkt korrosive miljøer Eksempler: Incoloy 825, Inconel 625 og Hastalloy C-22
Rustfrie stål Tak for opmærksomheden