Boks Kracht Berekenaar & Formule (Online & Gratis)
Heb je je ooit afgevraagd hoe je kunt zorgen voor een succesvol metaalstempelproject? In deze blogpost duiken we in de kritieke factoren die uw stempelproces kunnen maken of breken....
Hoe kan een materiaal zowel een oplossing als een uitdaging zijn in industriële toepassingen? Ultrazuiver ferritisch roestvast staal, met zijn opmerkelijke corrosiebestendigheid en thermische geleidbaarheid, is essentieel in verschillende industrieën. Het hoge chroomgehalte zorgt echter voor broosheid bij bepaalde temperaturen. Dit artikel onderzoekt de voordelen en complexiteiten van het gebruik van dit staal, met gedetailleerde informatie over de eigenschappen, veelvoorkomende problemen zoals brosheid en factoren die de prestaties beïnvloeden. Al lezend zul je begrijpen hoe ultrapuur ferritisch roestvast staal vorm geeft aan de moderne fabricage en tegelijkertijd unieke productie-uitdagingen met zich meebrengt.
Ferritisch roestvast staal verwijst naar een type roestvast staal met een chroommassafractie (Cr) tussen 12% en 30%. Het kan verder worden onderverdeeld in laag Cr, middel Cr en hoog Cr, afhankelijk van de Cr-massafractie.
De corrosiebestendigheid van ferritisch roestvast staal is evenredig met de Cr-massafractie. Hoe hoger de Cr-massafractie, hoe groter de corrosiebestendigheid. Om de algemene eigenschappen te verbeteren en de negatieve invloed van Cr-carbide- en nitrideprecipitatie op de mechanische eigenschappen en corrosieweerstand te verminderen, is de trend in de ontwikkeling van ferritisch roestvast staal in de richting van lagere koolstof- (C) en stikstofgehaltes (N).
Ultrazuiver ferritisch roestvast staal is een subcategorie van ferritisch roestvast staal met een zeer laag gehalte aan C en N (over het algemeen niet meer dan 0,015% gecombineerd) en een gemiddelde tot hoge Cr-massafractie. Dit type roestvast staal is populair vanwege de goede corrosiebestendigheid, thermische geleidbaarheid, seismische weerstand, verwerkingsprestaties en betaalbaarheid in vergelijking met koper, koperlegeringen en roestvast staal. titanium materialen. Het wordt veel gebruikt in verschillende industrieën, zoals de auto-industrie, keuken- en huishoudelijke apparaten, de bouw en de petrochemische industrie.
Er zijn echter ook verschillende uitdagingen bij de productie van ultrapuur ferritisch roestvast staal. Door de hoge Cr-massafractie en de aanwezigheid van andere legeringselementen zoals molybdeen (Mo) en mangaan (Mn), is het moeilijk om de inherente problemen van ferritisch roestvast staal met een hoog Cr-gehalte te vermijden, zoals brosheid in de σ-fase, brosheid in 475 ℃ en brosheid bij hoge temperaturen.
Het productiepersoneel is zich daarom bewust van de mogelijke schade van deze brosheidsproblemen en heeft ontdekt dat ze voornamelijk worden veroorzaakt door precipitatie van σ-fase, χ-fase, α'-fase, Laves-fase en de massafractie van het Cr-element.
Dit artikel geeft een diepgaand onderzoek naar de belangrijkste kenmerken en beïnvloedende factoren van σ-fase brosheid, 475 ℃ brosheid en hoge temperatuur brosheid in ultrapuur ferritisch roestvast staal. Het analyseert ook de effecten van deze brosheidsproblemen op de mechanische eigenschappen en corrosiebestendigheid van ultrapuur ferritisch roestvast staal en dient als referentie voor producenten en gebruikers.
Ultrazuiver ferritisch roestvast staal bevat verschillende legeringselementen en is gevoelig voor het neerslaan van verschillende intermetallische verbindingen tijdens hete bewerking, voornamelijk koolstof- en stikstofverbindingen van Cr, Nb en Ti, evenals intermetallische verbindingen van de fasen σ, χ, Laves en α.
De kenmerken van de fasen σ, χ, Laves en α' staan in tabel 1.
Tabel 1 Kenmerken van intermetallische verbindingen in ultrazuiver ferritisch roestvast staal
| Neergeslagen fase | Structuur | Configuratie en samenstelling | Neerslag | Kenmerk |
| σ wederzijds | Lichaamsgecentreerde tetragonaal (bct) D8b, 30 atomen/eenheid cel | AB of AxBy, FeCrFeCrMo | w（Cr）=25%~30%，600-1050℃ | Hard, bros, rijk aan Cr |
| X-fase | Lichaamsgecentreerd kubisch (bcc) A12, 30 atomen/eenheid cel | α- Mn, Fe36Cr12Mo10 of (Fe, Ni) 36Cr18Mo4 | w（Mo）=15%~25%，600-900℃ | Hard, bros, rijk aan Cr en Mo |
| Laves fase | Dicht opeengepakt hexagonaal (hcp) C14 of C36 | AB2, Fe2Ti of Fe2Nb of Fe2Mo | 650-750℃ | Hard |
| α' wederzijds | Lichaamsgecentreerd kubisch (bcc) | Fe Cr, rijk aan cr | w（Cr）>15%，371-550℃（475℃） | Hard, bros, rijk aan Cr |
De neerslag "C" krommen voor de σ, χ en Laves fasen van enkele typische ultrazuivere ferritische roestvaste staalsoorten worden getoond in figuren 1 en 2.
Door variaties in de samenstelling van de legering ligt het gevoeligste temperatuurbereik voor het neerslaan van deze fasen tussen 800 en 850 °C.
Bij de legering 00Cr25N4Mo4NbTi (Monit) slaan de σ- en χ-fasen relatief snel neer, terwijl de Laves-fase het gemakkelijkst neerslaat bij 650°C en meer tijd nodig heeft om zich te vormen.
Ongeacht het type bros neerslag zal overmatige neerslag het staal bros maken, wat resulteert in een scherpe afname van de kerfslageigenschappen.
Fig. 1 26% Gr - (1%~4%) Mo - (0~4%) Ni ferritisch roestvast staal
Fig. 2 TTP-diagram van 00Cr25Ni4Mo4TiNb (Monit) ferritisch roestvast staal (na vaste oplossing bij 1000 ℃)
Het ontstaan van σ-fase brosheid wordt voornamelijk veroorzaakt door het neerslaan van σ-fase en χ-fase. De Laves-fase heeft een vergelijkbare neerslagtemperatuur, dus wordt deze meegenomen in de discussie.
1.1.1 σ wederzijds
De σ-fase is een grootte-factorverbinding met een AB- of AxBy-configuratie en een lichaamsgecentreerde tetragonale structuur. In ferritisch roestvast staal bestaan de σ-fasen voornamelijk uit FeCr of FeCrMo.
Onder omstandigheden waarin het Cr-gehalte (w(Cr)) tussen 25% en 30% ligt en de neerslagtemperatuur tussen 600 en 1050 ℃ ligt, wordt de vorming van de σ-fase bevorderd. De gevormde fase verrijkt het Cr-element, zoals te zien is in figuur 3.
De σ-fase is niet-magnetisch en heeft een hoge hardheid, met een Rockwell-hardheidswaarde (HRC) tot 68. Tijdens het precipitatieproces treedt een "volume-effect" op waardoor de plasticiteit van het staal afneemt. Tijdens het precipitatieproces treedt een "volume-effect" op, waardoor de plasticiteit van het staal afneemt.
Fig. 3 Structuur en samenstelling van o-fase van 447 ferritisch roestvast staal onder EDX lineaire analyse
Het neerslaan van de σ-fase kan roestvrij staal ernstig verzwakken, waardoor de eigenschappen zoals corrosiebestendigheid, slagvastheid en mechanische eigenschappen afnemen.
De vorming van de σ fase gebeurt in twee fasen: nucleatie en groei. Nucleatie begint meestal op de korrelgrens van α/α' en breidt zich van daaruit uit naar de matrix.
Zodra de σ fase een bepaalde grootte bereikt, slaat het neer vanuit de korrel.
1.1.2 Fase χ
Ultrazuiver ferritisch roestvast staal zal niet alleen de σ fase vormen, maar ook de σ fase, wanneer het een bepaalde hoeveelheid Mo element bevat.
De structuur van de χ-fase is lichaamsgecentreerd kubisch en van het α-Mn-type.
In ferritisch roestvrij staal bestaat de χ-fase voornamelijk uit Fe36Cr12Mo10 of (Fe, Ni)36Cr18Mo4.
Het vormt zich meestal onder omstandigheden waarbij het Mo-gehalte (w) tussen 15% en 25% ligt en de temperatuur tussen 600 en 900℃ ligt.
De taaiheid van het staal neemt aanzienlijk af wanneer de χ-fase wordt gevormd.
Het bleek dat Cr en Mo in vergelijking met de σ-fase sneller verrijkt zijn in de χ-fase en sneller neerslaan in de χ-fase dan in de σ-fase.
Over het algemeen heeft de χ-fase dezelfde structuur als de ferrietmatrix.
Vanwege de lage nucleatiepotentiaalbarrière is nucleatie relatief eenvoudig en slaat de χ-fase meestal eerder neer dan de σ-fase, zoals te zien is in Fig. 4.
Fig. 4 χ fase geprecipiteerd uit 26Cr ferritisch roestvast staal, verouderd bij 800 ℃ gedurende 5min.
Wanneer de χ-fase zich begint te vormen, is er een aanzienlijke verrijking van Cr en Mo in de χ-fase, wat leidt tot een afname van het gehalte aan Cr en Mo. Deze afname is niet genoeg om de σ fase te nucleeren, waardoor de vorming van de σ fase in het beginstadium moeilijk is.
Bovendien is de χ-fase metastabiel en neemt de stabiliteit af met de verouderingstijd. Als de χ-fase ontleedt, zal het voldoende Cr en Mo leveren om de σ-fase te nucleeren, wat uiteindelijk leidt tot de transformatie in een stabiele σ-fase.
Zowel de χ-fase als de σ-fase zullen leiden tot een vermindering van het Cr-gehalte rond de precipitatiefase door precipitatie, waardoor een Cr-arme zone wordt gevormd en de corrosieweerstand afneemt.
1.1.3 Lavenfase
De Laves-fase is een grootheidsfactorverbinding met een AB2-configuratie en een hexagonale structuur, zoals weergegeven in figuur 5.
In ferritisch roestvast staal bestaat de Laves-fase meestal uit Fe2Ti, Fe2Nb of Fe2Mo.
De Laves-fase in ferritisch roestvast staal is verrijkt met Si elementen, die een cruciale rol spelen in het behoud van de stabiliteit.
De neerslagtemperatuur van de Laves-fase varieert van 650-750℃, afhankelijk van de samenstelling van de legering.
Fig. 5 Bladfase geprecipiteerd uit 27Gr-4Mo-2Ni ferritisch roestvast staal na veroudering bij 1050 ℃ gedurende 1 uur
Andrade T et al. ontdekten dat na veroudering bij 850°C gedurende 30 minuten, het ultrazuivere ferritisch roestvast staal met het model DIN 1.4575 neerslag van de Laves-fase op de korrelgrens laat zien, die onveranderd in grootte blijft door de aanwezigheid van zowel Laves- als σ-faseprecipitaten. De groeisnelheid van de σ fase is sneller, waardoor een deel van de Laves fase niet kan groeien.
Er werd ontdekt dat het ferritisch roestvast staal 11Kr-0,2Ti-0,4Nb bij een veroudering bij 800 °C gedurende 24-28 uur een groot aantal Laves-faseprecipitaten vertoont die na verloop van tijd langzaam toenemen. Wanneer de verouderingstijd echter 96 uur bereikt, wordt de Laves-fasetransformatie grof en neemt het aantal af, waarbij geen neerslag van de σ-fase wordt waargenomen.
Het ferritisch roestvast staal met een chroommassafractie groter dan 12% zal een significante toename in hardheid en sterktegepaard met een scherpe afname in plasticiteit en slagvastheid na langdurige blootstelling aan temperaturen tussen 340 en 516℃. Dit komt voornamelijk door de brosheid die optreedt in ferritisch roestvast staal bij 475℃.
De gevoeligste temperatuur voor deze verandering van eigenschappen is 475 ℃.
Het neerslaan van α 'fase is de belangrijkste reden voor de 475 ℃ brosheid van ferritisch roestvast staal.
α 'fase is een Cr-rijke brosse fase met een lichaamsgecentreerde tetragonale structuur.
In ferritisch roestvast staal, α 'fase is gemakkelijk te vormen onder de voorwaarde dat w (Cr) groter is dan 15% en neerslag temperatuur is 371 ~ 550 ℃.
α'-fase is een Fe Cr-legering, met Cr-gehalte van 61% tot 83% en Fe-gehalte van 17,5% tot 37%.
De literatuur geeft aan dat wanneer het Cr-gehalte in staal lager is dan 12% per massa, er geen precipitatie van de α-fase zal plaatsvinden, waardoor de vorming van brosheid van 475℃ wordt voorkomen.
Bovendien is het neerslaan van de α'-fase tijdens het oplossen een omkeerbaar proces.
Als het staal opnieuw wordt verhit tot boven 516℃ en dan snel afkoelt tot kamertemperatuur, lost de α'-fase weer op in de matrix en treedt de brosheid bij 475℃ niet meer op.
Wanneer het Cr-gehalte in ferritisch roestvast staal tussen 14% tot 30% ligt, kan snelle afkoeling na verhitting van het staal boven 950℃ resulteren in verminderde rek, slagvastheid en bestendigheid tegen interkristallijne corrosie. Dit komt voornamelijk door de brosheid van ferriet bij hoge temperaturen.
De belangrijkste oorzaak van brosheid bij hoge temperatuur is het neerslaan van Cr-koolstof- en Cr-stikstofverbindingen. Bovendien kan tijdens het lasproces de neerslag van de Laves-fase optreden wanneer de lastemperatuur 950℃ overschrijdt, wat van invloed is op de algemene eigenschappen van het staal.
Deze kwetsbaarheid bestaat ook in ultrazuiver ferritisch roestvast staal, dat nog gevoeliger is voor brosheid bij hoge temperaturen door het hoge Cr- en Mo-gehalte.
Om het risico op brosheid bij hoge temperaturen te verminderen, kan het C- en N-gehalte worden verlaagd en kunnen stabiliserende elementen worden toegevoegd.
Bij het lassen kan brosheid bij hoge temperatuur leiden tot aanzienlijke schade aan het staal. Dit komt doordat C- en N-elementen tijdens het lassen neerslaan op de korrelgrens en reageren met Cr en Mo, waarbij Cr- en Mo-rijke koolstof en nitriden worden gevormd die zich geleidelijk naar de korrelgrens verplaatsen.
Bovendien kan het neerslaan van de Laves-fase bij 950℃ tijdens het lassen leiden tot precipitaten bij dislocaties, korrelgrenzen of binnen korrels, waardoor de beweging van kristaldislocaties en korrelgrenzen wordt geremd. Hierdoor wordt de lokale ordening van atomen regelmatiger, waardoor de sterkte van het staal toeneemt, maar de plasticiteit en taaiheid afnemen.
De volgende elementen - Cr, Mo, Ti, Nb, W en Cu - in ultrazuiver ferritisch roestvast staal hebben een invloed op de vorming van brosse precipitaten.
Een verhoogde concentratie van het Cr-element in ferritisch roestvast staal leidt tot een betere passivering, wat resulteert in een betere weerstand tegen oppervlakteoxidatie en een betere weerstand tegen putcorrosie, spleetcorrosie en interkristallijne corrosie.
Een hogere massafractie van Cr leidt echter ook tot een snellere vorming van brosse fasen in het ferritisch roestvast staal. De vorming en neerslagsnelheid van α'- en σ-fasen worden ook beïnvloed door de massafractie van Cr, waarbij een hogere massafractie leidt tot een snellere neerslagsnelheid. Deze precipitatiefase vermindert de taaiheid van het staal en verhoogt de brosse overgangstemperatuur aanzienlijk.
Mo is het op één na belangrijkste element in ferritisch roestvast staal. Als de massafractie ervan een bepaald niveau bereikt, neemt de neerslag van σ- en χ-fasen in ferritisch roestvast staal aanzienlijk toe.
Uit onderzoek van Moura et al. bleek dat de toevoeging van Mo in 25Cr-7Mo ferritisch roestvast staal de maximale precipitatietemperatuur van de α'-fase verlaagde van 475 °C tot ongeveer 400 °C en het aantal α'-fasen verhoogde.
Kaneko et al. ontdekten dat Mo bijdraagt aan een snellere accumulatie van Cr in de passiveringsfilm, waardoor de stabiliteit van de film wordt verbeterd en de corrosieweerstand van Cr in staal wordt versterkt.
Ma et al. ontdekten dat gloeien 30Cr staal bij 1020°C resulteerde in het neerslaan van de Laves-fase, die voornamelijk bestaat uit Fe, Cr, Mo, Si en Nb. De massafractie van Nb en Mo in de Laves-fase was hoger vergeleken met het basismetaal. De analyse van het röntgenenergiespectrum van de Laves-fase van 30Cr-staal dat bij 1020°C gegloeid is, wordt getoond in Fig. 6.
Er werd waargenomen dat een verhoogd Mo-gehalte in 30Kr ultrazuiver ferritisch roestvast staal het neerslaan van de Laves-fase versnelt. De literatuur suggereert dat een verhoogd Mo-gehalte leidt tot het neerslaan van Mo-rijke χ-fase in 26Cr roestvast staal na veroudering, en met langere verouderingstijd transformeert een deel van de Laves-fase in σ-fase.
Fig. 6 Röntgen-energiespectrumanalyse (EDS) van de Laves-fase van 30Cr-staal na 1020 ℃ Gloeien
(a) EDS-analyse van onedel metaal; (b) EDS-analyse van Laves Phase
De toevoeging van stabiele elementen, zoals Nb en Ti, aan staal in combinatie met C en N resulteert in het neerslaan van fasen zoals TiN, NbC en Fe2Nb. Deze fasen worden zowel binnen de korrelinhoud als op de korrelgrenzen gedistribueerd, wat de vorming van Cr-carbiden en nitriden vertraagt en zo de weerstand tegen interkristallijne corrosie van ferritisch roestvast staal verbetert.
Anttila et al. bestudeerden de invloed van het opnemen van Ti en Nb in de lassen van 430 ferritisch roestvast staal. Ze ontdekten dat wanneer de lastemperatuur 950 ℃ bereikte, Laves-fasevorming werd bevorderd, wat leidde tot verbrossing van de gelaste verbindingen en een afname van hun slagvastheid.
Op dezelfde manier ontdekten Naghavi en andere onderzoekers dat de oplosbaarheid van Nb in de matrix van ferritisch roestvast staal afneemt met toenemende temperatuur tijdens veroudering bij hoge temperatuur, waardoor de Laves-fase grover wordt en de treksterkte van het staal afneemt.
De opname van W in 444 ferritisch roestvast staal bleek de treksterkte bij hoge temperatuur aanzienlijk te verbeteren bij veroudering bij 1000 ℃. Als de massafractie van W echter toeneemt, wordt de Laves-fase grover, waardoor het precipitatieversterkende effect verzwakt en de treksterkte bij hoge temperatuur afneemt.
De toevoeging van Cu aan ferritisch roestvast staal doet een Cu-rijke fase neerslaan die de corrosieweerstand van 430 Cu aanzienlijk verbetert. Fe-Cu binaire legeringen en Fe-Cu-Ni ternaire legeringen met Cu kunnen de sterkte en taaiheid van het staal verbeteren.
De Cu-rijke fase slaat voornamelijk neer bij 650 ℃ en 750 ℃ en blijft tijdens de eerste verouderingsfase bolvormig. Naarmate de verouderingstemperatuur en -tijd toenemen, verandert de fase geleidelijk in een elliptische en staafvormige vorm, zoals weergegeven in figuur 7.
Fig. 7 Morfologie van Cu-rijke fase in 17Cr-0,86Si-1,2Cu-0,5Nb ferritisch roestvast staal verouderd bij 750 °C gedurende 1 uur.
Zeldzame aardelementen (RE's) zijn chemisch zeer reactief en het toevoegen van de juiste hoeveelheid RE's kan de eigenschappen van staal verbeteren.
De TEM testresultaten van precipitaten in 27Cr ferritisch roestvast staal worden gepresenteerd in Fig. 9.
Zonder RE's zijn de neergeslagen fasen in ferritisch roestvast staal complexer. Zoals geïllustreerd in Fig. 8(a), slaan secundaire fasen neer op de korrelgrenzen en vormen ketens in de ferrietmatrix, voornamelijk bestaande uit σ-fase, M23C6, M6C en een kleine hoeveelheid M2N- en χ-fasen.
Na toevoeging van RE's nemen de in de keten neergeslagen fasen echter af en zijn ze vaak in enkelvoudige vorm aanwezig in de matrix, voornamelijk als σ-fase. Bovendien neemt de neerslag van koolstof en nitride af, zoals te zien is in Fig. 8(b).
De optimale RE-massafractie in ultrazuiver ferritisch roestvast staal bleek 0,106% te zijn, wat de versterkende eigenschappen verbetert. Bij deze concentratie verfijnen RE's de korrelstructuur, verhogen ze de botsenergie en veranderen ze het botsingsbreukmechanisme van bros naar taai.
Bovendien verminderen RE's de massafractie van S in staal, wat de bron van putcorrosie vermindert en de weerstand tegen putcorrosie verbetert.
Fig. 8 TEM-resultaten van geprecipiteerde fase van 27Cr ferritisch roestvast staal
(a) Helderveldbeeld van 0% RE monster; (b) Helderveldbeeld van 0,106% RE monster.
Verschillende verouderingsbehandelingen kunnen verschillende effecten hebben op de vorming van brosse precipitaten in materialen.
Wanneer zuiver ferritisch roestvast staal brosse precipitaten vormt, kan dit leiden tot een afname van de mechanische eigenschappen, slagvastheid, corrosiebestendigheid en algemene prestaties.
Verouderingsbehandeling kan helpen om de structuur van het materiaal te verbeteren en de plasticiteit te verhogen, en ook om de vorming van precipitaten effectief te verminderen en hun negatieve effecten op het staal te beperken.
LU HH et al. ontdekten dat wanneer 27Cr-4Mo-2Ni ferritisch roestvast staal wordt verouderd bij temperaturen tussen 600 en 800°C, de belangrijkste precipitaten die gevormd worden χ-fase, Laves-fase en σ-fase zijn.
De morfologieën en verdelingen van deze fasen in het ferritisch roestvast staal 27Kr-4Mo-2Ni, verouderd bij verschillende temperaturen, worden weergegeven in figuur 9.
De aanwezigheid van deze precipitaten kan de slagtaaiheid, treksterkte en plasticiteit van het materiaal verminderen terwijl de hardheid toeneemt.
Na veroudering bij temperaturen tussen 600 en 800 °C slaat de χ-fase voornamelijk neer langs de korrelgrenzen. De Laves fase slaat neer binnen de korrel wanneer het materiaal verouderd wordt bij 700°C, terwijl de σ fase zich over het algemeen vormt bij de korrelgrenzen na veroudering bij 750°C.
Op dit punt lost de Laves-fase gedeeltelijk op in de matrix en levert Cr- en Mo-atomen voor de groei van de σ-fase. Deze verruwing van de korrel kan leiden tot brosse breuk in het staal.
Fig. 9 Morfologie en verdeling van x-fase, lafase en o-fase van 27Cr-4Mo-2Ni ferritisch roestvast staal, verouderd bij verschillende temperaturen
(a) Veroudering bij 650 ℃ gedurende 4 uur; (b) Veroudering bij 700 ℃ gedurende 4 uur; (c) Veroudering bij 750 ℃ gedurende 2 uur; (d) Veroudering bij 800 ℃ gedurende 4 uur.
Zhang Jingjing ontdekte dat wanneer SUS444 ultrazuiver ferritisch roestvast staal 10 minuten werd verouderd bij 850℃, TiN transformeerde in een composietstructuur van TiN/NbC/Nb arme fase. De bindingssterkte tussen de composietstructuur en de matrix is hoog, wat de slagvastheid aanzienlijk verbetert.
Luo Yi en collega's ontdekten dat wanneer 446 ultrazuiver ferritisch roestvast staal werd verouderd bij 800℃, fase σ na 0,5 uur neersloeg en toenam met de verouderingstijd en een netwerkachtige structuur vormde. Tegelijkertijd ontstonden er microscheurtjes in fase σ en de grote hoeveelheid verminderde de taaiheid van het staal.
Ma Li en anderen gloeiden 26% Cr ultrazuiver ferritisch roestvast staal en ontdekten dat er voornamelijk drie precipitaten waren: TiN, NbC en χ. De schadelijke χ-fase leidde ernstig tot brosheid in het staal. Met toenemende gloeitemperatuur tot 1020 ℃, de χ fase geleidelijk afgenomen tot een verwaarloosbare hoeveelheid. Om de χ-fase te elimineren is dus een hoge gloeitemperatuur nodig.
Voor het hoge Cr ferritisch roestvast staal 27,4Cr-3,8Mo-2,1Ni vonden QUHP en anderen dat na veroudering bij 950℃ gedurende 0,5 uur σ en Laves fasen neersloegen, waardoor de hardheid van het staal verbeterde maar de vervormbaarheid afnam. Deze schadelijke fasen konden worden opgelost in de matrix na een oplossingsbehandeling bij 1100℃ gedurende 0,5 uur.
Wu Min en collega's ontdekten dat wanneer 441 warmgewalste plaat werd gegloeid bij 900-950℃, er een groot aantal Laves-fasen neersloeg. Zoals te zien is in figuur 10, zijn er twee neergeslagen fasen: (1) de primaire fase, die een samengestelde structuur is van (Ti, Nb) (C, N) met een grootte van ongeveer 5 μm en (2) de Laves-fase, die klein, talrijk, dicht en gelijkmatig verdeeld is in korrelgrenzen, subkorrelgrenzen en korrels. Door de gloeitemperatuur te verhogen naar 1000-1050℃ werd de Laves-fase effectief geëlimineerd, maar er sloeg een kleine hoeveelheid Nb (C, N) fase neer.
Fig. 10 Bladfasemorfologie van 441 ferritisch roestvast staal warmgewalste plaat na verschillende uithardingstemperaturen
(a) Golvend faseverschijnsel na gloeien bij 900 ℃; (b) Golvend faseverschijnsel na gloeien bij 950 ℃.
Het onderzoek toont aan dat hoge concentraties Cr en Mo en een bepaalde hoeveelheid Nb in de microstructuur gemakkelijk kunnen leiden tot de vorming van brosse intermetallische materialen, zoals de (Fe Cr Mo) type σ fase, de (Fe Cr Mo) type χ fase en de Fe2Nb type Laves fase. Deze brosse intermetallische materialen resulteren in een significante afname van de plastische taaiheid en een toename van de hardheid van ultrazuiver ferritisch roestvast staal.
De Duitse geleerde Saha R en collega's ontdekten dat de lage oplosbaarheid van het element C ervoor zorgt dat ferritisch roestvast staal tijdens het afkoelen bij hoge temperatuur een hoge hardheid (Ti, Nb) C neerslaat. sterkte en hardheid van het staal.
Uit het onderzoek bleek ook dat de tweefasendeeltjes Cr23C6 en Cr2N in de legering een sterke invloed hebben op de mechanische eigenschappen, met name taaiheid en vervormbaarheid, wat leidt tot een vermindering van taaiheid en vervormbaarheid en een hoger risico op breuk.
Typische precipitatie van de α'-fase leidt tot een depletie van Cr in de ferrietmatrix, waardoor de corrosieweerstand en taaiheid van het staal afnemen en de hardheid toeneemt.
Er is ontdekt dat wanneer 444 ferritisch roestvast staal wordt verouderd bij temperaturen tussen 400-475 ℃, het neerslaan van de α-fase leidt tot een toename van de hardheid, maar na meer dan 500 uur verouderen bij 475 ℃ daalt de taaiheid sterk.
Figuur 11 toont de hardheid van 441 ultrazuiver ferritisch roestvast staal en de energie geabsorbeerd door breuk na veroudering.
Fig. 11 Verandering van hardheid en breukabsorptie-energie van 441 ultrazuiver ferritisch roestvast staal met de tijd na veroudering bij 400 ℃ en 450 ℃
(a) De hardheid verandert met de verouderingstijd; (b) De energie geabsorbeerd door breuk varieert met de verouderingstijd.
Luo Yi en collega's ontdekten dat de treksterkte van 446 ultrazuiver ferritisch roestvast staal tot op zekere hoogte kan worden verbeterd als de netwerkstructuur van fase σ niet is gevormd na verouderingsbehandeling.
Wanneer de neerslag van fase σ echter een netwerkstructuur vormt, nemen de treksterkte en de rek van het materiaal aanzienlijk af, zoals geïllustreerd in figuur 12.
Bovendien veroorzaakt de neerslag van fase σ, ongeacht of er zich een netwerkstructuur vormt, ernstige schade aan de kerfslageigenschappen van het materiaal, wat leidt tot een afname van de kerfslageigenschappen en het niet voldoen aan bepaalde eisen voor staal.
Fig. 12 Verandering van treksterkte en rek van 446 ultrazuiver ferritisch roestvast staal met de tijd na veroudering bij 800 ℃
Het neerslaan van de Laves-fase in ultrazuiver ferritisch roestvast staal heeft zowel positieve als negatieve gevolgen.
Volgens de literatuur zal de Fe2Nb-fase bij langere verouderingstijd neerslaan in het staal, waardoor de taaiheid en de sterkte bij hoge temperaturen afnemen.
De toevoeging van Si en Nb aan de neerslag van de Lavenfase leidt echter tot een verhoging van de kruipweerstand en de hoge temperatuursterkte van het staal. De aanwezigheid van W in de Laven-fase helpt ook de treksterkte van het staal bij hoge temperatuur te verbeteren.
Zoals geïllustreerd in Fig. 13, vergeleken met niet-W type 444 ferritisch roestvast staal, is de treksterkte aanzienlijk verbeterd wanneer de W-massafractie tussen 0,5% en 1% ligt.
Bij veroudering bij 900 ℃ neemt de treksterkte iets af met toenemende verouderingstijd, maar stabiliseert uiteindelijk. Bij 1000 ℃ kan de treksterkte aanzienlijk afnemen, maar de initiële treksterkte blijft hoger dan die van het niet-W staal.
Fig. 13 Variatie van de treksterkte bij hoge temperatuur van 444 ferritisch roestvast staal met de verouderingstijd bij 900C en 1000°C
（a）900℃； （b）1000 ℃。
De Laves-fase zal neerslaan uit 441 ferritisch roestvast staal tijdens veroudering bij 850 ℃ en zal snel groeien. Als het een netwerkstructuur vormt langs de korrelgrens, vermindert het de plasticiteit en slagvastheid van het staal. Naarmate het aantal korrelgrenzen afneemt en de korrelgrootte groter wordt, neemt de neerslagsnelheid af.
De mechanische eigenschappen van 19Cr-2Mo Nb Ti ferritisch roestvast staal bij verschillende verouderingstemperaturen worden weergegeven in Fig. 14. Tijdens het verouderingsproces van het staal bij temperaturen tussen 850 ℃ en 1050 ℃ zullen de (FeCrSi)2(MoNb) en (Fe, Cr)2(Nb, Ti) type Laves fasen transformeren in (Nb, Ti)(C, N) precipitaten. De massafractie van Nb in de oplossing zal toenemen door het oplossen en verruwen van de precipitaten, wat leidt tot een vermindering van de treksterkte.
Maar na een verouderingsbehandeling bij 950 ℃ wordt de homogeniteit van de geherkristalliseerde korrels verbeterd en neemt de rek sterk toe tot 37,3%. Daarna stabiliseert het zich geleidelijk op 32,6%.
Fig. 14 Mechanische eigenschappen van 19Cr-2Mo-Nb-Ti ferritisch roestvast staal bij verschillende verouderingstemperaturen
Het is gebleken dat het neerslaan van de brosse fase de corrosieweerstand van staal negatief beïnvloedt.
Bovendien leidt volgens de literatuur de hoge Cr-massafractie van 27,4 Cr-3,8Mo ultrazuiver ferritisch roestvast staal tot de vorming van fasen σ en χ na veroudering bij 950 °C gedurende 0,5 uur, wat resulteert in een afname van de putweerstand.
Veroudering bij 1100°C gedurende 0,5 uur zorgt er echter voor dat de fasen σ en χ geleidelijk verdwijnen en de putweerstand zich herstelt. De verandering in putpotentiaal wordt geïllustreerd in Figuur 15.
Fig. 15 Putpotentiaal van 24,7Cr-3,4Mo en 27,4cr-3,8Mo roestvast staal
Het gehalte aan chroom (Cr) en molybdeen (Mo) in roestvast staal speelt een cruciale rol in de corrosieweerstand. Als de Cr-massafractie groter is dan 25% en de temperatuur tussen 700-800°C ligt, zal er precipitatie van σ- en χ-fasen optreden, wat leidt tot een afname van de corrosiebestendigheid.
Bovendien combineert Cr gemakkelijk met koolstof (C) en stikstof (N) elementen, waardoor neerslag ontstaat op de korrelgrens of binnen de korrel. Dit leidt tot de vorming van Cr-rijke koolstof en nitride, waardoor de Cr-massafractie en corrosieweerstand afnemen. De precipitaten tasten ook de passiveerlaag aan, waardoor deze zijn uniformiteit en stabiliteit verliest en de corrosieweerstand van het staal wordt aangetast.
Gelaste verbindingen in corrosieve omgevingen zijn gevoelig voor interkristallijne corrosie, putcorrosie, spleetcorrosie en andere soorten plaatselijke corrosie. Onderzoekers zoals Huang Zhitao hebben ontdekt dat het verhogen van de Mo-massafractie in hoogzuiver ferritisch roestvast staal in chloride-omgevingen het neerslaan van M23C6 (waarbij M Fe, Cr en Mo is) kan vertragen en de weerstand tegen putcorrosie kan verbeteren.
Zhang Henghua et al. ontdekten dat het toevoegen van een bepaalde hoeveelheid Mo aan 26Kr ultrazuiver ferritisch roestvast staal het Cr in de passiveerlaag kan verrijken en de stabiliteit ervan kan verbeteren, waardoor de weerstand van het materiaal tegen putcorrosie verbetert. Tong Lihua et al. ontdekten dat het toevoegen van niobium (Nb) en titanium (Ti) aan ultrazuiver ferritisch roestvast staal het neerslaan van Cr-koolstof en stikstofverbindingen effectief kan voorkomen en de weerstand tegen interkristallijne corrosie kan verbeteren.
Andere studies hebben echter aangetoond dat hoge Ti en N gehaltes in 15Cr ultrapuur ferritisch roestvast staal kunnen leiden tot de vorming van TiN, wat de groei van putcorrosie versnelt en de corrosieweerstand van het materiaal negatief beïnvloedt. Wen Guojun en collega's ontdekten dat veroudering van 430Ti ferritisch roestvast staal bij 475 °C gedurende 0-100 uur leidt tot een toename van de hardheid, α'- en α-fasen en een significante afname van de corrosiebestendigheid, zoals getoond in figuur 16.
Fig. 16 Corrosiebestendigheid van 430Ti ferritisch roestvast staal
Concluderend, hoe hoger de Cr-massafractie in ultrazuiver ferritisch roestvast staal, hoe groter de kans op de vorming van precipitaten die de corrosieweerstand sterk verminderen. Het toevoegen van de juiste hoeveelheden niobium (Nb), titanium (Ti) en molybdeen (Mo) kan de corrosieweerstand van het staal verbeteren, maar de vorming van TiN uit Ti heeft een negatieve invloed op de weerstand tegen putcorrosie van het staal.
De belangrijkste kenmerken en factoren die de σ-fase brosheid, 475°C brosheid en hoge temperatuur brosheid van ultrapuur ferritisch roestvast staal beïnvloeden, worden in dit artikel geanalyseerd. De volgende conclusies worden getrokken:
(1) De brosheid van de σ-fase in ultrazuiver ferritisch roestvast staal is het gevolg van het neerslaan van de σ-fase en de χ-fase, die rijk zijn aan chroom- en molybdeenelementen. De brosheid bij 475 °C komt door het neerslaan van de chroomrijke α-fase. De brosheid bij hoge temperatuur wordt veroorzaakt door het neerslaan van koolstof en chroomnitride.
(2) De legeringselementen, zeldzame aardelementen (RE) en verouderingsbehandelingen in ultrazuiver ferritisch roestvast staal hebben een bepaalde invloed op de neergeslagen fasen, die tot op zekere hoogte het ontstaan van σ-fase brosheid, 475°C brosheid en hoge temperatuur brosheid kunnen remmen.
Hieronder volgen de specifieke gevolgen:
De neerslag van α ', σ, χ en Laves fasen neemt toe wanneer het gehalte aan Cr en Mo toeneemt. In ultrazuiver ferritisch roestvast staal kan het toevoegen van stabiliserende elementen brosheid bij hoge temperatuur in dunne doorsneden verminderen of elimineren. Broosheid bij hoge temperatuur kan worden vermeden door hoge temperaturen tijdens de warmtebehandeling te vermijden. De toevoeging van Ti en Nb kan ook het neerslaan van de σ-fase vertragen, waardoor de brosheid wordt verminderd. De toevoeging van Ti en Nb leidt echter tot het ontstaan van de Laven-fase en een hoog gehalte aan Nb kan leiden tot verruwing van de Laven-fase.
De toevoeging van RE vermindert het neerslaan van koolstof en nitride in σ- en Cr-fasen, vermindert de brosheid van σ-fase en brosheid bij hoge temperatuur en verbetert de mechanische eigenschappen en putweerstand van staal.
Verschillende verouderingsbehandelingen hebben verschillende effecten op precipitaten. De precipitaten kunnen licht verschillen op basis van het Cr-gehalte. Bij veroudering bij 600-800 ℃ slaat een kleine hoeveelheid σ-, χ- en Laves-fasen neer. Bij 600 ℃ lost α 'fase weer op in de matrix en bij 475 ℃ verdwijnt de brosheid. Een groot aantal σ-, χ- en Laves-fasen slaat neer bij veroudering bij 850-950 ℃. Bij veroudering bij 1000-1100 ℃ wordt het neerslaan van σ , χ en Laves fasen verminderd of verdwijnt zelfs. De brosheid van σ fase kan worden geëlimineerd door veroudering boven 1000 ℃.
(3) Het neerslaan van secundaire fasen zoals α', σ, χ en Laves in ultrazuiver ferritisch roestvast staal kan een aanzienlijke invloed hebben op de mechanische en corrosie-eigenschappen. Het neerslaan van deze fasen vermindert de taaiheid en plasticiteit van het staal, verhoogt de sterkte en hardheid en beïnvloedt de corrosiebestendigheid.
De toevoeging van Si en W aan de Laves-fase verbetert de sterkte en treksterkte bij hoge temperatuur. Bovendien resulteert de toevoeging van Cu-elementen in Cu-rijke faseprecipitatie, wat de taaiheid van het staal verbetert.
Binnenlandse nikkelbronnen zijn schaars en overmatige consumptie kan leiden tot een tekort, wat ernstige gevolgen zal hebben voor de roestvrijstaalindustrie.
Ultrazuiver ferritisch roestvast staal, als een resource-saving staal, heeft een hoge uitgebreide prestaties en lage uitgebreide kosten, waardoor het een onvermijdelijke keuze voor de binnenlandse roestvrij staal industrie om 400-serie roestvrij staal te bevorderen met een laag nikkelgehalte.
Ultrazuiver ferritisch roestvast staal is geleidelijk in de plaats gekomen van sommige soorten austenitisch roestvast staal in de auto-industrie, huishoudelijke apparaten en liften. Het wordt ook met succes gebruikt bij de constructie van daken van grote gebouwen, zoals luchthavens en stadions.
De markt voor ultrazuiver ferritisch roestvast staal zal naar verwachting groeien in de toekomst, met een grote marktomvang en brede vooruitzichten.
In de toekomst is het van cruciaal belang om de brosheid van ultrazuiver ferritisch roestvast staal onder de loep te nemen. Om goede mechanische eigenschappen en corrosiebestendigheid te garanderen, is het noodzakelijk om het ontstaan van σ-fase brosheid, 475℃ brosheid en hoge temperatuur brosheid tijdens productie en gebruik effectief te beperken. Door dit te doen, kunnen de voordelen van "resource-saving" volledig worden benut, wat leidt tot grotere vooruitgang en ontwikkeling in de roestvrijstaalindustrie.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
ES 
FR 
RU 
DE 
PT 