Welche Auswirkungen haben verschiedene Elemente auf Edelstahlrohre?

Die Leistung von Edelstahl wird hauptsächlich durch die Zusammensetzung und das Verhältnis seiner Legierungselemente bestimmt, und verschiedene Elemente haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Korrosionsbeständigkeit, die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitungseigenschaften von Edelstahlrohren. Im Folgenden wird eine Analyse der spezifischen Funktionen gängiger Elemente vorgenommen:

1. Kern-Element: Chrom (Cr)

Die Grundlage für die Korrosionsbeständigkeit: Chrom ist ein Schlüssel-Element, damit Edelstahl seine Korrosionsbeständigkeit beibehält. Wenn der Gehalt ≥ 12% beträgt, kann es auf der Oberfläche einen dichten Passivierungsschicht (Cr₂O₃) bilden, verhindern, dass Sauerstoff und das Medium mit dem Grundmaterial reagieren, und das Rosten verhindern.

Auswirkung auf die Kristallstruktur: Es verbessert die Fähigkeit des Stahls, Ferrit zu bilden, und eine übermäßige Menge kann dazu führen, dass das Material spröde wird (z. B. die Steuerung des Chrom-Nickel-Verhältnisses in ferritischem Edelstahl).

Die umfassende Auswirkung auf die Leistung: Je höher der Chromgehalt ist, desto stärker ist die Oxidationsbeständigkeit (z. B. Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit) und die Säure-Korrosionsbeständigkeit, aber ein übermäßiger Chromgehalt wird die Schweißeignung verringern.

2、 Schlüsselelement: Nickel (Ni)

Stabile austenitische Struktur: Nickel ist das Hauptlegierungselement von austenitischem Edelstahl (z. B. 304, 316), das die Austenitphasenzone erweitern, die Austenitstruktur des Stahls bei Raumtemperatur aufrechterhalten und die Zähigkeit und Duktilität verbessern kann.

Verbesserte Korrosionsbeständigkeit: Insbesondere in nicht oxidierenden Säuren (z. B. Schwefelsäure, Salzsäure) und alkalischen Lösungen kann Nickel die Korrosionsbeständigkeit erheblich verbessern und die Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrissbildung erhöhen.

Optimierung der Tieftemperatureigenschaften: Senken der Kaltsprödigkeitsübergangstemperatur des Stahls, um die gute Zähigkeit von Edelstahlrohren in Tieftemperaturumgebungen aufrechtzuerhalten (z. B. Stahl für Tieftemperatur-Lagertanks).

3、 Wichtiges Legierungselement: Molybdän (Mo)

Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion: Molybdän kann die Stabilität von Passivierungsschichten verbessern, insbesondere in Umgebungen mit Chloridionen (z. B. Meerwasser und Salznebel), was die Beständigkeit gegen Lochfraß erheblich verbessern kann (z. B. 316L enthält 2% bis 3% mehr Molybdän als 304).

Hochtemperaturbeständigkeit und Festigkeit: Verbessert die Hochtemperaturfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit von Stahl, geeignet für Hochtemperatur- und Hochdruckarbeitsbedingungen (z. B. chemische Rohrleitungen).

Seiteneffekte: Übermäßige Zugabe kann die Kaltverfestigungstendenz von Stahl erhöhen und zu höheren Kosten führen.

4. Kontroverses Element: Kohlenstoff (C)

Verbesserung der Festigkeit und Härte: Kohlenstoff und Chrom bilden Karbide (z. B. Cr₂∝C₆), die die Festigkeit und Verschleißbeständigkeit von Stahl erheblich verbessern können. Allerdings verbraucht die Ausscheidung von Karbiden Chrom in der Matrix, was zu einem Abfall des lokalen Chromgehalts führt und das Risiko der Korrosionsbeständigkeit verringert (d. h. "Interkristallkorrosion").

Regelung unterschiedlicher Stahlsorten:

Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (z. B. 304L, 316L): Kohlenstoffgehalt ≤ 0,03%, reduziert die Ausscheidung von Karbiden, verbessert die Schweißbarkeit und die Interkristallkorrosionsbeständigkeit.

Stahl mit hoher Festigkeit (z. B. Martensitstahl): Es ist erforderlich, einen hohen Kohlenstoffgehalt beizubehalten, um die Härte sicherzustellen, aber das Problem der verringerten Korrosionsbeständigkeit muss durch Wärmebehandlung (z. B. Lösungsglühen) gelindert werden.

5、 Hilfselemente: Titan (Ti), Niob (Nb)

Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion: Die Bindungsstärke zwischen Titan und Niob und Kohlenstoff ist stärker als die von Chrom, und es wird bevorzugt TiC oder NbC gebildet, um Chromverlust durch Karbidausscheidung zu vermeiden. Es wird häufig in Edelstahlrohren verwendet, die geschweißt werden müssen (z. B. 321, 347).

Der Einfluss auf die Leistung: Eine geringe Zugabe hat wenig Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften, kann jedoch die Korrosionsbeständigkeit erheblich verbessern, besonders geeignet für Szenarien mit hohen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit wie die chemische und Lebensmittelindustrie.

6、 Andere übliche Elemente

Bild 1

7、 Der Zusammenhang zwischen Elementverhältnis und Edelstahltyp

Austenitischer Edelstahl (z. B. 304, 316): hohes Chrom + hohes Nickel + (Molybdän), ausgezeichnete umfassende Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit, nicht magnetisch, geeignet für Lebensmittel, Medizin und Bauwesen.

Ferritischer Edelstahl (z. B. 430): hohes Chrom + niedriges Nickel (oder kein Nickel), niedrige Kosten, mäßige Korrosionsbeständigkeit, magnetische Eigenschaften, geeignet für Küchenutensilien.

Martensitischer Edelstahl (z. B. 410, 420): hoher Kohlenstoff+Chrom, hohe Festigkeit, aber schlechte Korrosionsbeständigkeit, häufig in Schneidwerkzeugen und Lagern verwendet.

Zweiphasiger Edelstahl (z. B. 2205): Austenitisch-ferritische Zweiphasenstruktur, hohes Chrom+Molybdän+Stickstoff, hervorragende Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit (insbesondere Spannungskorrosionsbeständigkeit), geeignet für Marinebau und chemische Hochdruckanlagen.

Zusammenfassung

Die Leistung von Edelstahlrohren ist das Ergebnis der synergistischen Wirkung mehrerer Elemente: Chrom ist die Grundlage der Korrosionsbeständigkeit, Nickel bestimmt die Gewebestabilität, Molybdän verbessert die Korrosionsbeständigkeit in speziellen Umgebungen und Kohlenstoff beeinflusst das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. In der praktischen Anwendung ist es erforderlich, das Elementverhältnis gemäß den Betriebsbedingungen (z. B. Medium, Temperatur, Druck) und den Kostenerfordernissen zu optimieren, um das beste Gleichgewicht zwischen Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Verarbeitbarkeit zu erreichen. Beispielsweise müssen Rohre, die in Küstenbauten verwendet werden, auf den Chrom- und Molybdängehalt achten, während Hochdruckleitungen das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Schweißbarkeit herstellen müssen.

Schlagwörter: Kernelement: Chrom (Cr), Schlüsselelement: Nickel (Ni), Wichtiges Legierungselement: Molybdän (Mo)