Какие эффекты оказывают различные элементы на нержавеющие стальные трубы?

Производительность нержавеющей стали в основном определяется составом и соотношением ее легирующих элементов, и различные элементы оказывают различное влияние на коррозионную стойкость, механические свойства и технологические свойства труб из нержавеющей стали. Ниже представлен анализ конкретных функций общих элементов:

1. Ключевой элемент: Хром (Cr)

Основа коррозионной стойкости: Хром является ключевым элементом для сохранения коррозионной стойкости нержавеющей стали. Когда содержание составляет ≥ 12%, он может образовать плотную пассивирующую пленку (Cr₂O3) на поверхности, предотвратить реакцию кислорода и среды с основой и предотвратить ржавчину.

Влияние на кристаллическую структуру: Повышение способности стали образовывать феррит, и избыточное количество может сделать материал хрупким (например, контроль соотношения хром-никель в ферритной нержавеющей стали).

Комплексное влияние на свойства: чем выше содержание хрома, тем выше устойчивость к окислению (например, к коррозии при высоких температурах) и кислотной коррозии, но избыточное содержание хрома снижает свариваемость.

2、 Основной элемент: Никель (Ni)

Стабильная аустенитная структура: Никель является основным легирующим элементом аустенитных нержавеющих сталей (например, 304, 316), который может расширять аустенитную фазовую зону, сохранять аустенитную структуру стали при комнатной температуре и улучшать вязкость и пластичность.

Улучшенная коррозионная стойкость: Особенно в неокисляющих кислотах (например, серной кислоте, соляной кислоте) и щелочных растворах никель может значительно повысить коррозионную стойкость и улучшить сопротивление стресс-коррозионному растрескиванию.

Оптимизация низкотемпературных свойств: Снижение температуры хладнокристаллического перехода стали для сохранения хорошей вязкости нержавеющих стальных труб в низкотемпературных условиях (например, сталь, используемая в низкотемпературных хранилищах).

3、 Важный легирующий элемент: Молибден (Mo)

Сопротивление язвенной и щелевой коррозии: Молибден может повысить стабильность пассивирующих пленок, особенно в средах, содержащих хлорид-ионы (например, морская вода и солевой туман), что может значительно повысить сопротивление язвенной коррозии (например, 316L содержит на 2% - 3% больше молибдена, чем 304).

Термостойкость и прочность: Повышает высокотемпературную прочность и окислительную стойкость стали, подходит для условий работы при высоких температурах и давлениях (например, химические трубопроводы).

Побочные эффекты: Избыточное добавление может увеличить тенденцию к наработке упрочнения стали и привести к более высоким затратам.

4. Контроверсный элемент: Углерод (C)

Повышение прочности и твердости: Углерод и хром образуют карбиды (например, Cr₂∝C₆), которые могут значительно повысить прочность и износостойкость стали. Однако выпадение карбидов потребляет хром в матрице, что приводит к снижению локального содержания хрома и уменьшает коррозионную стойкость (т.е. "межзеренковая коррозия").

Контроль разных марок стали:

Низкоуглеродистая нержавеющая сталь (например, 304L, 316L): содержание углерода ≤ 0,03%, уменьшает выпадение карбидов, повышает свариваемость и межзеренковую коррозионную стойкость.

Высокопрочная нержавеющая сталь (например, мартенситная сталь): Необходимо сохранить высокое содержание углерода, чтобы обеспечить твердость, но проблему снижения коррозионной стойкости необходимо смягчить путем термической обработки (например, растворяющая обработка).

5、 Вспомогательные элементы: титан (Ti), ниобий (Nb)

Сопротивление межкристаллитной коррозии: Сцепление между титаном, ниобием и углеродом сильнее, чем между хромом и углеродом, и при этом предпочтительно образуется TiC или NbC, чтобы избежать потерь хрома из-за осаждения карбидов. Обычно используется в нержавеющих стальных трубах, которые необходимо сваривать (например, 321, 347).

Влияние на свойства: Небольшое количество добавок мало влияет на механические свойства, но может значительно повысить коррозионную стойкость, особенно подходит для сценариев с высокими требованиями к коррозионной стойкости, таких как химическая и пищевая промышленности.

6、 Другие распространенные элементы

Рисунок 1

7、 Связь между соотношением элементов и типом нержавеющей стали

Аустенитная нержавеющая сталь (например, 304, 316): высокое содержание хрома + высокое содержание никеля + (молибден), отличная комплексная коррозионная стойкость и технологичность, немагнитность, подходит для пищевой, медицинской промышленности и строительства.

Ферритная нержавеющая сталь (например, 430): высокое содержание хрома + низкое содержание никеля (или без никеля), низкая стоимость, умеренная коррозионная стойкость, магнитные свойства, подходит для кухонной посуды.

Мартенситный нержавеющий сталь (например, 410, 420): высокое содержание углерода + хром, высокая прочность, но низкая коррозионная стойкость, обычно используется в режущих инструментах и подшипниках.

Двуфазный нержавеющий сталь (например, 2205): аустенитно-ферритная двухфазная структура, высокое содержание хрома + молибдена + азота, выдающаяся прочность и коррозионная стойкость (особенно устойчивость к стресс-коррозии), подходит для морского строительства и химического высоконапорного оборудования.

суммировать

Свойства нержавеющих стальных труб являются результатом синергетического действия нескольких элементов: хром является основой коррозионной стойкости, никель определяет стабильность структуры, молибден повышает коррозионную стойкость в особых условиях, а углерод влияет на баланс между прочностью и коррозионной стойкостью. На практике необходимо оптимизировать соотношение элементов в соответствии с условиями работы (например, средой, температурой, давлением) и требованиями к стоимости, чтобы достичь наилучшего баланса между коррозионной стойкостью, прочностью и технологичностью. Например, трубы, используемые в прибрежных зданиях, должны иметь повышенное содержание хрома и молибдена, в то время как высоконапорные трубопроводы должны обеспечивать баланс между прочностью и свариваемостью.

Теги: Основной элемент: Хром (Cr), Ключевой элемент: Никель (Ni), Важный легирующий элемент: Моллибден (Mo)