Transcript Illustrationer till Del 12 om rostfria stål

Rostfria stål
Lloyds building,
London
Uppförd 1978-86
1.5 mm rostfritt
1.4301 (304)
Muséet för vetenskap och teknik i Paris
1,5mm högglanspolerad
rostfri plåt
Diameter 30m
1.4301 (304)
Användning av rostfritt stål inom
vin- och ölframställning
Vintank i 1.4301
Bryggeriinredning
Pappersmassetillverkning
Cellulosakokare byggd i duplext rostfritt stål 1.4462 (2205)
Produktion av rostfritt stål
Ca. 2% av världens stålproduktion är rostfritt stål
Kolstål
 1500 Mton / år
Platt kallvalsat
Rostfritt
 30 Mton / år
Varmvalsad
stång
Kallvalsad
stång/tråd
Varmband
Varmplåt
Platta ämnen
Långa ämnen
Användning av rostfritt stål
Transport, energi
pappersmassa, textil
byggnadsindustri och
allmän konstruktion
30%
Kemi, petrokemi
olja, gasindustri
20%
Konsumentprodukter
25%
Livsmedel
bryggerier
25%
Exempel på användning av rostfria stål
Fasdiagram Fe-Cr-Ni vid 1000°C
100
80
60
Austenit, FCC
40
Austenit
+ ferrit
20
Ferrit, BCC
0
0
20
40
60
80
Kromhalt, viktsprocent
100
Kristallgitter - enhetsceller
Kubiskt rymdcentrerat
Kubiskt ytcentrerat
De röda punkterna symboliserar atomkärnorna och de streckade partierna i
de nedre skisserna områden, där elektroner roterar runt kärnan. I några
punkter tangerar atomskalen varandra.
Struktur och egenskapsrelationer
1.4923
13Cr-0.5Ni-1Mo+V
Ökad C-halt samt
Mo,V för ökad
varmhållfasthet
1.4005
13Cr+0.2S
Högre S-halt för
bättre skärbarhet
MARTENSITISKA
1.4000
13Cr
Ökad Ni-halt
för bättre seghet
FERRITMARTENSITISKA
1.4517
13Cr5Ni
Ökad Cr-halt och
Mo-halt för bättre
korrosionsmotstånd.
Låg C-halt för
bättre seghet och
svetsningsegenskaper
Ökad C-halt
för högre
hållfasthet
1.4006
13Cr-0.1C
1.4749
26Cr
1.4523
17Cr-2Mo+0.2S
1.4362
’2304’
Ce för ökat
oxidationsmotstånd
Sänkt Cr-halt
och ökad C-halt
för härdbarhet
1.4016
17Cr
Ökad Cr-halt för
bättre korrosionsmotstånd. Ni för
bättre seghet
Ökad Mo-halt för
bättre korrosionsmotstånd
Sänkt Ni-halt för
bättre spänningskorrosionsmotstånd
och högre hållfasthet
Ökad Mo-halt för
bättre korrosionsegenskaper
Ökad Ni halt
för bättre seghet
och svetsbarhet
18Cr-2Mo
1.4021
13Cr-0.2C
1.4028
13Cr-0.3C
1.4835
21-11-Cr
Ökad Cr-halt för
bättre oxidationsmotstånd
FERRITISKA
1.4057
17Cr-2Ni
DUPLEXA
Låg C-halt och
stabilisering för
bättre seghet och
svetsegenskaper
Spänningskorrosion
1.4462
’2205’
Ökad Ni halt
för ökad duktilitet
och för en
austenitisk struktur
Ökad Mo- och
N-halt för bättre
korrosionsmotstånd
1.4410
’2507’
Interkristallin
korrosion
Ti och Nb för
bättre svetsegenskaper
1.4550
18-10+Nb
1.4521
18Cr-2Mo+Ti
1.4541
18-10+Ti
1.4571
17-11-2+Ti
1.4418
16-5-1
1.4307
18-10L
1-4404
17-11-2L
1.4432
17-12-2.5L
1.4652
24-22-7.3LN
Förklaring
Rad 1 = EN nummer
Rad 2 = Cr-Ni-Mo
Låg C-halt för
bättre svetsegenskaper
1.4547
20-18-6LN
1-4539
20-25-4.5L
1.4438
18-13-3L
1.4845
25-20-Si
1.4104
17-12-2.5+0.2S
Ökad Cr, Ni och Sihalt för bättre
oxidationsmotstånd
Oxidation
1.4305
18-9+0.2S
Högre S-halt
för bättre skärbarhet
AUSTENITISKA
1.4301
(18-9)
Kallbearbetning
för högre
hållfasthet
Allmänkorrosion
Punktfrätning
Spänningskorrosion
Hållfasthet
Ökad Cr- och Mohalt för bättre
korrosionsmotstånd
Ökad N-halt
för högre
hållfasthet
1.4404
17-11-2
1.4311
18-9LN
1.4436
17-12-2.5
1.4429
17-12-2.5LN
Martensitiska och ferritiska rostfria stål
1.4923
13Cr-0.5Ni-1Mo+V
Ökad C-halt samt
Mo,V för ökad
varmhållfasthet
1.4005
13Cr+0.2S
Högre S-halt för
bättre skärbarhet
MARTENSITISKA
1.4000
13Cr
Ökad Ni-halt
för bättre seghet
FERRITMARTENSITISKA
1.4517
13Cr5Ni
Ökad Cr-halt och
Mo-halt för bättre
korrosionsmotstånd.
Låg C-halt för
bättre seghet och
svetsningsegenskaper
1.4418
16-5-1
Ökad C-halt
för högre
hållfasthet
1.4006
13Cr-0.1C
1.4021
13Cr-0.2C
1.4749
26Cr
1.4523
17Cr-2Mo+0.2S
DUPLEXA
Ökad Cr-halt för
bättre oxidationsmotstånd
FERRITISKA
Sänkt Cr-halt
och ökad C-halt
för härdbarhet
Ökad Cr-halt för
bättre korrosionsmotstånd. Ni för
bättre seghet
1.4057
17Cr-2Ni
1.4016
17Cr
Ökad Mo-halt för
bättre korrosionsmotstånd
18Cr-2Mo
Låg C-halt och
stabilisering för
bättre seghet och
svetsegenskaper
1.4028
13Cr-0.3C
1.4521
18Cr-2Mo+Ti
Ökad Ni halt
för bättre seghet
och svetsbarhet
Austenitiska och duplexa rostfria stål
1.4835
21-11-Cr
DUPLEXA
1.4362
’2304’
Sänkt Ni-halt för
bättre spänningskorrosionsmotstånd
och högre hållfasthet
Ökad Mo-halt för
bättre korrosionsegenskaper
FERRITISKA
Ce för ökat
oxidationsmotstånd
Ökad Cr, Ni och Sihalt för bättre
oxidationsmotstånd
Spänningskorrosion
1.4462
’2205’
1.4301
(18-9)
Allmänkorrosion
Punktfrätning
Spänningskorrosion
Interkristallin
korrosion
1.4410
’2507’
Ti och Nb för
bättre svetsegenskaper
1.4550
18-10+Nb
Låg C-halt för
bättre svetsegenskaper
1.4307
18-10L
1.4541
18-10+Ti
1.4404
17-11-2
1.4436
17-12-2.5
1.4432
17-12-2.5L
1.4547
20-18-6LN
Ökad Cr- och Mohalt för bättre
korrosionsmotstånd
1-4404
17-11-2L
1.4571
17-11-2+Ti
1.4652
24-22-7.3LN
Oxidation
1-4539
20-25-4.5L
1.4104
17-12-2.5+0.2S
1.4305
18-9+0.2S
Högre S-halt
för bättre skärbarhet
AUSTENITISKA
Ökad Ni halt
för ökad duktilitet
och för en
austenitisk struktur
Ökad Mo- och
N-halt för bättre
korrosionsmotstånd
1.4845
25-20-Si
1.4438
18-13-3L
Kallbearbetning
för högre
hållfasthet
Hållfasthet
Ökad N-halt
för högre
hållfasthet
1.4311
18-9LN
1.4429
17-12-2.5LN
Korrosionshastighet hos olika stål i
simulerad sulfatkokarmiljö
1.4362
160°C
<0.01
130°C
1.4462
1.4404
1.4307
C-Mn stål
>9
Kolstål
>8
0
0.5
1.0
Korrosionshastighet (mm/år)
1.5
Cellulosakokare
Sugvalsmantlar för pappersframställning
Vanligtvis gjutna. Valsat material – bättre egenskaper. Dimensioneras
mot korrosionsutmattning, som är den vanligaste skadeorsaken.
Materialet är duplext rostfritt stål 1.4462 (2205).
Korrosionsutmattning
Spänning (MPa)
Spänning (MPa)
400
400
300
300
200
200
100
100
Grundmassa
Svetsgods
0
105
106
107
108
109
0
105
106
107
Cykler till brott
3RE60 (18.5Cr 5Ni 2.8Mo 0.1N)
A-171 (23Cr 8.3Ni 1.2Mo)
Alloy 75 (26Cr 6.8Ni)
SN-Bronze
Wöhlerkurvor upptagna i syntetisk vitlut för olika material avsedda för
sugvalsmantlar. 1.4417 (3RE60) är ett duplext rostfritt stål
Miljö och provningsvillkor: roterande böjutmattning
pH=3.5, 20-400ppm Cl-, 250ppm SO42-, ~1500rpm vid RT
Galvanisk korrosion
I ett svetsförband mellan ett rostfritt stål och ett kolstål
Kolstål
Rostfritt
Delreaktioner för propagering
av ett punktangrepp
Korrosionsmotstånd vs. PRE för
austenitiska rostfria stål
CPT, °C
100
80
60
40
20
0
20
30
40
PRE = Cr + 3.3Mo + 30N
PRE = Pitting Resistance Equivalent
50
Spaltkorrosion
Angrepp i en fläns i höglegerat rostfritt stål
Sensibilisering
Interkristallin korrosion i ett tryckkärl efter felaktig värmebehandling
Spänningskorrosion
Spänningskorrosionsprickor från löphålet i en sodapanna
Alkalisk, klor- och svavelinnehållande miljö vid hög temperatur
Sprickor, typiskt förgrenade
har löpt 4 mm, plåttjocklek 5 mm
Högre förstoring:
sprickvägarna delvis kopplade
till mikrostrukturen
Belysningsstolpar, balk
A
MB
MB
A
t
b a
Snitt A-A
Max spänning = MB = MB = 6 e MB
W B I / e b 4 – a4
Väggtjocklek och vikt vid MB = 1.53 kNm
Material
Rp (min)
MPa
Tjocklek
mm
Relativ
vikt
1.0425 (kolstål)
260
3.6
1
1.4432
210
5.0
1.39
1.4362
400
2.1
0.57
1.4462
480
1.7
0.46
Spännings-töjningskurvor
Spänning (MPa)
1250
Martensitisk (1.4028) härdat och anlöpt
1000
Martensit-austenitiskt (1.4418)
härdat och anlöpt
Duplext (1.4462)
750
500
Ferritiskt
(1.4521)
Austenitiskt
(1.4436)
250
0
0
10
20
30
40
Töjning (%)
50
60
70
Diskbänksplåt
Svets
Balja
Höga krav på formbarhet och svetsbarhet
Djuppressad balja, osynlig svets
Olika stadier av djuppressningsoperationen
d
Sträckpressning
Stämpel
Tillhållare
Färdig detalj
sträckpressning
Ämne
Dyna
D0
D0
d
Dragpressning
Färdig detalj
dragpressning
D0
Spännings-töjningskurvor
Jämförelse mellan ett stabilt och ett instabilt austenitiskt
rostfritt stål samt ett ferritiskt rostfritt stå
Spänning (MPa)
Stabilt austenitiskt
rostfritt stål n=0.6
1000
800
Instabilt austenitiskt
rostfritt stål n=0.8
Ferritiskt rostfritt
stål n=0.2
600
400
200
0.02
0.05
0.1
0.2
0.5
1
Töjning
Ni-ekvivalent = %Ni+30(%C+%N)+0.5(%Mn+%Cu+%Co)
Schaeffler-Delong - diagrammet
28
5%F
1.4539
26
1.4845
24
A
22
10%F
0% ferrit för valsat,
glödgat material
1.4429
20
1.4438
20%F
1.4436
1.4401
16
14
Austenitiska
Duplexa
1.4311
18
1.4301
40%F
A+M
12
1.4460
1.4462
1.4517
1.4418
M
10
8
Ferritiska
Martensitiska
Martensit-Austenitiska
A+F
1.4362
80%F
1.4021
1.4006
1.4749
M+F
6
F
1.4016
4
1.4000
1.4521
2
122
14
16
18
20
22
24
26
28
Cr-ekvivalent=%Cr+1.5%Si+%Mo
30
Typiskt avgassystem i en personbil
Grenrör
Varma
sidan
Flexibelt
rör
Kalla
sidan
Bakre
ljuddämpare
Katalysator
Främre
ljuddämpare
Oxidationsmotstånd
Varmhållfasthet
Försprödningsmotstånd
Ferritisk 13%Cr – varmhållfast 1.4835
Våtkorrosionsmotstånd
(kondens, vägmiljö)
Ferritisk 13%Cr – austenitiskt 1.4301
Kryphållfasthet relaterat till 1.4854
2.00
2.4851 (23Cr-60Ni+Al,Ti)
1.4877 (27Cr-32Ni+Nb,Ce)
1.75
Relativ kryphållfasthet
2.4608 (25Cr-45Ni+Mo,Co,W,Si)
1.50
1.4958 (21Cr-32Ni+Ti,Al)
1.25
2.4816
(15Cr >72Ni)
Referens1.4854
(25Cr-35Ni+Si,Ce,N)
1.00
1.4835 (21Cr-11Ni+Si,Ce,N)
0.75
1.4845
(25Cr-20Ni)
0.50
1.4864 (16Cr-35Ni+Si)
0.25
600
700
800
900
Temperatur (°C)
1000
1100
Inverkan av REM-tillsatser på
oxidationsmotståndet
Viktsökning per ytenhet (mg/cm2)
Fe-16Cr
7.0
7.0
Fe-20Cr
5.0
5.0
Fe-16Cr-Ce
2.0
2.5
1.5
1.0
1.0
Fe-18Cr
Fe-18Cr-Ce
0.5
0
Fe-20Cr-Ce
0
10
20
30
40
Tid (h)
REM = Rare Earth Metals
50
60
0.5
0
70
pO2=13 kPa
Katalysatorbärare för avgassystem
Aluminiumoxid ”whiskers”, d.v.s.
Enkristaller på ytan hos metallisk
katalysatorbärare
Keramisk monolit
Metallisk
Motståndet mot högtemperaturoxidation
FeCrAl legering
Termiska cykler - 3 cykler/h
15 min vid T, 5 min vid 20°C
Konstant temperatur
5.0
1100°C
4.0
3.0
2.0
1000°C
1.0
Viktsökning (%)
Viktsökning (%)
5.0
1100°C
4.0
3.0
2.0
1000°C
1.0
100
200
300
400
Tid (h)
Låg viktökning vid konstant temperatur
och vid termisk cykling
100
300
200
Tid (h)
400
Umbilicals
Ledningar som försörjer bottenförlagda oljeutvinningsanläggningar med hydraulkraft, elkraft, injektionsvätskor m.m.
Korrosionsmotstånd i kloridmiljö
90
1.4547 1.4410
CPT (°C)
70
Duplex
25Cr-3Mo
50
30
10
1.4539 1.4462