Oxidation Resistance of Stainless Steels

Устойчивость к окислению нержавеющих сталей

Окисление - это образование окалины, богатой оксидами. Образовавшаяся окалина замедляет дальнейшее окисление, если только она не удалена механически или не треснула, что может произойти при деформации стали под нагрузкой. В нержавеющей стали, используемой при повышенных температура до 1100°C для жаропрочный В некоторых случаях это используется с пользой: образующаяся окалина преимущественно богата хромом. Реформированный слой окалины предотвращает дальнейшее окисление, но металл, потерянный при образовании оксида, снижает эффективную прочность стального профиля.

Стойкость к окислению зависит в основном от температуры, состава газа и уровня влажности, а марка стали - в основном от уровня хрома. Аустенитные Нержавеющая сталь - лучший выбор, поскольку она также обладает более высокой прочностью при повышенных температурах, чем ферритная. Более высокие скорости теплового расширения аустенитных сталей могут привести к таким проблемам, как деформация и отслоение окалины (скол) при термоциклировании.

Условия для образования стабильного оксида
Окисление в основном зависит от содержания кислорода в атмосфере. Газовые смеси с воздухом, углекислым газом и паром "поддерживают" окисление. Устойчивость к окислению обусловлена образованием на поверхности стали оксидов, богатых хромом (Cr2O3). После образования они растут с небольшой скоростью, защищая таким образом сталь от дальнейшего окисления. Состояние окислительной атмосферы поддерживает устойчивость к дальнейшему окислению. Водяной пар может негативно влиять на стойкость нержавеющей стали к окислению. Это, вероятно, является результатом снижения пластичности защитного оксидного слоя. Как правило, максимальная температура эксплуатации во влажном воздухе по сравнению с сухим воздухом должна быть снижена примерно на 40-65℃. Высокотемпературный пар следует рассматривать как особый случай.

Если оксидный слой растрескивается в условиях циклических температур, то общая скорость окисления возрастает. Это может быть проблемой для аустенитных сталей и отражается в более низких максимальных температурах эксплуатации в "прерывистых" температурных условиях, чем в "непрерывных" условиях эксплуатации. Напротив, ферритные и мартенситные нержавеющие стали обычно имеют более высокие прерывистые, чем непрерывные температуры эксплуатации.Влияние марки (состава) стали на стойкость к окислению

Содержание хрома наиболее важно для обеспечения устойчивости к окислению. Хотя уровень содержания хрома в 18% ферритный 430 1.4016 и аустенитный 304 1.4301, 316 1.4401 и 3211.4541 обеспечивают "хорошую" стойкость к окислению, стали, специально разработанные для сопротивления окислению, обычно имеют более высокое содержание хрома в диапазоне 20-25%, например, марки 310 1.4845.

Никель также способствует повышению стойкости к окислению. Вероятно, это связано с улучшением адгезии оксидного слоя.

Кремний и алюминий также добавляются для повышения стойкости к окислению и присутствуют в некоторых сортах в ограниченном количестве, так как они могут негативно влиять на формуемость и окисляемость. жаропрочная нержавеющая сталь.

Кальций, добавляемый в небольших количествах, также может принести пользу стойкость к окислению.

Редкоземельные элементы, включая церий и иттрий, также добавляются в некоторые специализированные жаропрочные марки. Эти добавки, вероятно, оказывают эффект, аналогичный никелю, способствуя сцеплению богатого хромом оксидного слоя с поверхностью металла.

Одним из примеров жаропрочной марки, в которой используется комбинация этих композиционных преимуществ, является 253MA (1.4835). Эта сталь не имеет определенного алюминий но азот добавляется для повышения прочности.

EN 10095, состав 1.4835, вес %
C	Si	Cr	Ni	N	Ce
0.05-0.12	1.40-2.50	20.0-22.0	10.0-12.0	0.12-0.20	0.03-0.08

Охрупчивание при эксплуатации температура

Помимо более низкой прочности при повышенных температурах, ферритные стали могут образовывать хрупкие составляющие в определенных температурных диапазонах.
Следует избегать диапазона температур 370-540°C. В ферритных сплавах с высоким содержанием хрома при более высоких температурах также может происходить охрупчивание из-за образования фазы "сигма". Это также является проблемой, если сталь типа 25% с хромом 1.4845 (310) используется при температурах ниже 900°C. После эксплуатации при таких температурах может возникнуть растрескивание при охлаждении до температуры окружающей среды для технического обслуживания.
Стандартные аустениты 1.4878 / 14541 (321), 1.4401 (316) или 1.4301 (304) могут быть лучшим выбором для таких "низких" температур, вплоть до 870°C, что является их максимальной температурой эксплуатации на воздухе.

Устойчивость к окислению нержавеющих сталей

Похожие статьи