ステンレス鋼の合金:主要要素,主要特徴,ステンレス鋼の分類

ステンレス鋼は通常、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系、二相系、析出硬化系の5つのグループに分類されます。これらのグループは実在しますが、鋼種がそのように振る舞う理由ではありません。鋼種がその位置にあるのは、組成から計算できる2つの数値と、それによってランク付けできる耐食性を決定する3番目の数値によるものです。これらの3つの数値がページに示されると、5つのグループは記憶すべきラベルではなく、地図上の領域になります。

最初の数値はクロム含有量であり、これはしきい値であってスケールではありません。2番目のペアはクロムとニッケルの当量であり、冷却時に形成される構造がフェライト、オーステナイト、またはその混合物であるかを決定します。3番目は孔食抵抗当量数であり、クロム、モリブデン、窒素を単一の数値に変換して、鋼種間で比較できるようにします。

このページでは、これら3つを示し、一般的な鋼種がそれぞれどこに位置するかを示し、最初の数値が提供する保護を排除する1つのメカニズムを説明します。それは、不動態皮膜を形成するクロムが、結晶粒界で炭素によって除去されることです。

クロムは合金をステンレスにするものです。固溶状態で約10.5%を超えると、金属はその表面に薄く連続した酸化クロム皮膜を形成し、その皮膜がステンレス鋼と、単にクロムを含む低合金鋼を区別するものです。このレベルを下回ると、皮膜は連続的ではなくなり、合金は通常の鋼のように錆びます。

しきい値は、分析中のクロムではなく、固溶中のクロムに関する記述です。クロムが析出物に結合されている場合、皮膜を形成するために利用できず、合金は含有量が少ないかのように振る舞います。この区別は最後のセクションの主題全体であり、証明書を満たしている鋼種が溶接部で腐食する理由を説明しています。

ニッケルは異なる働きをします。皮膜を生成せず、すべてのファミリーで耐食性に必須ではありません。その役割はオーステナイトを安定化することであり、オーステナイト系鋼種が一般的に販売されている組成範囲で6～22％のニッケルを含み、フェライト系鋼種がほとんどまたは全く含まない理由です。

クロムとモリブデンはどちらもフェライトを促進します。ニッケル、炭素、マンガンはオーステナイトを促進します。シェーフラー線図は、完全な組成をこれらの傾向を捉える2つの数値に還元し、両方を計算することで鋼種が図上に配置されます。

炭素項は購入者を驚かせる結果を説明しています。ニッケル含有量が同じ2つの鋼種でも、炭素レベルが異なると異なる領域に位置する可能性があります。なぜなら、この式では炭素はニッケルの30倍の効果でオーステナイトを安定化するからです。これが、低炭素バージョンの鋼種が単に同じ鋼種のよりクリーンなバージョンではない理由の1つであり、溶接が関わる図面にL接尾辞が現れる理由です。

オーステナイト系行には、教科書がしばしば省略する資格があります。焼鈍されたオーステナイト系鋼種は非磁性ですが、冷間加工されたものは完全ではありません。冷間加工は、不安定なオーステナイト系鋼種にマルテンサイトを形成する可能性があり、深絞りや重く圧延された部品は、焼鈍された証明書では予測できない磁気応答を示すことがあります。非磁性挙動を要求する仕様は、焼鈍状態ではなく、完成状態で述べるべきです。

孔食は、塩化物サービスで材料を決定する破壊モードであり、1つではなく3つの元素に依存します。孔食抵抗当量数はそれらを単一の数値に組み合わせ、標準的な形式はクロムに3.3倍のモリブデンと16倍の窒素を加えたものです。

この数値は、一般的な鋼種を約16から70を超えるスケール上に配置し、そのスケールが316が沿岸地域に指定され、304が指定されない理由です。

購入仕様書に記載されている2つのしきい値は覚えておく価値があります。PRENが少なくとも32であることは、海水での孔食に抵抗するために一般的に使用される数値であり、PRENが40以上であることは、硫化水素サービスおよびリスクが高い海水サービスのために一般的に使用される数値です。これらはスクリーニング値であり保証ではありません。次の段落でその理由を説明します。

制限は、計算を発表している協会によって述べられています。PRENは、ファミリー内で鋼種をランク付けするのに役立ちますが、特定の鋼種が特定の用途に適しているかどうかを予測することはできません。PRENが類似している2205と904Lは、一方は二相系で他方はオーステナイト系であるため、同じように振る舞わず、比較は同じ構造の鋼種間でのみ意味があります。温度、表面仕上げ、流れ、堆積物の存在はすべて答えに影響を与えますが、それらのどれも式には現れません。

クロムは固溶している間だけ皮膜を形成します。炭素はそれを除去し、結晶粒界でそれを行います。オーステナイト系ステンレス鋼が約500～850℃の温度範囲に保持されると、合金中の炭素が結晶粒界でクロムと結合して炭化物クロムを形成し、各炭化物のすぐ隣の金属はクロムが枯渇した状態になります。

枯渇した領域は狭く、結晶粒界に沿って連続しているため、合金はステンレスではなくなった経路を通過しますが、結晶粒の大部分は依然としてステンレスです。腐食性媒体はその経路を攻撃し、その結果は粒界腐食であり、表面が錆びたのではなく、継ぎ目が縁を失ったように見えます。

2つの標準的な答えは異なるメカニズムで機能します。L鋼種は利用可能な炭素を減らすため、より少ない炭化物が形成されます。安定化鋼種はチタンまたはニオブを加え、それらはクロムよりも早く炭素と結合するため、クロムは固溶状態のままです。どちらも正しいですが、互換性はありません。安定化鋼種はL鋼種よりも高い温度で使用でき、L鋼種は通常より安価です。

部品を終結させると予想されるメカニズムによって鋼種を選択する必要があります。表はメカニズムをファミリーとそれを予測する数値にリンクしています。

DLXは、江蘇省常州市から、0.025mmからの線材、50mmまでの丸棒、厚さ0.50mmから2.5mmまでの帯鋼、および標準的なミルサイズの管および板を供給しています。範囲は、オーステナイト系、フェライト系、二相系、析出硬化系のファミリーに加え、ステンレス鋼種が塩化物または還元酸で限界に達したときに使用されるニッケル合金をカバーしています。

材料は注文に記載された規格に対して供給され、要求に応じてEN 10204 3.1証明書が添付され、熱番号は試験結果にトレーサブルです。有用な質問は、鋼種がどのファミリーに属するかではなく、部品を終結させると予想されるメカニズムは何か、そしてそのメカニズムを予測する数値は何かということです。

酸化クロム皮膜が表面を保護するのに十分な連続性を持つレベルだからです。それ以下では皮膜は不完全で、合金は低合金鋼のように錆びます。このしきい値は固溶中のクロムに適用されるため、クロムが炭化物によって消費された合金は、証明書にそう書かれていても、線以下であるかのように振る舞うことがあります。

モリブデンです。316鋼種はそれを追加し、モリブデンは孔食抵抗数で3.3の重みを持つため、値は304の約19から316の約27に移動します。これは塩化物サービスでは重要ですが、海水しきい値の32には達しないため、沿岸地域では904L、二相系鋼種、またはニッケル合金に移行することがよくあります。

焼鈍状態では非磁性ですが、冷間加工状態ではそうでない場合があります。冷間加工は、不安定なオーステナイト系鋼種にマルテンサイトを形成する可能性があり、深絞りまたは重く圧延された部品は、焼鈍された証明書では予測できない磁気応答を示すことがあります。非磁性挙動を要求する仕様は、測定される状態を明記する必要があります。

約500～850℃の範囲で炭化物クロムが形成される際に、結晶粒界からクロムが失われることです。溶接部とその熱影響部は、冷却時にその範囲を通過するため、結晶粒界は、結晶粒内部はまだステンレスであるにもかかわらず、ステンレスではなくなった経路になります。結果は粒界腐食であり、標準的な答えは低炭素鋼種または安定化鋼種です。

スクリーニングツールであり、選択方法ではありません。ファミリー内で鋼種をランク付けしますが、特定の鋼種が特定の用途に適しているかどうかを予測することはできません。類似の値を持つ二相系鋼種とオーステナイト系鋼種は同じように振る舞わず、温度、表面仕上げ、流れ、堆積物はすべて式に現れることなく答えに影響を与えます。

低炭素です。炭素制限は約0.03%に低下し、溶接中に結晶粒界で形成される可能性のある炭化物クロムの量を減らします。溶接後に再固溶焼鈍できない加工部品の標準的な答えであり、安定化鋼種よりも安価です。

ステンレス鋼は、2つの計算された当量によって配置された5つのファミリー、1つのしきい値によって保護され、塩化物サービスでは1つの数値によってランク付けされます。固溶状態で約10.5%を超えるクロムは皮膜を形成します。クロムとニッケルの当量は、構造がフェライト、オーステナイト、またはその混合物であるかを決定します。孔食抵抗数、クロムに3.3倍のモリブデンと16倍の窒素を加えたものは、ファミリー内の鋼種をランク付けし、32と40のスクリーニングしきい値を設定します。

証明書を変更せずに保護を削除できます。炭素は500～850℃の間で結晶粒界からクロムを奪い、溶接はそのようなことが起こる典型的な場所です。低炭素鋼種または安定化鋼種はそれを防ぎ、それらの間の選択はサービス温度とコストに依存します。

シェーフラー線図と当量式、溶接冶金参考文献に掲載：クロム当量 = Cr + Mo + 1.5 Si + 0.5 Nb、ニッケル当量 = Ni + 30 C + 0.5 Mn。

英国ステンレス鋼協会、孔食抵抗当量数の計算。式PREN = Cr + 3.3 Mo + 16 N、304、316、316L、904L、2205、2507の公表範囲、およびPRENはランク付けと比較に役立つが、鋼種が特定の用途に適しているかどうかを予測できないという記述の出典。

ステンレス鋼およびニッケル合金の公表PREN比較データ、304に19、316に27、904Lに35、2205に36、2507および254 SMOに43、AL-6XNに46、合金625に51、ハステロイC-276に68の単一値。

公表されたPRENしきい値に関する技術ガイダンス、少なくとも32の値が海水孔食を防ぐために使用され、40以上が硫化水素およびより厳しい海水サービスに使用されると述べている。

オーステナイト系ステンレス鋼の感応化に関する公表研究、約500～850℃の温度範囲での結晶粒界での炭化物クロム析出と結果として生じるクロム枯渇領域を記述。

熱影響部での感応化と、それを防ぐための低炭素鋼種および安定化鋼種の使用を記述する公表溶接冶金参考文献。

EN 10088およびASTM A240、名称のステンレス鋼種および引用された組成範囲を定義する製品規格として。

EN 10204、検査書類、実際の試験結果を記載し、製造業者の独立検査担当者によって承認された文書としての3.1証明書の定義。

上記の組成範囲と計算値は、名称の鋼種の標準的な数値であり、納入ロットの許容限界ではありません。PRENはランク付け指数であり、腐食速度ではありません。異なるファミリーで同じ値を持つ2つの鋼種は同じように振る舞いません。感応化は、炭素含有量、範囲内の時間、および冷却速度に依存するため、1つの加工で耐性のある鋼種は、同じ分析を持つ別の加工で攻撃される可能性があります。納入部品の特性値は、その状態と試験の方向性に依存し、証明書は熱を記述し、コンポーネントを記述しません。製品仕様書は改訂され、購入注文に記載されている版が優先されます。このページの内容は、エンジニアリングリリースまたは購入者と供給業者の間で合意された資格試験の代わりになるものではありません。