Rozsdamentes acélok ötvözői, hegesztőanyagai, szabványok és technológiai előírások

A szakmai nyelvhasználatban azokat az ötvözött acélokat, amelyek krómtartalma legalább 10,5% és széntartalma 1,2%-nál kevesebb, rozsdamentes acéloknak nevezzük. Az erősen ötvözött rozsdamentes acélokat a huszadik század elején fejlesztették ki és tették alkalmassá ipari felhasználásra. A 13% króm tartalmú martenzites és a 17% króm tartalmú ferrites korrózióálló acélok kidolgozása L. B. Guillet és A. M Portevin nevéhez fűződik. Guillet végezte el az első ferrites, martenzites és ausztenites csoportosítást a korrózióálló acélok mai szemmel is pontos leírásával. Ebben a bejegyzésben elindulunk a rozsdamentes acélok ötvözői, hegesztőanyagai, kapcsolódó szabványok és technológiai előírások rengetege felé.

A rozsdamentes

A magyar nyelvű MSZ EN 10020:2001 Acélminőségek fogalommeghatározásai és csoportosítása szabvány osztályozása szerint „A korrózióálló acélok azok az acélminőségek, amelyeknek legalább 10,5% a krómtartalma és legfeljebb 1,2% a karbontartalma.” A szintén érvényben lévő angol nyelvű változat, azonos 3.2.2 pontjában a „stainless steel”, azaz rozsdamentes kifejezés szerepel. A honlapon az MSZ EN 10088-1:2015 Korrózióálló acélok. 1. rész: A korrózióálló acélok jegyzéke szabvánnyal és az általánosan elfogadott értelmezéssel összhangban rozsdamentes acélokon azokat acélminőségeket értjük, amelyek megfelelnek a króm, nikkel és széntartalomra vonatkozó határértékeknek. A korrózióálló acél (hőálló vagy kúszásálló acél) kifejezést, mint alcsoport abban az esetben használjuk, amikor az acél alkalmazásának ez az elsődleges szempontja.

Az ötvözök szerepe

A ferrites és martenzites korrózióálló acélok alapvetően Fe-Cr, az ausztenitesek pedig Fe-Cr-Ni ötvözetek. Ezekben az ötvözetekben megtalálhatók szennyező elemek és a szándékosan, megfelelő tulajdonságok elérése céljából adagolt ötvözők. Ezek alapvető hatásainak összefoglalását Bödök Károly Az ötvözetlen, gyengén és erősen ötvözött szerkezeti acélok korrózióállósága, különös tekintettel azok hegeszthetőségére című könyve valamint az Outokumpu – Rozsdamentes acélok kiadvány alapján állítottam össze.

Króm (Cr) a rozsdamentes acélok ötvözői közül az első

Króm szubsztitúciós ötvöző, ferrit- és karbidképző, a rozsdamentes acélok korrózióálló és hőálló típusainak alapötvözője, az MSZ EN 10088-1 szabvány az MSZ EN 10020 szabvány 3.2.2 pontjára történő hivatkozása szerint, a minimális króm tartalom 10,5%, aminek növelésével a korrózió állóság és a hőállóság növelhető. A korrózióállóságot a felületen kialakuló néhány nanométer vastagságú passzív krómoxid réteg biztosítja. Az ausztenit mezőre gyakorolt hatása következtében 12%-ot meghaladó krómtartalom esetén tisztán ferrites szövetszerkezet hozható létre, 30% feletti értékek rontják az alakíthatóságot.

Nikkel (Ni)

Nikkel ausztenitképző ötvöző, javítja nem oxidáló (redukáló, pl.: kénsavas) közegekben az általános korrózióval szembeni és a helyi korrózióval szembeni ellenállást, de a feszültségkorrózióval szembeni ellenállást csökkenti. Jelentősen növeli az acél szívósságát ezért a krómmal ötvözött martenzites esetleg ferrites acélokhoz is ötvözik, mechanikai tulajdonságainak javítása érdekben, lassítja a másodlagos kiválások létrejöttét.

Mangán (Mn)

Mangán felhasználásával a nikkel (Ni) ötvözés részben kiváltható, gyenge ausztenitképző. A kénnel alkotott szulfidja révén javítja a kristályosodási repedéssel szembeni ellenállást az ausztenites acélok mint szénacélok hegesztési varrataiban. Szilárdoldatos szilárdságnövelő szerep, és különleges ötvözetek olvadékaiban kihasznált nitrogén (N) oldó képesség jellemzi. A rozsdamentes acélok ötvözői közül a mangán nikkelnél kedvezőbb ára miatt, főleg a keleti gyártók és felhasználók körében kedvelt. A mangánötvözésű ausztenites acélok felhasználása, folyamatosan növekszik.

Szilícium (Si)

Szilícium az acélgyártás során, mint dezoxidáló elemként alkalmazzák. Ferritképző, javítja az ausztenites acélok korróziós ellenállását. Alacsony olvadáspontú eutektikumot alkothat ami melegrepedéshez vezethet, ezért a szilícium mennyiségét 1% alatt tartják. Hozaganyagok folyóképességét javítja. Szerepet játszik a hőállóság növelésében a szén környezetből történő felvételének akadályozása révén. Szilikátjai zárványokat képezhetnek. Rontja a melegalakíthatóságot.

Molibdén (Mo)

Molibdén ötvöző tulajdonságai egyaránt ferrit- és karbidképzők. Javítja az általános korrózióval szembeni ellenállást nem oxidáló közegekben, és a lyukkorrózióval szembeni ellenállást minden közegben. Lyukkorrózióval és réskorrózióval szembeni védelem, közegtől függetlenül, legfontosabb ötvözője, repassziváló képességének köszönhetően. A kiválásosan keményíthető ötvözetekben a keménységet növeli a diszperz kiválások elősegítése révén. Nagy hőmérsékleten növeli a szilárdságot és a kúszásállóságot. Kénnel (S), foszforral (P) és szelénnel (Se) együtt ötvözve javítja a forgácsolhatóságot. Rontja a melegalakíthatóságot.

Szén (C)

Szén (igen erős ausztenitképző elem, martenzites acélok széntartalma magasabb, azonban a korrózióállóságot erősen rontja és az ausztenites acélokban kristályközi korróziót okozhat, a lokális korrózió különböző fajtáira való hajlamot fokozza (feszültségi korrózió, pitting, réskorrózió). Szilárdságot növeli a keménységet és szívósságot, főleg 0°C alatti hőmérsékleten csökkenti. A korrózióálló acélok gyártói komoly törekvéseket tesznek a termékeik szántartalmának csökkentésére, az így előállított, „L”-jelölésű acélok széntartalma C<0,04%.

Nitrogén (N)

Nitrogén igen erős ausztenitképző. Szilárdságnövelő tulajdonságát interstíciós ötvözőként éri el. Jelentősen javítja a lyukkorrózióval és réskorrózióval szembeni ellenállást. A ferritben kiválásokat alkothat (pl.: Cr2N), ami rontja a korrózióállóságot és a szívósságot. Akár a levegőből is bekerülhet az ömledékbe, az N ötvözésű korrózióálló acélok hegesztésekor az ömledék N-tartalmának csökkenésével kell számolni. A hegesztési varratok szívósságának csökkenését okozza 0°C hőmérséklet alatt.

Réz (Cu)

Réz gyenge ausztenitképző hatású ötvöző. Javítja a feszültségi korrózióval szembeni ellenállást számos közegben. A kiválásosan keményíthető ötvözetekben keménységet növelő ötvözőként alkalmazzák diszperz eloszlású finom kiválások egyik komponenseként. Melegalakíthatóságot rontja.

Alumínium (Al)

Alumínium ferrit és nitridképző ötvöző, amely az általános korrózióval szembeni ellenállást növeli, hőálló acélok hő- és reveállóságát jelentősen javítja. A kiválásosan keményíthető ötvözetekben keménységet növelő ötvözőként alkalmazzák diszperz eloszlású finom kiválások egyik komponenseként.

Volfrám (W)

Volfrám ferrit és egyben karbidképző ötvöző. Az acélok kúszással szembeni ellenállását javítja, növeli a szilárdságot. Duplex acélok esetén, lyukkorrózióval szembeni ellenállást javítja.

Vanádium (V)

Vanádium ferrit és karbidképző ötvöző. Javítja az acélok kúszással szembeni ellenállását, nagy hőmérsékleten növeli a szilárdságot magas hőmérsékleten is.

Kobalt (Co)

Kobalt megítélése ausztenit vagy ferritképzés szempontjából a szakirodalomban elég vegyes, de inkább ausztenitképző mint ferritképző ötvöző. Martenzites acélok ötvözésekor a martenzit start (Ms) hőmérséklet növelésére alkalmazzák. Javítja az acélok kúszással szembeni ellenállását, növeli a szilárdságot magas hőmérsékleten is.

Titán (Ti)

Titán erős ferrit-, karbid-, és nitridképző, a szén lekötésére alkalmazott stabilizáló ötvöző. A titán hozzáadásával megnő az ausztenites acélok szemcsehatár korrózióval szembeni ellenállása (stabilizált minőségek), alkalmazásával nagyobb széntartalom érhető el, szilárdságnövelő hatása miatt nagy hőmérsékleten is megfelelő mechanikai tulajdonságok biztosíthatóak. A ferrites minőségekhez titánt adnak a szívósság, az alakíthatóság és a korrózióállóság javítása érdekében. A martenzites acélokban a titán csökkenti a martenzit keménységét, és növeli a hőállóságot. A kiválásosan keményített acélokban a titánt használják fel az intermetallikus vegyületek képződésének elősegítésére, amellyel a szilárdság növelése érhető el.

Nióbium (Nb)

Nióbium erős ferrit-, karbid-, nitridképző, a ferrites szerkezetet kialakulását elősegítő ötvöző, akárcsak a titán. Az ausztenites acélokhoz nióbiumot adnak, hogy javítsák a szemcsehatár korrózióval szembeni ellenállást (stabilizált minőségek). Ezen kívül javítja a mechanikai tulajdonságokat, kúszásállóságot (5-900°C) nagy hőmérsékleten. A ferrites minőségekhez néha nióbiumot és/vagy titánt adnak a szilárdság javítása és a szemcseközi korrózió kockázatának minimalizálása érdekében. A martenzites acélokban a nióbium csökkenti a keménységet. A kiválásosan keményíthető ötvözetekben keménységet növelő ötvözőként alkalmazzák diszperz eloszlású finom kiválások egyik komponenseként.

Foszfor (P), Kén (S), Szelén (Se)

Foszfor, kén, szelén elemeket nem rozsdamentes acélok ötvözői-ként, hanem hegeszthetőség szempontjából elsősorban szennyezőként tartják nyilván, rontják a hegeszthetőséget, mert a varratban a melegrepedés előidézői. Bizonyos rozsdamentes acélokhoz kenet, foszfort, szelént vagy ezek kombinációját adják, hogy javítsák a forgácsolási tulajdonságait. Ezek az acélok jellemzően nem hegesztésre alkalmazandóak. A kiválásosan keményíthető ötvözetekben keménységet növelő ötvözőként alkalmazzák diszperz eloszlású finom kiválások egyik komponenseként.