Warmtebehandelingseigenschappen en prestatiekenmerken van ferritisch en martensitisch roestvrij staal
3. Ferritisch roestvrij staal
Ferritisch roestvast staal heeft chroom als hoofdelement, met een gehalte van 12% tot 30% Cr. Dit type staal heeft een enkele-fasestructuur, geen faseovergang en sterke magnetische eigenschappen. De gebruikelijke staalsoort is 430. Het goedkopere roestvrij staal type 409 werd in de jaren zestig door de Verenigde Staten ontwikkeld om de kosten van roestvrij staal te verlagen. Het wordt veel gebruikt in geluiddempers en rioolbuizen voor auto's en motorfietsen, en valt ook in de categorie ferritisch roestvrij staal.
Deze staalsoort heeft een lage sterkte en kan, net als austenitisch staal, niet worden versterkt door een warmtebehandeling. Bovendien is de korrelgroei veroorzaakt door warmtebehandeling sneller dan die van austenitisch staal en is de korrelgrootte groter. Om korrelgroei en austenietfasetransformatie tijdens de warmtebehandeling te voorkomen, mag de temperatuur daarom niet te hoog zijn. Over het algemeen bedraagt de maximale temperatuur van de warmtebehandeling niet meer dan 850 graden. Tabel 4 toont het temperatuurbereik van ferritisch roestvast staal.
Tabel 4: Temperatuurbereiken van ferritisch roestvast staal
Wanneer ferritisch roestvrij staal wordt verwerkt, is het noodzakelijk om de verblijftijd op een temperatuur van 370 tot 550 graden te houden, vooral ferritisch roestvrij staal met een hoog-chroomgehalte. Als het materiaal lange tijd op een temperatuurbereik van 370 tot 550 graden wordt gehouden, is het gemakkelijk om een breuk van 475 graden te ontwikkelen, dat wil zeggen dat de hardheid toeneemt, de rek aanzienlijk afneemt, of nul wordt, en ook de corrosieweerstand van het materiaal afneemt. Experimenten hebben aangetoond dat nadat 27Cr-staal gedurende 100 uur op 475 graden is verwarmd, de treksterkte van het materiaal bij kamertemperatuur met 50% toeneemt, de vloeigrens met 150% toeneemt en de rek nul wordt. Bovendien zijn de lasprestaties van dit staal niet goed (de korrels in de laswarmte-beïnvloede zone zijn indrukwekkend en bros).
4. Martensitisch roestvrij staal
De eigenschappen van martensitisch roestvast staal verschillen sterk van de eerste twee soorten roestvast staal. Dit type roestvast staal heeft een ander fasetransformatiepunt en kan door afschrikken gehard worden. Bovendien kunnen de sterkte en taaiheid, vanwege het hoge chroomgehalte en de goede taaiheid, tijdens het temperen binnen een breed bereik worden aangepast. Daarom kan martensitisch roestvast staal worden gebruikt als constructiestaal en gereedschapsstaal.
Wanneer martensitisch roestvast staal als gereedschapsstaal wordt gebruikt, bevindt het zich in de afschriktoestand. Voor het afschrikken moet de temperatuur boven het kritische punt worden verhoogd, zodat de carbiden kunnen worden omgezet in austeniet. Wanneer de temperatuur wordt verhoogd om carbiden te laten smelten, neemt de snelheid van koolstofdiffusie af. Om een uniforme austenietstructuur te verkrijgen, is de verwarmingstemperatuur gewoonlijk 50 graden hoger dan de kritische temperatuur, en is er een bepaalde houdtijd nodig om de carbiden volledig en gelijkmatig te laten smelten. Natuurlijk zal te lang verwarmen of op een te hoge temperatuur een ongelijkmatige martensietvorming veroorzaken en de resterende austenietstructuur vergroten, waardoor interne spanningen in het materiaal ontstaan als gevolg van het verschil in uitzetting. Martensitisch staal is een staalsoort die gevoelig is voor thermische scheurvorming. Het heeft een lage warmteoverdracht bij lage temperaturen en is zeer gevoelig voor barsten bij snelle verhitting. Daarom moet het materiaal bij gebruik van grote onderdelen worden voorverwarmd en vervolgens snel worden afgekoeld. Tabel 5 toont de tempertemperaturen van martensitische roestvaste staalsoorten.
Tabel 5: Tempertemperaturen van martensitisch roestvast staal
Bij gebruik als constructiestaal moet het temperen (afschrikken en gloeien) worden uitgevoerd in overeenstemming met het afschrikken. Martensitisch roestvrij staal heeft een broosheid en de temperatuur mag niet lager zijn dan 580 graden. Bij het afkoelen vanaf tempertemperaturen wordt vaak olieafschrikking gebruikt om broze hitte te voorkomen; Opgemerkt moet worden dat martensitisch roestvast staal kort na het blussen moet worden uitgegloeid.
5. Verwering-verharden van roestvrij staal
Hoewel austenitische, ferritische en martensitische roestvaste staalsoorten op grote schaal worden gebruikt, hebben ze nog steeds enkele problemen bij het gebruik als constructiestaal. Austenitisch roestvast staal heeft een lage vloeigrens van slechts ongeveer 200N/mm2 en is nog niet geschikt voor gebruik als constructiestaal. Hoewel martensitisch roestvast staal een hoge vloeigrens kan verkrijgen door warmtebehandeling zoals gloeien en temperen, is de corrosieweerstand slecht. Voor toepassingen die een hoge corrosieweerstand en hoge sterkte vereisen, is een nieuw type Cr-Ni roestvrij staal ontwikkeld - verwering-hardend roestvrij staal (ook wel PH roestvrij staal genoemd).
De warmtebehandeling van het nieuwe type roestvrij staal omvat gloeien, volledig gloeien, oplossingsgloeien, verouderingsgloeien en transformatie-quenchen. De eigenschappen zijn:
• Het is zacht als het volwassen is en kan gemakkelijk worden herwerkt.
• De vereiste eigenschappen kunnen worden verkregen door een passende verouderingsbehandeling.
• Het heeft dezelfde corrosieweerstand als vergelijkbare roestvaste staalsoorten, met verbeterde weerstand tegen spanningscorrosie.
• Transformatiequenchen is het proces van blussen onder een bepaalde temperatuur. Het meest gebruikte roestvrij staal voor precipitatieharden is martensitisch en de staalkwaliteit is 631 (0Crl7Ni7A1). Het temperen van dit type staal omvat eerst het gebruik van een oplossing, waarbij het materiaal wordt verwarmd tot 1000-1100 graden en vervolgens snel wordt afgekoeld, en vervolgens een verouderingsbehandeling wordt uitgevoerd bij verschillende temperaturen volgens de verschillende vereisten van de werktuigmachine, zoals 621 graden, 565 graden en 510 graden veroudering.
Uit bovenstaande analyse blijkt dat het gloeien van roestvast staal complex is. Er moeten verschillende gloeimethoden worden gebruikt, afhankelijk van de kenmerken van verschillende staalsoorten, om aan de verschillende eisen van gebruikers te voldoen.
