Rostfreier Stahl

Edelstahl wird für Industriegeräte verwendet, wenn es wichtig ist, dass die Ausrüstung dauert und sauber gehalten werden kann

Rostfreier Stahl ist ein Legierung von Eisen das ist resistent gegen rosten und Korrosion. Es enthält mindestens 11% Chrom und kann Elemente enthalten wie Kohlenstoff, Sonstiges Nichtmetalle und Metalle andere gewünschte Eigenschaften zu erhalten. Rostfreier Stahl Widerstand gegen Korrosion Ergebnisse aus dem Chrom, das a bildet Passiver Film das kann das Material schützen und Selbstheilung in Gegenwart von Sauerstoff.[1]: 3

Der Widerstand gegen Korrosion und Lüster werden viele Anwendungen verwendet. Edelstahl kann in gerollt werden Blätter, Platten, Stangen, Draht und Schläuche. Diese können in verwendet werden Kochgeschirr, Besteck, chirurgische Instrumente, Großgeräte, Fahrzeuge, Baumaterial in großen Gebäuden, Industrieausrüstung (z. B. in Papiermühlen, chemische Pflanzen, Wasserversorgung) und Lagertanks und Tanker für Chemikalien und Lebensmittel.

Das biologische Reinigbarkeit von Edelstahl ist beides überlegen Aluminium und Kupfer mit einer biologischen Reinbarkeit mit Glas.[2] Seine Reinigungsfähigkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit haben zur Verwendung von Edelstahl in Pharma- und Lebensmittelverarbeitungsanlagen ausgelöst.[3]

Verschiedene Arten von Edelstahl sind mit einem beschriftet Aisi Dreistellige Zahl,[4] Der Standard -Standard ISO 15510 listet die chemischen Zusammensetzungen von rostfreien Stählen der Spezifikationen in bestehender ISO auf. ASTM, En, Jis, und Gb Standards in einer nützlichen Austauschtabelle.[5]

Eigenschaften

Edelstähle sind wie Stahl ein relativ schlechter Stromleiter, der deutlich niedriger ist elektrische Leitfähigkeit als Kupfer. Insbesondere die elektrischer Kontaktwiderstand (ECR) aus rostfreiem Stahl entsteht das Ergebnis der dichten Schutzoxidschicht und begrenzt ihre Funktionalität in Anwendungen als elektrische Stecker.[6] Kupferlegierungen und nickelbeschichtete Steckverbinder weisen tendenziell niedrigere ECR -Werte auf und sind bevorzugte Materialien für solche Anwendungen. Trotzdem werden Edelstahlanschlüsse in Situationen eingesetzt, in denen ECR Es ist ein niedrigeres Designkriterium und Korrosionsbeständigkeit ist erforderlich, beispielsweise bei hohen Temperaturen und oxidierenden Umgebungen.[7]

Wie bei allen anderen Legierungen wird der Schmelzpunkt von Edelstahl in Form eines Temperaturbereichs und nicht in einer einzigartigen Temperatur ausgedrückt.[8] Dieser Temperaturbereich steigt von 1.400 bis 1.530 ° C (2.550 bis 2.790 ° F)[9] Abhängig von der spezifischen Konsistenz der fraglichen Legierung.

Martensitische und ferritische rostfreie Stähle sind magnetisch. Ferritischer Stahl besteht aus Ferritkristallen, einer Eisenform mit bis zu 0,025% Kohlenstoff. Aufgrund seiner kubischen kristallinen Struktur absorbiert ferritischer Stahl nur eine kleine Menge Kohlenstoff, die aus einem Eisen in jeder Ecke und einem zentralen Eisenatom besteht. Das zentrale Atom ist für seine magnetischen Eigenschaften verantwortlich. Für Elektrovalte, die in Haushaltsgeräten und für Injektionssysteme in internen Verbrennungsmotoren verwendet wurden, wurden Noten mit niedrigem Zwangsfeld entwickelt. Einige Anwendungen erfordern nichtmagnetische Materialien, wie z. Magnetresonanztomographie. Geglüht Austenitisch Edelstähle sind normalerweise nichtmagnetisch, obwohl Härtung arbeiten kann machen kaltgeformt Austenitische Edelstähle leicht magnetisch. Manchmal, wenn austenitischer Stahl gebogen oder geschnitten wird, tritt der Magnetismus am Rand des Edelstahls auf, da sich die Kristallstruktur selbst umrandet.[10][11]

Die Zugabe von Stickstoff verbessert auch die Resistenz gegen Lochfraßkorrosion und erhöht die mechanische Festigkeit.[12] Somit gibt es zahlreiche Edelstahlqualität mit unterschiedlichem Chrom- und Molybdängehalt, die der Umgebung entsprechen, die die Legierung ertragen muss.[13] Korrosionsresistenz kann mit folgenden Mitteln weiter erhöht werden:

  • Erhöhen Sie den Chromgehalt auf mehr als 11%[12]
  • Fügen Sie Nickel zu mindestens 8% hinzu[12]
  • Fügen Sie Molybdän hinzu (was auch die Resistenz gegen verbessert Korrosion Lochfraß)[12]
Magnetische Permeabilität einiger austenitischer Edelstahlnoten nach 2 Stunden bei 1050 ° C[14]
En -Klasse Magnetische Permeabilität, μ
1.4307 1.056
1.4301 1.011
1.4404 1.100
1.4435 1.000

Ärgern, manchmal als kaltes Schweißen bezeichnet, ist eine Form schwerer Klebstoffverschleiß, die auftreten kann, wenn zwei Metalloberflächen in relativer Bewegung zueinander und unter starkem Druck sind. Austenitische Edelstahlbefestigungselemente sind besonders anfällig für Fädeln, obwohl auch andere Legierungen, die einen Schutzoxidoberflächenfilm wie Aluminium und Titan haben, auch anfällig sind. Unter hohem Kontakt mit der Kontaktkraft kann dieses Oxid deformiert, gebrochen und aus Teilen der Komponente entfernt werden, wodurch das nackte reaktive Metall freigelegt wird. Wenn die beiden Oberflächen aus dem gleichen Material sind, können diese freiliegenden Oberflächen leicht verschmelzen. Die Trennung der beiden Oberflächen kann zu einem Oberflächenriss und sogar zu einer vollständigen Beschlagnahme von Metallkomponenten oder Befestigungselementen führen.[15][16] Das Gamieren kann durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien (Bronze gegen Edelstahl) oder mit verschiedenen Edelstählen (martensitisch gegen Austenit) gemindert werden. Zusätzlich können Gewindeverbindungen sein geschmiert Um einen Film zwischen den beiden Teilen zu liefern und zu verhindern. Nitronisch 60, hergestellt durch selektives Legieren mit Mangan, Silizium und Stickstoff, hat eine verringerte Tendenz zur Gallenheit gezeigt.[16]

Geschichte

Eine Ankündigung, wie sie 1915 erschien New York Timesvon der Entwicklung von Edelstahl in Sheffield, England.[17]

Die Erfindung von Edelstahl folgte einer Reihe von wissenschaftlichen Entwicklungen ab 1798, als das Chrom zum ersten Mal dem gezeigt wurde Französische Akademie durch Louis Vauquelin. In den frühen 1800er Jahren James Stoddart, britische Wissenschaftler, Michael Faraday, und Robert Mallet beobachtete die Resistenz von Chrom-Eisenlegierungen ("Chromstähle") gegen Oxidationsmittel. Robert Bunsen Entdeckte Chromresistenz gegen starke Säuren. Die Korrosionsresistenz von Eisenchromlegierungen könnte erstmals 1821 von anerkannt worden sein Pierre Berthier, der ihren Widerstand gegen den Angriff durch einige Säuren bemerkte und ihre Verwendung in Besteck vorschlug.[18]

In den 1840er Jahren britischen Großbritannien Sheffield Stahlhersteller und dann Krupp aus Deutschland produzierten Chromstahl, wobei letztere ihn in den 1850er Jahren für Kanonen einsetzte.[19] 1861, Robert Forester Mushet nahm ein Patent auf Chromstahl in Großbritannien.[20]

Diese Veranstaltungen führten zur ersten amerikanischen Produktion von Chrom-haltigem Stahl durch J. Baur von den Chrom-Stahlwerken von Brooklyn zum Bau von Brücken. Ein US -Patent für das Produkt wurde 1869 ausgestellt.[21]: 2261[22] Dies folgte mit der Anerkennung der Korrosionsresistenz von Chromlegierungen von Engländern John T. Woods und John Clark, der Chrombereiche von 5 bis 30%mit zusätzlichem Wolfram und "mittlerer Kohlenstoff" feststellte. Sie verfolgten den kommerziellen Wert der Innovation über ein britisches Patent für "wetterfeste Legierungen".[21]: 261, 11[23][Vollständiges Zitat benötigt]

In den späten 1890er Jahren deutscher Chemiker Hans Goldschmidt entwickelte eine Aluminotherme (Thermit) Prozess zur Herstellung von kohlenstofffreiem Chrom.[24] Zwischen 1904 und 1911 bereitete mehrere Forscher, insbesondere Leon Guillet aus Frankreich, Legierungen vor, die heute als Edelstahl angesehen werden.[24][25]

1908 die Essen Feste Friedrich Krupp Germaniawerft baute die 366-Tonnen-Segelyacht Germania Mit einem Chrom-Nickel-Stahlrumpf in Deutschland. 1911 berichtete Philip Monnartz über die Beziehung zwischen Chromgehalt und Korrosionsresistenz.[26] Am 17. Oktober 1912, Krupp Ingenieure Benno Strauss und Eduard Maurer patentierten als Nirosta das austenitischem Edelstahl[27][28][29][26] heute bekannt als 18/8 oder AISI Typ 304.[30]

Ähnliche Entwicklungen fanden in den Vereinigten Staaten statt, wo Christian Dantizen von General Electric[30] und Frederick Becket (1875-1942) bei Gewerkschaftskarbide waren ferritisch rostfreie Stahl.[31] 1912, Elwood Haynes Beantragte ein US -Patent auf einer martensitischen Edelstahllegierung, die erst 1919 gewährt wurde.[32]

Harry Brearley

Denkmal zu Harry Brearley bei ersteren Brown Firth Research Laboratory in Sheffield, England

Während der Suche nach einer korrosionsbeständigen Legierung für Waffenfässer im Jahr 1912, Harry Brearley des Brown-Firth Forschungslabor in Sheffield, England, entdeckt und anschließend industrialisiert a Martensitischer Edelstahl Alloy, heute als AISI Typ 420 bekannt.[30] Die Entdeckung wurde zwei Jahre später in einem Zeitungsartikel im Januar 1915 in angekündigt Die New York Times.[17]

Das Metall wurde später unter der Marke "Staybrite" von "Staybrite" vermarktet Firth Vickers in England und wurde für den neuen Eingangs -Baldachin für die verwendet Savoy Hotel in London im Jahr 1929.[33] Brearley beantragte 1915 ein US -Patent, um festzustellen, dass Haynes bereits einen registriert hatte. Brearley und Haynes haben ihre Finanzierung gepoolt und mit einer Gruppe von Investoren die American Edelstahl -Stahlgesellschaft mit Hauptsitz in der Hauptquartier gegründet Pittsburgh, Pennsylvania.[21]: 360

Rostloser Stahl

Brearley nannte zunächst seine neue Legierung "rostloser Stahl". Die Legierung wurde in den USA unter verschiedenen Markennamen wie "Allegheny Metal" und "Nirosta Steel" verkauft. Auch innerhalb der Metallurgieindustrie blieb der Name verunsichert; Im Jahr 1921 nannte es ein Handelsjournal "unstemsierbarer Stahl".[34] Brearley arbeitete mit einem lokalen Besteckhersteller zusammen, der ihm den Namen "Edelstahl" gab.[35] Noch 1932, Ford Motor Company Nennen Sie den legierten rostlosen Stahl in Automobilmaterialien weiter.[36]

1929, vor der Weltwirtschaftskrise, wurden jährlich mehr als 25.000 Tonnen Edelstahl hergestellt und in den USA verkauft.[37]

Die wichtigsten technologischen Fortschritte in den 1950er und 1960er Jahren ermöglichten die Produktion großer Tonnagen zu erschwinglichen Kosten:

Typen

"18/10" leitet hier weiter. Für das Datum siehe 18. Oktober.

Hauptartikel: SAE -Stahlnoten

Es gibt fünf Hauptfamilien, die hauptsächlich durch ihre klassifiziert werden kristalline Struktur: Austenitische, ferritische, martensitische, Duplex- und Niederschlagshärten.

Austenitisch

Hauptartikel: Austenitischem Edelstahl

Austenitischem Edelstahl[42][43] ist die größte Familie Edelstähle, die etwa zwei Drittel aller Edelstahlproduktion ausmacht.[44] Sie besitzen eine austenitische Mikrostruktur, die a ist Gesicht zentriertes Kubikum Kristallstruktur.[45] Diese Mikrostruktur wird durch Legierung von Stahl mit ausreichendem Nickel,/oder Mangan und Stickstoff erreicht, um eine austenitische Mikrostruktur bei allen Temperaturen aufrechtzuerhalten, die von der abzielen kryogen Region zum Schmelzpunkt.[45] Daher sind austenitische rostfreie Stähle durch Wärmebehandlung nicht härterbar, da sie bei allen Temperaturen die gleiche Mikrostruktur besitzen.[45]

Austenitische Edelstahl-Untergruppen, Serie 200er und 300 Serien:

  • 200 series[46] sind Chrom-Mangan-Nickel-Legierungen, die die Verwendung von Mangan und Stickstoff maximieren, um die Verwendung von Nickel zu minimieren. Aufgrund ihrer Stickstoffzusatz verfügen sie über etwa 50% höhere Stahlfestigkeit als 300 -Serie -Stahlblätter.
    • Typ 201 ist durch kaltes Arbeiten härter.[47]
    • Typ 202 ist ein allgemeiner Edelstahl. Die Verringerung des Nickelgehalts und zunehmender Mangan führt zu einer schwachen Korrosionsbeständigkeit.[48]
  • 300 Serien sind Chrom-Nickel-Legierungen, die ihre austenitische Mikrostruktur fast ausschließlich durch Nickellegierung erreichen. Einige sehr stark legierte Noten enthalten Stickstoff, um die Nickelanforderungen zu verringern. Die 300er -Serie ist die größte Gruppe und die am häufigsten verwendete.
    • Typ 304: Die bekannteste Note ist Typ 304, auch als 18/8 und 18/10 bekannt für seine Zusammensetzung von 18% Chrom bzw. 8% bzw. 10% Nickel.[49]
    • Typ 316: Der zweithäufigste austenitische Edelstahl ist Typ 316.[50] Die Zugabe von 2% Molybdän bietet eine größere Resistenz gegen Säuren und lokalisierte Korrosion durch Chloridionen. Kohlenstoffversionen wie z. 316L[51] oder 304l,[52] haben Kohlenstoffgehalte unter 0,03% und werden verwendet, um Korrosionsprobleme durch Schweißen zu vermeiden.[53]

Ferritisch

Hauptartikel: Ferritischer Edelstahl

Ferritische rostfreie Stähle besitzen eine Ferritmikrostruktur wie Kohlenstoffstahl, nämlich a körperzentrierter Kubikum Kristallstruktur und enthalten zwischen 10,5% und 27% Chrom mit sehr wenig oder gar keinem Nickel. Diese Mikrostruktur ist bei allen Temperaturen aufgrund der Chrom -Addition vorhanden, sodass sie durch Wärmebehandlung nicht härterbar sind. Sie können nicht durch kalte Arbeit in gleichem Maße wie austenitische rostfreie Stähle gestärkt werden. Sie sind magnetisch. Ergänzungen von Niob (NB), Titan (Ti) und Zirkonium (Zr) zum Typ 430[54] Gute Schweißbarkeit zulassen. Aufgrund der Nahverwaltung von Nickel sind sie günstiger als austenitische Stähle und in vielen Produkten vorhanden, darunter:

  • Automobilableitungen (Typ 409[55] und 409 cb[1] werden in Nordamerika verwendet; Stabilisierte Klassen Typ 439[56] und 441[57] werden in Europa verwendet)[58]
  • Architektonische und strukturelle Anwendungen (Typ 430,[54] welches 17% Cr) enthält)[59]
  • Baukomponenten wie Schieferhaken, Dach- und Schornsteinkanäle
  • Kraftplatten in Festoxid -Brennstoffzellen Betrieb bei Temperaturen um 700 ° C (1,292 ° F) (hohe Chromferritik mit 22% CR)[60]

Martensitic

Hauptartikel: Martensitischer Edelstahl

Martensitische rostfreie Stähle haben eine körperzentrierte Kubikkristallstruktur und bieten eine breite Palette von Eigenschaften und werden als Edelstahl-Stähle, Edelstock-Stähle und Stähle und Stähle aus Edelstücken verwendet kriechen-Resistente Stähle. Sie sind magnetisch und nicht so korrosionsresistent wie ferritische und austenitische rostfreie Stähle aufgrund ihres niedrigen Chromgehalts. Sie fallen in vier Kategorien (mit etwas Überlappung):[61]

  1. Fe-CR-C-Noten. Dies waren die ersten Klassen und werden immer noch häufig in technischen und weastresistenten Anwendungen eingesetzt.
  2. Fe-CR-Ni-C-Noten. Etwas Kohlenstoff wird durch Nickel ersetzt. Sie bieten eine höhere Zähigkeit und eine höhere Korrosionsbeständigkeit. Grad EN 1.4303 (Gussqualität CA6NM) mit 13% CR und 4% Ni wird für die meisten verwendet Pelton, Kaplan, und Francis Turbinen in Wasserkraftwerke[62] Weil es gute Gusseigenschaften, gute Schweißbarkeit und einen guten Widerstand gegen Hohlraumbildung Erosion.
  3. Niederschlagsklassen. Klasse EN 1.4542[63] (auch als 17/4PH bekannt), die bekannteste Klasse, kombiniert martensitische Härtung und Niederschlagshärtung. Es erreicht hohe Stärke und gute Zähigkeit und wird unter anderem in der Luft- und Raumfahrt verwendet.
  4. Kriechende Noten. Kleine Ergänzungen von Niob,, Vanadium, Bor, und Kobalt Erhöhen Sie die Festigkeit und den Kriechwiderstand auf etwa 650 ° C.

Martensitische Edelstähle können Wärme behandelt werden, um bessere mechanische Eigenschaften zu bieten. Die Wärmebehandlung umfasst typischerweise drei Schritte:[64]

  1. Austenitizing, bei dem der Stahl je nach Grad auf eine Temperatur im Bereich von 980–1.050 ° C (1.800–1.920 ° F) erhitzt wird. Der resultierende Austenit hat eine Gesichts-zentrierte Kubikkristallstruktur.
  2. Quenching. Der Austenit wird in Martensit verwandelt, eine schwere Körperzentriertes tetragonales Kristallstruktur. Der gelöste Martensit ist für die meisten Anwendungen sehr hart und zu spröde. Einige restliche Austenit können bleiben.
  3. Temperieren. Martensit wird auf etwa 500 ° C erhitzt, bei Temperatur gehalten und dann luftgekühlt. Höhere Temperaturtemperaturen nehmen ab Ertragsfestigkeit und Ultimative Zugfestigkeit Erhöhen Sie jedoch die Dehnung und die Aufprallfestigkeit.

Das Ersetzen von Kohlenstoff in martensitischen rostfreien Stählen durch Stickstoff ist eine jüngste Entwicklung.[wenn?] Die begrenzte Löslichkeit von Stickstoff wird durch die erhöht Druckelektroslag -Verfeinerung (PESR) -Prozess, bei dem das Schmelzen unter hohem Stickstoffdruck durchgeführt wird. Es wurde Stahl mit bis zu 0,4% iger Stickstoff erreicht, was zu einer höheren Härte und Festigkeit und einer höheren Korrosionsbeständigkeit führte. Da PESR teuer ist, wurde unter Verwendung des Standards niedriger, aber signifikante Stickstoffgehalte erreicht Argon Sauerstoffdekoarbisierung (AOD) Prozess.[65][66][67][68][69]

Duplex

Hauptartikel: Duplex Edelstahl

Duplex -Edelstähle haben eine mischte Mikrostruktur von Austenit und Ferrit, wobei das ideale Verhältnis ein 50:50 Mix ist, obwohl kommerzielle Legierungen das Verhältnis von 40:60 haben können. Sie zeichnen sich durch höheres Chrom (19–32%) und Molybdän (bis zu 5%) und einen niedrigeren Nickelgehalt aus als mit austenitischen Edelstählen. Duplex Edelstahl haben ungefähr doppelt so Ertragsfestigkeit von austenitischer Edelstahl. Ihre gemischte Mikrostruktur bietet eine verbesserte Resistenz gegen Chloridspannungskorrosionsrisse im Vergleich zu austenitischen Edelstahltypen 304 und 316. Die Duplex-Klassen werden normalerweise basierend auf ihrer Korrosionsbeständigkeit in drei Untergruppen unterteilt: mageres Duplex, Standard Duplex und Super Duplex. Die Eigenschaften von Duplex-Edelstählen werden mit einem insgesamt niedrigeren Legierungsgehalt erreicht als mit ähnlich leistungsstarken Super-Austeniten, wodurch ihre Verwendung für viele Anwendungen kostengünstig ist. Die Zellstoff- und Papierindustrie war eine der ersten, die Duplex Edelstahl ausgiebig verwendete. Heute ist die Öl- und Gasindustrie der größte Benutzer und hat auf korrosionsbeständige Noten gedrängt, was zur Entwicklung von Super Duplex- und Hyper -Duplex -Noten führt. In jüngerer Zeit wurden die günstigeren (und etwas weniger korrosionsresistenten) mageren Duplex entwickelt, hauptsächlich für strukturelle Anwendungen für den Bau und den Bau (Betonverstärkungsstangen, Platten für Brücken, Küstenarbeiten) und in der Wasserindustrie.

Niederschlagshärtung

Niederschlagshärtung Edelstähle haben eine Korrosionsresistenz, die mit den austenitischen Sorten vergleichbar ist, kann jedoch zu einem Niederschlag zu noch höheren Stärken als bei anderen martensitischen Noten gehärtet werden. Es gibt drei Arten von Niederschlagshärten aus rostfreiem Stählen:[70]

  • Martensitic 17-4 ph[63] (AISI 630 EN 1.4542) enthält etwa 17% CR, 4% Ni, 4% Cu und 0,3% NB.

Lösungsbehandlung bei etwa 1.040 ° C (1.900 ° F), gefolgt von Löschen, führt zu einer relativ duktilen martensitischen Struktur. Die anschließende alternde Behandlung bei 475 ° C (887 ° F) schlägt NB- und Cu-reiche Phasen aus, die die Festigkeit auf über 1000 MPa-Ertragsstärke erhöhen. Dieses herausragende Festigkeitsniveau wird in High-Tech-Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt verwendet (normalerweise nach der Remeldung, um nicht-metallische Einschlüsse zu beseitigen, was die Lebensdauer der Ermüdung erhöht). Ein weiterer Hauptvorteil dieses Stahls besteht darin, dass das Altern im Gegensatz zu Temperierungsbehandlungen bei einer Temperatur durchgeführt wird, die auf (nahezu) fertige Teile ohne Verzerrung und Verfärbung aufgetragen werden kann.

  • Semi-Austenit 17-7PH[71] (AISI 631 EN 1.4568) enthält etwa 17% CR, 7,2% NI und 1,2% Al.

Typische Wärmebehandlung beinhaltet Lösungsbehandlung und Quenching. Zu diesem Zeitpunkt bleibt die Struktur austenitisch. Die martensitische Transformation wird dann entweder durch eine kryogene Behandlung bei –75 ° C (–103 ° F) oder durch schwere kalte Arbeit (über 70% Deformation, normalerweise durch kaltes Rollen oder Drahtzeichnung) erhalten. Alterung bei 510 ° C (950 ° F) - was den Ni ausfällt3Al intermetallische Phase - wird wie oben in fast fertigen Teilen durchgeführt. Ertragsspannungsniveaus über 1400 MPA werden dann erreicht.

  • Austenitischer A286[72](ASTM 660 EN 1,4980) enthält etwa 15%CR 15%, Ni 25%, Ti 2,1%, MO 1,2%, V 1,3%und B 0,005%.

Die Struktur bleibt bei allen Temperaturen austenitisch.

Eine typische Wärmebehandlung umfasst die Lösungsbehandlung und das Löschen, gefolgt von Alterung bei 715 ° C (1.319 ° F). Alternde Formen ni3TI füllt sich aus und erhöht die Streckgrenze auf etwa 650 MPA bei Raumtemperatur. Im Gegensatz zu den oben genannten Klassen bleiben die mechanischen Eigenschaften und die Kriechwiderstand dieses Stahls bei Temperaturen bis zu 700 ° C sehr gut. Infolgedessen wird A286 als FE-basierte Basis eingestuft Superalloy, verwendet in Strahlmotoren, Gasturbinen und Turbos.

Noten

Siehe auch: Stahlnoten und SAE -Stahlnoten

Es gibt über 150 Stahl aus Edelstahl, von denen 15 am häufigsten verwendet werden. Es gibt mehrere Systeme zur Bewertung von Edelstahl und anderen Stählen, einschließlich uns SAE -Stahlnoten. Das Einheitliches Nummerierungssystem für Metalle und Legierungen (UNS) wurde von der entwickelt ASTM 1970 haben die Europäer En 10088 zum gleichen Zweck entwickelt.[30]

Terminologie

In seiner frühen Geschichte wurde Edelstahl manchmal genannt rostloser Stahl. Beide Adjektive, rostfrei und rostlos, werden ordnungsgemäß als Übertreibungen anerkannt und akzeptiert: Edelstahl ist nicht buchstäblich nicht in der Lage zu rosten, aber sein fester Name ist dennoch "Edelstahl". (Fehlbezeichnungen sind nicht immer Fehler.))

In technischen Datensätzen kann Edelstahl manchmal als als bezeichnet werden Inox (Inoxidizierbar), Cres (korrosionsbeständige) oder Ss oder Sst (rostfreier Stahl). Es kann auch durch Unterklasse oder Note ohne weitere Spezifikation bezeichnet werden, wie zum Beispiel 18–8, 17-4 pH, 316, 303 oder 304.

Korrosionsbeständigkeit

Edelstahl (untere Reihe) widersetzt sich Salzwasser Korrosion besser als Aluminium-Bronze (obere Reihe) oder Kupfer-Nickel Legierungen (mittlere Reihe)

nicht wie KohlenstoffstahlEdelstähle erleiden keine gleichmäßige Korrosion, wenn sie nasse Umgebungen ausgesetzt sind. Ungeschützte Kohlenstoffstahl roste leicht, wenn es einer Kombination aus Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Das resultierende Eisenoxid Die Oberflächenschicht ist porös und zerbrechlich. Darüber hinaus erweitert sich diese Schicht, da Eisenoxid ein größeres Volumen als der ursprüngliche Stahl einnimmt Flocke und fallen und den zugrunde liegenden Stahl weiter angreifen. Im Vergleich dazu enthalten rostfreie Stähle ausreichend Chrom, um sich zu unterziehen Passivierungspontan bilden Sie einen mikroskopisch dünnen Inert -Oberflächenfilm aus Chromoxid durch Reaktion mit dem Sauerstoff in der Luft und sogar der geringen Menge an gelöstem Sauerstoff im Wasser. Dieser passive Film verhindert eine weitere Korrosion, indem sie die Sauerstoffdiffusion auf die Stahloberfläche blockiert und somit verhindert, dass Korrosion sich in den Großteil des Metalls ausbreitet.[3] Dieser Film repariert sich selbst, selbst wenn er durch eine verärgerte Erkrankung in der Umgebung zerkratzt oder vorübergehend gestört wird, die den inhärenten Korrosionsbeständigkeit dieser Grad übersteigt.[73][74]

Der Widerstand dieses Films gegen Korrosion hängt von der chemischen Zusammensetzung des Edelstahls ab, hauptsächlich vom Chromgehalt. Es ist üblich, zwischen vier Formen der Korrosion zu unterscheiden: einheitlich, lokalisiert (Lochfraß), Galvanic und SCC (Spannungskorrosionsrisse). Jede dieser Korrosionsformen kann auftreten, wenn der Grad des Edelstahls nicht für die Arbeitsumgebung geeignet ist.

Die Bezeichnung "Cres" bezieht sich auf korrosionsbeständige Stahl.[75]

Uniform

Einheitliche Korrosion findet in sehr aggressiven Umgebungen statt, in der Chemikalien hergestellt oder stark verwendet werden, wie z. B. in der Zellstoff- und Papierindustrie. Die gesamte Oberfläche des Stahls wird angegriffen und die Korrosion wird in mm/Jahr als Korrosionsrate ausgedrückt (normalerweise weniger als 0,1 mm/Jahr ist für solche Fälle akzeptabel). Korrosionstabellen bieten Richtlinien.[76]

Dies ist in der Regel der Fall, wenn rostfreie Stähle sauren oder grundlegenden Lösungen ausgesetzt sind. Ob Edelstahlkorroden von der Art und der Konzentration von abhängt Säure oder Base und die Lösungstemperatur. Einheitliche Korrosion ist in der Regel leicht zu vermeiden, da umfangreiche veröffentlichte Korrosionsdaten oder leicht durchgeführte Laborkorrosionstests leicht durchgeführt werden.

Edelstahl ist nicht vollständig gegen Korrosion immun, wie in dieser gezeigt Entsalzung Ausrüstung.

Saure Lösungen können in zwei allgemeine Kategorien eingesetzt werden: Reduzieren von Säuren, wie z. Salzsäure und verdünnen Schwefelsäure, und Säuren oxidieren, wie zum Beispiel Salpetersäure und konzentrierte Schwefelsäure. Das Erhöhung des Chrom- und Molybdängehalts bietet eine erhöhte Resistenz gegen die Reduzierung von Säuren und erhöht den Chrom- und Siliziumgehalt, der eine erhöhte Resistenz gegen Oxidationssäuren ist. Schwefelsäure ist eine der meistproduzierten Industriechemikalien. Bei Raumtemperatur, Typ 304 Edelstahl ist nur gegen 3% Säure resistent Typ 316 ist resistent gegen 3% Säure bis zu 50 ° C (122 ° F) und 20% Säure bei Raumtemperatur. Somit wird Typ 304 ss selten im Kontakt mit Schwefelsäure verwendet. Typ 904L und Legierung 20 sind gegen Schwefelsäure bei noch höheren Konzentrationen über der Raumtemperatur resistent.[77][78] Konzentrierte Schwefelsäure besitzt oxidierende Eigenschaften wie Salpetersäure, und somit sind ebenfalls siliciumhaltige Edelstähle nützlich. Salzsäure Schädigt jede Art von Edelstahl und sollte vermieden werden.[1]: 118[79] Alle Arten von Edelstahlresisten Phosphorsäure und Salpetersäure bei Raumtemperatur. Bei hohen Konzentrationen und erhöhten Temperaturen treten Angriffe auf, und es sind höhere Edelstähle erforderlich.[80][81] Im Algemeinen, organische Säuren sind weniger korrosiv als Mineralsäuren wie Salzsäure und Schwefelsäure. Mit zunehmendem Molekulargewicht von organischen Säuren nimmt ihre Korrosivität ab. Ameisensäure hat das niedrigste Molekulargewicht und ist eine schwache Säure. Typ 304 kann mit Ameisensäure verwendet werden, obwohl er die Lösung neigt. Typ 316 wird üblicherweise zum Speichern und Handling verwendet Essigsäure, eine kommerziell wichtige organische Säure.[82]

Edelstähle vom Typ 304 und Typ 316 werden von schwachen Basen wie z. Ammoniumhydroxidsogar in hohen Konzentrationen und bei hohen Temperaturen. Die gleichen Noten, die stärkere Grundlagen ausgesetzt sind wie Natriumhydroxid Bei hohen Konzentrationen und hohen Temperaturen werden wahrscheinlich ein Ätzen und Rissbacken erleben.[83] Erhöhung der Chrom- und Nickelinhalte sorgt erhöhte Resistenz.

Alle Klassen widerstehen Schaden durch Aldehyde und Amineobwohl im letzteren Falltyp 316 dem Typ 304 vorzuziehen ist; Celluloseacetat Schadensersatz Typ 304, es sei denn, die Temperatur wird niedrig gehalten. Fette und Fettsäuren beeinflussen nur bei Temperaturen über 150 ° C (302 ° F) und Typ 316 ss über 260 ° C (500 ° F), während Typ 317 SS bei allen Temperaturen nicht betroffen ist. Typ 316L ist für die Verarbeitung von erforderlich Harnstoff.[1][Seite benötigt]

Lokalisiert

Lokalisierte Korrosion kann auf verschiedene Weise auftreten, z. Korrosion Lochfraß und Spaltkorrosion. Diese lokalisierten Angriffe sind am häufigsten in Gegenwart von vorhanden Chloridionen. Höhere Chloridspiegel erfordern stärker ausgesteuerte Edelstähle.

Lokalisierte Korrosion kann schwer vorherzusagen sein, da sie von vielen Faktoren abhängt, darunter:

  • Chloridionenkonzentration. Selbst wenn die Chloridlösungkonzentration bekannt ist, ist es immer noch möglich, dass lokalisierte Korrosion unerwartet auftritt. Chloridionen können in bestimmten Bereichen ungleichmäßig konzentriert werden, z. B. in Spalten (z. B. unter Dichtungen) oder auf Oberflächen in Dampfräumen aufgrund von Verdunstung und Kondensation.
  • Temperatur: Erhöhte Temperatur erhöht die Anfälligkeit.
  • Säure: Erhöhung der Säure erhöht die Empfindlichkeit.
  • Stagnation: Stagnante Bedingungen erhöhen die Empfindlichkeit.
  • Oxidierende Spezies: Das Vorhandensein von oxidierenden Spezies wie Eisen- und Kupfen -Ionen erhöht die Anfälligkeit.

Lochkorrosion gilt als die häufigste Form lokalisierter Korrosion. Die Korrosionsbeständigkeit von rostfreien Stählen gegenüber Lochfraßkorrosion wird häufig von der ausgedrückt Pren, erhalten durch die Formel:

,

wobei die Begriffe dem Anteil des Inhalts durch Chrom, Molybdän und Stickstoff im Stahl entsprechen. Wenn der Stahl beispielsweise aus 15 % Chrom % CR bestand, wäre es gleich 15.

Je höher der Pren, desto höher ist der Widerstand der Lochfraßkorrosion. Daher liefern zunehmende Chrom-, Molybdän- und Stickstoffgehalte eine bessere Resistenz gegen Lochfraßkorrosion.

Obwohl der Bestandteil bestimmter Stahl theoretisch ausreicht, um Korrosion zu widerstehen, kann immer noch eine Spaltkorrosion auftreten, wenn das schlechte Design begrenzte Bereiche (überlappende Platten, Ablagerungsgrenzflächen usw.) erzeugt hat oder wenn Ablagerungen auf dem Material bilden. In diesen ausgewählten Bereichen ist der PRE möglicherweise nicht hoch genug für die Servicebedingungen. Gutes Design, Herstellungstechniken, Legierungsauswahl, ordnungsgemäße Betriebsbedingungen basierend auf der Konzentration von aktiven Verbindungen, die in der Lösung vorhanden sind, die Korrosion, pH -Wert usw. verursachen, können eine solche Korrosion verhindern.[84]

Betonen

Stresskorrosionsrisse (SCC) ist ein plötzliches Knacken und ein Versagen einer Komponente ohne Verformung. Es kann auftreten, wenn drei Bedingungen erfüllt sind:

  • Der Teil wird betont (durch eine angelegte Last oder durch Restspannung).
  • Die Umgebung ist aggressiv (hoher Chloridspiegel, Temperatur über 50 ° C (122 ° F), Vorhandensein von H2S).
  • Der Edelstahl ist nicht ausreichend SCC-resistent.

Der SCC -Mechanismus resultiert aus der folgenden Folge von Ereignissen:

  1. Lochfraß tritt auf.
  2. Risse beginnen von einer Pit -Initiationsstelle.
  3. Risse verbreiten sich dann in einem transgranularen oder intergranularen Modus durch das Metall.
  4. Versagen tritt auf.

Während das Lochfraß normalerweise zu unansehnlichen Oberflächen und im schlimmsten Fall zur Perforation des Edelstahlblechs führt, kann das Versagen durch SCC schwere Folgen haben. Es wird daher als besondere Form der Korrosion angesehen.

Da SCC mehrere Bedingungen erfüllt, kann es mit relativ einfachen Maßnahmen entgegengewirkt werden, einschließlich:

  • Reduzierung des Spannungsstand2S-haltige Umgebungen).
  • Bewertung der Aggressivität der Umwelt (hoher Chloridgehalt, Temperatur über 50 ° C (122 ° F) usw.).
  • Auswählen der richtigen Art von Edelstahl: Super Austenitisch wie Klasse 904L oder Super-Duplex (Ferritische rostfreie Stähle und Duplex Edelstahl sind sehr resistent gegen SCC).

Galvanisch

Das Mutter Links befindet sich kein Edelstahl und ist rostigim Gegensatz zur Nuss auf der rechten Seite.

Galvanische Korrosion[85] (Auch als "unterschiedlichem Metallkorrosion" bezeichnet) bezieht sich auf Korrosionsschäden, die in einem korrosiven Elektrolyten induziert werden, wenn zwei unterschiedliche Materialien gekoppelt sind. Der häufigste Elektrolyt ist Wasser und reicht von Süßwasser bis Meerwasser. Wenn sich ein galvanisches Paar bildet, wird eine der Metalle im Paar zur Anode und korrodiert schneller als es allein würde, während das andere zur Kathode wird und langsamer korrodiert als es allein tun würde. Edelstahl wird aufgrund eines positiveren Elektrodenpotentials als zum Beispiel Kohlenstoffstahl und Aluminium zur Kathode, die die Korrosion des anodischen Metalls beschleunigt. Ein Beispiel ist die Korrosion von Aluminiumnieten, die Edelstahlbleche in Kontakt mit Wasser befestigen.[86] Die relativen Oberflächen der Anode und der Kathode sind wichtig für die Bestimmung der Korrosionsrate. Im obigen Beispiel ist die Oberfläche der Nieten im Vergleich zu der des Edelstahlblechs gering, was zu einer schnellen Korrosion führt.[86] Wenn jedoch Edelstahlbefestigungen zum Zusammenbau von Aluminiumblättern verwendet werden, ist die galvanische Korrosion viel langsamer, da die galvanische Stromdichte auf der Aluminiumoberfläche viele Größenordnungen kleiner ist.[86] Ein häufiger Fehler besteht darin, Edelstahlplatten mit Kohlenstoffstahlbefestigungen zusammenzustellen. Während die Verwendung von Edelstahl zum Befestigen von Kohlenstoffstahlplatten normalerweise akzeptabel ist, ist das Gegenteil nicht. Die Bereitstellung einer elektrischen Isolierung zwischen den unterschiedlichen Metallen, sofern möglich, ist wirksam, um diese Art der Korrosion zu verhindern.[86]

Hohe Temperatur

Bei erhöhten Temperaturen reagieren alle Metalle mit heißen Gasen. Das häufigste Hochtemperatur-Gasgemisch ist Luft, von dem Sauerstoff die reaktivste Komponente ist. Um Korrosion in Luft zu vermeiden, ist der Kohlenstoffstahl auf etwa 480 ° C (900 ° F) begrenzt. Die Oxidationsresistenz in rostfreien Stählen nimmt mit Zugabe von Chrom, Silizium und Aluminium zu. Kleine Ergänzungen von Cer und Yttrium Erhöhen Sie die Adhäsion der Oxidschicht auf der Oberfläche.[87] Die Zugabe von Chrom bleibt die häufigste Methode, um die Korrosionsresistenz mit hoher Temperatur in rostfreien Stählen zu erhöhen. Chrom reagiert mit Sauerstoff zu einer Chromoxidskala, wodurch die Sauerstoffdiffusion in das Material reduziert wird. Das mindestens 10,5% ige Chrom in rostfreien Stählen bietet Resistenz gegen ungefähr 700 ° C (1.300 ° F), während 16% Chrom Resistenz bis ungefähr 1.200 ° C liefert. Typ 304, der häufigste Grad von Edelstahl mit 18% Chrom, ist gegen ungefähr 870 ° C (1.600 ° F) resistent. Andere Gase, wie z. Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, Chlor, auch Edelstahl angreifen. Der Widerstand gegen andere Gase hängt von der Art der Gas, der Temperatur und dem Legierungsgehalt des Edelstahls ab.[88][89] Bei Zugabe von bis zu 5% Aluminium sind die ferritischen Noten FR-CR-AL für elektrische Resistenz und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen ausgelegt. Solche Legierungen sind Kanthal, erzeugt in Form von Draht oder Bändern.[90]

Standard -Oberflächen

Hauptartikel: Gebürstetes Metall
Matte surface of pipe, with a few horizontal scratches
316L Edelstahl mit einem unpolierten Mühlenfinish

Standard Mühle endet Kann direkt von den Walzen und durch mechanische Schleifmittel auf flach gerollte Edelstahl aufgetragen werden. Stahl wird zuerst auf Größe und Dicke gerollt und dann geglüht die Eigenschaften des endgültigen Materials zu ändern. Irgendein Oxidation das bildet sich auf der Oberfläche (Mühlenwaage) wird durch entfernt von Picklingund eine Passivierungsschicht wird auf der Oberfläche erzeugt. Ein letztes Finish kann dann angewendet werden, um das gewünschte ästhetische Erscheinungsbild zu erreichen.[91][92]

Die folgenden Bezeichnungen werden in den USA verwendet, um Edelstahl -Oberflächen von zu beschreiben ASTM A480/A480M-18 (DIN):[93]

  • Nr. 0: Heißrollte, geglühte, dickere Teller
  • Nr. 1 (1D): Heißgerollt, geglüht und passiviert
  • Nr. 2d (2d): kaltgerollt, geglüht, eingelegt und passiviert
  • Nr. 2B (2B): Gleich wie oben mit zusätzlichem Durchgang durch hochpolierte Walzen
  • Nr. 2BA (2R): Hellgefestigt (BA oder 2R) wie oben, dann hell getemmt unter sauerstofffreiem atmosphärischen Zustand
  • Nr. 3 (G-2G :) Grobabrasives Finish mechanisch angewendet
  • Nr. 4 (1J-2j): gebürstetes Finish
  • Nr. 5: Satin -Finish
  • Nr. 6 (1K-2K): Mattes Finish (gebürstet, aber glatter als #4)
  • Nr. 7 (1p-2p): Reflektierende Finish
  • Nr. 8: Spiegel Finish
  • Nr. 9: Perle Explosion Finish
  • Nr. 10: Wärmefarbener Finish - bietet eine breite Palette von elektropolisch und hitzebolderne Oberflächen

Sich beitreten

Für Edelstähle steht jedoch eine breite Palette von Verbindungsverfahren zur Verfügung Schweißen ist bei weitem am häufigsten.[94][53]

Die Leichtigkeit des Schweißens hängt weitgehend von der Art des verwendeten Edelstahls ab. Austenitische rostfreie Stähle sind am einfachsten zu schweißen elektrischer Bogen, mit Schweißeigenschaften ähnlich denen des Grundmetalls (nicht kalt gearbeitet). Martensitische rostfreie Stähle können auch durch Elektro-Arc geschweißt werden, aber als die Wärmezone (HAZ) und die Fusionszone (FZ) nach dem Abkühlen Martensit bilden, müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um das Rissen der Schweißnaht zu vermeiden. Unsachgemäße Schweißpraktiken können zusätzlich zu Zucker (Oxidskalierung) und/oder Wärme -Farbton auf der Rückseite der Schweißnaht führen. Dies kann durch den Einsatz von Gasen, Hintergrundplatten und Flüssen im Rückenlagen verhindert werden.[95] Die Wärmebehandlung nach dem Schweigen ist fast immer beim Vorheizen vor dem Schweißen erforderlich. In einigen Fällen ist ebenfalls erforderlich.[53] Das elektrische Lichtbogenschweißen des ferritischen Edelstahls vom Typ 430 führt zu einem Kornwachstum in der Wärmezone (HAZ), was zu Sprödigkeit führt. Dies wurde größtenteils mit stabilisierten ferritischen Noten überwunden, bei denen Niob, Titan und Zirkonium ausfällt, die das Kornwachstum verhindern.[96][97] Duplex Edelstahlschweißen durch elektrische Bogen ist eine übliche Praxis, erfordert jedoch eine sorgfältige Kontrolle der Prozessparameter. Ansonsten tritt die Ausfällung unerwünschter intermetallischer Phasen auf, was die Zähigkeit der Schweißnähte verringert.[98]

Zu den elektrischen Lichtbogenschweißverfahren gehören:[94]

MIG-, Mag- und TIG -Schweißen sind die häufigsten verwendeten Methoden.

Andere Schweißverfahren umfassen:

Edelstahl kann mit Klebstoffen wie Silikon verbunden sein. Silyl modifizierte Polymere, und Epoxis. Acryl und Polyurethan In einigen Situationen werden auch Klebstoffe verwendet.[99]

Produktion

Der größte Teil der Edelstahlproduktion der Welt wird durch die folgenden Prozesse erzeugt:

  • Elektrolichtbogenofen (EAF): Edelstahl -Schrott, andere Eisenschrott und Eisenlegierungen (Fe Cr, Fe Ni, Fe Mo, Fe Si) werden zusammen geschmolzen. Das geschmolzene Metall wird dann in eine Kelle gegossen und in den AOD -Prozess übertragen (siehe unten).
  • Argon Sauerstoffdekoarbisierung (AOD): Kohlenstoff im geschmolzenen Stahl wird entfernt (durch das Drehen in die Inszene Kohlenmonoxid Gas) und andere Zusammensetzungsanpassungen werden vorgenommen, um die gewünschte chemische Zusammensetzung zu erzielen.
  • Fortlaufendes Casting (CC): Das geschmolzene Metall wird für flache Produkte in Platten verfestigt (ein typischer Abschnitt ist 20 Zentimeter dick und 2 Meter (6,6 ft) breit) oder Blüten (Die Abschnitte variieren stark, aber 25 x 25 Zentimeter (9,8 in × 9,8 Zoll) sind die durchschnittliche Größe).
  • Warmwalzen (HR): Platten und Blüten werden in einem Ofen aufgewärmt und heiß verdreht. Heißes Rollen reduziert die Dicke der Platten um etwa 3 mm (0,12 Zoll) -Dicke. Blüten hingegen werden in Stangen heiß gerollt, die am Ausgang der Rollmühle oder Drahtstange, die gewickelt sind, in Längen geschnitten werden.
  • Kaltes Finishing (CF) hängt von der Art des Fertigstellungstyps ab:
    • Heißrollte Spulen werden in Säurelösungen eingelegt Sünzimir Rollmühlen und in einer schützenden Atmosphäre geglüht, bis die gewünschte Dicke und Oberfläche erhalten werden. Weitere Vorgänge wie Slitting und Rohrbildung können in nachgeschalteten Einrichtungen durchgeführt werden.
    • Heißrollte Balken werden gerichtet und dann auf die erforderliche Toleranz und das Ziel bearbeitet.
    • Anschließend werden Drahtstangenspulen verarbeitet, um kaltfeindliche Stäbe auf Zeichnungsbänken, Befestigungselementen an Schraubenmachermaschinen und Draht auf einzelnen oder Multipass-Zeichenmaschinen zu erzeugen.

Die Produktion von World Edelstahl werden jährlich vom International Edelstahlforum veröffentlicht. Von den EU -Produktionszahlen waren Italien, Belgien und Spanien bemerkenswert, während Kanada und Mexiko keine produzierten. China, Japan, Südkorea, Taiwan, Indien Die USA und Indonesien waren große Produzenten, während Russland wenig Produktion meldete.[44]

World Edelstahlproduktion in flachen und langen Produkten (metrische Tonnen, '000s)
Jahr
europäische Union
Amerika
China
Asien ohne China
Andere Länder
 Welt
2020 6323 2144 30139 6429 5857 50892
2019 6805 2593 29400 7894 5525 52218
2018 7386 2808 26706 8195 5635 50729
2017 7377 2754 25774 8030 4146 48081
2016 7280 2931 24938 9956 672 45778
2015 7169 2747 21562 9462 609 41548
2014 7252 2813 21692 9333 595 41686
2013 7147 2454 18984 9276 644 38506

Aufschlüsselung der Produktion durch Edelstahlfamilien im Jahr 2017:

  • Austenitic Edelstahl CR-Ni (auch 300er-Serie genannt, siehe Abschnitt "Klassen" oben): 54%
  • Austenitic Edelstahl CR-MN (auch 200er genannt): 21%
  • Ferritische und martensitische rostfreie Stähle (auch 400er genannt): 23%

Anwendungen

Hauptartikel: Liste der Anwendungen von Edelstahl

Edelstahl wird in einer Vielzahl von Feldern verwendet, darunter Architektur, Kunst, Chemieingenieurwesen, Lebensmittel- und Getränkeherstellung, Fahrzeuge, Medizin, Energie und Schusswaffen.

Lebenszykluskosten

Lebenszykluskosten (LCC) Berechnungen werden verwendet, um das Design und die Materialien auszuwählen, die zu den niedrigsten Kosten über das gesamte Leben eines Projekts wie ein Gebäude oder eine Brücke führen.[100][101]

Die Formel ist in einfacher Form Folgendes:[102][103]

Wo LCC die Gesamtkostenkosten der gesamten Lebenszyklus ist, sind die Akquisitionskosten, die Installationskosten, OC die Betriebs- und Wartungskosten, LP die Kosten für verlorene Produktion aufgrund von Ausfallzeiten und RC die Ersatzmaterialkosten.

Zusätzlich, N ist das geplante Leben des Projekts, i der Zinssatz und n Das Jahr, in dem ein bestimmtes OC, LP oder RC stattfindet. Der Zinssatz (ich) wird verwendet, um Ausgaben von verschiedenen Jahren in ihren Barwert (eine von Banken und Versicherungsunternehmen weit verbreitete Methode) umzuwandeln, damit sie fair hinzugefügt und verglichen werden können. Die Verwendung der Summenformel () erfasst die Tatsache, dass die Kosten über die Lebensdauer eines Projekts kumuliert werden müssen[Klarstellung erforderlich] Nachdem sie um den Zins korrigiert wurden.

Anwendung von LCC in der Materialauswahl

Edelstahl, die in Projekten verwendet werden, führt häufig zu niedrigeren LCC -Werten im Vergleich zu anderen Materialien. Die höheren Akquisitionskosten (AC) von Edelstahlkomponenten werden häufig durch Verbesserungen der Betriebs- und Wartungskosten, den reduzierten Produktionsverlust (LP) und den höheren Wiederverkaufswert von Edelstahlkomponenten ausgeglichen.

LCC -Berechnungen sind normalerweise auf das Projekt selbst beschränkt. Es kann jedoch andere Kosten geben, die ein Projektstakeholder möglicherweise in Betracht ziehen möchten:

  • Versorgungsunternehmen wie Kraftwerke, Wasserversorgung und Abwasserbehandlung sowie Krankenhäuser können nicht geschlossen werden. Jede Wartung erfordert zusätzliche Kosten, die mit dem fortgesetzten Service verbunden sind.
  • Indirekte gesellschaftliche Kosten (mit möglichen politischen Ausfällen) können in einigen Situationen wie dem Schließen oder Reduzieren des Verkehrs auf Brücken, der Schaffung von Warteschlangen, Verzögerungen, Verlusten der Arbeitszeit und einer erhöhten Verschmutzung durch Leerfahrzeuge anfallen.

Nachhaltigkeit - Recycling und Wiederverwendung

Der Durchschnitt CO2 -Fußabdruck von Edelstahl (alle Noten, alle Länder) werden auf 2,90 kg CO geschätzt2 pro kg aus rostfreiem Stahl, erzeugt,[104] von 1,92 kg sind Emissionen aus Rohstoffen (Cr, Ni, MO); 0,54 kg aus Elektrizität und Dampf und 0,44 kg sind direkte Emissionen (d. H. Durch das Werk aus rostfreiem Stahl). Beachten Sie, dass Edelstahl, die in Ländern hergestellt werden, die sauberere Stromquellen verwenden (wie Frankreich, die Kernenergie nutzen), einen geringeren CO2 -Fußabdruck aufweisen wird. Ferritics ohne NI wird einen niedrigeren CO haben2 Fußabdruck als Austenitik mit 8% Ni oder mehr. Der CO2-Fußabdruck darf nicht der einzige nachhaltig bezogene Faktor für die Entscheidung der Materialauswahl sein:

  • Über jede Produktlebensdauer, die Wartung, Reparaturen oder das frühe Lebensende (geplante Veralterung) können seinen Gesamtunterschied über die anfänglichen materiellen Unterschiede hinaus erhöhen. Darüber hinaus kann der Serviceverlust (in der Regel für Brücken) große versteckte Kosten wie Warteschlangen, Verschwendung von Kraftstoff und Verlust von Menschenstunden hervorrufen.
  • Wie viel Material zur Bereitstellung eines bestimmten Dienstes verwendet wird, variiert von der Leistung, insbesondere der Festigkeitsniveau, die leichtere Strukturen und Komponenten ermöglicht.

Edelstahl beträgt 100% recycelbar.[105][106][107] Ein durchschnittliches Edelstahlobjekt besteht aus etwa 60% recyceltem Material, von dem ungefähr 40% aus Produkten am Lebensende stammen, während die verbleibenden 60% aus Herstellungsprozessen stammen.[108] Was einen höheren Recyclinggehalt verhindert, ist die Verfügbarkeit von Edelstahlschrott trotz einer sehr hohen Recyclingrate. Laut dem Internationales Ressourcengremium's Metallaktien im GesellschaftsberichtDer Pro-Kopf-Bestand an Edelstahl, der in der Gesellschaft in der Gesellschaft verwendet wird, beträgt 80–180 kg in mehr entwickelten Ländern und 15 kg in weniger entwickelten Ländern. Es gibt einen Sekundärmarkt, der nutzbare Schrott für viele Edelstahlmärkte recycelt. Das Produkt besteht hauptsächlich aus Spule, Blatt und Rohlingen. Dieses Material wird zu einem günstigeren Preis gekauft und an kommerzielle Qualitätsstempel und Blechhäuser verkauft. Das Material kann Kratzer, Gruben und Dellen haben, wird jedoch zu den aktuellen Spezifikationen hergestellt.

Der Edelstahlzyklus beginnt mit Kohlenstoffstahlschrott, Primärmetallen und Schlacke. Der nächste Schritt ist die Produktion von heiß-rollten und kaltfertigen Stahlprodukten in Stahlmühlen. Einige Schrott werden produziert, was direkt im Schmelzgeschäft wiederverwendet wird. Die Herstellung von Komponenten ist der dritte Schritt. Einige Schrott werden produziert und betreten die Recyclingschleife. Die Zusammenstellung der endgültigen Waren und deren Verwendung erzeugt keinen materiellen Verlust. Der vierte Schritt ist die Sammlung von Edelstahl zum Recycling am Ende der Ware (wie Küchengeschirr, Zellstoff- und Papieranlagen oder Automobilteile). Hier ist es am schwierigsten, Edelstahl in die Recycling -Schleife zu bringen, wie in der folgenden Tabelle gezeigt:

Schätzungen der Sammlung für das Recycling nach Sektor[109]
Endverbrauchssektor Ergebnisse Verwendung, globaler Durchschnitt Schätzungen
2000 2005 Durchschnittliche Lebensdauer
(Jahre)		 Koeffizient
Variation		 Deponie Zum Recycling gesammelt
Gesamt Davon als Edelstahl Von denen als Kohlenstoffstahl
Gebäude und Infrastruktur 17% 18% 50 30% 8% 92% 95% 5%
Transport (Gesamt) 21% 18% 13% 87% 85% 15%
Von denen Personenwagen 17% 14% 14 15%
Von was andere 4% 4% 30 20%
Industrielle Maschinen 29% 26% 25 20% 8% 92% 95% 5%
Haushaltsgeräte und Elektronik 10% 10% 15 20% 30% 70% 95% 5%
Metallgüter 23% 27% 15 25% 40% 60% 80% 20%

Nanoskaliger Edelstahl

Im Labor wurden Nanopartikel aus Edelstahl hergestellt.[110][111] Diese können Anwendungen als Additive für Hochleistungsanwendungen haben. Beispielsweise könnten Schwefel-, Phosphorisierungs- und Nitridationsbehandlungen zur Herstellung von Katalysatoren auf nanoskaliger rostfreier Stahlbasis die elektrokatalytische Leistung von Edelstahl zur Wasserspaltung verbessern.[112]

Auswirkungen auf die Gesundheit

Es gibt umfangreiche Untersuchungen, die auf ein wahrscheinliches erhöhtes Krebsrisiko (insbesondere Lungenkrebs) hinweisen, indem sie Dämpfe beim Schweißen aus Edelstahl einatmen.[113][114][115][116][117][118] Edelstahlschweißen wird vermutet, dass karzinogene Dämpfe aus Cadmiumoxiden, Nickel und Chrom produziert werden.[119] Entsprechend Cancer Council Australia"Im Jahr 2017 wurden alle Arten von Schweißdeuten als ein klassifiziert Karzinogen der Gruppe 1. "[119]

Edelstahl wird allgemein als biologisch inert angesehen. Während des Kochens lag jedoch kleine Mengen von Nickel und Chrom aus dem neuen Edelstahl -Kochgeschirr in sehr saure Lebensmittel aus.[120] Nickel kann zu Krebsrisiken beitragen - insbesondere zu Krebsrisiken Lungenkrebs und Nasenkrebs.[121][122] Es wurde jedoch keine Verbindung zwischen Edelstahl -Kochgeschirr und Krebs hergestellt.[123]

Siehe auch

Verweise

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Externe Links

  • Medien im Zusammenhang mit Edelstahl bei Wikimedia Commons
  • Die Wörterbuchdefinition von rostfreier Stahl bei wiktionary