300-reeks versus ferritisch roestvast staal – welke moet ik kiezen?
Elke Roestvast Staalfamilie heeft sterke en zwakke punten. Ferritisch Roestvast Staal heeft nuttige eigenschappen - een lagere uitzetting, hogere thermische geleidbaarheid, magnetische aantrekkingskracht en hoge weerstand tegen chloriden veroorzaakte spanningscorrosie (SCC). Bij het selecteren van legeringen is het belangrijk om alle factoren voor succesvol gebruik in overwerging te nemen
Gary Coates - The Nickel Institute
De ferritische familie varieert van het type 409 met een minimaal chroomgehalte van 10,5% tot de superferritische legeringen met een weerstand tegen putcorrosie vergelijkbaar met de 6% Mo-austenitische legeringen. Ferritische roestvaste legeringen bevatten ofwel geen nikkel of zeer kleine hoeveelheden. Dit vermindert de legeringskosten. Ondanks dit voordeel was de groei van de ferritische familie tijdens de afgelopen 10 jaar lager dan de groei van de austenitische 300-reeks. Waarom is dat? Vele redenen verklaren waarom de beperkte groei van de ferritische familie gedurende de afgelopen 10 jaar:
1. Beperkingen bij dik ferritisch materiaal
Ten eerste is de maximale dikte afhankelijk van verschijnselen zoals grote korrelgrootte (hetgeen lagere vervormbaarheid veroorzaakt), beperkte taaiheid (ductiel-naar-bros overgang kan tot net onder 20 °C liggen), snelle vorming van nadelige intermetallische fasen in de hoger gelegeerde ferrieten en andere. Als gevolg daarvan zijn dikkere secties over het algemeen niet beschikbaar, en zelfs als dat wel het geval zou zijn, zou het moeilijk of onmogelijk zijn om voor gelaste constructies geschikte eigenschappen te verkrijgen
2. Beperkingen bij gebruik bij hoge temperaturen
Ferritische roestvaste staalsoorten met een chroomgehalte van meer dan 12% zijn onderhevig aan verbrossing bij temperaturen boven ongeveer 300 °C, waardoor het gebruik bij hoge temperaturen wordt beperkt. Het ferritische type 409, met een lager chroomgehalte van 10,5-11,75%, is met succes gebruikt voor uitlaatsystemen bij voertuigen en voor rookgassen van ketels.
(Een buizenbundel van Sea-cure® superferritisch roestvast staal, gebruikt om de ruwe olie te koelen uit zoutkoepels bij de US Strategic Petroleum Reserve. Met dank aan Plymouth Tube Co.)
In vergelijking met austenitische legeringen , verliezen ferritische roestvaste legeringen ook sterkte bij verhoogde temperaturen. Taaiheid is een groot probleem – ASME Section VIII Division 1 bijvoorbeeld vereist dat alle ferritische roestvast stalen legeringen dikker dan 3 mm, bij ontwerptemperatuur onder -29 °C, de Charpy V-notch-impacttests doorstaan. Gangbare legeringen uit de 300-serie hebben dit alleen nodig als de ontwerptemperatuur lager is dan -196 °C.
3. Vervormbaarheid, breukverlenging en vloeigrens
Ferritisch roestvast staal wordt voornamelijk in dunne plaatdiktes geproduceerd. De vervormbaarheid is over het algemeen redelijk goed, vergelijkbaar met koolstofstaal, maar niet zo goed als de austenitische legeringen van de 300-reeks. Ferritische legeringen kunnen slechts in beperkte mate koudverstevigd worden, maar worden normaal gesproken gebruikt in de volledig gegloeide toestand. Hun vloeigrens bij 20 °C kan iets hoger zijn dan voor een gegloeid 300-reeks type, met een iets lagere treksterkte. Het percentage breukverlenging ligt ook aanzienlijk lager.
En hoe zit het met de corrosieweerstand en de rol van nikkel?
Het Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) bevat geen factor voor nikkel. Sommige PREN-formules hebben een kleine factor voor nikkel, maar in wezen beschrijft PREN de weerstand tegen de initiatie van pitting, terwijl nikkel belangrijk is bij het vertragen van de propagatie van pitting. Er zijn chemische omgevingen, zoals matig reducerende milieus, waar nikkel een belangrijke rol speelt. Wat betreft door chloriden geïnduceerd SCC, zijn 304 en 316L erg gevoelig, de 6% Mo austenitische legeringen zijn daarentegen resistent, ongeveer net zo resistent als de superduplex legeringen. De ferritische stalen zijn echter zeer gevoelig voor waterstofbrosheid, terwijl de nikkelhoudende 300-reeks dat niet is.Hoewel de kosten van de legeringselementen in een ferritische roestvaste staalsoort lager liggen dan voor een gelijkwaardige austenitische legering uit de 300-reeks, blijken de productiekosten meestal hoger, waardoor het prijsverschil tussen beide kleiner is dan verwacht. Minder beschikbare productvormen, afmetingen, oppervlakteafwerkingen en andere commerciële factoren hebben ook het gebruik ervan beperkt. Gelaste warmtewisselaarbuizen in hoger gelegeerde ferritische materialen zijn een groot succesverhaal. Bij het selecteren van legeringen is het belangrijk om alle factoren voor succesvol gebruik in overweging te nemen.