Roestvast gietstaal
ROESTVAST
GIETSTAAL
Roestvast gietstaal wordt gebruikt wegens zijn corrosieweerstand in waterige milieus bij temperaturen rondom de omgevingstemperatuur, voor gebruik in hete gassen en in vloeistoffen bij verhoogde temperaturen. Deze gietlegeringen bevatten in het algemeen meer dan 10% Cr en bestaan in feite uit roestvast staal. Er zal in een aantal artikelen aandacht worden besteed aan dit wat onderbelichte materiaal.
A.J. Schornagel
Roestvast gietstaal wordt gewoonlijk geclassificeerd als hetzij corrosievast gietwerk (dat wordt gebruikt in waterige milieus beneden 650°C), of als hittevaste gietlegeringen (geschikt voor bedrijfstemperaturen boven 650°C). Deze scheidslijn is echter niet altijd scherp te trekken, met name bij staal dat wordt gebruikt in het temperatuursinterval 480 tot 650°C. Het gebruikelijke onderscheid tussen hittevast en corrosievast gietstaal is gebaseerd op het koolstofgehalte, waarbij de hittevaste typen doorgaans meer koolstof bevatten.
Giet en kneed roestvast staal bezitten in het algemeen equivalente weerstand tegen corrosieve media en ze worden meer dan eens naast elkaar gebruikt. Belangrijke verschillen bestaan echter wel tussen sommige gietlegeringen en hun kneedbare tegenhangers. Een in het oog springend verschil is gelegen in de microstructuur van austenitisch roestvast gietstaal. Er is meestal een kleine hoeveelheid ferriet aanwezig in austenitisch roestvaststalen gietstukken, in tegenstelling tot de enkelvoudige austenitische structuur van kneedlegeringen. De aanwezigheid van ferriet in gietstukken is gunstig in geval van reparatielaswerk, maar ferriet verhoogt ook de weerstand tegen scheurvormende spanningscorrosie (SSC). Er hebben zich maar weinig schadegevallen met SSC voorgedaan bij roestvast gietstaal in tegenstelling tot kneedstaal met ongeveer equivalente chemische samenstelling. De hoofdreden voor deze weerstand is gelegen in het feit dat aan gietstaal silicium wordt toegevoegd voor betere vloeibaarheid, maar dat kennelijk ook een ongunstige invloed heeft op de weerstand tegen SSC. En dat zandgietwerk gewoonlijk wordt getrommeld of gezandstraald om vormzand en scale te verwijderen, maar ook dat zorgt voor drukspanningen aan het metaaloppervlak. Kneed- en gietstaal kunnen ook verschillen in mechanische eigenschappen, magnetisch eigenschappen en chemische samenstelling. Wegens de mogelijke aanwezigheid van grote dendritische korrels, fasen tussen de korrels en uitscheiding van legeringselementen, kunnen de typische mechanische eigenschappen van roestvast gietstaal meer uiteenlopen en over het algemeen ook lager zijn dan van staal met een kneedstructuur.
Type aanduiding en samenstellingen
Roestvast gietstaal wordt doorgaans gespecificeerd op basis van samenstelling waarbij gebruik wordt gemaakt van het systeem van de High Alloy Product Group of the Steel Founders’ Society of America. De eerste letter geeft aan of de legering primair is bedoeld voor gebruik in vloeibare corrosieve media (C) of voor gebruik bij hoge temperatuur (H). De tweede letter geeft het nominale chroom-nikkeltype van de legering. Naarmate het nikkelgehalte stijgt verandert de tweede letter van de aanduiding. De cijfers achter de eerste twee letters geven het maximum koolstofgehalte (percentage ×100) van de legering aan. Zijn er tenslotte nog andere legeringelementen aanwezig, dan wordt dat aangeduid door toevoeging van een of meer letters aan het eind. Dus de aanduiding CF-8M heeft betrekking op een legering voor corrosievast gebruik (C) van de 19Cr- 9Ni-legering, die maximaal 0,08% koolstof bevat alsmede molybdeen (M).
Sommige van de hooggelegeerde gietlegeringen vertonen dezelfde eigenschappen als van gegoten koolstofstaal en laaggelegeerd staal. Sommige mechanische eigenschappen van deze typen (bijvoorbeeld hardheid en treksterkte) kunnen worden gewijzigd door middel van een geschikte warmtebehandeling. De gegoten hooggelegeerde typen die meer dan 20 tot 30% Cr plus Ni bevatten, vertonen daarentegen niet de faseveranderingen zoals die worden waargenomen bij koolstofstaal en laaggelegeerd staal tijdens verhitten of afkoelen tussen kamertemperatuur en het smeltpunt. Zulk materiaal is niet hardbaar en hun eigenschappen hangen af van hun samenstelling en niet van een warmtebehandeling. Er dient daarom speciale aandacht te worden geschonken aan elk type hooggelegeerd gietstaal met betrekking tot werkstukontwerp, gietmethode en opvolgende warmtebehandeling (indien gegeven).
Tabel 1. Samenstelling en typische microstructuur van corrosievast gietstaal.
| Aci aanduiding | UNS aanduiding | ASTM specificatie | C, gewenst % |
CR, gewenst % |
Ni, gewenst % |
Si(max) gewenst % |
|---|---|---|---|---|---|---|
| HA | - | A217 | Max 0,20 | 8-10 | - | 1,00 |
| HC | J92605 | A297, A608 | Max 0,50 | 26-30 | max 4 | 2,00 |
| HD | J93005 | A297, A608 | Max 0,50 | 26-30 | 4-7 | 2,00 |
| HE | J93403 | A297, A608 | 0,20 - 0,50 | 26-30 | 8-11 | 2,00 |
| HF | J92603 | A297, A608 | 0,20 - 0,40 | 19-23 | 9-12 | 2,00 |
| HH | J93503 | A297, A608, A447 | 0,20 - 0,50 | 24-28 | 11-14 | 2,00 |
| HI | J94003 | A297, A567, A608 | 0,20 - 0,50 | 26-30 | 14-18 | 2,00 |
| HK | J94224 | A297, A351, A567, A608 | 0,20 - 0,60 | 24-38 | 18-22 | 2,00 |
| HK30 | - | A351 | 0,25 - 0,35 | 23-27 | 19-22 | 1,75 |
| HK40 | - | A351 | 0,35 - 0,45 | 23-27 | 19-22 | 1,75 |
| HL | J94604 | A297, A608 | 0,20 - 0,60 | 28-32 | 18-22 | 2,00 |
| HN | J94213 | A297, A608 | 0,20 - 0,50 | 19-23 | 23-27 | 2,00 |
| HP | - | A297 | 0,35 - 0,75 | 24-28 | 33-37 | 2,00 |
| HP-50WZ | - | - | 0,45 - 0,55 | 24-28 | 33-37 | 2,50 |
| HT | J94605 | A297, A351, A567, A608 | 0,35 - 0,75 | 13-17 | 33-37 | 2,50 |
| HT30 | - | A351 | 0,25 - 0,35 | 13-17 | 33-37 | 2,50 |
| HU | - | A297, A608 | 0,35 - 0,75 | 17-21 | 37-41 | 2,50 |
| HW | - | A297, A608 | 0,35 - 0,75 | 10-14 | 58-62 | 2,50 |
| HX | - | A297, A608 | 0,35 - 0,75 | 15-19 | 64-68 | 2,50 |
Samenstellingen van C-type gietstaal
De C-typen gietstaal voor gebruik in corrosieve vloeistoffen, worden vaak geclassificeerd op basis van samenstelling, hoewel er moet worden bedacht dat classificering naar samenstelling vaak onderscheid in microstructuur met zich meebrengt. Tabel 1 geeft een lijst van samenstellingen van commercieel corrosievast gietstaal. De legeringen zijn gegroepeerd als chroom staal, chroom-nikkel staal (waarbij chroom het overheersende legeringselement is).
De bruikbaarheid van corrosievast gietstaal hangt grotendeels af van koolstof en dan met name van carbiden in de microstructuur. Om die reden bevat corrosievast gietstaal over het algemeen een laag koolstofgehalte (meestal minder dan 0,20% en soms wel minder dan 0,03%). Al het corrosievaste gietstaal bevat meer dan 11% Cr en de meesten daarnaast 1 tot 30% Ni (slechts enkelen bevatten minder dan 1% Ni). Ongeveer tweederde van de geproduceerde typen bevatten 18 tot 22% Cr en 8 tot 12% Ni. Toevoeging van nikkel aan ijzer-chroomlegeringen verbetert in het algemeen de vervormbaarheid en kerfslagsterkte. Een verhoging van het nikkelgehalte verhoogt de weerstand tegen corrosie in neutrale chlorideoplossingen en zwak oxiderende zuren. Toevoeging van molybdeen verhoogt de weerstand tegen putcorrosie in chlorideoplossingen. Het vergroot ook het passiviteitsgebied in oplossingen met oxiderende eigenschappen. Toevoeging van koper aan duplex (ferriet in austeniet) nikkel-chroomlegeringen levert legeringen die kunnen worden gehard via een uitscheidingsmechanisme. Toevoeging van koper aan enkelfasige austenitische legeringen verbetert in hoge mate hun weerstand tegen corrosie in zwavelzuur. Bij alle ijzer-chroom-nikkel roestvaste legeringen kan de weerstand tegen interkristallijne corrosie worden verhoogd door het koolstofgehalte te verlagen.
Samenstellingen van H-type gietstaal
Gietwerk wordt geclassificeerd als hittevast als ze in staat zijn om gedurende langere tijd, hetzij wisselend hetzij continu, te worden blootgesteld aan bedrijfstemperaturen die resulteren in metaaltemperaturen van meer dan 650°C. Hittevast gietwerk lijkt op hooggelegeerd corrosievast staal met uitzondering van hun hogere koolstofgehalte, waardoor het hogere sterkte bezit bij verhoogde temperatuur. Het hogere koolstofgehalte en, in mindere mate de samenstellingstrajecten onderscheiden hittevast gietstaal van zijn kneed tegenhangers. Tabel 2 geeft een samenvatting van de samenstellingen van standaard hittevaste gietlegeringen en drie typevariaties (HK30, HK40 en HT30) zoals gespecificeerd in ASTM A 351 voor onderdelen onder druk bij verhoogde temperatuur en in corrosieve milieus. De drie hoofdcategorieën H-type gietstaal, gebaseerd op samenstelling, zijn ijzer-chroomlegeringen, ijzerchroom- nikkellegeringen en ijzer-nikkel-chroomlegeringen.