INVLOEDEN VAN LEGERINGSELEMENTEN
Om betere materiaaleigenschappen te krijgen voegt men tijdens het smeltproces van een metaal een kleine hoeveelheid van één of meerdere andere metalen toe waarvan de atomen kleiner of groter zijn. Hierdoor wordt het verschuiven van de ionen bemoeilijkt en krijgt men samen met andere legeringselementen een legering dat bijvoorbeeld sterker, harder en minder buigzaam is dan het zuiver metaal.
Staal bestaat uit ijzer en koolstof. Om het beter bestand te maken tegen corrosie(roesten) voegt men chroom toe. Hierdoor wordt het materiaal weer te bros en wordt er nikkel toegevoegd en zo ontstaat er roestvast staal. Door aantasting van zouten en of chloriden kan dit roestvast staal op termijn toch gaan corroderen. Om dit tegen te gaan wordt er molybdeen toegevoegd. De aanwezigheid van koolstof geeft ook corrosieproblemen. Hiervoor wordt titanium toegevoegd.
Een bepaald type roestvast staal, ook wel roestvrij staal genoemd, bestaat uiteindelijk uit bijvoorbeeld ijzer en chroom, nikkel en of mangaan, molybdeen, vanadium en titanium.
Staal wordt gedefinieerd als een legering met minimaal 50% ijzer (Fe) en waaraan legeringselementen zijn toegevoegd om de gewenste eigenschappen in de eindtoestand te verkrijgen. De invloed van diverse legeringselementen op de eigenschappen van roestvast staal zijn in het onderstaand overzicht aangegeven.
Koolstof (C)
Verhoogt de hardheid en mechanische eigenschappen. In austenitisch en ferritisch roestvast staal is een hoog koolstofgehalte ongewenst in verband met het gevaar voor het optreden van carbide-precipitatie. Het koostof % wordt dan ook beperkt tot max. 0,08%
Chroom (Cr)
Verhoogt de oxidatiebestendigheid. Minimaal 12 % chroom nodig om een passieve oppervlaktelaag te verkrijgen, die een goede bestendigheid geeft tegen algemene corrosie. Chroom zorgt tezamen met het koolstof voor een goede harding.
Nikkel (Ni)
Verhoogt samen met chroom de corrosie- en hittebestendigheid. Maakt het materiaal minder bros. Het verhoogt de oxidatietemperatuur en de kerfslagwaarde bij lage temperaturen.
Austenitisch roestvaststaal wordt verkregen als het nikkelgehalte meer dan 8% is en het chroomgehalte meer dan 12% is. Dit materiaal heeft zowel bij hoge als lage temperatuur een hoge sterkte en kerfslagwaarde.
Titaan of Titanium (Ti)
Stabiliseert de uitscheiding van koolstof en verlaagt de kans op interkristallijne corrosie. Titaan is een sterkere carbidevormer dan chroom zodat bij voorkeur titaan-carbiden gevormd zullen worden.
Titaancarbiden vormen zich in een matrix (homogene precipitatie) dit in tegenstelling tot chroomcarbiden, die zich op de kristalgrenzen afzetten en chroomarme gebieden rondom de kristalgrenzen veroorzaakt. Dit verhoogt de kans op interkristallijne corrosie.
Molybdeen (Mo)
Verhoogt de weerstand tegen put- en spleetcorrosie.
Mangaan (Mn)
Verbeterd de vervormingseigenschappen bij hoge temperaturen.
Verhoogt de sterkte en breuktaaiheid. Verbeterd de hardingseigenschappen.
Het is een sterke austenietvormer en wordt toegepast als vervanger van nikkel in de AISI 200 serie.
Fosfor (P)
In roestvast staal wordt het als een ongewenst element (verontreiniging) gezien. Bij laag gelegeerde staalsoorten verbetert het de verspaanbaarheid, sterkte en corrosiebestendigheid.
Kobalt (Co)
Het is aanwezig als bijmengsel in het nikkel, dat bij de staalfabricage wordt gebruikt.
Koper (Cu)
Het is aanwezig als begeleidingselement. Het kan worden gebruikt om precipitatieharding te verkrijgen.
Niobium (Nb)
Niobium heeft dezelfde invloed op de uitscheiding van carbiden in roestvast staal als titaan. Het is echter een krachtiger carbidevormer dan titaan.
Seleen (Se)
Verbetert de verspaanbaarheid van roestvast staal.
Silicium (Si)
Wordt bij de staalfabricage gebruikt als desoxidatiemiddel, daardoor is er altijd een kleine hoeveel aanwezig in het roestvast staal. Silicium verhoogt de hardheid van de ferritische fase in staal.
Stikstof (N)
Het verhoogt in austenitisch roestvast staal de stabiliteit van de austeniet. Het verhoogt de mechanische eigenschappen aanzienlijk. Het heeft een gunstige uitwerking op de bestendigheid tegen putvormige aantasting.
Tantaal (Ta)
In chemisch op zicht is tantaal vergelijkbaar met niobium.
Zwavel (S)
Het wordt evenals fosfor gezien als een verontreinigend element. Vanuit corrosieoogpunt moet het zwavelgehalte zo laag mogelijk zijn. Om een lasbaarheid te garanderen is een zeker zwavelgehalte echter noodzakelijk. Bij het lassen en deformeren op hoge temperatuur wordt echter de gevoeligheid voor warmscheuren groter. Door toevoeging van mangaan, dat met zwavel mangaansulfide vormt, wordt de gevoeligheid voor warmscheuren verlaagd.
