Kobberens rolle i forbedring af korrosionsbestandighed af rustfrit stål

Roll af kobber i rustfrit stål

 

 

Kobber er normalt kun til stede i rustfrit stål som et resterende element. Kobber tilsættes imidlertid til udvalgte legeringer for at forbedre korrosionsmodstanden for specifikke legeringer, især i havvand og svovlsyreopløsninger.

 

I mange år blev kobber betragtet som et skadeligt element i stålproduktion. Det var forbundet med "varm bitthed" og var smeltet ved de temperaturer, der blev brugt til smedning og rulle, hvilket fik genstande til at bryde under behandlingen. For at forhindre, at kobber blev introduceret som et omstrejfende element, blev der normalt taget stor omhu til separate kobberholdige dele fra de store mængder skrot, der blev anvendt i stålproduktion.

 

På trods af disse historiske bekymringer er kobber mere udbredt i støbning af rustfrit stål, delvis fordi det er forbundet med god "støbbarhed", det smeltede metals evne til at strømme gennem formen og opnå en god støbning. Sagen om, at kobber er positivt for støbning, og et negativt for varmt arbejde er langt mindre sikkert, end anekdotisk bevis vil antyde, at da meget større mængder kobber er blevet brugt som et forsætligt tilføjet legeringselement. De positive effekter af kobber på korrosionsbestandighed i specifikke miljøer er imidlertid meget mere klare.

 

Kobber har vist sig at forbedre rustfrit stål, især i havvand og svovlsyremiljøer.

Rustfrit stål skylder sin korrosionsmodstand over for den meget stabile passive film, der dannes på dens overflade, når den udsættes for et iltholdigt miljø. Imidlertid initieres pittingskorrosion ofte på eller i nærheden af sulfidindeslutninger tæt på overfladen.

 

Svovl tilsættes ikke med vilje til stål (undtagen for visse fritskærende stål), fordi det kan forårsage problemer under bearbejdning. Hvis det er til stede i store mængder, kan det føre til varm kløft. Derfor tilsættes mangan ofte for at kombinere med svovl for at danne mangansulfidindeslutninger. Så længe de er til stede i små mængder og fint spredt, er virkningen på mekaniske egenskaber begrænset. Hvis de er til stede i større mængder, kan de justeres langs rullende eller smedningsretningen, hvilket resulterer i dårlig påvirkningssejhed i tværretningen.

 

Med hensyn til korrosionsmodstand vil eventuelle indeslutninger, der er til stede på den udsatte overflade af en rustfri stålkomponent, ikke tillade et stabilt lag med kromoxid at danne der. Dette bliver et ideelt sted til at slå korrosionsinitiering, som hurtigt kan danne en grop, hvor inkluderingen engang eksisterede.

 

Tilføjelse af kobber til rustfrit stål har en interessant fordelagtig effekt på disse inklusionsinitierede pitting-korrosionssteder. Opløsningen af kobber ved overfladen fører til nedbør af uopløseligt kobbersulfid (Cu2S) forbindelser. Dette forhindrer igen svovlarterne i at adsorbere på overfladen af stålet og derved hæmme yderligere pitvækst. På en måde giver kobberen en selvhelende virkning til rustfrit stål, hvilket ikke forhindrer, at pittingskorrosion initierer på svage punkter i det passive lag, men det bremser eller stopper yderligere korrosion på disse punkter, hvilket forhindrer mere skadelig korrosion.

 

Ud over ovennævnte mekanismer menes kobber også at danne et yderligere beskyttende lag (passivt lag) på den rustfrie ståloverflade i de tidligere beskrevne opløsninger. Kobbersulfider kan eksistere mere stabilt end jern- eller nikkelsulfider. Derfor er det blevet foreslået, at kobbersulfidlaget kan supplere det vigtigste kromoxid -passive lag.

 

Ferralium 255 (F61, 1,45 0 7, UNS S32550) er måske det bedste eksempel på øgede kobbertilsætninger. Som den originale Super Duplex rustfrit stål giver den forbedret korrosionsbestandighed i mere end 50 år i de mest alvorlige miljøer. Det blev udviklet ud fra en kobberholdig støbningskvalitet, en af grundene til at være støbbarhed, og den nye smedform bevarer kobberindholdet på ca. 2,0% for at opnå overlegen korrosionsbestandighed i havvand og svovlsyre.

 

Alloy 2 0 (2.4660, UNS N08220, AL20, C20, CN7M) er en højlegeringsnikkelkvalitet, der er nævnt som en anden legering, der specifikt bruger kobbertilsætninger til at forbedre korrosionsmodstand i svovlsyre, med kobberindhold, der spænder mellem 3. 0-4. 0%.

 

Kobber bruges også i lavere carbon i rustfrit stål, såsom 316CU (en variant af legering 316, UNS S31603) og 204CU (en lavere omkostningsvariant af legering 304L) for at tilvejebringe forbedringer i korrosionsbestandighed.