Roestvrij staal Smeden Gids: Top 3 soorten uitgelegd

Roestvast staal is een soort hooggelegeerd staal met een laag koolstofgehalte (meestal niet meer dan 0,4% in massa) en verschillende legeringselementen (met een massafractie legeringselementen groter dan 13%).

Roestvast staal wordt op basis van de matrixstructuur onderverdeeld in ferritisch roestvast staal, austenitisch roestvast staal en martensitisch roestvast staal. Roestvrij staal heeft een hoge vervormingsweerstand, een laag warmtegeleidingsvermogen, een sterke gevoeligheid voor oververhitting en een slechte smeedbaarheid.

Smeden van ferritisch roestvast staal

Ferritisch roestvast staal bevat een kleine hoeveelheid koolstof, met een chroommassafractie van 16% tot 30% (zoals 20Cr13, 10Cr17, enz.). Dit type staal ondergaat geen structurele transformatie tijdens het verwarmen en afkoelen en kan geen warmtebehandelingsmethoden gebruiken om de sterkte te verbeteren of de korrels te verfijnen, alleen smeedmethoden kunnen korrels verfijnen. De herkristallisatietemperatuur is laag, de herkristallisatiesnelheid is snel, korrels hebben de neiging te groeien tijdens verhitting en de smeedbaarheid is slecht. De belangrijkste punten van het smeedproces van ferritisch roestvast staal zijn als volgt:

1) De korrel van ferritisch roestvast staal begint te groeien bij 600°C. Om korrelverkleining tijdens het verhittingsproces te voorkomen, mag de verhittingstemperatuur niet te hoog zijn en de wachttijd niet te lang. De algemeen gebruikte initiële smeedtemperatuur is 1100 tot 1150 °C en de verwarmingstemperatuur van de laatste brand mag niet hoger zijn dan 1000 °C. Om de verblijftijd van de billet bij hoge temperaturen te verkorten, moet deze na langzaam verwarmen tot 760 °C snel worden verhit tot de oorspronkelijke smeedtemperatuur.

2) Aangezien ferritisch roestvast staal geen warmtebehandelingsmethoden kan gebruiken om korrels te verfijnen, moet het volledig worden gesmeed tijdens het smeden om de korrels te verfijnen en voldoende vervorming en uniforme vervorming te garanderen. De vervorming van de laatste brand moet groter zijn dan 12% tot 20%. De uiteindelijke smeedtemperatuur moet lager zijn dan 800°C om te voorkomen dat de verfijnde korrels opnieuw samenklonteren. Om echter werkverharding door een te lage eindsmeedtemperatuur te voorkomen, mag de eindsmeedtemperatuur niet lager zijn dan 750 °C.

3) Na het smeden moet het aan de lucht gekoeld worden om snel door de brosheidszone van 475°C te gaan. Een kortstondig gloeien boven 550°C (meestal 700 tot 800°C) kan het verbrokkelde roestvast staal terugbrengen in zijn oorspronkelijke niet-brosse staat.

Smeden van austenitisch roestvast staal

De koolstofmassafractie van austenitisch roestvast staal is minder dan 0,25%, de chroommassafractie is 17% tot 19% en de nikkelmassafractie is 8% tot 18%, zoals 12Cr18Ni9, 17Cr18Ni9, enz. Austenitisch roestvast staal ondergaat geen structurele transformatie bij afkoeling, noch kan het warmtebehandelingsmethoden gebruiken om de sterkte te verhogen en de korrels te verfijnen, alleen thermische smeedvervorming en herkristallisatie kunnen worden uitgevoerd. Austenitisch roestvast staal heeft de neiging om korrels te laten groeien bij hoge temperaturen, maar de neiging om te groeien is niet zo sterk als die van ferritisch roestvast staal.

De verwarmingsspecificaties voor austenitisch roestvast staal zijn vergelijkbaar met die voor ferritisch staal, waarbij de initiële smeedtemperatuur over het algemeen 1150 tot 1180 °C bedraagt en de uiteindelijke smeedtemperatuur niet lager mag zijn dan 850 °C. Anders verhoogt het neerslaan van carbiden in de structuur de vervormingsweerstand, waardoor het smeden vatbaar wordt voor barsten.

 De belangrijkste punten van het smeden van austenitisch roestvast staal zijn als volgt:

1) Vermijd carbonisatie tijdens verhitting. Koolstof en chroom vormen gemakkelijk chroomcarbideverbindingen op de korrelgrenzen, waardoor het chroomgehalte in de matrix nabij de korrelgrenzen afneemt en de gevoeligheid van het staal voor interkristallijne corrosie toeneemt. Verhitting moet gebeuren in een zwak oxiderende atmosfeer.

2) Begin bij het smeden van stalen staven met licht persen. Pas als de vervorming van de stalen staaf 30% bereikt, kan er zwaar worden geperst. Tijdens het smeden moet de staaf in één richting worden toegevoerd om herhaald hameren op één plek te voorkomen, wat het ontstaan van centrale kruisscheuren voorkomt.

3) De smeedverhouding voor staalblokken ligt tussen 4 en 6 en voor knuppels tussen 2 en 4, afhankelijk van de korrelgrootte van de grondstof. De korrelgrootte van austenitisch roestvast staal heeft een grote invloed op de corrosiebestendigheid van het staal. Om een fijne korrelstructuur te verkrijgen, moet je ervoor zorgen dat de laatste warmte een voldoende hoge smeedratio heeft, met een vervormingsgraad die groter is dan de kritische vervormingsgraad voor herkristallisatie.

4) Uniforme vervorming is vereist tijdens het vervormingsproces om een meer uniforme korrelstructuur te verkrijgen. De volgende maatregelen kunnen worden overwogen voor smeedstukken van ronde schijven:

• Gebruik een glad platform en aambeeldoppervlak, smeer indien nodig;
• Verwarm het plateau en het aambeeld voor op 150 tot 450°C;
• Voeg koolstofstalen pads toe aan beide uiteinden van de schijf;
• Gebruik stapelsmeden;
• Pas intermitterende compressie toe tijdens de vervorming;
• Gebruik een omhulsel om op te breken.

5) Austenitisch roestvast staal heeft een bijzonder grote krimpsnelheid. Als het smeedstuk zijn definitieve vorm heeft, moet een grotere krimpsnelheid (1,5% tot 1,7%) worden overwogen om te vermijden dat het gesmede stuk na afkoeling wordt afgedankt omdat het onvoldoende afmetingen heeft.

6) Luchtkoeling na smeden. Austenitisch roestvast staal kan na het smeden luchtgekoeld, putgekoeld of zandgekoeld worden.

7) Om de tijdens het smeed- en luchtkoelproces neergeslagen carbiden weer in het austeniet op te lossen en een uniforme en enkelvoudige austenitische structuur bij kamertemperatuur te verkrijgen, moet roestvast staal een oplossingsbehandeling ondergaan, d.w.z. verhitten en vasthouden bij 1020 tot 1050°C, daarna afkoelen in water. De temperatuur mag niet te hoog zijn en de wachttijd mag niet te lang zijn om korrelgroei te voorkomen.

3. Smeden van martensitisch roestvast staal

Martensitisch roestvast staal heeft een koolstofmassafractie van 0,1% tot 4% en een chroommassafractie van ongeveer 12% tot 14%, zoals 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13, enz. Dit type staal is austenitisch bij hoge temperaturen en verandert in martensitische structuur bij afkoeling tot kamertemperatuur. Het heeft een hogere hardheid dan ferritisch en austenitisch roestvast staal en de korrelgrootte kan worden verfijnd en de mechanische eigenschappen verbeterd door warmtebehandeling.

De verwarmingstemperatuur voor martensitisch roestvast staal mag niet te hoog zijn, omdat een te hoge temperatuur kan leiden tot de vorming van δ-ferriet, waardoor de plasticiteit van het staal afneemt. De initiële smeedtemperatuur is meestal 1100 tot 1150°C. Dit type staal heeft een slechte warmtegeleiding en snelle verhitting kan gemakkelijk scheuren veroorzaken. Daarom moet het langzaam worden verhit voordat het 850°C bereikt, en pas als de plasticiteit verbeterd is, kan het snel worden verhit tot de aanvankelijke smeedtemperatuur.

Dit type staal is een eenfasige austenitische structuur bij hoge temperaturen en er zijn geen speciale moeilijkheden bij het smeden, maar zware slagen moeten worden vermeden in het bereik van 900 tot 950°C om versplintering te voorkomen. De vervormingsgraad van de laatste brand heeft ook geen speciale vereisten en de uiteindelijke smeedtemperatuur ligt meestal rond de 900°C.

Als dit type staal na het smeden wordt afgekoeld in lucht, zal het onmiddellijk veranderen in een martensitische structuur. Er zijn aanzienlijke thermische spanningen, smeedrestspanningen en structurele spanningen in het gesmede stuk, wat gemakkelijk kan leiden tot scheuren in het oppervlak. Daarom moet het na het smeden langzaam worden afgekoeld in heet zand of in een oven en tijdig worden gegloeid om interne spanningen te elimineren en de hardheid te verminderen, zodat het gemakkelijker te bewerken is.