Proszek ze stali nierdzewnej 304l

Przegląd

Proszek ze stali nierdzewnej 304L to austenityczny proszek chromowo-niklowej stali nierdzewnej o niskiej zawartości węgla. Oferuje doskonałą odporność na korozję, dobrą formowalność i spawalność oraz jest szeroko stosowany w metalurgii proszków.

Litera "L" oznacza niższą zawartość węgla w porównaniu ze standardowym gatunkiem 304. Niska zawartość węgla minimalizuje wytrącanie węglików i maksymalizuje odporność na korozję. Metalurgia proszków 304L zapewnia opłacalną alternatywę dla 316L w zastosowaniach niekrytycznych, które nie wymagają stopu molibdenu.

Niniejszy artykuł zawiera dogłębne spojrzenie na proszek ze stali nierdzewnej 304L obejmujący skład, właściwości, przetwarzanie, zastosowania, specyfikacje, dostawców, koszty i inne szczegóły techniczne.

Skład

Nominalny skład proszku ze stali nierdzewnej 304L podano poniżej:

Tabela: Typowy skład proszku ze stali nierdzewnej 304L

Element	Waga %
Chrom (Cr)	18-20
Nikiel (Ni)	8-10.5
Mangan (Mn)	<2
Krzem (Si)	<1
Węgiel (C)	<0.03
Siarka (S)	<0.03
Fosfor (P)	<0.045
Azot (N)	<0.1
Żelazo (Fe)	Równowaga

 

Chrom i nikiel są głównymi pierwiastkami stopowymi. Chrom zapewnia odporność na korozję i utlenianie. Nikiel zwiększa plastyczność, wytrzymałość i spawalność.

Mangan i krzem zwiększają wytrzymałość. Węgiel jest utrzymywany na bardzo niskim poziomie, aby zapewnić optymalną odporność na korozję. Siarka, fosfor i azot to zanieczyszczenia, które są zminimalizowane.

Właściwości

Poniżej przedstawiono kluczowe właściwości proszku ze stali nierdzewnej 304L w stanie wyżarzonym:

Tabela: Właściwości proszku ze stali nierdzewnej 304L

Nieruchomość	Wartość
Gęstość	7,9-8,1 g/cm3
Ostateczna wytrzymałość na rozciąganie	505-620 MPa
Wytrzymałość na rozciąganie	205-275 MPa
Wydłużenie	≥40%
Twardość	≤92 HRB
Moduł sprężystości	190-210 GPa
Temperatura topnienia	1400-1450°C
Przewodność cieplna	16 W/m-K
Rezystywność elektryczna	0,072 μΩ-cm

 

Połączenie tych właściwości sprawia, że stal 304L jest bardzo przydatna w szerokim zakresie zastosowań. Mikrostruktura austenityczna zapewnia ciągliwość, wytrzymałość i niemagnetyczność. 304L ma doskonałą odporność na korozję porównywalną ze stalą nierdzewną 316L.

Wybierając proszek o bardzo niskiej zawartości węgla, można uniknąć wytrącania węglików, aby zmaksymalizować odporność na korozję w krytycznych zastosowaniach. Wytrzymałość i twardość można zwiększyć poprzez obróbkę na zimno.

Zastosowania

Typowe zastosowania proszku ze stali nierdzewnej 304L obejmują:

• Sprzęt do przetwarzania żywności
• Oprzyrządowanie farmaceutyczne
• Elementy instalacji chemicznych
• Panele architektoniczne, balustrady
• Instrumenty medyczne i implanty
• Osprzęt morski, okucia, elementy złączne
• Produkty konsumenckie, urządzenia
• Części mechaniczne z metalurgii proszków
• Proszki do druku 3D

304L zapewnia ekonomiczną odporność na korozję w porównaniu do 316L, gdy stop molibdenu nie jest potrzebny w środowiskach silnie korozyjnych. Doskonała polerowalność i właściwości niemagnetyczne sprawiają, że 304L nadaje się również do okładzin architektonicznych i komponentów sprzętowych.

Metalurgia proszków jest powszechnie stosowana do produkcji małych precyzyjnych części z 304L w dużych ilościach w porównaniu do obróbki skrawaniem. Produkcja addytywna wykorzystuje proszek 304L do prototypów, oprzyrządowania i komponentów końcowych w różnych branżach.

Produkcja proszków

Proszek ze stali nierdzewnej 304L jest wytwarzany komercyjnie w procesach atomizacji gazowej lub wodnej.

W atomizacja gazuStrumień gazu obojętnego pod wysokim ciśnieniem rozbija stopiony metal na drobne kropelki, tworząc sferyczne proszki idealne do produkcji dodatków i MIM. Rozkład wielkości cząstek jest kontrolowany przez parametry procesu.

Rozpylanie wody wykorzystuje strumienie wody pod wysokim ciśnieniem do rozbicia strumienia metalu na drobne cząstki. Generuje to nieregularne, satelitarne kształty cząstek. Proszek wymaga obróbki końcowej w przypadku produkcji addytywnej.

Atomizacja plazmowa jest czasami używany do produkcji bardzo kulistych, czystych proszków z metalowego strumienia plazmy w kontrolowanej atmosferze obojętnej. Zapewnia to wysoką czystość i płynność.

Specyfikacja proszku

Proszek ze stali nierdzewnej 304L jest dostępny w handlu w różnych zakresach rozmiarów, morfologii i poziomów jakości. Poniżej przedstawiono niektóre typowe specyfikacje proszku:

Tabela: Specyfikacja proszku ze stali nierdzewnej 304L

Atrybut	Szczegóły
Rozmiary cząstek	15-45 μm, 10-100 μm
Morfologia	Kulisty, nieregularny
Gęstość pozorna	2,5-4,5 g/cm3
Gęstość kranu	4-5 g/cm3
Natężenie przepływu w hali	<30 s/50g
Czystość	>99,5%
Zawartość tlenu	<2000 ppm
Zawartość wilgoci	<0,2%

 

Mniejsze rozmiary cząstek poniżej 45 μm są preferowane do wychwytywania drobnych elementów w produkcji addytywnej. Sferyczne cząstki zapewniają dobrą płynność. Gęstość pozorna koreluje z wydajnością upakowania proszku.

Wysoka czystość, niska zawartość tlenu i kontrolowany poziom wilgotności zapewniają wysoką jakość spieku. Proszek rozpylany gazowo oferuje najlepsze specyfikacje dla krytycznych zastosowań.

Standardy i oceny

Proszek ze stali nierdzewnej 304L spełnia następujące normy:

• ASTM A240 - Norma dla płyt, blach i taśm ze stali nierdzewnej chromowej i chromowo-niklowej
• ASTM A313 - Norma dla drutu sprężynowego ze stali nierdzewnej
• ASTM A314 - Norma dla giętego drutu ze stali nierdzewnej
• AMS 5501 - Pręty, drut, odkuwki i rury ze stali nierdzewnej o niskiej zawartości węgla
• AMS 5647 - Proszek ze stali nierdzewnej, rozpylany, 304L

Równoważne stopnie obejmują:

• UNS S30403
• Werkstoff nr 1.4306
• SUS 304L
• SS2348

Proszek może być dostarczany zgodnie ze specyfikacjami ASTM lub niestandardowym składem do określonych zastosowań. Proszki o bardzo niskiej zawartości węgla i proszki prasowane pojedynczo zapewniają optymalne właściwości.

Analiza kosztów

Proszek ze stali nierdzewnej 304L kosztuje od $15-30 za kg dla materiału rozpylanego gazem. Proszek rozpylany wodą jest tańszy i kosztuje $8-15/kg, ale ma mniejszą sferyczność.

Ceny różnią się w zależności od wielkości zamówienia, zakresu wielkości cząstek, morfologii proszku, poziomu czystości oraz marży producenta/dystrybutora.

W przypadku gotowych części, 304L stanowi 30-60% kosztów komponentów MIM, w zależności od rozmiaru i złożoności części. Małe części w dużych ilościach mają niższy udział w kosztach materiałów.

Przechowywanie i obsługa proszków

Aby zapobiec zanieczyszczeniu i zachować właściwości proszku, proszek ze stali nierdzewnej 304L powinien być przechowywany i obsługiwany w następujący sposób:

• Przechowywać w szczelnie zamkniętych pojemnikach w chłodnym i suchym miejscu.
• Aby zapobiec gromadzeniu się wilgoci, należy stosować przedmuchiwanie gazem obojętnym lub próżnię.
• Przechowywać z dala od iskier, płomieni i źródeł zapłonu
• Uziemienie wszystkich urządzeń do przenoszenia i przesyłania proszków
• Unikać kontaktu z zanieczyszczeniami, takimi jak olej, smar, farby itp.
• Podczas pracy z proszkiem należy używać środków ochrony indywidualnej - maski, rękawic i okularów ochronnych.

Rozsypany proszek należy niezwłocznie usunąć przy użyciu nieiskrzących narzędzi i odkurzacza HEPA. Proszki są umiarkowanie wrażliwe na wilgoć i powietrze. Właściwe przechowywanie jest kluczowe.

Formowanie wtryskowe metali

304L jest szeroko stosowany do formowania wtryskowego małych, złożonych części z wykorzystaniem metalurgii proszków. Kluczowe kwestie obejmują:

• Surowiec: 60-68% ładowanie proszku z wieloskładnikowym systemem wiążącym
• Formowanie: Duży rozmiar wtrysku, duża prędkość wtrysku, wysokie ciśnienie utrzymywania
• Debinding: Wiązanie rozpuszczalnikiem, a następnie wiązanie termiczne
• Spiekanie: 1350-1400°C w atmosferze wodoru lub próżni
• Operacje dodatkowe: Obróbka skrawaniem, znakowanie laserowe, pasywacja, elektropolerowanie

Biura usług MIM ustaliły najlepsze praktyki dla wysokowydajnych części 304L o właściwościach spiekanych zbliżonych do materiału kutego.

Projektowanie dla AM

W przypadku produkcji addytywnej z wykorzystaniem proszku ze stali nierdzewnej 304L, kluczowe wytyczne projektowe obejmują:

• Utrzymanie grubości ścianki powyżej 1 mm
• Używaj geometrii samonośnych o kątach powyżej 45°.
• Zawiera otwory spustowe do usuwania nierozpuszczonego proszku
• Obserwacja wpływu orientacji budynku na właściwości
• Uwzględnienie skurczu 20-25% podczas projektowania części współpracujących
• Uwzględnij naddatki na obróbkę wynoszące 0,5-1 mm dla pasowań krytycznych
• Redukcja nawisów, mostów, drobnych detali wymagających podpór

Kontrola jakości

Testy kontroli jakości przeprowadzone na proszku ze stali nierdzewnej 304L obejmują:

• Analiza chemiczna - ICP i OES w celu weryfikacji składu
• Analiza wielkości cząstek - Analizator wielkości cząstek metodą dyfrakcji laserowej
• Morfologia proszku - obrazowanie SEM przy dużych powiększeniach
• Gęstość pozorna i gęstość kranowa - metoda przepływomierza Halla
• Natężenie przepływu proszku - metoda lejkowa z przepływomierzem Halla
• Strata przy zapłonie - piec grawitacyjny ASTM E sin
• Analiza wilgotności - miareczkowanie Karla Fischera, analiza LECO

W przypadku spiekanych części MIM testowanie obejmuje:

• Tolerancje wymiarowe - kontrola CMM
• Gęstość - metoda Archimedesa
• Mikrostruktura - mikroskopia optyczna, analiza obrazu
• Testy mechaniczne - twardość, rozciąganie, zmęczenie, udar Charpy'ego

Zdrowie i bezpieczeństwo

Podobnie jak większość proszków i części ze stali nierdzewnej, 304L stanowi niewielkie zagrożenie dla zdrowia przy prawidłowej obsłudze:

• Podczas pracy z proszkiem należy nosić środki ochrony indywidualnej - maskę, rękawice, okulary ochronne.
• Unikać kontaktu ze skórą, aby zapobiec uczuleniu
• Do usuwania pyłu i proszku należy używać odkurzacza z filtrem HEPA.
• Unikać wdychania oparów spawalniczych lub powstających podczas topienia.
• Utylizować zgodnie z lokalnymi przepisami ochrony środowiska
• W przypadku szlifowania lub obróbki części spiekanych należy zapewnić odpowiednią wentylację i ochronę dróg oddechowych.

W przypadku 304L nie są wymagane żadne specjalne środki ostrożności dotyczące utylizacji. Dzięki odpowiednim procedurom stanowi minimalne zagrożenie dla pracowników i środowiska.

FAQ

1. Jaka jest różnica między proszkiem ze stali nierdzewnej 304 i 304L?

   304L ma niższą zawartość węgla (<0,03%) niż 304 (<0,08%), co zapewnia lepszą odporność na korozję, zwłaszcza podczas spawania. 304 jest bardziej powszechny.

2. Czy proszek 304L wymaga kontrolowanej atmosfery?

   Niekoniecznie, ale przechowywanie w szczelnych pojemnikach z gazem obojętnym zapobiega utlenianiu i zanieczyszczeniu.

3. Jaki rozmiar cząstek jest najlepszy dla AM?

   15-45 mikronów jest typowe dla fuzji w złożu proszkowym AM, aby zapewnić dobry przepływ i wysoką rozdzielczość. Stosowane są również większe rozmiary od 45-100 mikronów.

4. Czy 304L jest używany do drukowania 3D z metalu?

   Tak, 304L jest szeroko stosowany w druku 3D ze złożem proszkowym i ukierunkowanym osadzaniem energii do tworzenia prototypów, oprzyrządowania i części końcowych.

5. Co powoduje, że proszek utlenia się i traci przydatność do ponownego użycia?

   Ekspozycja na powietrze/wilgoć powoduje utlenianie powierzchni. Prawidłowe przechowywanie w szczelnym zamknięciu ze środkiem osuszającym i pochłaniaczami tlenu zapobiega temu zjawisku.

6. Czy 304L wymaga wyżarzania w roztworze po spiekaniu laserowym?

   Tak, odprężanie w temperaturze 1050-1150°C i szybkie chłodzenie pomaga przywrócić plastyczność i wytrzymałość po szybkim zestaleniu.

7. Jakiego wykończenia można oczekiwać od spiekanych części MIM 304L?

   Początkowo około Ra 3-6 mikronów. Polerowanie i trawienie może osiągnąć poniżej 0,5 mikrona. Powłoka galwaniczna również zapewnia gładkie wykończenie.

8. Jaką tolerancję można uzyskać w przypadku części 304L MIM?

   ±0,1-0,3% jest typowe, ale tolerancje poniżej ±0,1% są możliwe dla komponentów o wysokiej precyzji.

9. Dlaczego stal nierdzewna 304L jest lepsza od stali nierdzewnej 304?

   Niższa zawartość węgla zapewnia 304L lepszą odporność na korozję, szczególnie w przypadku spawów, zmniejszając uczulenie. Stał się on dominującym gatunkiem.

10. Jaki jest koszt 304L w porównaniu z 304 w proszku?

    Zazwyczaj 10-30% jest droższy niż 304L ze względu na niższy skład węgla. Cena zależy również od zamówionej ilości.