Waarom heeft roestvast staal zulke unieke fysische eigenschappen en hoe beïnvloeden ze het gebruik ervan in verschillende industrieën? In dit artikel worden de belangrijkste fysische eigenschappen van roestvast staal onderzocht, zoals warmtegeleiding, thermische uitzetting, weerstand, magnetisme en dichtheid. Inzicht in deze eigenschappen helpt ingenieurs en fabrikanten weloverwogen beslissingen te nemen bij het selecteren van materialen voor verschillende toepassingen, zodat ze optimale prestaties en een lange levensduur kunnen garanderen. Duik in de fascinerende wereld van roestvrij staal en ontdek wat dit materiaal onmisbaar maakt in de moderne technologie en industrie.
Roestvast staal is een term die gebruikt wordt om staal aan te duiden dat bestand is tegen corrosie door zwakke zuren zoals lucht, stoom en water, of dat een roestvaste eigenschap heeft.
Roestvrij staal heeft een geschiedenis van meer dan 100 jaar sinds het werd gemaakt.
De uitvinding van roestvrij staal is een belangrijke mijlpaal in de wereld van de metallurgie.
De ontwikkeling van roestvrij staal heeft een cruciale rol gespeeld in de ontwikkeling van moderne industrieën en technologische vooruitgang.
Roestvrij staal heeft unieke fysische eigenschappen in vergelijking met andere materialen, zoals warmtegeleiding, thermische uitzetting, weerstand, magnetisme en dichtheid.
Het is algemeen bekend dat de warmteoverdracht van roestvast staal langzamer is in vergelijking met andere materialen, zoals wordt aangetoond in tabel 1. De warmtegeleidingscoëfficiënt van roestvast staal is bijvoorbeeld 1/8 en 1/13 voor SUS304in vergelijking met aluminium. In vergelijking met koolstofstaal is het respectievelijk 1/2 en 1/4, wat wijst op een lage thermische geleidbaarheid van roestvast staal.
Deze slechte warmtegeleiding vormt een uitdaging tijdens het gloeien proces van roestvrij staal. Roestvast staal is een legering van ijzer waaraan Cr en Ni zijn toegevoegd.
Waarom is de warmteoverdracht in roestvrij staal dan slechter dan in ijzer? Simpel gezegd belemmert de toevoeging van Cr en Ni de activiteit van vrije elektronen in het metaalkristal, die warmte geleiden (elektronische warmtegeleiding). De activiteit van deze vrije elektronen wordt beïnvloed door de temperatuur en is dus ook gerelateerd aan roosterwarmtegeleiding, waarbij atomen onregelmatig, elastisch en golvend trillen en warmte geleidelijk geleiden in het rooster.
Het is vermeldenswaard dat de thermische geleidbaarheid van roestvast staal verandert met de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur, hoe groter de warmtegeleiding, vooral bij hooggelegeerd staal zoals roestvast staal.
Thermische uitzetting is het fenomeen waarbij de lengte van een materiaal toeneemt met dL wanneer de temperatuur toeneemt met dT, gegeven een begintemperatuur T en lengte L. De lineaire uitzettingscoëfficiënt (a) kan worden uitgedrukt als:
a = (1/L) * (dL/dT)
Voor een isotroop massief staal is de volume-uitzettingscoëfficiënt (b) gelijk aan 3 keer de lineaire uitzettingscoëfficiënt, of b = 3a.
Tabel 1 toont de lineaire uitzettingscoëfficiënten van verschillende materialen. Vergeleken met koolstofstaal heeft SUS304 een grotere lineaire uitzettingscoëfficiënt, terwijl SUS430 een kleinere lineaire uitzettingscoëfficiënt heeft. Bovendien hebben aluminium en koper grotere uitzettingscoëfficiënten dan roestvast staal.
Tabel 1 Warmtegeleidingscoëfficiënt en lineaire uitzettingscoëfficiënt van verschillende materialen bij kamertemperatuur
| Materiaal | Warmtegeleidingsvermogen （W/m℃）×102 | Lineaire uitzettingscoëfficiënt (× 10)-6） |
| Zilver Koper Aluminium Chroom Nikkel IJzer Koolstofstaal SUS430 SUS304 | 4.12 3.71 1.95 0.96 0.84 0.79 0.58 0.26 0.16 | 19 16.7 23 17 12.8 11.7 11 10.4 16.4 |
De moeilijkheid om elektriciteit te laten stromen wordt weerstand of specifieke weerstand genoemd en wordt meestal uitgedrukt met de volgende formule:
Weerstand = specifieke weerstand ' (geleiderlengte / doorsnede)
Tabel 2 Elektrische specifieke weerstand van verschillende materialen
| Materiaalwetenschap | Specifieke weerstand (bij kamertemperatuur) | Temperatuurreeks | ||
|---|---|---|---|---|
| Geleider | Puur metaal | Zilver Koper Aluminium Ni Cr IJzer | Ωcm 1.62×10-6 1.72×10-6 2.75×10-6 7.2×10-6 17×10-6 9.8×10-6 | /℃ 4.1×10-3 4.3×10-3 4.2×10-3 6.7×10-3 2.1×10-3 6.6×10-3 |
| legering | SUS430 (Fe-18% Cr) SUS304 (Fe-18% Cr) - 8%Ni SUS310S (Fe-25% Cr) - 20% Ni Fe-Cr-Al legering NiCr (nNi Cr) Brons (tin koper) | 60×10-6 72×10-6 78×10-6 140×10-6 108×10-6 15×10-6 | 0.8×10-3 0.6×10-3 0.5×10-3 0.1×10-3 0.1×10-3 0.5×10-3 | |
| Halfgeleider | Germanium Silicium | 5×10 3×105 | -- | |
| Isolator | Papier Epoxyhars Kwartsglas | 1010~1012 103~1015 >1017 | - | |
Roestvrij staal is een metaal dat van alle metalen gemakkelijk elektriciteit geleidt.
In vergelijking met zuivere metalen is de specifieke weerstand van een legering, waaronder roestvast staal, over het algemeen echter groter. Dit komt omdat roestvast staal een hogere specifieke weerstand heeft dan de samenstellende elementen Fe, Cr en Ni.
Het is vermeldenswaard dat SUS304 een hogere specifieke weerstand heeft dan SUS430. En naarmate het aantal legeringselementen toeneemt, zoals bij SUS310S, neemt de weerstand ook toe.
De reden voor de toename van de elektrische specifieke weerstand door legeren is dat de beweging van geladen vrije elektronen wordt verstoord door de aanwezigheid van legeringselementen.
Het is belangrijk om te weten dat vrije elektronen ook een rol spelen bij warmtegeleiding. Als de thermische geleidbaarheid van een metaal hoog is, is de elektrische geleidbaarheid (reciproke van specifieke weerstand) dus ook hoog.
Deze relatie tussen elektrische en thermische geleidbaarheid staat bekend als de Viedermann-Franz regel en wordt als volgt weergegeven:
L/s = TLo (waarbij Lo het Lorenz-getal is en T de temperatuur)
Het is het vermelden waard dat de specifieke weerstand ook varieert met de temperatuur, zoals weergegeven in Tabel 2.
Tabel 3 Magnetische eigenschappen van verschillende materialen
| Materiaalwetenschap | Magnetische eigenschappen | Magnetische permeabiliteit: μ （H=50e） |
| SUS430 | Sterk magnetisme | – |
| IJzer | Sterk magnetisme | – |
| Ni | Sterk magnetisme | – |
| SUS304 | Niet-magnetisch (magnetisch tijdens koude bewerking) | 1,5 (verwerking 65%) |
| SUS301 | Niet magnetisch (magnetisch tijdens koude bewerking) | 14,8 (verwerking 55%) |
| SUS305 | Niet-magnetisch | – |
Tabel 4 Dichtheid van verschillende materialen (bij kamertemperatuur)
| Materiaalwetenschap | Dichtheid (g/cm3) |
| SUS430 | 7.75 |
| SUS304 | 7.93 |
| Aluminium | 2.70 |
| IJzer | 7.87 |
| Cr | 7.19 |
| Ni | 8.9 |
| Zilver | 10.49 |
| Koper | 8.93 |
| Koolstofstaal | 7.87 |
| Hout (verbrand) | 0.70 |
| Glas | 2.8-6.3 |
| Gewapend beton | 2.4 |
| Celluloid | 1.35-1.60 |
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO