Ogólnie o stalach nierdzewnych:
Treść ukryta:
Ze względu na strukturę, stale odporne na korozję dzieli się na: ferrytyczne, martenzytyczne,
martenzytyczne umacniane wydzieleniowo, austenityczne, ferrytyczno–austenityczne.
Stale wysokochromowe o strukturze ferrytycznej, ferrytyczno–martenzytycznej lub martenzytycznej, są odporne głównie na korozję chemiczną, w tym na utlenianie w atmosferze powietrza, wody naturalnej i pary wodnej w niskiej i podwyższonej temperaturze, na działanie zimnych roztworów alkalicznych, rozcieńczonych kwasów i soli, z wyjątkiem chlorków i jodków, oraz na działanie ropy naftowej i jej par, paliw, olejów, alkoholi, a także środków spożywczych.
Stale chromowo–niklowe i chromowo–niklowo–manganowe, o strukturze austenitycznej są odporne głównie na korozję elektrochemiczną w środowisku kwasów nieorganicznych i organicznych, związków azotu, roztworów soli i agresywnych środków spożywczych.
Stale odporne na korozję, zgodnie z normami europejskimi mają oznaczenie składające się z litery X, liczby podającej średnie stężenie C w setnych częściach %, symboli głównych pierwiastków stopowych, a za nimi liczb (rozdzielonych poziomą kreską) podających średnie stężenie głównych pierwiastków stopowych w %.
martenzytyczne umacniane wydzieleniowo, austenityczne, ferrytyczno–austenityczne.
Stale wysokochromowe o strukturze ferrytycznej, ferrytyczno–martenzytycznej lub martenzytycznej, są odporne głównie na korozję chemiczną, w tym na utlenianie w atmosferze powietrza, wody naturalnej i pary wodnej w niskiej i podwyższonej temperaturze, na działanie zimnych roztworów alkalicznych, rozcieńczonych kwasów i soli, z wyjątkiem chlorków i jodków, oraz na działanie ropy naftowej i jej par, paliw, olejów, alkoholi, a także środków spożywczych.
Stale chromowo–niklowe i chromowo–niklowo–manganowe, o strukturze austenitycznej są odporne głównie na korozję elektrochemiczną w środowisku kwasów nieorganicznych i organicznych, związków azotu, roztworów soli i agresywnych środków spożywczych.
Stale odporne na korozję, zgodnie z normami europejskimi mają oznaczenie składające się z litery X, liczby podającej średnie stężenie C w setnych częściach %, symboli głównych pierwiastków stopowych, a za nimi liczb (rozdzielonych poziomą kreską) podających średnie stężenie głównych pierwiastków stopowych w %.
Treść ukryta:
Wysoką odporność na korozję elektrochemiczną wykazują stale i stopy jednofazowe. W przypadku dodania więcej niż 8% Ni do stali zawierających co najmniej 18% Cr stale te w całym zakresie temperatury wykazują strukturę austenitu. Stale o strukturze austenitycznej mają wyższe własności mechaniczne, większą odporność na korozję i mniejszą skłonność do rozrostu ziarn niż stale o strukturze ferrytycznej. W stalach Cr–Ni typu 18–8 rozpuszczalność węgla w austenicie zmniejsza się wraz z obniżeniem temperatury i w temperaturze pokojowej wynosi ok. 0,04%. Zmniejszającej się rozpuszczalności C w austenicie towarzyszy wydzielanie się węglików (Fe,Cr)23 C6 .
Jednofazową strukturę austenitu o wysokiej odporności na korozję, bez wydzieleń węglików, stal uzyskuje w wyniku przesycania w wodzie z temperatury 1100°C. W przypadku ponownego nagrzania tak obrobionej stali do temperatury wyższej od ok. 500°C, np. w warunkach pracy lub w czasie spawania, następuje wydzielanie węglików chromu w postaci siatki, nierzadko przerywanej na granicach ziarn, a w przypadku spawania – w strefie wpływu ciepła. Proces ten jest związany z dechromizacją obszarów przyległych do granic ziarn austenitu i korozją międzykrystaliczną. W temperaturze ok. 500°C szybkość dyfuzji Cr jest bowiem znacznie mniejsza od szybkości dyfuzji C. Węgiel tworzący węgliki pochodzi więc z obszaru całego ziarna, natomiast Cr – z obszarów przyległych do jego granic. Może to powodować lokalne zmniejszenie stężenia Cr poniżej ok. 12%.Z tego powodu następuje gwałtowny wzrost potencjału Fladego stali w tych miejscach i uwrażliwienie jej na działanie korozji elektrochemicznej, przebiegającej po granicach ziarn. Szybkość dyfuzji Cr w temperaturze ok. 650°C jest znacznie większa niż w niższej temperaturze i dlatego korozja międzykrystaliczna po nagrzaniu do tej temperatury nie zachodzi. Podobnie wpływa znaczne przedłużenie wygrzewania stali, nawet w stosunkowo niskiej temperaturze – zbliżonej do 500°C. Wrażliwość na korozję międzykrystaliczną zależy więc od stężenia węgla w roztworze, temperatury i czasu wygrzewania, co można przedstawić na wykresie CTW (czas–temperatura–wrażliwość na korozję międzykrystaliczną).
Jednofazową strukturę austenitu o wysokiej odporności na korozję, bez wydzieleń węglików, stal uzyskuje w wyniku przesycania w wodzie z temperatury 1100°C. W przypadku ponownego nagrzania tak obrobionej stali do temperatury wyższej od ok. 500°C, np. w warunkach pracy lub w czasie spawania, następuje wydzielanie węglików chromu w postaci siatki, nierzadko przerywanej na granicach ziarn, a w przypadku spawania – w strefie wpływu ciepła. Proces ten jest związany z dechromizacją obszarów przyległych do granic ziarn austenitu i korozją międzykrystaliczną. W temperaturze ok. 500°C szybkość dyfuzji Cr jest bowiem znacznie mniejsza od szybkości dyfuzji C. Węgiel tworzący węgliki pochodzi więc z obszaru całego ziarna, natomiast Cr – z obszarów przyległych do jego granic. Może to powodować lokalne zmniejszenie stężenia Cr poniżej ok. 12%.Z tego powodu następuje gwałtowny wzrost potencjału Fladego stali w tych miejscach i uwrażliwienie jej na działanie korozji elektrochemicznej, przebiegającej po granicach ziarn. Szybkość dyfuzji Cr w temperaturze ok. 650°C jest znacznie większa niż w niższej temperaturze i dlatego korozja międzykrystaliczna po nagrzaniu do tej temperatury nie zachodzi. Podobnie wpływa znaczne przedłużenie wygrzewania stali, nawet w stosunkowo niskiej temperaturze – zbliżonej do 500°C. Wrażliwość na korozję międzykrystaliczną zależy więc od stężenia węgla w roztworze, temperatury i czasu wygrzewania, co można przedstawić na wykresie CTW (czas–temperatura–wrażliwość na korozję międzykrystaliczną).
Treść ukryta:
W celu skutecznego przeciwdziałania korozji międzykrystalicznej nie można dopuścić do wydzielenia węglików chromu. Osiąga się to przez:
- ponowne przesycanie stali, co może być stosowane tylko do elementów o niewielkich wymiarach;
- zmniejszenie stężenia C poniżej 0,03%; w niektórych gatunkach dopuszcza się stężenie węgla nie większe niż 0,07%; sposób ten należy uznać za najbardziej skuteczny, choć wymagający specjalnych zabiegów metalurgicznych;
- tzw. stabilizowanie stali przez wprowadzenie pierwiastków węglikotwórczych o większym od Cr powinowactwie chemicznym do węgla, najczęściej Ti lub Nb; pierwiastki te tworzą trwałe węgliki typu MX, nieprzechodzące do roztworu stałego podczas przesycania; ich stężenie jest dobierane tak, aby związać cały węgiel: %Ti ≥4⋅%C, %Nb ≥8⋅%C.
- ponowne przesycanie stali, co może być stosowane tylko do elementów o niewielkich wymiarach;
- zmniejszenie stężenia C poniżej 0,03%; w niektórych gatunkach dopuszcza się stężenie węgla nie większe niż 0,07%; sposób ten należy uznać za najbardziej skuteczny, choć wymagający specjalnych zabiegów metalurgicznych;
- tzw. stabilizowanie stali przez wprowadzenie pierwiastków węglikotwórczych o większym od Cr powinowactwie chemicznym do węgla, najczęściej Ti lub Nb; pierwiastki te tworzą trwałe węgliki typu MX, nieprzechodzące do roztworu stałego podczas przesycania; ich stężenie jest dobierane tak, aby związać cały węgiel: %Ti ≥4⋅%C, %Nb ≥8⋅%C.
Treść ukryta:
Nadmiar Ti zmniejsza odporność na korozję, zwłaszcza w strefie wpływu ciepła w pobliżu spoiny, a ponadto utlenia się całkowicie w strefie przetopienia spoiny. Ponieważ Nb wykazuje małe powinowactwo chemiczne do tlenu, korzystne jest jego zastosowanie, choć większe są tego koszty. Stale stabilizowane mają dobre własności wytrzymałościowe w temperaturze do ok. 600°C.
Dodatek 1÷3% Mo zwiększa odporność stali chromowo–niklowych o strukturze austenitycznej na działanie kwasów siarkowego i octowego oraz na korozję wżerową w obecności jonów chlorkowych. Dodatek 2÷3% Si polepsza odporność na działanie kwasu solnego i rozcieńczonego kwasu siarkowego, a także żaroodporność. Skłonność stali Cr–Ni do korozji naprężeniowej zmniejsza dodatek ok. 3% Cu. Kolejne dodatki stopowe w stalach Cr–Ni typu 18–8, przy zróżnicowanym stężeniu C i N, wpływają na przesunięcie zakresu istnienia faz i zmiany stabilności struktury austenitycznej. Orientacyjne określenie składu fazowego stali Cr–Ni w zależności od stężenia dodatków stopowych umożliwiają wykresy, podające skład fazowy spoiny stali po szybkim chłodzeniu z temperatury spawania. Struktura jednorodnego austenitu bez obecności martenzytu lub ferrytu Feα występuje tylko w ściśle określonym zakresie stężenia C, N, Cr, Ni i innych pierwiastków stopowych. Jednofazowa struktura austenityczna uniemożliwia zwiększenie własności wytrzymałościowych tej grupy stali w procesie obróbki cieplnej. Zwiększenie wytrzymałości stali austenitycznych można uzyskać stosując dodatek azotu lub przez odkształcenie plastyczne na zimno.
Dodatek 1÷3% Mo zwiększa odporność stali chromowo–niklowych o strukturze austenitycznej na działanie kwasów siarkowego i octowego oraz na korozję wżerową w obecności jonów chlorkowych. Dodatek 2÷3% Si polepsza odporność na działanie kwasu solnego i rozcieńczonego kwasu siarkowego, a także żaroodporność. Skłonność stali Cr–Ni do korozji naprężeniowej zmniejsza dodatek ok. 3% Cu. Kolejne dodatki stopowe w stalach Cr–Ni typu 18–8, przy zróżnicowanym stężeniu C i N, wpływają na przesunięcie zakresu istnienia faz i zmiany stabilności struktury austenitycznej. Orientacyjne określenie składu fazowego stali Cr–Ni w zależności od stężenia dodatków stopowych umożliwiają wykresy, podające skład fazowy spoiny stali po szybkim chłodzeniu z temperatury spawania. Struktura jednorodnego austenitu bez obecności martenzytu lub ferrytu Feα występuje tylko w ściśle określonym zakresie stężenia C, N, Cr, Ni i innych pierwiastków stopowych. Jednofazowa struktura austenityczna uniemożliwia zwiększenie własności wytrzymałościowych tej grupy stali w procesie obróbki cieplnej. Zwiększenie wytrzymałości stali austenitycznych można uzyskać stosując dodatek azotu lub przez odkształcenie plastyczne na zimno.
Treść ukryta:
EN 10088 / DIN / PN / AISI, ASTM – normy nie są identyczne, składy są porównywalne, natomiast nie jednakowe i można się spotkać z innymi porównaniami.
1.4301 / X5CrNi18–10 / 0H18N9 / 304
1.4306 / X2CrNi19–11 / 00H18N10 / 304L
1.4401 / X5CrNiMo17–12–2 / 0H17N12M2T / 316
1.4404 / X2CrNiMo18–14–3 / 00H17N14M2 / 316L
1.4571 / X6CrNiMoTi17–12–2 / H17N13M2T / 316Ti
Skład chemiczny wg PN-EN 10088-1:1998. P ≤0,025÷0,05, S ≤0,01÷0,03, Si ≤0,25÷2, N ≤0,11; wartości bez znaku ≤ oznaczają stężenie średnie.
Znak stali / C / Cr / Ni / Mn / Mo / inne
X5CrNi18–10 / ≤0,07 / 18 / 9,2 / ≤2 / -
X2CrNi19–11 / ≤0,03 / 19 / 11 / ≤2 / -
X5CrNiMo17–12–2 / ≤0,07 / 17,5 / 11,5 / ≤2 / 2,3
X2CrNiMo18–14–3 / ≤0,03 / 18 / 13,8 / ≤2 / 2,8
X6CrNiMoTi17–12–2 / ≤0,08 / 17,5 / 12 / ≤2 / 2,3 / Ti: 5⋅C÷0,7
1.4301 / X5CrNi18–10 / 0H18N9 / 304
1.4306 / X2CrNi19–11 / 00H18N10 / 304L
1.4401 / X5CrNiMo17–12–2 / 0H17N12M2T / 316
1.4404 / X2CrNiMo18–14–3 / 00H17N14M2 / 316L
1.4571 / X6CrNiMoTi17–12–2 / H17N13M2T / 316Ti
Skład chemiczny wg PN-EN 10088-1:1998. P ≤0,025÷0,05, S ≤0,01÷0,03, Si ≤0,25÷2, N ≤0,11; wartości bez znaku ≤ oznaczają stężenie średnie.
Znak stali / C / Cr / Ni / Mn / Mo / inne
X5CrNi18–10 / ≤0,07 / 18 / 9,2 / ≤2 / -
X2CrNi19–11 / ≤0,03 / 19 / 11 / ≤2 / -
X5CrNiMo17–12–2 / ≤0,07 / 17,5 / 11,5 / ≤2 / 2,3
X2CrNiMo18–14–3 / ≤0,03 / 18 / 13,8 / ≤2 / 2,8
X6CrNiMoTi17–12–2 / ≤0,08 / 17,5 / 12 / ≤2 / 2,3 / Ti: 5⋅C÷0,7
inżynierskie z podstawami projektowania materiałowego, Wydawnictwa Naukowo-
Techniczne, Warszawa 2002.
