Šta je nerđajući čelik?
'Nehrđajući' je termin skovan u ranoj fazi razvoja ovih čelika za primjenu pribora za jelo. Usvojen je kao generički naziv za ove čelike i sada pokriva širok raspon tipova i razreda čelika za primjene otporne na koroziju ili oksidaciju.
Nerđajući čelici su legure gvožđa sa najmanje 10,5% hroma. Ostali legirajući elementi se dodaju kako bi se poboljšala njihova struktura i svojstva kao što su sposobnost oblikovanja, čvrstoća i kriogena žilavost.
Ova kristalna struktura čini takve čelike nemagnetnim i manje krhkim na niskim temperaturama. Za veću tvrdoću i čvrstoću dodaje se ugljik. Kada su podvrgnuti adekvatnoj termičkoj obradi, ovi čelici se koriste kao žilet, pribor za jelo, alat itd.
Značajne količine mangana korištene su u mnogim sastavima od nehrđajućeg čelika. Mangan čuva austenitnu strukturu u čeliku kao i nikal, ali po nižoj cijeni.
Glavni elementi od nerđajućeg čelika
Nerđajući čelik ili čelik otporan na koroziju je vrsta metalne legure koja se nalazi u različitim oblicima. Toliko dobro služi našim praktičnim potrebama da je teško pronaći bilo koju sferu našeg života u kojoj ne koristimo ovu vrstu čelika. Glavne komponente nerđajućeg čelika su: gvožđe, hrom, ugljenik, nikal, molibden i male količine drugih metala.
To uključuje metale kao što su:
- Nikl
- molibden
- Titanijum
- Bakar
Izrađuju se i nemetalni dodaci, a glavni su:
- Karbon
- Azot
KROM I NIKL:
Krom je element koji čini nehrđajući čelik nehrđajućim. Neophodan je u formiranju pasivnog filma. Drugi elementi mogu uticati na efikasnost hroma u formiranju ili održavanju filma, ali nijedan drugi element sam po sebi ne može stvoriti svojstva nerđajućeg čelika.
Na oko 10,5% hroma formira se slab film koji će pružiti blagu atmosfersku zaštitu. Povećanjem hroma na 17-20%, što je tipično za seriju austenitnih nerđajućih čelika tipa 300, povećava se stabilnost pasivnog filma. Dalje povećanje sadržaja hroma pružiće dodatnu zaštitu.
| Simbol | Element |
| Al | Aluminijum |
| C | Karbon |
| Cr | Chromium |
| Cu | Bakar |
| Fe | Iron |
| Mo | molibden |
| Mn | Mangan |
| N | Azot |
| Ni | Nikl |
| P | Fosfor |
| S | Sumpor |
| Se | Selen |
| Ta | Tantal |
| Ti | Titanijum |
Nikl će stabilizirati austenitnu strukturu (zrnastu ili kristalnu strukturu) nehrđajućeg čelika i poboljšati mehanička svojstva i karakteristike izrade. Sadržaj nikla od 8-10% i više će smanjiti sklonost metala pucanju zbog korozije pod naponom. Nikl takođe promoviše repasivaciju u slučaju da je film oštećen.
MANGAN:
Mangan, zajedno sa niklom, obavlja mnoge funkcije koje se pripisuju niklu. Također će stupiti u interakciju sa sumporom u nehrđajućem čeliku kako bi formirao mangan sulfite, što povećava otpornost na koroziju. Zamjenom nikla manganom, a zatim kombiniranjem s dušikom, također se povećava snaga.
MOLIBDENU:
Molibden je u kombinaciji sa hromom veoma efikasan u stabilizaciji pasivnog filma u prisustvu hlorida. Efikasan je u sprečavanju korozije u obliku pukotina ili udubljenja. Molibden, pored hroma, obezbeđuje najveće povećanje otpornosti na koroziju kod nerđajućeg čelika. Edstrom Industries koristi nerđajući 316 jer sadrži 2-3% molibdena, koji daje zaštitu kada se u vodu doda hlor.
UGLJENIK:
Ugljik se koristi za povećanje snage. U martenzitnom razredu, dodavanje ugljenika olakšava stvrdnjavanje kroz termičku obradu.
AZOT:
Dušik se koristi za stabilizaciju austenitne strukture nehrđajućeg čelika, što povećava njegovu otpornost na koroziju i jača čelik. Upotreba dušika omogućava povećanje sadržaja molibdena do 6%, što poboljšava otpornost na koroziju u hloridnim sredinama.
TITAN I MIOBIJA:
Titan i miobij se koriste za smanjenje osjetljivosti nehrđajućeg čelika. Kada je nerđajući čelik osetljiv, može doći do intergranularne korozije. Ovo je uzrokovano taloženjem hrom karbida tokom faze hlađenja kada se dijelovi zavaruju. Ovo iscrpljuje područje zavara hromom. Bez hroma, pasivni film se ne može formirati. Titan i niobij stupaju u interakciju s ugljikom i stvaraju karbide, ostavljajući krom u otopini tako da se može formirati pasivni film.
BAKAR I ALUMINIJUM:
Bakar i aluminijum, zajedno sa titanijumom, mogu se dodati nerđajućem čeliku kako bi se ubrzalo njegovo stvrdnjavanje. Stvrdnjavanje se postiže namakanjem na temperaturi od 900 do 1150F. Ovi elementi formiraju tvrdu intermetalnu mikrostrukturu tokom procesa namakanja na povišenoj temperaturi.
SUMPOR I SELEN:
Sumpor i selen se dodaju u 304 nerđajući materijal kako bi se mogao slobodno mašinski obrađivati. Ovo postaje nehrđajući čelik 303 ili 303SE, koji Edstrom Industries koristi za izradu svinjskih ventila, matica i dijelova koji nisu izloženi vodi za piće.
Vrste nerđajućeg čelika
AISI IZMEĐU OSTALI DEFINIRA SLJEDEĆE RAZREDE:
Također poznat kao nehrđajući čelik "pomorskog kvaliteta" zbog svoje povećane sposobnosti otpornosti na koroziju slane vode u poređenju sa tipom 304. SS316 se često koristi za izgradnju postrojenja za nuklearnu preradu.
304/304L INOX
Tip 304 ima nešto manju čvrstoću od 302 zbog nižeg sadržaja ugljika.
316/316L INOX
Nerđajući čelik tipa 316/316L je molibdenski čelik koji ima poboljšanu otpornost na pitting pomoću rastvora koji sadrže hloride i druge halogenide.
310S INOX
Nerđajući čelik 310S ima odličnu otpornost na oksidaciju pri konstantnim temperaturama do 2000°F.
317L INOX
317L je austenitni hrom nikl čelik koji sadrži molibden sličan tipu 316, osim što je sadržaj legure u 317L nešto veći.
321/321H INOX
Tip 321 je osnovni tip 304 modificiran dodavanjem titana u količini koja je najmanje 5 puta veća od sadržaja ugljenika plus dušika.
410 INOX
Tip 410 je martenzitni nehrđajući čelik koji je magnetski, otporan je na koroziju u blagim okruženjima i ima prilično dobru duktilnost.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803), ili Avesta Sheffield 2205 je feritno-austenitni nerđajući čelik.
INOX SE KLASIFIKAJU PO SVOJOJ KRISTALNOJ STRUKTURI:
- Austenitni nerđajući čelici čine preko 70% ukupne proizvodnje nerđajućeg čelika. Sadrže maksimalno 0,15% ugljika, najmanje 16% hroma i dovoljno nikla i/ili mangana da zadrže austenitnu strukturu na svim temperaturama od kriogenog područja do tačke topljenja legure. Tipičan sastav je 18% hroma i 10% nikla, poznatiji kao 18/10 nerđajući materijal koji se često koristi u posuđu. Slično 18/0 i 18/8 su također dostupni. ¨Superaustenitni〃 nehrđajući čelici, kao što su legure AL-6XN i 254SMO, pokazuju veliku otpornost na hloridnu pitting i koroziju u pukotinama zbog visokog sadržaja molibdena (>6%) i dodataka dušika, a veći sadržaj nikla osigurava bolju otpornost na pucanje pod naponom i korozijom preko 300 serije. Veći sadržaj legure “superaustenitnih” čelika znači da su strašno skupi i slične performanse se obično mogu postići korištenjem dupleks čelika po mnogo nižoj cijeni.
- Feritni nehrđajući čelici su visoko otporni na koroziju, ali daleko manje izdržljivi od austenitnih razreda i ne mogu se očvrsnuti toplinskom obradom. Sadrže između 10,5% i 27% hroma i vrlo malo nikla, ako ga ima. Većina sastava uključuje molibden; neki, aluminijum ili titanijum. Uobičajeni feritni razredi uključuju 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo i 29Cr-4Mo-2Ni.
- Martenzitni nehrđajući čelici nisu toliko otporni na koroziju kao druge dvije klase, ali su izuzetno jaki i čvrsti, kao i vrlo obradivi i mogu se očvrsnuti toplinskom obradom. Martenzitni nehrđajući čelik sadrži hrom (12-14%), molibden (0,2-1%), bez nikla i oko 0,1-1% ugljika (daje mu veću tvrdoću, ali čini materijal malo krhkim). Ugašen je i magnetan. Takođe je poznat kao čelik "serije-00".
- Dupleksni nerđajući čelici imaju mješovitu mikrostrukturu austenita i ferita, a cilj je da se dobije mješavina 50:50, iako u komercijalnim legurama mješavina može biti 60:40. Dupleksni čelik ima poboljšanu čvrstoću u odnosu na austenitne nehrđajuće čelike i također poboljšanu otpornost na lokaliziranu koroziju, posebno na koroziju, koroziju u pukotinama i napucavanje korozije pod naponom. Odlikuju se visokim sadržajem hroma i nižim sadržajem nikla od austenitnih nerđajućih čelika.
Istorija nerđajućeg čelika
Nekoliko gvozdenih artefakata otpornih na koroziju preživjelo je iz antike. Čuveni (i vrlo veliki) primjer je Gvozdeni stub u Delhiju, podignut po nalogu Kumare Gupte I oko 400. godine nove ere. Međutim, za razliku od nerđajućeg čelika, ovi artefakti svoju trajnost ne duguju hromu, već visokom sadržaju fosfora, što zajedno s povoljnim lokalnim vremenskim uvjetima potiče stvaranje čvrstog zaštitnog pasivizirajućeg sloja željeznih oksida i fosfata, umjesto nezaštitnog, napuklog sloja rđe koji se razvija na većini željeznih predmeta.
Otpornost legura gvožđa i hroma na koroziju prvi je 1821. godine prepoznao francuski metalurg Pierre Berthier, koji je uočio njihovu otpornost na napade nekih kiselina i predložio njihovu upotrebu u priboru za jelo. Međutim, metalurzi 19. stoljeća nisu bili u stanju proizvesti kombinaciju niskog ugljika i visokog kroma koji se nalazi u većini modernih nehrđajućih čelika, a legure s visokim sadržajem kroma koje su mogli proizvesti bile su previše krte da bi bile od praktičnog interesa.
Ova situacija se promijenila kasnih 1890-ih, kada je Hans Goldschmidt iz Njemačke razvio aluminotermni (termitski) proces za proizvodnju hroma bez ugljenika. U godinama 1904–1911, nekoliko istraživača, posebno Leon Guillet iz Francuske, pripremili su legure koje bi se danas smatrale nehrđajućim čelikom. Philip Monnartz iz Njemačke je 1911. izvijestio o odnosu između sadržaja hroma i otpornosti na koroziju ovih legura.
Harry Brearley iz istraživačke laboratorije Brown-Firth u Sheffieldu u Engleskoj najčešće se smatra "izumiteljem" nehrđajućeg čelika.
čelika. 1913. godine, dok je tražio leguru otpornu na eroziju za cijevi oružja, otkrio je i potom industrijalizirao martenzitnu leguru nehrđajućeg čelika. Međutim, sličan industrijski razvoj odvijao se istovremeno u Željezari Krupp u Njemačkoj, gdje su Eduard Maurer i Benno Strauss razvijali austenitnu leguru (21% hroma, 7% nikla), te u Sjedinjenim Državama, gdje su Christian Dantsizen i Frederick Becket su industrijalizirali feritni nehrđajući materijal.
Imajte na umu da bi vas mogli zanimati ostali tehnički članci koje smo objavili:
Vrijeme objave: Jun-16-2022