Što je nehrđajući čelik?
'Nehrđajući' je pojam skovan rano u razvoju ovih čelika za primjenu u priboru za jelo. Usvojen je kao generički naziv za te čelike i sada pokriva širok raspon vrsta i razreda čelika za primjene otporne na koroziju ili oksidaciju.
Nehrđajući čelici su legure željeza s minimalno 10,5% kroma. Dodani su i drugi legirajući elementi kako bi se poboljšala njihova struktura i svojstva kao što su sposobnost oblikovanja, čvrstoća i kriogena žilavost.
Ova kristalna struktura čini takve čelike nemagnetskim i manje lomljivim na niskim temperaturama. Za veću tvrdoću i čvrstoću dodaje se karbon. Kada se podvrgnu odgovarajućoj toplinskoj obradi, ti se čelici koriste kao oštrice za brijanje, 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 uz nižu cijenu.
Glavni elementi od nehrđajućeg čelika
Nehrđajući 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 nehrđajućeg čelika su: željezo, krom, ugljik, nikal, molibden i male količine drugih metala.
To uključuje metale kao što su:
- nikal
- Molibden
- Titanij
- Bakar
Izrađuju se i nemetalni dodaci, a glavni su:
- Ugljik
- Dušik
KROM I NIKL:
Krom je element koji nehrđajući čelik čini nehrđajućim. Bitan je u formiranju pasivnog filma. Drugi elementi mogu utjecati na učinkovitost kroma u formiranju ili održavanju filma, ali nijedan drugi element sam po sebi ne može stvoriti svojstva nehrđajućeg čelika.
Pri oko 10,5% kroma stvara se slab film koji će pružiti blagu atmosfersku zaštitu. Povećanjem kroma na 17-20%, što je tipično za tip-300 seriju austenitnih nehrđajućih čelika, povećava se stabilnost pasivnog filma. Daljnje povećanje udjela kroma pružit će dodatnu zaštitu.
| Simbol | Element |
| Al | Aluminij |
| C | Ugljik |
| Kr | Krom |
| Cu | Bakar |
| Fe | Željezo |
| Mo | Molibden |
| Mn | Mangan |
| N | Dušik |
| Ni | nikal |
| P | Fosforna |
| S | Sumpor |
| Se | Selen |
| Ta | Tantal |
| Ti | Titanij |
Nikal će stabilizirati austenitnu strukturu (zrnastu ili kristalnu strukturu) nehrđajućeg čelika i poboljšati mehanička svojstva i karakteristike izrade. Sadržaj nikla od 8-10% i više smanjit će sklonost metala pucanju uslijed korozije naprezanja. Nikal također potiče repasivaciju u slučaju oštećenja filma.
MANGAN:
Mangan, zajedno s niklom, obavlja mnoge funkcije koje se pripisuju niklu. Također će stupiti u interakciju sa sumporom u nehrđajućem čeliku i formirati manganove sulfite, što povećava otpornost na rupičastu koroziju. Zamjenom nikla manganom, a zatim njegovim kombiniranjem s dušikom, povećava se i čvrstoća.
MOLIBDEN:
Molibden je u kombinaciji s kromom vrlo učinkovit u stabilizaciji pasivnog filma u prisutnosti klorida. Učinkovit je u sprječavanju pukotinske ili rupičaste korozije. Molibden, uz krom, osigurava najveće povećanje otpornosti na koroziju kod nehrđajućeg čelika. Edstrom Industries koristi nehrđajući čelik 316 jer sadrži 2-3% molibdena, koji pruža zaštitu kada se u vodu doda klor.
UGLJIK:
Ugljik se koristi za povećanje čvrstoće. U martenzitnom stupnju, dodatak ugljika olakšava otvrdnjavanje toplinskom obradom.
DUŠIK:
Dušik se koristi za stabilizaciju austenitne strukture nehrđajućeg čelika, što povećava njegovu otpornost na rupičastu koroziju i ojačava čelik. Korištenje dušika omogućuje povećanje sadržaja molibdena do 6%, što poboljšava otpornost na koroziju u kloridnim sredinama.
TITAN I MIOBIJ:
Titan i miobij koriste se za smanjenje osjetljivosti nehrđajućeg čelika. Kada je nehrđajući čelik senzibiliziran, može doći do interkristalne korozije. To je uzrokovano taloženjem krom karbida tijekom faze hlađenja kada se dijelovi zavaruju. Ovo osiromašuje područje zavara od kroma. Bez kroma se ne može formirati pasivni film. Titan i niobij u interakciji s ugljikom stvaraju karbide, ostavljajući krom u otopini tako da se može stvoriti pasivni film.
BAKAR I ALUMINIJ:
Bakar i aluminij, zajedno s titanom, mogu se dodati nehrđajućem čeliku kako bi se ubrzalo njegovo stvrdnjavanje. Stvrdnjavanje se postiže namakanjem na temperaturi od 900 do 1150F. Ovi elementi tvore tvrdu intermetalnu mikrostrukturu tijekom procesa namakanja na povišenoj temperaturi.
SUMPOR I SELEN:
Sumpor i selen dodaju se nehrđajućem materijalu 304 kako bi se mogao slobodno strojiti. To postaje nehrđajući čelik 303 ili 303SE, koji Edstrom Industries koristi za izradu svinjskih ventila, matica i dijelova koji nisu izloženi pitkoj vodi.
Vrste nehrđajućeg čelika
AISI IZMEĐU OSTALIH DEFINIRA SLJEDEĆE OCJENE:
Također poznat kao nehrđajući čelik "pomorske kvalitete" zbog svoje povećane sposobnosti otpornosti na koroziju u morskoj vodi u usporedbi s tipom 304. SS316 često se koristi za izgradnju nuklearnih postrojenja za ponovnu obradu.
304/304L INOX
Tip 304 ima nešto nižu čvrstoću od 302 zbog nižeg sadržaja ugljika.
316/316L INOX
Nehrđajući čelik tipa 316/316L je molibden čelik koji posjeduje poboljšanu otpornost na piting otopinama koje sadrže kloride i druge halogenide.
NEHRĐAJUĆI ČELIK 310S
Nehrđajući čelik 310S ima izvrsnu otpornost na oksidaciju pri stalnim temperaturama do 2000°F.
317L NEHRĐAJUĆI ČELIK
317L je austenitni krom nikal 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 ugljika i dušika.
410 NEHRĐAJUĆI ČELIK
Tip 410 je martenzitni nehrđajući čelik koji je magnetičan, 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 nehrđajući čelik.
NEHRĐAJUĆI ČELICI SE TAKOĐER KLASIFICIRAJU PREMA SVOJOJ KRISTALNOJ STRUKTURI:
- Austenitni nehrđajući čelici čine preko 70% ukupne proizvodnje nehrđajućeg čelika. Sadrže najviše 0,15% ugljika, najmanje 16% kroma i dovoljno nikla i/ili mangana da zadrže austenitnu strukturu na svim temperaturama od kriogenog područja do tališta legure. Tipičan sastav je 18% kroma i 10% nikla, poznatiji kao nehrđajući čelik 18/10 koji se često koristi u priboru za jelo. Dostupni su i 18/0 i 18/8. ¨Superaustenitni〃 nehrđajući čelici, kao što su legura AL-6XN i 254SMO, pokazuju veliku otpornost na kloridnu rupičastu i pukotinsku koroziju zbog visokog sadržaja molibdena (>6%) i dodataka dušika, a viši sadržaj nikla osigurava bolju otpornost na pucanje uslijed korozije preko serije 300. Veći sadržaj legure u "superaustenitnim" čelicima znači da su zastrašujuće skupi i da se slična izvedba obično može postići upotrebom duplex čelika po mnogo nižoj cijeni.
- Feritni nehrđajući čelici vrlo su otporni na koroziju, ali daleko manje izdržljivi od austenitnih razreda i ne mogu se očvrsnuti toplinskom obradom. Sadrže između 10,5% i 27% kroma i vrlo malo nikla, ako ga ima. Većina sastava uključuje molibden; neki, aluminij ili titan. Uobičajeni feritni stupnjevi uključuju 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo i 29Cr-4Mo-2Ni.
- Martenzitni nehrđajući čelici nisu tako otporni na koroziju kao druge dvije klase, ali su izuzetno jaki i žilavi kao i vrlo pogodni za strojnu obradu i mogu se očvrsnuti toplinskom obradom. Martenzitni nehrđajući čelik sadrži krom (12-14%), molibden (0,2-1%), ne sadrži nikal i oko 0,1-1% ugljika (što mu daje veću tvrdoću, ali čini materijal malo lomljivijim). Kaljen je i magnetičan. Također je poznat kao čelik "serije-00".
- Duplex nehrđajući čelici imaju mješovitu mikrostrukturu austenita i ferita, a cilj je proizvesti mješavinu 50:50, iako u komercijalnim legurama mješavina može biti 60:40. Duplex čelik ima poboljšanu čvrstoću u odnosu na austenitne nehrđajuće čelike i također poboljšanu otpornost na lokaliziranu koroziju, posebno na rupičastu koroziju, koroziju u pukotinama i pucanje od korozije uslijed naprezanja. Odlikuju se visokim sadržajem kroma i nižim sadržajem nikla od austenitnih nehrđajućih čelika.
Povijest nehrđajućeg čelika
Nekoliko željeznih artefakata otpornih na koroziju preživjelo je iz antike. Poznat (i vrlo velik) primjer je Željezni stup u Delhiju, podignut po nalogu Kumare Gupte I. oko 400. godine nove ere. Međutim, za razliku od nehrđajućeg čelika, ovi artefakti svoju izdržljivost ne duguju kromu, već visokom sadržaju fosfora, koji zajedno s povoljnim lokalnim vremenskim uvjetima potiče stvaranje čvrstog zaštitnog pasivnog sloja željeznih oksida i fosfata, umjesto nezaštitnog, napuknutog sloja hrđe koji se razvija na većini okova.
Otpornost na koroziju legura željeza i kroma prvi je prepoznao 1821. godine francuski metalurg Pierre Berthier, koji je primijetio njihovu otpornost na djelovanje nekih kiselina i predložio njihovu upotrebu u priboru za jelo. Međutim, metalurzi 19. stoljeća nisu bili u stanju proizvesti kombinaciju niske razine ugljika i visoke razine kroma koja 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 se situacija promijenila kasnih 1890-ih, kada je Hans Goldschmidt iz Njemačke razvio aluminotermički (termitni) postupak za proizvodnju kroma bez ugljika. U godinama 1904.-1911. nekoliko je istraživača, posebice Leon Guillet iz Francuske, pripremilo legure koje bi se danas smatrale nehrđajućim čelikom. Godine 1911. Philip Monnartz iz Njemačke izvijestio je o odnosu između sadržaja kroma i otpornosti na koroziju ovih legura.
Harry Brearley iz istraživačkog laboratorija Brown-Firth u Sheffieldu u Engleskoj najčešće se smatra "izumiteljem" nehrđajućeg čelika
čelik. Godine 1913., dok je tražio leguru otpornu na eroziju za cijevi oružja, otkrio je i kasnije industrijalizirao martenzitnu leguru nehrđajućeg čelika. Međutim, sličan industrijski razvoj odvijao se u isto vrijeme u Željezari Krupp u Njemačkoj, gdje su Eduard Maurer i Benno Strauss razvijali austenitnu leguru (21% kroma, 7% nikla), i u Sjedinjenim Državama, gdje su Christian Dantsizen i Frederick Becket su industrijalizirali feritni nehrđajući.
Imajte na umu da bi vas mogli zanimati i drugi tehnički članci koje smo objavili:
Vrijeme objave: 16. lipnja 2022