Čo je nehrdzavejúca oceľ?
„Nehrdzavejúca“ je termín, ktorý sa objavil na začiatku vývoja týchto ocelí pre nožiarske aplikácie. Bol prijatý ako všeobecný názov pre tieto ocele a teraz pokrýva širokú škálu typov a tried ocelí pre aplikácie odolné voči korózii alebo oxidácii.
Nerezové ocele sú zliatiny železa s minimálne 10,5% obsahom chrómu. Ďalšie legujúce prvky sa pridávajú na zlepšenie ich štruktúry a vlastností, ako je tvárnosť, pevnosť a kryogénna húževnatosť.
Táto kryštálová štruktúra robí takéto ocele nemagnetickými a menej krehkými pri nízkych teplotách. Pre vyššiu tvrdosť a pevnosť je pridaný uhlík. Pri vhodnom tepelnom spracovaní sa tieto ocele používajú ako žiletky, príbory, nástroje atď.
V mnohých kompozíciách nehrdzavejúcej ocele sa použili značné množstvá mangánu. Mangán zachováva austenitickú štruktúru v oceli rovnako ako nikel, ale za nižšiu cenu.
Hlavné prvky z nehrdzavejúcej ocele
Nerezová oceľ alebo oceľ odolná voči korózii je druh kovovej zliatiny, ktorá sa nachádza v rôznych formách. Slúži našim praktickým potrebám tak dobre, že len ťažko nájdeme nejakú sféru nášho života, kde by sme tento druh ocele nepoužívali. Hlavné zložky nehrdzavejúcej ocele sú: železo, chróm, uhlík, nikel, molybdén a malé množstvá iných kovov.
Patria sem kovy ako:
- nikel
- molybdén
- titán
- Meď
Vyrábajú sa aj nekovové doplnky, z ktorých hlavné sú:
- Uhlík
- Dusík
CHROM A NIKEL:
Chróm je prvok, ktorý robí nehrdzavejúcu oceľ nehrdzavejúcou. Je to nevyhnutné pri vytváraní pasívneho filmu. Iné prvky môžu ovplyvniť účinnosť chrómu pri vytváraní alebo udržiavaní filmu, ale žiadny iný prvok sám o sebe nemôže vytvoriť vlastnosti nehrdzavejúcej ocele.
Pri asi 10,5 % chrómu sa vytvorí slabý film, ktorý poskytne miernu ochranu proti atmosfére. Zvýšením obsahu chrómu na 17-20%, čo je typické pre austenitické nehrdzavejúce ocele série typ-300, sa zvyšuje stabilita pasívneho filmu. Ďalšie zvýšenie obsahu chrómu poskytne dodatočnú ochranu.
| Symbol | Prvok |
| Al | hliník |
| C | Uhlík |
| Cr | Chromium |
| Cu | Meď |
| Fe | Železo |
| Mo | molybdén |
| Mn | mangán |
| N | Dusík |
| Ni | nikel |
| P | Fosfor |
| S | Síra |
| Se | Selén |
| Ta | Tantal |
| Ti | titán |
Nikel stabilizuje austenitickú štruktúru (zrno alebo kryštálovú štruktúru) nehrdzavejúcej ocele a zlepší mechanické vlastnosti a výrobné charakteristiky. Obsah niklu 8-10% a viac zníži tendenciu kovu praskať v dôsledku korózie pod napätím. Nikel tiež podporuje repasiváciu v prípade poškodenia filmu.
MANGÁN:
Mangán v spojení s niklom vykonáva mnoho funkcií pripisovaných niklu. Bude tiež interagovať so sírou v nehrdzavejúcej oceli za vzniku siričitanov mangánu, čo zvyšuje odolnosť voči bodovej korózii. Nahradením niklu mangánom a jeho následnou kombináciou s dusíkom sa tiež zvyšuje pevnosť.
MOLYBDÉN:
Molybdén v kombinácii s chrómom je veľmi účinný pri stabilizácii pasívneho filmu v prítomnosti chloridov. Je účinný pri prevencii štrbinovej alebo jamkovej korózie. Molybdén, vedľa chrómu, poskytuje najväčšie zvýšenie odolnosti proti korózii v nehrdzavejúcej oceli. Edstrom Industries používa nehrdzavejúcu 316, pretože obsahuje 2-3% molybdénu, ktorý poskytuje ochranu, keď sa do vody pridáva chlór.
UHLÍK:
Na zvýšenie pevnosti sa používa uhlík. V martenzitickej triede pridanie uhlíka uľahčuje vytvrdzovanie prostredníctvom tepelného spracovania.
DUSÍK:
Dusík sa používa na stabilizáciu austenitickej štruktúry nehrdzavejúcej ocele, čo zvyšuje jej odolnosť proti bodovej korózii a spevňuje oceľ. Použitie dusíka umožňuje zvýšiť obsah molybdénu až o 6%, čo zlepšuje odolnosť proti korózii v chloridovom prostredí.
TITÁN A MIOBIUM:
Titán a miób sa používajú na zníženie senzibilizácie nehrdzavejúcej ocele. Keď je nehrdzavejúca oceľ senzibilizovaná, môže dôjsť k medzikryštalickej korózii. Je to spôsobené zrážaním karbidov chrómu počas chladiacej fázy pri zváraní dielov. To ochudobňuje oblasť zvaru o chróm. Bez chrómu sa pasívny film nemôže vytvoriť. Titán a niób interagujú s uhlíkom za vzniku karbidov, pričom chróm zostáva v roztoku, takže sa môže vytvoriť pasívny film.
MEĎ A HLINÍK:
Meď a hliník spolu s titánom možno pridať do nehrdzavejúcej ocele, aby sa urýchlilo jej vytvrdzovanie. Vytvrdenie sa dosiahne namáčaním pri teplote 900 až 1150F. Tieto prvky vytvárajú tvrdú intermetalickú mikroštruktúru počas procesu namáčania pri zvýšenej teplote.
SÍRA A SELÉN:
Síra a selén sa pridávajú do nehrdzavejúcej ocele 304, aby sa dala voľne obrábať. Toto je nehrdzavejúca oceľ 303 alebo 303SE, ktorú spoločnosť Edstrom Industries používa na výrobu ventilov, matíc a častí, ktoré nie sú vystavené pitnej vode.
Druhy nehrdzavejúcej ocele
AISI DEFINUJE OKREM INÝCH NASLEDUJÚCE STUPNE:
Tiež známa ako nehrdzavejúca oceľ „námornej kvality“ vďaka svojej zvýšenej schopnosti odolávať korózii v slanej vode v porovnaní s typom 304. SS316 sa často používa na výstavbu zariadení na prepracovanie jadrových zariadení.
NEREZ 304/304L
Typ 304 má o niečo nižšiu pevnosť ako 302 kvôli nižšiemu obsahu uhlíka.
NEREZ 316/316L
Nerezová oceľ typu 316/316L je molybdénová oceľ so zvýšenou odolnosťou voči jamkovej korózii roztokmi obsahujúcimi chloridy a iné halogenidy.
NEREZOVÁ OCEL 310S
Nerezová oceľ 310S má vynikajúcu odolnosť voči oxidácii pri konštantných teplotách do 2000 °F.
NEREZOVÁ OCEL 317L
317L je austenitická chrómniklová oceľ s molybdénom podobná typu 316, okrem toho, že obsah zliatiny v 317L je o niečo vyšší.
321/321H NEREZ
Typ 321 je základný typ 304 modifikovaný pridaním titánu v množstve najmenej 5-násobku obsahu uhlíka plus dusíka.
410 NEREZ
Typ 410 je martenzitická nehrdzavejúca oceľ, ktorá je magnetická, odoláva korózii v miernom prostredí a má pomerne dobrú ťažnosť.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803) alebo Avesta Sheffield 2205 je feriticko-austenitická nehrdzavejúca oceľ.
NEREZOVÉ OCELE SA TIEŽ KLASIFIKUJÚ PODĽA ICH KRYŠTALICKEJ ŠTRUKTÚRY:
- Austenitické nehrdzavejúce ocele tvoria viac ako 70 % celkovej produkcie nehrdzavejúcej ocele. Obsahujú maximálne 0,15 % uhlíka, minimálne 16 % chrómu a dostatočné množstvo niklu a/alebo mangánu na udržanie austenitickej štruktúry pri všetkých teplotách od kryogénnej oblasti po bod topenia zliatiny. Typické zloženie je 18% chrómu a 10% niklu, bežne známe ako 18/10 nerez, ktorý sa často používa v príboroch. Podobne je k dispozícii aj 18/0 a 18/8. ¨Superaustenitické nerezové ocele, ako sú zliatiny AL-6XN a 254SMO, vykazujú veľkú odolnosť voči chloridovej jamkovej a štrbinovej korózii vďaka vysokému obsahu molybdénu (>6 %) a prídavkom dusíka a vyšší obsah niklu zaisťuje lepšiu odolnosť voči praskaniu spôsobenému koróziou pod napätím viac ako 300 sérií. Vyšší obsah zliatiny „superaustenitických“ ocelí znamená, že sú strašne drahé a podobný výkon možno zvyčajne dosiahnuť použitím duplexných ocelí za oveľa nižšie náklady.
- Feritické nehrdzavejúce ocele sú vysoko odolné voči korózii, ale sú oveľa menej odolné ako austenitické ocele a nedajú sa vytvrdiť tepelným spracovaním. Obsahujú medzi 10,5 % a 27 % chrómu a veľmi málo niklu, ak nejaký je. Väčšina kompozícií obsahuje molybdén; niektoré, hliník alebo titán. Bežné feritické triedy zahŕňajú 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo a 29Cr-4Mo-2Ni.
- Martenzitické nehrdzavejúce ocele nie sú také odolné voči korózii ako ostatné dve triedy, ale sú mimoriadne pevné a húževnaté, ako aj vysoko opracovateľné a dajú sa vytvrdiť tepelným spracovaním. Martenzitická nehrdzavejúca oceľ obsahuje chróm (12-14%), molybdén (0,2-1%), žiadny nikel a asi 0,1-1% uhlíka (čo jej dodáva väčšiu tvrdosť, ale robí materiál o niečo krehkejším). Je kalený a magnetický. Je tiež známa ako oceľ „series-00“.
- Duplexné nehrdzavejúce ocele majú zmiešanú mikroštruktúru austenitu a feritu, pričom cieľom je vytvoriť zmes 50:50, hoci v komerčných zliatinách môže byť zmes 60:40. Duplexná oceľ má lepšiu pevnosť v porovnaní s austenitickými nehrdzavejúcimi oceľami a tiež má zlepšenú odolnosť voči lokálnej korózii, najmä bodovej korózii, štrbinovej korózii a koróznemu praskaniu pod napätím. Vyznačujú sa vysokým obsahom chrómu a nižším obsahom niklu ako austenitické nehrdzavejúce ocele.
História nehrdzavejúcej ocele
Zo staroveku sa zachovalo niekoľko železných artefaktov odolných voči korózii. Slávnym (a veľmi veľkým) príkladom je Železný stĺp z Dillí, postavený na príkaz Kumara Guptu I okolo roku 400 nášho letopočtu. Na rozdiel od nehrdzavejúcej ocele však tieto artefakty vďačia za svoju odolnosť nie chrómu, ale vysokému obsahu fosforu. čo spolu s priaznivými miestnymi poveternostnými podmienkami podporuje skôr tvorbu pevnej ochrannej pasivačnej vrstvy oxidov železa a fosfátov, než nechránenú, popraskanú vrstvu hrdze, ktorá sa vytvára na väčšine kovaní.
Odolnosť zliatin železa a chrómu proti korózii prvýkrát rozpoznal v roku 1821 francúzsky metalurg Pierre Berthier, ktorý si všimol ich odolnosť voči napadnutiu niektorými kyselinami a navrhol ich použitie v príboroch. Metalurgovia 19. storočia však neboli schopní vyrobiť kombináciu s nízkym obsahom uhlíka a vysokým obsahom chrómu, ktorá sa nachádza vo väčšine moderných nehrdzavejúcich ocelí, a zliatiny s vysokým obsahom chrómu, ktoré dokázali vyrobiť, boli príliš krehké na to, aby boli praktické.
Táto situácia sa zmenila koncom 90. rokov 19. storočia, keď Hans Goldschmidt z Nemecka vyvinul aluminotermický (termitový) proces výroby bezuhlíkového chrómu. V rokoch 1904–1911 niekoľko výskumníkov, najmä Leon Guillet z Francúzska, pripravilo zliatiny, ktoré by sa dnes považovali za nehrdzavejúcu oceľ. V roku 1911 Philip Monnartz z Nemecka informoval o vzťahu medzi obsahom chrómu a koróznou odolnosťou týchto zliatin.
Harry Brearley z výskumného laboratória Brown-Firth v Sheffielde v Anglicku je najčastejšie považovaný za „vynálezcu“ nehrdzavejúcej ocele.
oceľ. V roku 1913 pri hľadaní zliatiny odolnej voči erózii pre hlavne zbrane objavil a následne industrializoval martenzitickú nehrdzavejúcu oceľ. Podobný priemyselný vývoj však súčasne prebiehal v železiarňach Krupp v Nemecku, kde Eduard Maurer a Benno Strauss vyvíjali austenitickú zliatinu (21 % chrómu, 7 % niklu), a v Spojených štátoch, kde Christian Dantsizen a Frederick Becket industrializovali feritickú nehrdzavejúcu oceľ.
Upozorňujeme, že by vás mohli zaujímať ďalšie technické články, ktoré sme publikovali:
Čas odoslania: 16. júna 2022