Każdy wie o stali nierdzewnej, ale laicy na ogół nie wiedzą, że stal nierdzewna dzieli się na różne typy i nawet setki gatunków.
„Stal nierdzewna” to bardzo ogólne pojęcie. Zgodnie z europejską normą EN 10088 stal nierdzewna odnosi się do kategorii materiałów metalowych o zawartości chromu (Cr) powyżej 10,5% i funkcji antykorozyjnej. Inne elementy stopowe mogą być również dodawane w celu zapewnienia innych parametrów wydajnościowych.
Ogólnie rzecz biorąc, stal nierdzewną dzieli się na pięć kategorii: stal nierdzewna martenzytyczna, stal nierdzewna ferrytyczna, stal nierdzewna austenityczna, stal nierdzewna dupleksowa i stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo.
Aby szybko rozróżnić te pięć rodzajów stali nierdzewnej, wstępną ocenę można przeprowadzić na podstawie zawartości stopu w materiale.
Stal nierdzewna martenzytyczna
Rysunek 1 Stal nierdzewna martenzytyczna
Stal nierdzewna martenzytyczna należy do stopów Fe-Cr-C-(Ni-Mo) – głównymi składnikami stopowymi są żelazo, chrom i węgiel, a niektóre gatunki zawierają nikiel i molibden.
Charakterystyczną cechą tego typu materiału jest zawartość chromu (Cr) wynosząca 11,5~18%. W porównaniu z innymi rodzajami stali nierdzewnej, zawartość węgla (C) jest bardzo wysoka i wynosi 0.15~1,2%. Należy zauważyć, że zawartość węgla w ogólnej stali stopowej, takiej jak Q355B, wynosi zaledwie około 0.2%.
Ten rodzaj materiału można utwardzić poprzez obróbkę cieplną, aby uzyskać większą wytrzymałość i twardość. Stal nierdzewna martenzytyczna jest zasadniczo magnetyczna, a ta cecha może być również stosowana jako wstępna metoda oceny rodzaju materiału.
Stal nierdzewna martenzytyczna jest często wykorzystywana do produkcji wyrobów wymagających większej twardości, np. noży kuchennych, narzędzi chirurgicznych lub łożysk.
Stal nierdzewna ferrytyczna
Rysunek 2 Stal nierdzewna ferrytyczna
Stal nierdzewna ferrytyczna należy do stopów Fe-Cr-(Mo) - głównymi pierwiastkami stopowymi są żelazo i chrom, a niektóre gatunki zawierają molibden.
W porównaniu z martenzytem, stal nierdzewna ferrytyczna ma niższą zawartość węgla, zazwyczaj poniżej 0.08%, ale znacznie szerszy zakres zawartości chromu - 10.5~30%.
Ferryt jest również magnetyczny. Ten rodzaj materiału jest trudny do utwardzenia przez obróbkę cieplną i jest ogólnie stosowany w sytuacjach, w których wytrzymałość nie jest wysokim wymaganiem, ale odporność na korozję naprężeniową chlorków jest wysoka, takich jak układy wydechowe samochodów, listwy samochodowe, wieże wodno-kanalizacyjne i inny sprzęt.
Austenityczna stal nierdzewna
Rysunek 3. Stal nierdzewna austenityczna
Stal nierdzewna austenityczna należy do stopów Fe-Cr-Ni (Mo) – głównymi składnikami stopowymi są żelazo, chrom, nikiel, a niektóre gatunki zawierają molibden.
Podobnie jak ferryt, stal nierdzewna austenityczna zwykle kontroluje zawartość węgla poniżej 0.08%, zawartość chromu wynosi od 16 do 28%, a zakres zawartości niklu jest znacznie większy i wynosi od - 3.5 do 32%.
Zawartość stopu w tych materiałach zapewnia, że zawsze zachowują strukturę austenityczną od temperatur kriogenicznych do temperatury topnienia. Podobnie jak martenzyt, austenit można również utwardzić poprzez obróbkę cieplną, aby zmienić jego właściwości mechaniczne.
Należy zauważyć, że stal nierdzewna austenityczna jest na ogół niemagnetyczna, ale na ogół stanie się magnetyczna, jeśli zostanie poddana obróbce plastycznej na zimno bez obróbki rozpuszczającej. Największą cechą austenitu jest jego doskonała odporność na korozję, ciągliwość i wytrzymałość.
Ze względu na swoje doskonałe właściwości austenit jest stosowany głównie do produkcji naczyń kuchennych przeznaczonych do kontaktu z żywnością, sprzętu chemicznego dla przemysłu, produktów budowlanych itp.
Stal nierdzewna duplex
Wyposażenie 4 Stal nierdzewna Duplex
Stal nierdzewna typu duplex należy do stopu Fe-Cr-Ni-(Mo)-N – głównymi składnikami stopowymi są żelazo, chrom, nikiel, azot, a niektóre gatunki zawierają molibden.
Tak zwana „podwójna faza” oznacza, że struktura ferrytyczna i struktura austenityczna stanowią po 50%, a dodatkowo łączy zalety ferrytu i austenitu w jednym - ma wyższą granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie niż austenit i jest magnetyczny.
Zawartość węgla w stali nierdzewnej dupleksowej można uznać za najniższą spośród wszystkich stali nierdzewnych - mniej niż 0.03%. Dolna granica zawartości chromu jest wyższa niż w przypadku innych stali nierdzewnych - 21~26%. Zawartość niklu wynosi 3,5~8%. Niektóre gatunki zawierają molibden, ale ogólnie nie przekracza 4,5%.
Stal nierdzewna typu duplex może być stosowana w sprzęcie morskim, zakładach petrochemicznych, wymiennikach ciepła, urządzeniach do produkcji papieru itp.
Stal nierdzewna hartowana wydzieleniowo
Rysunek 5. Utwardzanie wydzieleniowe stali nierdzewnej
Stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo to stop Fe-Cr-Ni-(Mo-Al-Cu-Nb)-N - głównymi pierwiastkami stopowymi są żelazo, chrom, nikiel i azot, a niektóre gatunki zawierają molibden, aluminium, miedź i niob.
Ten rodzaj stali nierdzewnej charakteryzuje się umiarkowaną odpornością na korozję, łatwością obróbki i może uzyskać bardzo wysoką wytrzymałość po obróbce cieplnej w stosunkowo niskich temperaturach (zwykle 500~800 stopni).
Stal nierdzewna hartowana wydzieleniowo ma początkową mikrostrukturę austenitu lub martenzytu. Austenityczną stal nierdzewną można przekształcić w martenzyt poprzez obróbkę cieplną przed wystąpieniem utwardzania wydzieleniowego. Gdy martenzyt zostanie odpuszczony, w wyniku obróbki cieplnej starzenie spowoduje wytrącenie twardych związków międzymetalicznych z sieci, a następnie nastąpi utwardzanie wydzieleniowe.
Po obróbce cieplnej ten rodzaj materiału może uzyskać granicę plastyczności 3 lub nawet 4 razy większą niż austenityczna stal nierdzewna - 520MPa~1500MPa. Dlatego jest on najczęściej stosowany w przemyśle lotniczym i innych dziedzinach high-tech, które wymagają wysokiej wytrzymałości materiału.
