Stal nierdzewna - materiałoznawstwo

Prezentacja na temat: "Stal nierdzewna - materiałoznawstwo"— Zapis prezentacji:

1 Stal nierdzewna - materiałoznawstwo

2 Spis treści Dlaczego stal jest „nierdzewna” Gatunki stali nierdzewnej
Szeroko o zastosowaniu stali nierdzewnej Korozja Spawalność Podatność na obróbkę plastyczną / własności mechaniczne Skrawalność Wykończenia powierzchni

3 Dlaczego stal nierdzewna?
Odporność na korozję w różnych środowiskach Względy sanitarne (przemysł spożywczy, szpitale itp.) – neutralność biologiczna Względy estetyczne (architektura, wnętrza itp.) Łatwość obróbki Żaroodporność Wysoki współczynnik wytrzymałości do wag Niski koszt życia produktu Całkowicie podlegają recyclingowi

4 Dlaczego stal nierdzewna jest odporna na korozję?
Dodając >10,5% Cr do stali, uzyskujemy następujący efekt: Chrom + tlen atmosferyczny => powłoka CrO2 => pasywowana powierzchnia Grubość powłoki CrO2 – ok. 10 nm (0, mm) Powłoka CrO2 chroni stal przed atakami korozji Jeżeli powierzchnia nie jest pasywowana, to jest narażona na korozję

5 Co może uszkodzić pasywowaną powierzchnię?
Brud Oleje Tłuszcze, smary Kontakt z materiałami innego typu (stal czarna) Podgrzewanie w otwartej atmosferze (spawanie, wyżarzanie) – powierzchnia tlenowa na stali nierdzewnej Sole, kwasy, itp.

6 Późniejsza obróbka materiału
Różne typy możliwej obróbki CHEMICZNA Wytrawianie w kwasie (H2O + HNO3 + HF, t = 40oC, czas 20 min + 20 min) Wytrawianie elektrolityczne Pasta wytrawiająca MECHANICZNA Szczotkowanie (tylko czyste szczotki) Piaskowanie (kuleczkami ze stali nierdzewnej) Szlifowanie Polerowanie

7 Pamiętaj ! Pasywowana powierzchnia jest odporna na korozję
Aktywna (niepasywowana) powierzchnia nie jest odporna na korozję Wytrawianie jest najlepszą metodą pasywacji stali nierdzewnej (ale nie zawsze jest to możliwe) Powierzchnia stali nierdzewnej powinna być zawsze czysta, nigdy w bezpośrednim kontakcie ze stalą czarną, olejami, smarami itp.

8 Grupy gatunków stali nierdzewnej
Skład chemiczny czynnikiem określającym mikrostrukturę stali Zmieniając skład chemiczny materiału, możliwe jest nadanie różnych właściwości mechanicznych oraz odporności na korozję stali nierdzewnej Główne grupy gatunków: Stal austenityczna Stal ferrytyczna Stal austenityczno-ferrytyczna (duplex) Stal martenzytyczna

9 Wzrost odporności korozyjnej wraz z przyrostem składników stopowych
Koszt materiału (na bazie ) Składniki stopowe (udział % w masie) Relacje cenowe Molibden Nikiel Chrom Odporność na korozję 160 % 130 % 120 % 100 % X6 CrTi 12 1.4512 X6 Cr 17 X5 CrNi 18 10 1.4301 X5 CrNiMo 1.4401 Ferryt Austenit

10 Stale austenityczne – „standardowe gatunki stali nierdzewnej”
Austenityczna stal nierdzewna jest najszerzej stosowana w przemyśle chemicznym, petrochemicznym, papierniczym itp. Stale 18/9 (18% Cr, 9% Ni) AISI 304/ EN 4301 AISI 304L / EN 4306 (niski węgiel, C max = 0,03%) AISI 321 / EN 4541 (stabilizowany Ti, do zastosowań, gdzie temp>= 400oC) Poprzez dodanie 2-3% molibdenu stal uzyskuje większą odporność na ataki korozji ze strony kwasów (np. kwasu siarkowego itp.) AISI 316 / EN 4401 AISI 316L / EN 4404 AISI 316Ti / EN 4571 (stabilizowany, do zastosowań, gdzie temp. >= 400oC) Bardzo dobra spawalność Niemagnetyczne Słabo przewodzą ciepło

11 Zestawienie stali austenitycznych

12 Typowe zakresy zastosowań ważniejszych gatunków stali austenitycznych

13 Stal austenityczna

14 Ferrytyczne stale nierdzewne
Gatunki ferrytyczne mają głównie zastosowanie do produkcji AGD, urządzeń piorących, systemów wydechowych (katalizatory), ram w przemyśle autobusowym, jako rury do wymienników ciepła, itp. magnetyczne 16-18% Cr (10,5-30) doskonała odporność na korozję naprężeniową tańsze od stali austenitycznej (brak Ni) umiarkowana spawalność - kruche

15 Zestawienie stali ferrytycznych

16 Typowe zakresy zastosowań ważniejszych gatunków stali ferrytycznych i martenzytycznych

17 Stal austenityczno – ferrytyczna (duplex)
nowa generacja stali nierdzewnej, szybko rozwijająca się skład to 50% austenitu i 50% ferrytu typowy skład chemiczny to: 22 Cr, 5 Ni, 3 Mo większa twardość niż austenitycznej stali nierdzewnej doskonała odporność na korozję wżerową oraz naprężeniową dobra spawalność / ważne, aby uzyskać tę samą mikrostrukturę spawu co materiału wsadowego przemysł papierniczy, nabrzeża + instalacje gazowe

18 Stal austenityczno – ferrytyczna (duplex)

19 Zestawienie stali nierdzewnych

20 WIĘCEJ O ZASTOSOWANIU STALI NIERDZEWNYCH

21 Zakresy zastosowania wyrobów płaskich ze stali nierdzewnych , kwaso- i żaroodpornych (RSH)

22 Zakres zastosowań 17-procentowych stali chromowych (1.4016, 1.4520)

23 Zakres zastosowań martenzytycznych stali chromowych (1.4021, 1.4034)

24 KOLEJ

25 Zakres zastosowań stali chromowo-niklowo-molibdenowych (1. 4401, 1

26 INSTALACJE CHEMICZNE

27 Zakres zastosowań wysokostopowych stali chromowo-niklowo-molibdenowych (1.4439, 1.4539)

28 Zastosowanie stali DUPLEX Tankowiec do przewozu chemikaliów – materiał 1.4462

29

30 Potencjał stali nierdzewnych - przykłady zastosowania

31 Potencjał stali nierdzewnych - przykłady zastosowania

32 Zastosowanie: zlewozmywaki

33 Zastosowanie: suszarki do bielizny

34 Zastosowanie : architektura Chrysler Building, New York City, N. Y
Zastosowanie : architektura Chrysler Building, New York City, N.Y. (USA)

35 Zastosowanie: naczynia i sztućce

36 Garnki

37 Windy

38 KOROZJA

39 Odporność korozyjna dla różnych gatunków stali
Po 1-rocznym składowaniu w środowisku wody morskiej (strefa rozpylania wody morskiej) Po 1-rocznym składowaniu na zewnątrz w strefie przemysłowej

40 Korozja powierzchniowa ubytkowa
Korozja powierzchniowa ubytkowa charakteryzuje się mniej lub bardziej równomiernym ubytkiem warstwy metalu na całej powierzchni Wielkość ubytku poniżej 0,1 mm / rok pozwala z reguły określić odporność korozyjną jako wystarczającą Powstaje tylko w kwasach i silnych ługach

41 Korozja miejscowa korozja wżerowa korozja szczelinowa
korozja naprężeniowa korozja zmęczeniowa korozja międzykrystaliczna korozja kontaktowa

42 Etapy powstawania korozji wżerowej
Tworzenie wżerów ( lokalna aktywacja ) Nienaruszona warstwa pasywna - chemicznie ( np. chlorki ) - mechanicznie Stal nierdzewna lub w roztworze statycznym W roztworze ubogim w chlorki lub w roztworze dynamicznym W roztworze bogatym w chlorki Repasywacja Powiększanie wżerów

43 Pozostałe rodzaje korozji
Korozja szczelinowa – powstaje w szczelinach / na zarysowaniach (podobna do wżerowej) Korozja naprężeniowa – pęknięcia, które przebiegają śródkrystalicznie; powstaje gdy: Powierzchnia elementu jest pod naprężeniem rozciągającym (gięcie, rozciąganie, walcowanie na zimno, głębokie tłoczenie) Działanie jednego medium (np. jony chlorków) Naprężenia rozciągające można zredukować przez śrutowanie. Zawartość niklu wpływa na wzrost odporności na ten rodzaj korozji. Korozja zmęczeniowa – powstaje we wszystkich korozyjnie działających mediach (nie tylko w jednym) w połączeniu z przemiennymi obciążeniami (gdy występuje naprężenie przemienne, lecz nie ma żadnego pęknięcia)

44 Pozostałe rodzaje korozji
Korozja międzykrystaliczna – w kwaśnych mediach, gdy w wyniku działania ciepła ( oC przy austenitach i 900-przy ferrytach), wytrącają się na granicach ziaren węgliki chromu (np. przy spawaniu – zubożenie zawartości chromu w okolicach spoiny). Podwyższenie odporności stali austenitycznych na ten rodzaj korozji – zwiększenie zawartości tytanu lub niobu; przy stalach ferrytycznych – wyżarzanie stabilizujące w temp oC. Korozja kontaktowa (stykowa) – materiały metaliczne stykają się + są zwilżone elektrolitem – materiał mniej szlachetny (anoda) zostaje zaatakowany w miejscu styku, materiał bardziej szlachetny (katoda) pozostaje bez zmiany

45 SPAWALNOŚĆ

46 SPAWALNOŚĆ W praktyce niemal wszystkie stale odporne na korozję można łączyć wszystkimi metodami spawania i zgrzewania Stale ferrytyczne - nadają się do spawania, przy czym należy liczyć się ze zmniejszeniem ciągliwości w okolicach spoiny; dlatego nie zaleca się spawania konstrukcji poddawanym naprężeniom lub drganiom Stale martnezytyczne - warunkowo do spawania nadają się gatunki o małej zawartości węgla; w tej grupie stali jak i w ferrytach należy stosować austenityczne dodatki spawalnicze Stale austenityczne - zdecydowanie najlepsze do spawania

47 OBRÓBKA PLASTYCZNA

48 PODSTAWOWE WŁASNOŚCI MECHANICZNE
Granica plastyczności (Re) to wartość naprężenia przy której zaczynają powstawać nieodwracalne odkształcenia plastyczne. Za umowne kryterium do określenia tej granicy przyjmuje się trwałe odkształcenie względne równe 0,002. Pomiędzy granicą sprężystości a granicą plastyczności rozciąga się obszar częściowej sprężystości (lub częściowej plastyczności). Wytrzymałość na rozciąganie (Rm) to  naprężenie, przy którym pojawia się szyjka (w próbce).  Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie. W statycznej próbie rozciągania rozciąga się odpowiednio wykonany pręt o przekroju okrągłym wykorzystując urządzenie zwane zrywarką Twardość  – cecha metali świadcząca o podatności lub odporność na odkształcenia powierzchni, zgniecenie jej lub zarysowanie, pod wpływem zewnętrznego nacisku. Pomiar twardości metodą Brinella polega na wgnieceniu w powierzchnię badanego materiału hartowanej kulki stalowej o średnicy D pod wpływem działania prostopadle przyłożonej do próbki siły F, a po odciążeniu na zmierzeniu średnicy d powstałego w materiale trwałego odcisku kulki. Twardość wyrażana jest najczęściej w skali twardości Brinella HB w N/mm2. HB wylicza się ze wzoru:     gdzie A to pole powierzchni kulistego odcinka obliczana ze wzoru A = πDh. Wydłużenie przy zerwaniu (A5 %)- stosunek zmiany długości próbki w momencie zerwania do długości początkowej próbki, wyrażony w procentach

49 WŁASNOŚCI MECHANICZNE
Dla stali w stanie wyżarzonym: Stale martenzytyczne – wysoka wytrzymałość, niska plastyczność Stale austenityczne - niższa wytrzymałość, wysoka plastyczność Stale ferrytyczne – granica plastyczności wyższa niż stali austenitycznych Duplex – granica plastyczności znacznie wyższa niż granica plastycności stali ferrytycznych i austenitycznych; plastyczność podobna do ferrytów

50 WŁASNOŚCI MECHANICZNE
Zależą od: Składu chemicznego Obróbki cieplnej - w przypadku martenzytycznych stali nierdzewnych Zgniotu w przypadku odkształcenia plastycznego na zimno - austenity, duplex (umocnienie przez zgniot wyróżnia te stale – interesujące połączenie wysokiej wytrzymałości i odkształcalności, co umożliwia ograniczenie ciężaru elementów)

51 PODATNOŚC NA OBRÓBKĘ PLASTYCZNĄ
METODY PRZEKSZTAŁCANIA WYROBÓW PŁASKICH GŁĘBOKIE TŁOCZENIE – W ZALEŻNOŚCI OD STANU NAPRĘŻENIA WYRÓŻNIA SIĘ WŁAŚCIWE GŁĘBOKIE TŁOCZENIE (MOŻLIWE JEST SPŁYWANIE WYKROJU POPRZEZ PIERŚCIEŃ CIĄGADŁA; GRUBOŚĆ TŁOCZONEGO MATERIAŁU – BEZ ZMIAN) PRZETŁACZANIE (WYKRÓJ JEST TRZYMANY SZTYWNO PRZEZ DOCISKACZ I SPŁYWANIE NIE JEST MOŻLIWE; TŁOCZONY MATERIAŁ MA CORAZ CIEŃSZĄ ŚCIANKĘ) WYGINANIE – MOŻE BYĆ PRZEPROWADZONE NA PRASIE KRAWĘDZIOWEJ W TŁOCZNIKU LUB ZA POMOCĄ PROFILOWANIA ROLKOWEGO W KLATKACH WALCOWNICZYCH (przykładem jest wytwarzanie rur wzdłużnie spawanych)

52 PODATNOŚC NA OBRÓBKĘ PLASTYCZNĄ
STALE FERRYTYCZNE – przy głębokim tłoczeniu wysoki graniczny stosunek średnicy wykroju do średnicy stempla; przy obciąganiu są zaś podatne na odkształcenia plastyczne tylko w ograniczonym stopniu; zastosowanie: wytłoczki zlewozmywaków, listwy ozdobne samochodów, rury spawane STALE AUSTENITYCZNE – podczas przeróbki plastycznej zmieniają się częściowo w martenzyt; jeżeli jest to konieczne, to musi być to usunięte poprzez wyżarzanie międzyoperacyjne; przy głębokim tłoczeniu – podobnie jak stale ferrytyczne; przy obciąganiu – lepsze właściwości niż ferryty – stąd większe zastosowanie przy skomplikowanych częściach tłoczonych

53 SKRAWALNOŚĆ

54 SKRAWALNOŚĆ Szczególnie stale austenityczne uważane są za trudne w skrawaniu – ze względu na wysoką skłonność do umacniania się przez zgniot, niską przewodność cieplną i dobrą ciągliwość Siarka - najważniejszy pierwiastek przyczyniający się do poprawienia skrawalności (krótkie, łamliwe wióry, gładsze powierzchnie, mniejsze zużycie narzędzi)

55 WYKOŃCZENIA POWIERZCHNI

56 WYKOŃCZENIA POWIERZCHNI
METALICZNIE CZYSTA POWIERZCHNIA JEST PODSTAWOWYM WARUNKIEM DOBREJ ODPORNOŚCI NA KOROZJĘ USUNIĘCIE ZGORZELINY POPRZEZ: ŚRUTOWANIE, SZLIFOWANIE, SZCZOTKOWANIE I/LUB WYTRAWIANIE Blacha zimnowalcowana powierzchnia 2B (matowa) Blacha zimnowalcowana z tłoczonym wzorem Blacha gorącowalcowana powierzchnia 1 Blacha zimnowalcowana powierzchnia BA (lustrzana)

57

58 DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ