Nerezová ocel: složení, druhy, vlastnosti korozivzdorných ocelí

Korozivzdorná ocel (nerez) je ocel odolná vůči korozi. Tuto vlastnost získává kov obsahující železo, když je k hlavnímu chemickému prvku – Fe ve významném množství přidán chrom. Získá se slitina vyznačující se novými vlastnostmi, z nichž hlavní je zvýšená odolnost proti korozi, tj. odolnost vůči oxidačním procesům probíhajícím ve vzduchu nebo v jiném prostředí.

Hledání způsobů, jak chránit ocelový materiál před korozí, se zabývá již dlouhou dobu a pokrývalo jej různými kompozicemi a barvami. Skutečně účinnou metodu našel v roce 1913 Angličan G. Brearley, který získal patent na vynález oceli s vysokým obsahem chrómu, který umožňoval materiálu odolávat korozním procesům.

Chemický základ korozivzdorných slitin

Nerezové slitiny jsou založeny na pravidle, že když se ke kovu odolnému proti korozi přidá další kov, který s ním vytvoří pevný roztok, odolnost proti korozi se prudce a ne úměrně zvýší.

• V přítomnosti 13 % chrómu a více slitiny za normálních podmínek a v prostředí, které je obvykle klasifikováno jako mírně agresivní, nerezaví.
• Pokud je složení chrómu 17 % a více, projevují se korozivzdorné vlastnosti v agresivních oxidačních, alkalických a jiných roztocích.

Chemickým základem odolnosti proti korozi je tvorba pasivačního oxidového filmu na povrchu předmětu z nerezové oceli vlivem chrómu. Tento film nepropouští kyslík a zastavuje oxidační procesy v pronikání dovnitř. Účinnost ochrany závisí na stavu kovového povrchu, nepřítomnosti defektů a vnitřních pnutí v materiálu.

Prvky, které doprovázejí železo ve slitinách oceli: C – uhlík, Si – křemík, Mn – mangan, S – síra, P – fosfor a další

Legování oceli, tedy zlepšení jejích fyzikálních a mechanických vlastností, se kromě Cr provádí i jinými chemickými prvky. Mezi tyto prvky patří kovy různých skupin.
V regulační dokumentaci jsou symboly prvků uvedeny v ruštině: Ni – nikl (N), Mn – mangan (G), Ti – titan (T), Co – kobalt (K), Mo – molybden (M), Cu – měď ( D).

Ke stabilizaci austenitické struktury oceli, tedy ke zpevnění krystalové mřížky železa, se přidává nikl. Pevnost je fixována přidáním uhlíku. Odolnost vůči teplotním změnám je zajištěna přísadami titanu. Ve zvláště agresivním prostředí působí například kyselé, komplexní slitiny s přísadami niklu, molybdenu, mědi a dalších složek.

Značení nerezových ocelí

Při označování kovů se používají písmena a číslice.

Existuje ruská klasifikace jakosti oceli, která se používá v technických a regulačních dokumentech. Paralelně existuje ve světě rozšířená skupina norem vyvinutá Institutem Amerického institutu oceli a slitin – AISI (American Iron and Steel Institute) pro legované a nerezové oceli.

Ruské normy používají následující schéma. Udává se například austenitická ocel 12X15G9.

V systému AISI jsou materiály označeny třemi až čtyřmi číslicemi: první dvě jsou skupina oceli, další dvě jsou průměrný obsah uhlíku. Písmena mohou být za druhou číslicí, před nebo za čísly.

Příklady: 410, 410S, 1045.

Korozivzdorná ocel – hlavní typy

Slitiny odolné proti korozi jsou určeny svou schopností odolávat širokému spektru přírodních i umělých korozních prostředí: atmosférickému, podvodnímu, pozemnímu (podzemnímu), alkalickému, kyselému, slanému, bludným proudům.
Odolnost se projevuje proti účinkům chemické, elektrochemické, mezikrystalové koroze.

Klasifikace nerezových slitin je upravena předpisy GOST, které popisují ocel podle výrobních procesů a aplikací.

Slitiny jsou rozděleny do několika skupin podle kritéria struktury. Liší se procentem uhlíku a složením legujících složek. Tyto poměry určují, kde a jak lze ten či onen typ oceli použít.

1. feritický
2. Martenzitické.
3. austenitické.
4. Kombinované.

feritová skupina

Do skupiny feritů patří chromové oceli. Jsou označeny písmenem F. Oceli s vysokým obsahem chrómu – do 30%, a nízkouhlíkové – do 0,15%. Mají feromagnetické vlastnosti, to znamená, že se vyznačují magnetizací mimo magnetické pole při nízké kritické teplotě.

Pro dosažení optimálních vlastností je obsah uhlíku a chrómu upraven a vyvážen.

Klady – vysoká pevnost a stejně vysoká tažnost.

• Dobrá deformovatelnost za podmínek deformace za studena.
• Vysoká odolnost proti korozi.
• Lze tepelně zpracovat žíháním.

Používá se při výrobě válcovaných trubek, plechových a profilovaných polotovarů a finálních výrobků.

• Chemický a petrochemický průmysl. Zařízení a konstrukce pro práci v kyselém a zásaditém prostředí.
• Těžké strojírenství.
• Energie.
• Přístrojové vybavení pro průmysl.
• Výroba domácích spotřebičů a spotřebičů.
• Potravinářský průmysl.
• Lékařský průmysl.

Příklady jakostí oceli podle GOST a jejich použití:

Ocel 08X13 je slitina feritického chrómu. Používá se k výrobě příborů.

Ocel 12X13 je slitina feritického chrómu. Používá se ke skladování produktů obsahujících alkohol.

Ocel 12X17 je feritický chrom žáruvzdorná slitina. V nádobách z něj vyrobených se provádí vysokoteplotní zpracování potravinářských výrobků.

martenzitická skupina

Martenzit je chápán jako struktura, která je získána jako výsledek kalení obrobku nebo ingotu kovu s následným popouštěním. Kalení spočívá v zahřátí na teplotu, která překračuje kritickou teplotu, popouštění – následné rychlé ochlazení kovu.
V důsledku tohoto procesu dochází k přeskupení krystalové mřížky, čímž je materiál tvrdší. Ale může se také zvýšit křehkost.

Tímto postupem vznikají slitiny, které se kombinují

• Vysoká tvrdost.
• Vysoká síla.
• Dobrá elasticita.
• Korozivzdorný.
• Odolnost vůči teplu.

Zvýší-li se obsah uhlíku ve slitině, zvýší se kvalita tvrdosti a odolnosti proti opotřebení.

Ocel je určena pro výrobu kovových výrobků pro provoz v agresivním prostředí střední a nízké intenzity. Vlastnost pružnosti umožňuje výrobu takových součástí zařízení, jako jsou pružiny, příruby, hřídele. Z martenzitické a martenziticko-feritické kombinované oceli se vyrábí řezné prvky – nože pro konstrukce v chemickém průmyslu, ale i v potravinářském průmyslu.

Příklady jakostí oceli podle GOST a jejich použití:

Ocel 20X13, 30X13, 40X13 je martenzitická slitina. Používá se při výrobě kuchyňského vybavení.

Ocel 14Kh17N2 je martenziticko-feritická kombinovaná slitina obsahující nikl. Používá se k výrobě kompresorů, zařízení pro provoz v agresivním prostředí a při nízkých teplotách.

Austenitická skupina

Austenitická třída korozivzdorných ocelí se vyznačuje chemickou strukturou, začleněním atomů uhlíku do molekulární mřížky železa. Obsahuje velké procento chrómu a niklu – až 33%. Jedná se o vysoce legované kovy. Nemagnetismus umožňuje použití slitin v široké škále výrobních procesů.

• Plasticita za studena a za tepla.
• Pevnost
• Svařitelnost je špičková.
• Odolnost vůči agresivnímu prostředí, jehož příkladem je kyselina dusičná.
• Ekologická čistota.
• Odolnost proti elektromagnetickému záření.

Pro získání stabilního austenitu, plošně centrované krystalové mřížky železa, se ocel leguje niklem, čímž se jeho obsah zvýší na 9 %. Legování se provádí titanem a niobem pro zvýšení odolnosti proti mezikrystalové korozi. Takové slitiny se nazývají stabilizované.

Korozivzdorné oceli skupiny patří mezi těžko obrobitelné kovy. Pro usnadnění práce s nimi se používají metody tepelného zpracování: žíhání a dvojité kalení.
Žíhání se provádí zahřátím až na 1200 gr. Zhruba od 3 hodin. Chlazení probíhá ve vodě nebo olejové kapalině nebo na vzduchu. Tímto způsobem se zvyšuje pružnost slitiny snížením tvrdosti.
Dvojité kalení zahrnuje proces normalizace pevného roztoku kovu při teplotě 1200 gr. C. Sekundární vytvrzování probíhá při 1000 gr. C. Dochází ke zvýšení plasticity a tepelné odolnosti – odolnosti vůči vysokým teplotám.

přihláška

• Různé nádoby.
• Stavba budovy.
• Trubky vyrobené z korozivzdorné oceli.
• Jednotky pro petrochemii a chemickou výrobu.
• Návrhy na ropné plošiny, čistící stanice.
• Mechanismy, které fungují pod vodou, jako jsou turbíny.
• Energetická zařízení v energetice.
• Komponenty a sestavy pro automobily, letadla.
• Vybavení potravin.
• Lékařská, farmakologická zařízení.
• upevňovací prvky.
• Svařované konstrukce.
• A další druhy výrobků.

Příklady jakostí oceli podle GOST a jejich použití:

Ocel 12X18H10T je vysoce legovaná chromová slitina s přísadami niklu a titanu. Vyrábí se z něj zařízení pro rafinaci ropy a chemický průmysl.

Ocel 12X18H10T – austenitická chromová ocel s přísadou niklu. Vyrábí se z něj potrubí pro chemický a potravinářský průmysl s teplotním omezením.

Ocel 12X15G9ND je vysoce legovaná slitina obsahující chrom, mangan, nikl a měď. Používá se při výrobě potrubních systémů a nádrží pracujících s organickými kyselinami střední agresivity

Kombinované slitiny

Kombinujte strukturu a vlastnosti austeniticko-martenzitických nebo austeniticko-feritických kategorií.

Austeniticko-feritické oceli obsahují malé množství niklu, mají vysoký obsah chrómu (více než 20 %), legování se provádí niobem, titanem a mědí. Po tepelném zpracování se poměr feritu a austenitu dostane do rovnováhy. Takové slitiny jsou pevnější než austenitické slitiny, liší se plasticitou a odolností vůči mezikrystalické korozi. Dobře odolávají rázovému zatížení.

Austeniticko-martenzitická skupina kovů s obsahem chrómu v rozmezí 12-18 %, niklu v rozmezí 3,7-7,5 %. Mohou být použity hliníkové přísady. Kalení se provádí kalením při teplotě vyšší než 975 gr. C, a následná dovolená při teplotě 450-500 gr. C. Mají zvýšenou mez kluzu: charakteristiku, která indikuje napětí, při kterém růst deformace pokračuje bez zvýšení zatížení. Slitiny vykazují dobrou svařitelnost a dobré mechanické vlastnosti.

Typologie ocelí na bázi přísad chrómu a niklu

Mezi oceli korozivzdorné řady jsou oblíbené chrom a chromnikl.

Antikorozní materiály obsahující železo obsahující chrom se jinak nazývají chromové oceli.

• Žáruvzdorný martenzitický chrom (Cr méně než 10 %).
• Chrom antikorozní. (Cr ve složení nepřesahuje 17 %).
• Antikorozní a komplexně legované (Přítomnost Cr v rozmezí 12-17%).
• Feritický typ odolný vůči chrom-dusíku a kyselinám (složení Cr mezi 16 % a 17 %).
• Tepelně odolná slitina: s přísadami hliníku, molybdenu, křemíku a dalších kovů.

U slitin chrómu se pro zvýšení plasticity a stabilizace krystalové mřížky používají stabilizační prvky, které snižují obsah uhlíkové složky.

• Austenitické s nízkým procentem uhlíku a stabilizačními prvky.
• Odolný vůči kyselinám, obsahující přídavné kovy.
• Tepelně odolný, ve kterém je podíl niklu a chrómu nad 20 %.
• Austeniticko-martenzitické a austeniticko-feritické s ukazateli niklu a chrómu na průměrné úrovni.

Vlastnosti výroby korozivzdorných ocelí

Všechny výrobní procesy v metalurgii jsou regulovány předpisy GOST a TU.

To platí i pro kovy s antikorozními vlastnostmi.

1. Maximální tvrdost na Brinellově stupnici (NB). Tato metoda zahrnuje test vtisku pomocí metody restaurovaného otisku nebo metody neobnoveného otisku a je určena z tabulky.
2. Relativní prodloužení, měřeno v %. Parametr určuje plastické vlastnosti kovu. Tažnost je zvětšení délky zkušebního tělesa po průchodu mezí kluzu před porušením.
3. Mez kluzu v N/m2. Charakteristika mechanických vlastností materiálu souvisejících s namáháním, při kterých se deformace zvyšuje, když zatížení skončí. Jednotkou měření je Pascal nebo Newton na metr čtvereční.
4. Pevnost v tahu nebo pevnost v tahu v N/m2. Maximální hodnota napětí materiálu před jeho porušením.
5. Tolerance odchylek v procentech chemických prvků v hotových výrobcích

• Limity procentuálního zastoupení chemických prvků.
• Dolní mez pro hmotnostní zlomek jednotlivých legujících složek, jako je mangan.
• Procento škodlivých nečistot neželezných kovů: cín, olovo, vizmut, antimon, kadmium, arsen a další.

Magnetické vlastnosti antikorozních slitin

Parametr magnetizace je charakteristický pro některé kovy. Závisí na takových vlastnostech, jako je základní struktura kovu, složení a vlastnosti slitin.

Kombinace těchto proměnných předurčují úroveň magnetických charakteristik.

Ferity a martenzity určují feromagnetické vlastnosti slitin. Jsou magnetické jako uhlíková ocel. Magnetické druhy materiálů se snadno svařují a lisují, vhodné pro výrobu nástrojů s řeznými plochami a příborů.

Nemagnetické slitiny – austenitické a austeniticko-feritické druhy chrómu a manganu.

Vyznačují se vysokou pevností a odolností proti korozi a jsou široce používány ve stavebnictví a v různých výrobních procesech.