6 rozB 8-11-02 15:30 Page 636
6. Stale i inne stopy żelaza
Tablica 6.65
Orientacyjny skład chemiczny, warunki obróbki cieplnej i wytrzymałość martenzytycznych, umacnianych
wydzieleniowo stali odpornych na korozjÄ™
Warunki obróbki cieplnej,
1)
Wytrzymałość
Stężenie pierwiastków , %
°C/oÅ›rodek chÅ‚odzÄ…cy2)
Znak stali na rozciÄ…ganie,
Rm, MPa
C Cr Ni Mo Nb inne hartowanie odpuszczanie
X5CrNiCuNb16 4 d"0,07 16 4 d"0,6 0,35 Cu: 4 1025÷1055/o,p 470÷630 800÷1270
X5CrNiMoCuNb14 5 d"0,07 14 5,5 1,6 0,4 Cu: 1,6 1030÷1050/o,p 550÷620/p 930÷1270
X7CrNiAl17 7 d"0,09 17 7,2   Al: 1,1 945÷965/w 500÷520 e"1450
X8CrNiMoAl15 7 2 d"0,1 15 7,2 2,5  Al: 1,1 945÷965/w 500÷520 e"1550
1) 2)
P d"0,04; S d"0,015; Mn d"1÷1,5; Si d"0,7; o  olej, p  powietrze, w  szybko do 20°C
wartoÅ›ci bez znaku d" oznaczajÄ… stężenie Å›rednie. i wymrażanie w  70°C przez 9 h.
następnego oziębiania zachodzi przemiana martenzytyczna. Podczas oziębiania
stali zawierających ok. 7% Ni korzystne jest wymrażanie w celu wymuszenia prze-
miany austenitu w martenzyt niskowęglowy o małej twardości. Wysoką wytrzyma-
łość, nawet do ponad 1500 MPa (tabl. 6.65), nadaje stali następne odpuszczanie,
w czasie którego wydzielają się węgliki i fazy międzymetaliczne z martenzytu (po-
równaj rozdz. 6.7.10 o stalach typu  maraging ).
STALE AUSTENITYCZNE CHROMOWO NIKLOWE ODPORNE NA KOROZJ

Wysoką odporność na korozję elektrochemiczną wykazują stale i stopy jedno-
fazowe. W przypadku dodania więcej niż 8% Ni do stali zawierających co najmniej
18% Cr stale te w całym zakresie temperatury wykazują strukturę austenitu (rys.
6.29). Stale o strukturze austenitycznej mają wyższe własności mechaniczne,
większą odporność na korozję i mniejszą skłonność do rozrostu ziarn niż stale
1600
L+Ä…(´) L+Ä…(´)+Å‚ L+Å‚ ciecz L
L+w
C
1400
E
Ä…(´)+Å‚
L+w+Å‚
Å‚
1200
granica rozpuszczalności
austenit
węgla w austenicie
1000
800
austenit + węgliki (w)
600
Ä…+w
400
Å‚+Ä…+w
200
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
ST
ŻENIE W
GLA (%)
Rysunek 6.29
Wpływ węgla na strukturę stali o stężeniu 18% Cr i 8% Ni (według F.H. Keatinga)
636
TEMPERATURA (°C)
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 637
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
o strukturze ferrytycznej. W stalach Cr Ni
stężenie średnie 0,
10%
a)
typu 18 8 rozpuszczalność węgla w austeni-
stężenie węgla
w równowadze cie zmniejsza się wraz z obniżeniem tempe-
z węglikami ok. 0,002%
ratury i w temperaturze pokojowej wynosi
ok. 0,04% (rys. 6.29). ZmniejszajÄ…cej siÄ™ roz-
stężenie średnie 18%
puszczalności C w austenicie towarzyszy wy-
stężenie chromu dzielanie się węglików (Fe,Cr)23C6.
zapewniające odporność
JednofazowÄ… strukturÄ™ austenitu o wyso-
chemicznÄ… ok. 12%
kiej odporności na korozję, bez wydzieleń
węglików, stal uzyskuje w wyniku przesyca-
granica ziarna
nia w wodzie z temperatury 1100°C. W przy-
stężenie węgla
b)
padku ponownego nagrzania tak obrobionej
w równowadze
stali do temperatury wyższej od ok. 500°C,
z węglikami ok. 0,002%
np. w warunkach pracy lub w czasie spawa-
nia, następuje wydzielanie węglików chromu
w postaci siatki, nierzadko przerywanej na
granicach ziarn, a w przypadku spawania
stężenie chromu
 w strefie wpływu ciepła. Proces ten jest
zapewniające odporność
związany z dechromizacją obszarów przyle-
chemicznÄ… ok. 12%
głych do granic ziarn austenitu (rys. 6.30)
granica ziarna
i korozją międzykrystaliczną (porównaj
Rysunek 6.30 rozdz. 5.8.2). W temperaturze ok. 500°C
Schemat wpływu wydzielania węglików typu M23C6 na zmiany szybkość dyfuzji Cr jest bowiem znacznie
stężenia węgla i chromu w pobliżu granicy ziarn w stalach mniejsza od szybkości dyfuzji C. Węgiel two-
wysokochromowych a) uwrażliwionych na korozję międzykrys- rzący węgliki pochodzi więc z obszaru całe-
taliczną, b) odpornych na ten rodzaj korozji w wyniku go ziarna, natomiast Cr  z obszarów przyle-
przedłużenia czasu i podwyższenia temperatury wygrzewania głych do jego granic. Może to powodować lo-
(według E.C. Baina) kalne zmniejszenie stężenia Cr poniżej ok.
12% (rys. 6.30). Z tego powodu następuje
900
gwałtowny wzrost potencjału Fladego stali
stężenie węgla w stali, %
w tych miejscach i uwrażliwienie jej na dzia-
800 Å‚anie korozji elektrochemicznej, przebiegajÄ…-
0,09
cej po granicach ziarn. Szybkość dyfuzji Cr
w temperaturze ok. 650°C jest znacznie
700
0,06
większa niż w niższej temperaturze i dlatego
0,04
korozja międzykrystaliczna po nagrzaniu do
600
0,03
tej temperatury nie zachodzi. Podobnie
wpływa znaczne przedłużenie wygrzewania
0,02
500
stali, nawet w stosunkowo niskiej temperatu-
rze  zbliżonej do 500°C. Wrażliwość na ko-
0,01 0, 1 10 100 1000 10000100000
1
rozję międzykrystaliczną zależy więc od stę-
CZAS WYGRZEWANIA (s)
żenia węgla w roztworze, temperatury i cza-
Rysunek 6.31 su wygrzewania, co można przedstawić na
Wykres CTW czas temperatura wrażliwość na korozję wykresie CTW (czas temperatura wrażli-
międzykrystaliczną stali Cr Ni typu 18 8 o różnym stężeniu wość na korozję międzykrystaliczną), podob-
węgla (według H.J. Rocha ego) nym do wykresów CTP (rys. 6.31).
637
węglik
%Cr
%C
węglik
węglik
%Cr
%C
TEMPERATURA (°C)
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 638
6. Stale i inne stopy żelaza
W celu skutecznego przeciwdziałania korozji międzykrystalicznej nie można
dopuścić do wydzielenia węglików chromu. Osiąga się to przez:
ponowne przesycanie stali, co może być stosowane tylko do elementów o nie-
wielkich wymiarach;
zmniejszenie stężenia C poniżej 0,03%; w niektórych gatunkach dopuszcza się
stężenie węgla nie większe niż 0,07%; sposób ten należy uznać za najbardziej
skuteczny, choć wymagający specjalnych zabiegów metalurgicznych;
tzw. stabilizowanie stali przez wprowadzenie pierwiastków węglikotwórczych
o większym od Cr powinowactwie chemicznym do węgla, najczęściej Ti lub Nb;
pierwiastki te tworzą trwałe węgliki typu MX, nieprzechodzące do roztworu
stałego podczas przesycania; ich stężenie jest dobierane tak, aby związać cały
wÄ™giel: %Ti e"4Å"%C, %Nb e"8Å"%C.
Nadmiar Ti zmniejsza odporność na korozję, zwłaszcza w strefie wpływu cie-
pła w pobliżu spoiny, a ponadto utlenia się całkowicie w strefie przetopienia spo-
iny. Ponieważ Nb wykazuje małe powinowactwo chemiczne do tlenu, korzystne
jest jego zastosowanie, choć większe są tego koszty. Stale stabilizowane mają do-
bre wÅ‚asnoÅ›ci wytrzymaÅ‚oÅ›ciowe w temperaturze do ok. 600°C.
Dodatek 1÷3% Mo zwiÄ™ksza odporność stali chromowo niklowych o struktu-
rze austenitycznej na działanie kwasów siarkowego i octowego oraz na korozję wże-
rowÄ… w obecnoÅ›ci jonów chlorkowych. Dodatek 2÷3% Si polepsza odporność na
działanie kwasu solnego i rozcieńczonego kwasu siarkowego, a także żaroodpor-
ność (porównaj rozdz. 6.7.2). Skłonność stali Cr Ni do korozji naprężeniowej
zmniejsza dodatek ok. 3% Cu. Kolejne dodatki stopowe w stalach Cr Ni typu
18 8, przy zróżnicowanym stężeniu C i N, wpływają na przesunięcie zakresu ist-
nienia faz i zmiany stabilności struktury au-
stenitycznej. Orientacyjne określenie składu
28
fazowego stali Cr Ni w zależności od stęże-
austenit A
24
nia dodatków stopowych umożliwiają wykre-
sy (rys. 6.32), podające skład fazowy spoiny
20
stali po szybkim chłodzeniu z temperatury
spawania. Struktura jednorodnego austenitu
16
A+M
bez obecności martenzytu lub ferrytu Feą
A+F
12
występuje tylko w ściśle określonym zakresie
stężenia C, N, Cr, Ni i innych pierwiastków
8
martenzyt M
stopowych. Jednofazowa struktura austeni-
4
tyczna uniemożliwia zwiększenie własności
M+F ferryt F
wytrzymałościowych tej grupy stali w proce-
0
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40
sie obróbki cieplnej. Zwiększenie wytrzyma-
CrE=%Cr+1,4Å"%Mo+1,5Å"%Si+0,5Å"%Nb+2Å"%Ti
łości stali austenitycznych można uzyskać
stosując dodatek azotu lub przez odkształce-
Rysunek 6.32 nie plastyczne na zimno.
Wpływ pierwiastków austenito- i ferrytotwórczych na strukturę Skład chemiczny, warunki przesycania
spoiny stali Cr Ni typu 18 8, spawanej i szybko ochłodzonej oraz wytrzymałość stali chromowo niklo-
z temperatury krzepnięcia do temperatury pokojowej wych o strukturze austenitycznej odpornych
(według A.L. Schafflera) na korozję zestawiono w tablicy 6.66 (według
CrE  ekwiwalent chromu, NiE  ekwiwalent niklu PN-EN 10088-1:1998). Stale o największym
638
E
Ni =%Ni+30
Å"
%C+0,5
Å"
%Mn+30
Å"
%N
ytu
r
5%
5%
er
%
0%
1
10
0% f
20%
20%
40%
40%
40%
80%
80%
A+M+F
00%
00%
1
1
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 639
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
Tablica 6.66
Orientacyjny skład chemiczny, warunki obróbki cieplnej oraz wytrzymałość na rozciąganie austenitycznych
stali odpornych na korozjÄ™
1)
Stężenie pierwiastków , %
Temperatura Wytrzymałość na
Znak stali
przesycania2), °C rozciÄ…ganie,Rm, MPa
C Cr Ni Mn Mo inne
X10CrNi18 8 0,1 17,5 7,8 d"0,8 N d"0,11 1000÷1100 500÷750
X2CrNiN18 7 d"0,03 17,5 7  N: 0,15 1020÷1100 530÷780
X2CrNi18 9 d"0,03 18,5 9  N d"0,11 1000÷1100 450÷680
X2CrNi19 11 d"0,03 19 11  N d"0,11 1000÷1100 460÷680
X2CrNiN18 10 d"0,03 18,3 10  N: 0,17 1000÷1100 550÷760
X5CrNi18 10 d"0,07 18 9,2 d"2  N d"0,11 1000÷1100 500÷700
X8CrNiS18 9 d"0,1 18 9  Cu d"1, S: 0,25 1000÷1100 500÷750
X6CrNiTi18 10 d"0,08 18 10,5  Ti: 5Å"C÷0,7 1000÷1120 500÷700
X6CrNiNb18 10 d"0,08 18 10,5  Nb: 10Å"C÷1 1020÷1120 500÷740
X4CrNi18 12 d"0,06 18 12  N d"0,11 1000÷1100 500÷700
X1CrNi25 21 d"0,02 25 21 d"0,2 N d"0,11 1030÷1110 470÷670
X2CrNiMo17 12 2 d"0,03 17,5 11,5 2,3 N d"0,11 1020÷1120 500÷700
X2CrNiMoN17 11 2 d"0,03 17,5 11 2,3 N: 0,17 1020÷1120 580÷800
X5CrNiMo17 12 2 d"0,07 17,5 11,5 2,3 N d"0,11 1020÷1120 500÷700
X1CrNiMoN25 22 2 d"0,02 25 22 2,3 N: 0,13 1070÷1150 540÷740
X6CrNiMoTi17 12 2 d"0,08 17,5 12 2,3 Ti: 5Å"C÷0,7 1020÷1120 500÷700
X6CrNiMoNb17 12 2 d"0,08 17,5 12 2,3 Nb: 10Å"C÷1,0 1020÷1120 510÷740
d"2
X2CrNiMo17 12 3 d"0,03 17,5 11,8 2,8 N d"0,11 1020÷1120 500÷700
X2CrNiMoN17 13 3 d"0,03 17,5 12,5 2,8 N: 0,17 1020÷1120 580÷800
X3CrNiMo17 13 3 d"0,05 17,5 11,8 2,8 N d"0,11 1020÷1120 500÷700
X2CrNiMo18 14 3 d"0,03 18 13,8 2,8 N d"0,11 1020÷1120 500÷700
X2CrNiMoN18 12 4 d"0,03 18 11,8 3,5 N: 0,15 1070÷1150 540÷740
X2CrNiMo18 15 4 d"0,03 18,5 14,5 3,5 N d"0,11 1020÷1150 500÷700
X2CrNiMoN17 13 5 d"0,03 17,5 13,5 4,5 N: 0,17 1020÷1140 580÷800
X1CrNiSi18 15 4 d"0,015 17,5 15 d"0,2 Si: 4,1, N d"0,11 1100÷1160 530÷730
X12CrMnNiN17 7 5 d"0,15 17 4,5 6,5  N: 0,15 1000÷1100 750÷950
X2CrMnNiN17 7 5 d"0,03 16,5 4,5 7  N: 0,18 1000÷1100 630÷830
X12CrMnNiN18 9 5 d"0,15 18 5 9  N: 0,15 1000÷1100 600÷800
X3CrNiCu19 9 2 d"0,035 18,5 8,5 1,8  Cu: 1,8, N d"0,11 1000÷1100 450÷650
X6CrNiCuS18 9 2 d"0,08 18 9 d"2 d"0,6 Cu: 1,6, S: 0,25, N d"0,11 1000÷1100 500÷710
X3CrNiCu18 9 4 d"0,04 18 9,5 d"2  Cu: 3,5, N d"0,11 1000÷1100 450÷650
X3CrNiCuMo17-11-3-2 d"0,04 17 10,5 d"1 2,3 Cu: 3,3, N d"0,11 1000÷1100 450÷650
X1CrNiMoCuN20-18-7 d"0,02 20 18 d"1 6,5 Cu: 0,8, N: 0,22 1140÷1200 650÷850
X1NiCrMoCu25 20 5 d"0,02 20 25 d"2 4,5 Cu: 1,6, N d"0,15 1050÷1150 520÷730
X1NiCrMoCuN25-20-7 d"0,02 20 25 d"1 6,5 Cu: 1,0, N: 0,2 1120÷1180 650÷850
X1CrNiMoCuN25-25-5 d"0,02 25 25,5 d"2 5,2 Cu: 1,5, N: 0,21 1120÷1180 600÷800
X1NiCrMoCu31 27 4 d"0,02 27 31 d"2 3,5 Cu: 1,1, N d"0,11 1050÷1150 500÷750
1) 2)
P d"0,025÷0,05, S d"0,01÷0,03, Si d"0,25÷2; ChÅ‚odzenie po przesycaniu w wodzie lub w powietrzu.
wartości bez znaku d" oznaczają stężenie średnie.
639
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 640
6. Stale i inne stopy żelaza
stężeniu Cr, Ni i Mo mają strukturę bardzo stabilnego austenitu, przez co są nazy-
wane stalami super austenitycznymi. Cechują się one bardzo dużą odpornością na
korozję, jednak ze względu na cenę powinny być stosowane jedynie w uzasadnio-
nych przypadkach.
STALE AUSTENITYCZNE CHROMOWO NIKLOWO MANGANOWE
ODPORNE NA KOROZJ

W związku z deficytem Ni stosuje się zastępczo odporne na korozję stale chro-
mowo niklowo manganowe o strukturze austenitycznej. W celu stabilizacji auste-
nitu oraz rozdrobnienia ziarna do stali tych dodaje siÄ™ ponadto 0,1÷0,3% N. Stale
te ustępują nieco pod względem odporności na korozję stalom chromowo niklo-
wym. Są stosowane na aparaturę chemiczną pracującą pod ciśnieniem w niskiej
temperaturze. W środowiskach, takich jak roztwory kwasu mlekowego, octowego
i innych, występujących w sokach owocowych, stale Cr Ni Mn wykazują dobrą
odporność na korozję. Dlatego ze stali tych są wykonywane aparaty do przerobu
mleka i jego produktów, urządzenia przetwórstwa warzywno owocowego oraz in-
na aparatura przemysłu spożywczego. Skład chemiczny oraz dodatkowe informa-
cje dotyczące poszczególnych gatunków tych stali podano w tablicy 6.66.
STALE FERRYTYCZNO AUSTENITYCZNE ODPORNE NA KOROZJ

Stale odporne na korozję o zwiększonym stężeniu Cr i innych pierwiastków fer-
rytotwórczych w stosunku do ograniczonego stężenia Ni i innych pierwiastków
austenitotwórczych w temperaturze pokojowej cechują się strukturą dwufazową
Ä… + Å‚. Stale te zawierajÄ… zwykle 22÷27% Cr, 4÷7% Ni oraz dodatki Mo i N, co po-
woduje, że udział austenitu w tych stalach zawiera się w przedziale ok. 40 do 60%.
Stale ferrytyczno austenityczne mają większe własności wytrzymałościowe w po-
równaniu ze stalami austenitycznymi oraz cechują się szczególnie dobrą odporno-
ścią na korozję naprężeniową. Znormalizowane w kraju stale z tej grupy zestawio-
no w tablicy 6.67 (według PN-EN 10088-1:1998).
Tablica 6.67
Orientacyjny skład chemiczny, warunki obróbki cieplnej oraz wytrzymałość na rozciąganie
ferrytyczno austenitycznych stali odpornych na korozjÄ™
1)
Temperatura Wytrzymałość
Stężenie pierwiastków , %
Znak stali przesycania, °C na rozciÄ…ganie,
2)
C Cr Ni N Mo inne
/ośrodek chłodzący Rm, MPa
X2CrNiN23 4 d"0,03 23 4,5 0,13 0,35 Cu: 0,35 950÷1050/w,p 600÷830
X3CrNiMoN27 5 2 d"0,05 26,5 5,5 0,13 1,7  1020÷1100/w,p 620÷880
X2CrNiMoN22 5 3 d"0,03 22 5,5 0,16 3  1020÷1100/w,p 640÷880
X2CrNiMoCuN25 6v3 d"0,03 25 6,5 0,23 3,4 Cu: 1,8 1040÷1120/w 690÷900
X2CrNiMoN25 7 4 d"0,03 25 7 0,28 3,8  1040÷1120/w 730÷930
X2CrNiMoCuWN25 7 4 d"0,03 25 7 0,25 3,5 Cu: 0,8, W: 0,8 1040÷1120/w 730÷930
1) 2)
P d"0,035, S d"0,015÷0,03, Si d"0,7÷1, Mn d"1÷2; w  woda, p  powietrze.
wartości bez znaku d" oznaczają stężenie średnie.
640
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 641
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
STALE CHROMOWO NIKLOWE
ODPORNE NA KOROZJ
NA WSZCZEPY CHIRURGICZNE
Szczególnym przypadkiem stali chromowo niklowych odpornych na korozję
są stale do wytwarzania wszczepów (implantów) chirurgicznych. Materiały te nie
powinny ulegać korozji w organizmie człowieka nawet przez kilkadziesiąt lat. Wy-
maga się od nich wysokiej jakości metalurgicznej oraz stabilnej struktury austeni-
tycznej, zapewnionej np. w stalach Cr Ni Mo typu 18 15 3 ujętych w PN-ISO
5832-1:1997 jako stopy D i E (porównaj rozdz. 8.6.2).
6.7.7. Stale do pracy w obniżonej temperaturze
OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA
Stale do pracy w obniżonej temperaturze są stosowane w zakresie od poniżej
0°C do temperatury wrzenia helu, tj. ok.  269°C, w chemii i petrochemii, chÅ‚od-
nictwie, przemysłach stoczniowym, lotniczym, nuklearnym i kosmonautyce, a tak-
że do wytwarzania zbiorników do magazynowania ciekłych gazów. Wraz z obniże-
niem temperatury pracy zwiększa się wytrzymałość, natomiast zmniejsza ciągli-
wość i odporność stali na kruche pękanie. Obniżenie temperatury powoduje bo-
wiem zmniejszenie ruchliwości dyslokacji i ich tzw. zamrożenie.
Na krzywej udarności (rys. 6.33)  w zależności od temperatury  występuje
gwałtowne zmniejszenie wartości udarności, a punkt przegięcia na krzywej tk
określa tzw. temperaturę przejścia w stan kruchy, zwaną niekiedy progiem krucho-
ści. Zjawisko to, charakterystyczne dla metali o sieci A2 i A3, nie występuje w sto-
pach o sieci A1. Dla wielu stali jako wartość graniczną pracy łamania przyjmuje
siÄ™ KV = 27 J.
120
36% Ni
sieć A1
100
80
13% Ni
60
8,5% Ni
5% Ni
Rysunek 6.33 40
3,5% Ni
Wpływ temperatury badania
2% Ni
i stężenia niklu na udarność
20
stal węglowa
stali (według T.N. Armstronga
0,2% C
i G.R. Brophy ego)
0
 200  150  100  50 0
TEMPERATURA BADANIA (°C)
W celu uniknięcia uszkodzenia lub zniszczenia konstrukcji pracujących w obni-
żonej temperaturze używa się na nie stali charakteryzujących się temperaturą przej-
ścia w stan kruchy niższą od temperatury pracy.
641
PRACA A
AMANIA (J)
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 642
6. Stale i inne stopy żelaza
Do pracy w obniżonej temperaturze są stosowane:
stale węglowe i niskostopowe; mogą pracować w temperaturze nie niższej od
 50°C; w celu rozdrobnienia ziarn sÄ… poddawane regulowanemu walcowaniu,
wyżarzaniu normalizującemu lub ulepszaniu cieplnemu; zawierają dodatek Mn
(rys. 6.34) i niewielkie dodatki Al, Nb, V, niekiedy także Ni, Mo, Cr i Cu o stę-
żeniu nieprzekraczającym 1% (porównaj rozdz. 6.4.3);
stale niklowe o stężeniu od 1,5 do 9% Ni
400
 w temperaturze od  50 do  200°C;
stężenie Mn, %
stale chromowo niklowe i chromowo ni-
klowo manganowe o strukturze austeni-
2,0
300
1,0 tycznej i stosunkowo niskiej granicy pla-
styczności (porównaj rozdz. 6.7.2
0,5
i 6.7.6), nieznacznie zmniejszajÄ…cej siÄ™
0
200
wraz z obniżeniem temperatury badania;
stopy wysokoniklowe o strukturze auste-
nitycznej, w tym tzw. inwar o stężeniu
100
36% Ni, w których próg kruchości nie wy-
stępuje aż do temperatury wrzenia He, tj.
do ok.  269°C.
0
 80  40 0 40 80 120 160
TEMPERATURA (°C)
Rysunek 6.34
Wpływ stężenia manganu na temperaturę przejścia stali w stan
kruchy (według W.P. Reesa, B.E. Hopkinsa i H.R. Tiplera)
STALE NIKLOWE DO PRACY W OBNIŻONEJ TEMPERATURZE
Głównym dodatkiem w stalach do pracy w obniżonej temperaturze jest Ni.
Pierwiastek ten silnie przesuwa temperaturę tk przejścia w stan kruchy do mniej-
szych wartości, powodując jednocześnie zmniejszenie udarności maksymalnej
w temperaturze wyższej od progu kruchości (rys. 6.33). Ze względu na silny wpływ
na hartowność Ni sprzyja powstawaniu drobnoziarnistej struktury bainitycznej
i martenzytycznej stali. Obniżenie temperatury M i Mf  początku i końca prze-
s
miany martenzytycznej  wywołane przez dodatek Ni powoduje występowanie
znacznego udziału austenitu szczątkowego w strukturze stali obrobionej cieplnie,
co decyduje o dodatkowym zwiększeniu udarności stali w obniżonej temperaturze.
Dodatek Mn również wpływa na obniżenie progu kruchości (rys. 6.34), zwiększa-
jąc własności mechaniczne stali wraz z udarnością, zarówno w temperaturze poko-
jowej, jak i obniżonej. Mangan w stężeniu powyżej 0,8% może powodować kru-
chość odpuszczania, czemu przeciwdziała dodatek Mo, a także przyspieszone
chłodzenie po odpuszczaniu. Pierwiastki C oraz N silnie podwyższają temperatu-
rę tk progu kruchości, podobnie jak S, O i P.
Znaczący wpływ na temperaturę przejścia w stan kruchy wywiera obróbka ciepl-
na (rys. 6.35). Stale o strukturze drobnolistwowego martenzytu wysokoodpuszczo-
nego, uzyskanego w wyniku ulepszania cieplnego, cechują się najniższą temperaturą
tk; nieco wyższa jest właściwa dla stali o strukturze bainitycznej, natomiast najwyż-
sza  dla stali wyżarzonych normalizująco o strukturze ferrytyczno perlitycznej.
642
PRACA A
AMANIA, KV (J)
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 643
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
120
Rysunek 6.35
dwukrotne hartowanie
Wpływ obróbki cieplnej
i odpuszczanie
100
oraz temperatury badania
hartowanie
i odpuszczanie
na udarność stali
80
zawierajÄ…cej 5% Ni
60
(wedÅ‚ug B. Müsgena
i J. Degenkolbego)
40
20
normalizowanie
i odprężanie normalizowanie
0
-220 -200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0
TEMPERATURA BADANIA (°C)
Orientacyjny skład chemiczny półproduktów płaskich, tj. blach, taśm i pasów,
ze stali niskostopowych i niklowych przeznaczonych na urządzenia ciśnieniowe do
pracy w obniżonej temperaturze, objętych normą PN-EN 10028-4:1999, wraz
z przybliżonymi własnościami i warunkami obróbki cieplnej zestawiono w tablicy
6.68. Wymagania dotyczÄ…ce odkuwek z tych stali zawarte sÄ… w projekcie PN-EN
10222-3. Stale te należą do klasy jakości stopowych specjalnych.
Tablica 6.68
Orientacyjny skład chemiczny, przybliżone własności i warunki obróbki cieplnej stali na urządzenia ciśnieniowe
do pracy w obniżonej temperaturze
Stężenie głównych Temperatura, °C
Własności mechaniczne
1)
pierwiastków , % /sposób chłodzenia4)
Najniższa
temp.
3)
Znak stali
KV
hartowania (Q)
pracy,
ReH Rm, odpuszczania
lub wyżarzania
°C temp.
C Mn Si Ni (Rp0,2), lub wyżarzania
MPa normalizujÄ…cego
badania, J
MPa odprężającego
(N)
°C
11MnNi5 32) d"0,14 1,1 d"0,5 0,55  60 e"275 420÷530  60 27 (N)880÷940/p 580÷640/p
13MnNi6 32) d"0,16 1,3 d"0,5 0,6  60 e"345 490÷610  60 27 (N)880÷940/p 580÷640/p
(N)850÷900/p
15NiMn6 d"0,18 1,2 d"0,35 1,5  60 e"345 490÷640  80 27 600÷660/p,w
(Q)850÷900/w,o
(N)830÷880/p
12Ni14 d"0,15 0,6 d"0,35 3,5  100 e"345 490÷640  100 27 580÷640/p,w
(Q)830÷880/w,o
(N)800÷850/p
12Ni19 d"0,15 0,6 d"0,35 5  120 e"380 530÷710  120 27 580÷660/p,w
(Q)800÷850/w,o
e"480 640÷840  196 27
X8Ni9 d"0,1 0,6 d"0,35 9,3  196 (Q)770÷830/w,o 540÷640/p,w
e"575 680÷820  196 50
X7Ni9 d"0,1 0,6 d"0,35 9,3  196 e"575 680÷820  196 80 (Q)770÷830/w,o 540÷640/p,w
1) 4)
P d"0,015÷0,025, S d"0,005÷0,015, V d"0,01÷0,05, Cr + Cu + Mo d"0,5; w  woda,
wartości bez znaku d" oznaczają stężenie średnie. o  olej,
p  powietrze.
2)
Al e"0,02, Nb d"0,05.
3)
Próbki poprzeczne.
643
PRACA A
AMANIA, KV (J)
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 644
6. Stale i inne stopy żelaza
6.7.8. Stale odporne na ścieranie
STAL HADFIELDA
Typowa stal odporna na ścieranie  X120Mn13
1000
 nazywana stalÄ… Hadfielda, zawiera 1,1÷1,3% C
i 12÷13% Mn. Zgodnie z wykresem równowagi
900
Å‚
Fe Mn C (rys. 6.36) stal ta w temperaturze
800 wyższej od ok. 950°C wykazuje stabilnÄ… strukturÄ™
Å‚+(Fe,Mn)3C
austenityczną, a po powolnym ochłodzeniu do tem-
700
peratury pokojowej jest mieszaninÄ… ferrytu i cemen-
tytu manganowego. Podczas ochłodzenia stali
600
Ä…+Å‚
z wychłodzeniem izotermicznym w temperaturze
Ä…+Å‚+(Fe,Mn)3C
500
ok. 600°C z austenitu wydzielajÄ… siÄ™ wÄ™gliki
(Fe,Mn)3C i następnie częściowo przebiega prze-
400
miana perlityczna. Stal w tym stanie wykazuje
pole to obejmuje
orientacyjny
dobrą obrabialność. W wyniku przesycania z tempe-
300
przebieg krzywych
ratury ok. 1000°C, z chÅ‚odzeniem w wodzie, w tem-
200
Rysunek 6.36 peraturze pokojowej stal uzyskuje strukturÄ™
Ä…+(Fe,Mn)3C
Ä…+µ
Przekrój pionowy austenityczną. Stale X120Mn13 oraz X110Mn14
100
Ä…+µ+(Fe,Mn)3C
potrójnego układu i X120Mn12 o zbliżonym składzie chemicznym
równowagi Fe Mn C 0 (z dodatkiem Cr, Mo lub Ni), w stanie przesyconym
0,4 0,8 1,2 1,6
przy stałym stężeniu cechują się dużą skłonnością do umocnienia w wy-
ST
ŻENIE MASOWE C
13% Mn (według niku zgniotu związanego z tworzeniem mikrobliz
-
Tofautego i Lindena) niaków. Twardość stali wynosi wówczas ok. 500 HB.
ZASTOSOWANIE STALI HADFIELDA
Stal Hadfielda umacniajÄ…ca siÄ™ w czasie pracy, jest stosowana na elementy na-
rażone na ścieranie przy dużych i dynamicznych naciskach powierzchniowych, np.
na kosze koparek, gąsienice do ciągników, rozjazdy kolejowe, łamacze kamienia
i młyny kulowe. Często ze względów technologicznych elementy te są wykonywa-
ne przez odlewanie ze staliwa GX120Mn13 o składzie analogicznym jak stali
X120Mn13 (porównaj rozdz. 6.8.2, tabl. 6.78).
6.7.9. Stale o szczególnych własnościach
magnetycznych
OGÓLNA KLASYFIKACJA
W elektrotechnice i elektronice szerokie zastosowanie znajdują stale o szczegól-
*)
nych własnościach magnetycznych . W zależności od kształtu pętli histerezy (rys.
6.37) materiały te dzieli się na:
*)
Pozostałe grupy materiałów o szczególnych własnościach magnetycznych opisano w roz-
dziale 8.5.6.
644
TEMPERATURA (°C)
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 645
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
magnetycznie miękkie (m)  o dużej pozostałości magnetycznej B i małym na-
r
tężeniu koercji H (rys. 6.37a),
c
magnetycznie twarde (t)  o mniejszej pozostałości magnetycznej i znacznie
większym natężeniu koercji (rys. 6.37b).
Powierzchnia pętli histerezy jest proporcjonalna do energii przemagnesowania
materiału, rozproszonej w postaci ciepła.
a) b)
B
B
m
Rysunek 6.37
Schemat pętli histerezy
t
magnetycznej materiałów
magnetycznie
Hc
H H
a) miękkich  m,
b) twardych  t;
B  indukcja magnetyczna,
H  natężenie pola
Hc
magnetycznego
STALE MAGNETYCZNIE MI
KKIE
Stale magnetycznie miękkie stosowane w postaci blach elektrotechnicznych
prÄ…dnicowych zawierajÄ… poniżej 0,08% C i 0,4÷3,4% Si. Blachy transformatorowe
zawierajÄ… 2,8÷4,2% Si. Walcowanie blach z tych stali wykonuje siÄ™ tak, aby uzyskać
teksturę )#100*# {110} (rys. 6.38). Jest to korzystne, ponieważ )#100*# jest kierunkiem
najłatwiejszego namagnesowania żelaza. Po walcowaniu blachy poddaje się wyża-
rzaniu odwęglającemu (w atmosferze 20% H2 i 80% N2), doprowadzając do ko-
rzystnego rozrostu ziarn. Materiały te nie powinny być odkształcane plastycznie na
zimno, gdyż zgniot zwiększa koercję.
Stale magnetycznie miękkie są objęte kilkoma normami dotyczącymi blach
i taśm elektrotechnicznych o różnym stopniu przetworzenia. Są oznaczane literą
M, po niej liczbą podającą pomnożoną przez 100 wartość stratności całkowitej
Rysunek 6.38
Schemat tekstury materiałów magnetycznych o sieci A2, regularnej przestrzennie centrowanej
(według N.P. Gossa)
645
r
B
r
B
unek walcowania
kier
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 646
6. Stale i inne stopy żelaza
(w W/kg, przy 1,5 T i 50 Hz) i po pauzie  następną liczbą podającą grubość
produktu w mm też pomnożoną przez 100. Znak jest zakończony literą zależną od
stanu i rodzaju stali:
w stanie w pełni przetworzonym:
 o ziarnie niezorientowanym, walcowanej na zimno, według PN-EN
10106:1998, o znaku zakończonym literą A, np. M800 100A,
 o ziarnie zorientowanym, według PN-EN 10107:1999, o znaku zakończonym
literą N (o normalnej stratności), S (o obniżonej stratności) lub P (o wyso-
kiej przenikalności), np. M111 35N, M140 30S, M100 23P,
w stanie nie w pełni przetworzonym, walcowanej na zimno (bez końcowej ob-
róbki cieplnej):
 niestopowej, według PN-EN 10126:2000, o znaku zakończonym literą D, np.
M1050 50D,
 stopowej, według PN-EN 10165:2000, o znaku zakończonym literą E, np.
M520 65E.
Cienkie blachy i taśmy stalowe elektrotechniczne do pracy przy średnich
częstotliwościach są ujęte w normie PN-EN 10303:2002U, natomiast materiały
magnetyczne stosowane w przekaz
nikach  w PN-EN 10304:2002U.
Odrębną grupę stanowią stale o określonych własnościach mechanicznych i ma-
gnetycznych. Blachy i taśmy z tych stali są stosowane do wytwarzania stojanów
Tablica 6.69
Wymagane minimalne własności stali o określonych własnościach mechanicznych i magnetycznych
Umowna granica Gęstość strumienia magnetycznego, T
Wydłużenie
Wytrzymałość na
plastyczności przy natężeniu pola magnetycznego
1)
Znak stali
rozciÄ…ganie R ,
Rp0,2,
m
2)
MPa A80mm, % A , % 5 kA/m 15 kA/m
MPa
250-xxx-TF 183 250 325 16  1,6 1,83
300 xxx TF 182 300 375 15  1,55 1,82
350 xxx TF 181 350 425 13  1,52 1,81
400 xxx TF 180 400 450 10  1,5 1,8
250 xxx TG 180 250 350 22 26 1,6 1,8
300 xxx TG 180 300 400 20 24 1,6 1,8
350 xxx TG 179 350 450 18 22 1,55 1,79
400 xxx TG 179 400 500 16 19 1,55 1,79
450 xxx TG 179 450 550 14 17 1,54 1,79
500 xxx TG 179 500 600 12 14 1,53 1,79
550 xxx TG 178 550 650 12 14 1,52 1,78
600 xxx TG 178 600 700 10 12 1,5 1,78
650 xxx TG 178 650 750 10 12 1,48 1,78
700 xxx TG 178 700 800 10 12 1,46 1,78
1)
xxx  stukrotna wartość grubości blachy lub taśmy w mm, TF  produkty walcowane na zimno lub  TG walcowane na gorąco.
2)
Produkty o grubości >3 mm.
646
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 647
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
i wirników maszyn elektrycznych. Zgodnie z normą PN-EN 10265:2001 stale te na-
leżą do grupy stali niestopowych jakościowych, ponieważ jednak nie stawia się im
wymagań dotyczących składu chemicznego  część z nich może być wytwarzana
jako stale stopowe. Klasyfikuje się je w zależności od wartości minimalnej umow-
nej granicy plastyczności oraz od wartości minimalnej gęstości strumienia magne-
tycznego i dzieli na dwie grupy: produktów walcowanych na gorąco (o grubości
1,6÷4,5 mm) i walcowanych na zimno (o gruboÅ›ci 0,5÷2 mm). Oznaczenie tych
stali składa się z liczby równej minimalnej wartości umownej granicy plastyczno-
ści w MPa, oddzielonej kreską od stukrotnej wartości grubości nominalnej produk-
tu w mm, a po następnej kresce  z liter TF (produkty walcowane na zimno) lub
TG (produkty walcowane na gorąco) i stukrotnej wartości minimalnej gęstości
strumienia magnetycznego w T określonej przy natężeniu pola magnetycznego
15 kA/m, np. 400 160 TF 180 lub 550 320 TG 178 (tabl. 6.69).
STALE MAGNETYCZNIE TWARDE
Stale magnetycznie twarde stosowane na
B
Rysunek 6.39 magnesy trwałe (rys. 6.39) charakteryzuje
Charakterystyka magnesu moc wÅ‚aÅ›ciwa (BÅ"H)maks., która powinna osiÄ…-
Br
trwałego gać możliwie największe wartości. Wymaga-
nia te spełniają stale węglowe eutektoidalne
zahartowane na martenzyt oraz stale stopo-
we zawierające W, Cr i Co silnie zwiększają-
ce koercję (według dotychczasowej normy
(BÅ"H)maks.
PN-75/H-84038, tabl. 6.70). Inne materiały
magnetycznie twarde stosowane na magnesy
stałe opisano szerzej w rozdziale 8.5.6.
-Hc 0 H
Tablica 6.70
Skład chemiczny, własności i warunki obróbki cieplnej stali stopowych magnetycznie twardych*)
2)
Maksymalny
Åšrednie stężenie pierwiastków , % PozostaÅ‚ość Temperatura, °C
Koercja,
iloczyn
magne-
1)
Znak stali H ,
c (BÅ"H)maks.,
hartowania/
tyczna,
C Cr W Mo Co A/m odpuszczania4)
3)
J/m3 ośrodek chłodzący
Br, T
W6 (X73W6) 0,73 0,4 5,7    4930 2300 800÷840/w,p 100÷120
H6K6
0,98 6   6 6 7560 3200 930÷1000/o 100÷120
(X98CoCr6 6)
H9K15M2
0,98 9  1,5 15 15 13525 5170 1000÷1050/o,p 100÷120
(X98CoCrMo15 9)
1)
Znak w nawiasie zgodny z zasadami podanymi w PN-EN 10027-1:1994 (porównaj rozdz. 6.1.5).
2)
P d"0,03, S d"0,03, Mn: 0,3, Si: 0,3, Ni d"0,3÷0,6.
3)
w, o, p  odpowiednio: woda, olej, powietrze.
4)
Czas odpuszczania: 4÷5 h.
*)
Porównaj przypis do tablicy 6.60.
647
e
i
e
i
n
n
a
a
w
w
o
o
s
s
e
e
n
g
n
a
g
a
m
z
m
o
r
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 648
6. Stale i inne stopy żelaza
4 2
W roku 1852 polski aptekarz Ignacy A
ukasiewicz, w wyniku
destylacji ropy naftowej wydzielił naftę, a w roku 1853
1 3
skonstruował lampę naftową i wprowadził oświetlenie
naftowe w szpitalu we Lwowie. W roku 1854 w Bóbrce
założył pierwszą w Polsce kopalnię ropy naftowej, a w roku
1859 uruchomił w Ułaszowicach k. Jasła pierwszą w Polsce
destylarnię ropy naftowej. Pierwszy odwiert naftowy został
wykonany przez pułkownika Edwina Drake'a w 1959 roku
w Titusville w Zachodniej Pensylwanii w USA (1).
8
13 Ropa naftowa jest wydobywana na polach naftowych (1) (2), jak w Zagłębiu Północnym Wielkich Równin
w stanie Wyoming (14) w USA lub na pustyniach na środkowym Wschodzie, w Afryce, Ameryce Południowej,
Rosji (2), po dokonaniu odwiertu przy użyciu świdrów koronkowych zbrojonych diamentem (13). Ok. 25%
spośród światowej produkcji ropy naftowej, która wynosi ok. 25 miliardów baryłek, pochodzi ze złóż podmor-
skich i jest wydobywana na platformach (5)÷(9), wykonanych głównie ze stali i betonu np. na Oceanie
Atlantyckim, o fundamencie ze sprężonego betonu, metodą wstrzykiwanie wody i gazu (Hibernia koło Nowej
Funlandii), na 270-tonowych słupach wbitych w dno (RAM POWELL w zatoce Meksykańskiej) lub na specjalnym
statku utrzymywanym w stałym położeniu, jak w najgłębszym czynnym szybie Marlin (1709 m) u wybrzeży
Campos w Brazylii, a także na Morzu Północnym (6) (7). Największa na świecie pływająca platforma produkcyj-
na Nkossa (9) na Morzu Śródziemnym składa się z 7 modułów wybudowanych równocześnie w stoczniach
Francji, WÅ‚och i Holandii i zmontowanych w Fos-sur-Mer w 1996 roku, w tym 2 platform wiertniczych (5)
i tankowców (10), które jak na innych platformach (11) dostarczają ropę do portów przeznaczenia, często wraz
z ciekłym gazem (12). Ropa naftowa jest również pozyskiwana z piasków bitumicznych w prowincji Alberta
w Kanadzie, a łupki bitumiczne występują także w Australii, Estonii, Brazylii, Szwecji, USA i Chinach.
Na lÄ…dzie ropa naftowa jest transportowana rurociÄ…gami ze stali odpornych na korozjÄ™ w tych warunkach,
spawanych z odcinków rur o średnicy do 1,2 m, jak rurociąg z Zatoki Proidhoe do portu Valdez na Alasce w USA
(4). Ropa naftowa jako mieszanina węglowodorów stała się podstawowym surowcem do produkcji materiałów
polimerowych oraz jednym z głównych paliw.
648
648
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 649
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
7
9
6 10
5
14
11
12
649
649
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 650
6. Stale i inne stopy żelaza
6.7.10. Wysokowytrzymałe niskowęglowe stale
martenzytyczne utwardzane wydzieleniowo
typu  maraging
SKA
AD CHEMICZNY I WA
ASNOÅšCI
Grupę stali typu  maraging *) stanowią niskowęglowe stopy żelazowo niklowe
o strukturze martenzytycznej, utwardzane wydzieleniowo, cechujÄ…ce siÄ™ znacznÄ…
wytrzymałością i plastycznością. W odróżnieniu od stali zawierających węgiel wy-
stępujący w roztworze stałym lub w fazach węglikowych, stale typu  maraging
umacniają się dzięki wydzielaniu faz międzymetalicznych, np. Ni3Ti, Fe2Mo,
Ni3Mo, NiAl2.
Głównym pierwiastkiem stopowym w stalach typu  maraging jest Ni, o stęże-
niu 8÷25%. ZwiÄ™ksza on hartowność stali umożliwiajÄ…c w czasie hartowania, po
austenityzowaniu, zajście przemiany martenzytycznej podczas chłodzenia w po-
wietrzu. Nikiel zwiększa również odporność stali na kruche pękanie i decyduje
o obniżeniu progu kruchości, tak że granica plastyczności zmienia się nieznacznie
do temperatury ok.  250°C. Pierwiastek ten w niewielkim stopniu sprzyja umoc-
nieniu stali w czasie odpuszczania, tworzy jednak fazy międzymetaliczne Ni3Ti,
Ni3Mo, Ni3(Mo,Ti), NiTi, (Fe,Ni)2Mo.
Pierwiastkiem najsilniej umacniajÄ…cym jest Ti, tworzÄ…cy w stalach typu  mara-
ging liczne fazy międzymetaliczne. Przy stężeniu większym od 1% powoduje on
jednak znaczne obniżenie ciągliwości stali. Natomiast na zwiększenie ciągliwości
silnie wpływa Mo, który powoduje zmniejszenie współczynnika dyfuzji innych pier-
wiastków stopowych po granicach ziarn, sprzyjając wydzielaniu się faz międzyme-
talicznych wewnÄ…trz ziarn, a nie na ich granicach. Molibden tworzy kilka faz
utwardzających te stale podczas odpuszczania, korzystnie działając szczególnie
w obecności Co. Kobalt zmniejsza bowiem rozpuszczalność Mo, a także W w że-
lazie Feą. Podnosząc temperaturę M , kobalt umożliwia wprowadzenie innych
s
pierwiastków decydujących o umocnieniu, które działają przeciwnie, bez obawy
uzyskania austenitu szczątkowego w strukturze stali po chłodzeniu z temperatury
hartowania. Do stali typu  maraging mogÄ… być dodawane Al (0,2÷0,3%), Be, Nb,
W, Zr, a także Cr, silnie umacniające martenzyt przez wydzielanie faz międzyme-
talicznych, tworzonych przez te pierwiastki. Chrom zwiększa ponadto odporność
korozyjną tych stali (porównaj rozdz. 6.7.6, tabl. 6.65). Dodatek Si sprzyja umoc-
nieniu przez zmniejszenie rozpuszczalności Mo i Ti w żelazie Feą, natomiast Mn
powoduje umocnienie martenzytu, przy większym stężeniu tworząc fazy NiMn
i Ni3Mn.
*)
Nazwa tych stali pochodzi od angielskiego określenia starzenie martenzytu (martensite aging
 maraging). W definicji według PN-EN 10052:1999 starzenie martenzytu to  obróbka wy-
dzieleniowa stali polegająca na przesycaniu, w czasie którego powstaje miękki, bardzo nisko-
węglowy martenzyt, który może być starzony w celu uzyskania żądanych własności . Jeśli za
kryterium hartowania przyjąć zajście przemiany martenzytycznej w czasie chłodzenia po au-
stenityzowaniu (tak czyni się konsekwentnie w całej książce), to pierwsza operacja jest harto-
waniem, a w konsekwencji druga  odpuszczaniem (porównaj rozdz. 4.6.1), a zatem zarówno
nazwa tej grupy stali, jak i określenia przyjęte w PN-EN 10052:1999 są nieścisłe.
650
6 rozB 8-11-02 15:30 Page 651
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
Niekorzystnie na własności stali typu  maraging oddziałują C i N, tworzące
węgliki i azotki  zamiast pożądanych faz międzymetalicznych. Szkodliwy jest rów-
nież wpływ S i P.
Orientacyjny skład chemiczny i własności stali typu  maraging podano w ta-
blicy 6.71.
Tablica 6.71
*)
Skład chemiczny oraz niektóre własności krajowych stali typu  maraging
Orientacyjne własności po
2)
Stężenie pierwiastków , %
hartowaniu odpuszczaniu
1)
Znak stali
R , KCU, R , KCU, HRC
m m
C Ni Co Mo Cr Ti Al
MPa J/cm2 HRC MPa J/cm2
N18K9M5TPr
18 9,2 4,8 d"0,2 0,7 0,12 1100 160 33 1800 25 52
(X2NiCoMoTiAl18 9 5)
N18K12M4TPr
3) 3)
17,4 12,4 4 d"0,2 1,6 0,13 1180 1003) 38 2000 8 57
(X2NiCoMoTiAl17 12 4)
N13K15M10TPr
3) 3) 3)
d"0,03 13,4 15 10 d"0,2 0,2 d"0,1 1200 90 40 2200 4 60
(X2CoNiMoTi15 13 10)
4)
H10N7K10M5Pr
7,2 10 5,6 10 d"0,1 0,12 980 180 29 1500 60 40
(X2CoCrNiMoAl10 10 7)
4)
H15K20M3JPr
d" 0,3 20,1 2,9 15 d"0,2 0,12 1200 150 40 1500 90 48
(X2CoCrMoAl20 15 3)
1)
Znak w nawiasie zgodny z zasadami podanymi w PN-EN 10027-1:1994 (porównaj rozdz. 6.1.5).
2)
P d"0,01, S d"0,01, O d"0,01, N d"0,01, Mn d"0,1, Si d"0,1, Cu d"0,1; wartości bez znaku d" oznaczają stężenie średnie.
3)
Własności po hartowaniu wykonanym jako ostatni zabieg obróbki cieplno mechanicznej w zakładzie hutniczym,
użytkownik wykonuje tylko odpuszczanie.
4)
Stale odporne na korozję (porównaj też rozdz. 6.7.6).
OBRÓBKA CIEPLNA STALI TYPU  MARAGING
Obróbka cieplna stali typu  maraging polega na hartowaniu**) z temperatury
zależnej od gatunku stali, zbliżonej jednak do 800÷900°C, z chÅ‚odzeniem w powie-
trzu. Strukturę stali po hartowaniu stanowi bezwęglowy martenzyt żelazowo
niklowy o wytrzymałości R ok. 1000 MPa, twardości ok. 30 HRC i znacznej
m
plastyczności. Odpuszczanie stali typu  maraging odbywa się w zakresie
450÷550°C  w zależnoÅ›ci od gatunku. Odpuszczanie powoduje znaczne zwiÄ™ksze-
nie wytrzymałości i niewielkie zmniejszenie własności ciągliwych. Na rysunku 6.40
przedstawiono schematycznie udział różnych mechanizmów, w tym utwardzania
wydzieleniowego, w umocnieniu stali typu  maraging obrobionych cieplnie.
*)
Porównaj przypis do tablicy 6.60.
**)
Porównaj przypis na str. 650.
651
6 rozB 8-11-02 15:31 Page 652
6. Stale i inne stopy żelaza
2400
a) b) c)
 martenzyt stopowy odpuszczony
 martenzyt stopowy
2000
 martenzyt niestopowy
 ferryt stopowy
1600
 ferryt niestopowy
1200
martenzyt
z wydziele-
martenzyt
niami faz
800 międzyme-
talicznych
ferryt
400
0
0 10 20 30 0 1 2 3
0 10 20 30
ST
ŻENIE MASOWE CZAS ODPU-
PIERWIASTKÓW SZCZANIA (h)
STOPOWYCH
Ni+Co+Mo+Ti (%)
Rysunek 6.40
Schemat wpływu różnych mechanizmów umocnienia na wytrzymałość martenzytu odpuszczonego
(według M.D. Perkasa)
ZASTOSOWANIE STALI TYPU  MARAGING
Stale typu  maraging znajdują zastosowanie jako materiał konstrukcyjny do
wytwarzania elementów pracujących w szerokim zakresie temperatury  od obni-
żonej do ok.  200°C po wysokÄ…  do ok. 600°C, w szczególnie ciężkich warunkach
obciążeń mechanicznych. Stale te są stosowane najczęściej w technice lotniczej
i rakietowej, w przemyśle zbrojeniowym, a także w chemicznym i naftowym na
zbiorniki wysokociśnieniowe, w budowie okrętów, do wyrobu sprężyn. Stale typu
 maraging o odpowiednio dobranym składzie chemicznym są także stosowane na
niektóre narzędzia do pracy na gorąco, w tym na matryce kuz
nicze, a specjalne sta-
le bezniklowe  także na narzędzia tradycyjnie wytwarzane ze stali szybkotnących.
652
m
WYTRZYMAA
OŚĆ NA ROZCI
GANIE, R (MPa)
6 rozB 8-11-02 15:31 Page 653
6.8. Odlewnicze
stopy żelaza
6.8.1. Staliwa niestopowe*)
KLASYFIKACJA STALIW NIESTOPOWYCH
Ważnym materiałem konstrukcyjnym, stosowanym w postaci odlewów jest sta-
liwo niestopowe. Otrzymuje się je w wyniku odlewania do form, w których krzep-
nie, uzyskując wymagany kształt użytkowy.
Staliwa niestopowe (węglowe) dzieli się na dwie grupy podlegające odpowied-
nio odbiorowi:
na podstawie własności mechanicznych,
na podstawie własności mechanicznych oraz składu chemicznego.
Skład chemiczny staliw węglowych według PN-ISO 3755:1994 zestawiono w ta-
blicy 6.72. Znak staliwa składa się z dwóch liczb określających wyrażone w MPa
wartości: minimalnej granicy plastyczności R oraz minimalnej wytrzymałości na
e
rozciąganie R (np. 200 400), po których, w przypadku staliw węglowych podle-
m
gających odbiorowi także na podstawie składu chemicznego, umieszczona jest lite-
ra W (np. 270 480W).
Staliwa niestopowe konstrukcyjne są także stosowane na odlewy do pracy pod
ciśnieniem (tabl. 6.73, według PN-EN 10213-2:1999 i PN-EN 10213-3:1999). Stali-
wa te poddaje siÄ™ wyżarzaniu normalizujÄ…cemu (+N) z temperatury 900÷980°C lub
Tablica 6.72
Skład chemiczny i własności mechaniczne staliw węglowych konstrukcyjnych
2)
Maksymalne stężenie głównych pierwiastków , % Minimalne własności mechaniczne
Znak
3)
1)
Re (Rp0,2), Rm, A, Z, KV ,
staliwa
C Mn Si
MPa MPa % % J
200 400W 1 200 400 25 40 45
230 450W 1,2 230 450 22 31 45
0,25 0,6
270 480W 1,2 270 480 18 25 22
340 550W 1,5 340 550 15 21 20
1)
W  odbiór staliwa na podstawie składu chemicznego i własności mechanicznych.
Gatunki staliw bez litery W na końcu znaku, są odbierane tylko na podstawie własności mechanicznych.
2)
P d"0,035, S d"0,035, Ni d"0,4, Cr d"0,35, Cu d"0,4, Mo d"0,15, V d"0,05, Ni + Cr + Cu + Mo + V d"1.
3)
Dla gatunków 200 400 i 230 450, minmalna praca łamania KV wynosi odpowiednio 30 J i 25 J.
*)
Uwaga: niektóre normy nie określają staliw jako niestopowych, lecz tradycyjnie nazywają je
węglowymi (porównaj rozdz. 6.2.1 dotyczący stali węglowych).
653
6 rozB 8-11-02 15:31 Page 654
6. Stale i inne stopy żelaza
ulepszaniu cieplnemu (+QT) polegajÄ…cemu na hartowaniu z temperatury
890÷980°C i odpuszczaniu w 600÷700°C. Oznaczenia tych staliw zaczynajÄ… siÄ™ od
litery G, po czym są identyczne z oznaczeniami odpowiadających im stali (porów-
naj rozdz. 6.1.5).
Maksymalne stężenie
Tablica 6.73
Minimalne własności mechaniczne
1)
głównych pierwiastków , %
Skład chemiczny
Znak staliwa
i własności mechaniczne
Rp0,2, Rm, A, KV,
C Mn Si
MPa MPa % J
staliw niestopowych
do pracy pod ciśnieniem
GP240GR+N 0,25 1,2 240 420 22 27
GP240GH+QT 0,23 1,2 240 420 22 40
0,6
GP280GH+QT 0,25 1,2 280 480 22 35
2)
G17Mn5+N 0,2 1,6 240 450 24 27
1) 2)
P d"0,03, S d"0,02, Ni d"0,4, Cr d"0,3, Cu d"0,3, Próba w  40°C.
Mo d"0,12, V d"0,03, Ni + Cr + Cu + Mo + V d"1.
STRUKTURA I WA
ASNOÅšCI STALIW NIESTOPOWYCH
Własności staliw, podobnie jak stali węglowych i niestopowych, zależą głównie
od stężenia węgla (rys. 6.41). Staliwa, szczególnie nisko- i średniowęglowe, cechu-
ją się dobrą spawalnością. Korzystny zespół własności mechanicznych i technolo-
gicznych decyduje o stale rosnącym udziale produkcji staliwa w ogólnej produkcji
stopów żelaza z węglem.
Składnikami strukturalnymi występującymi w staliwie niestopowym są ferryt
i perlit. W zależności od sposobu i szybkości chłodzenia odlewu, w staliwie niesto-
powym w stanie surowym może wystąpić tzw. struktura globulityczna o okrągłych
ziarnach lub struktura Widmannstättena. Struktura widmannstättenowska charak-
teryzuje się iglastą budową ferrytu w osnowie perlitu i ma niekorzystny wpływ na
własności mechaniczne staliwa.
700
Rm 70
600 60
Z
500 50
400 40
Re
300 30
240
A
Rysunek 6.41
Wpływ stężenia węgla 200 20
160
na własności mechaniczne
KU
100 10
80
staliw węglowych w stanie
wyżarzonym
(według K. Roescha
0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
1
i K. Zimmermanna)
ST
ŻENIE W
GLA (%)
654
e
m
Z, A (%)
R , R (MPa)
KU (J)
6 rozB 8-11-02 15:31 Page 655
6.8. Odlewnicze stopy żelaza
OBRÓBKA CIEPLNA STALIW NIESTOPOWYCH
W celu usunięcia niekorzystnej struktury pierwotnej, niejednorodności składu
chemicznego, a także naprężeń odlewniczych, odlewy staliwne poddaje się obrób-
ce cieplnej, głównie wyżarzaniu ujednorodniającemu lub normalizującemu, a tak-
że wyżarzaniu odprężającemu. Odlewy staliwne można również hartować i odpusz-
czać, a także obrabiać cieplno chemicznie, stosując zasady podobne jak przy ob-
róbce cieplnej elementów stalowych o zbliżonym składzie chemicznym.
6.8.2. Staliwa stopowe
OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA STALIW STOPOWYCH
Staliwa stopowe zawierają dodatki stopowe o stężeniu przekraczającym warto-
ści graniczne takie same jak dla stali stopowych (porównaj tabl. 6.2, rozdz. 6.1.2).
Ze względu na zastosowanie, staliwa stopowe dzieli się na konstrukcyjne, odporne
na ścieranie, odporne na korozję, żaroodporne i żarowytrzymałe oraz narzędzio-
we. Gdy łączne stężenie dodatków stopowych nie przekracza 2,5%, staliwo jest
uważane za niskostopowe, gdy jest zawarte w przedziale 2,5÷5%  za Å›redniostopo-
we, a przy stężeniu większym niż 5%  za wysokostopowe. Przeważnie są stosowa-
ne staliwa zawierające kilka składników stopowych, w tym głównie Ni, Cr, Si, Mn,
często dodatki Mo, V, W, Ti, Nb, Co i B. Staliwa stopowe zawierające tylko jeden
z wymienionych składników są stosowane rzadko.
Własności staliw stopowych często są polepszane przez modyfikowanie, np.
mieszankami cerowymi, a także przez zastosowanie odpowiedniej obróbki cieplnej
odlewów.
Oznaczenie staliw stopowych rozpoczyna się od litery G (według PN-EN) lub
L (według dotychczasowych norm PN), a następujący po nich znak jest zgodny
z systemem oznaczania odpowiedniej grupy stali (porównaj rozdz. 6.1.5).
STALIWA STOPOWE KONSTRUKCYJNE I MASZYNOWE
Staliwa stopowe konstrukcyjne i maszynowe są stosowane na silnie obciążone
odlewy i cechują się wysoką wytrzymałością na rozciąganie, przy dużej granicy pla-
styczności i dużej ciągliwości. Skład chemiczny staliwa powinien być dobrany tak,
aby przy danej grubości ścianki odlewu umożliwiał zahartowanie odlewu na
wskroś oraz uzyskanie jednolitych i dobrych własności mechanicznych na całym
przekroju odlewu po ulepszaniu cieplnym. Dlatego główne znaczenie pierwiastków
stopowych w tych staliwach polega na zwiększeniu ich hartowności.
Staliwa stopowe konstrukcyjne najczęściej są ulepszane cieplnie, choć niekiedy
odlewy są poddawane wyżarzaniu ujednorodniającemu lub normalizującemu,
które to operacje obróbki cieplnej zapewniają wymagane własności użytkowe odle-
wów wykonanych ze stopów o odpowiednio dobranym składzie chemicznym. Sta-
liwa wysokomanganowe odporne na ścieranie poddaje się przesycaniu.
W grupie staliw stopowych konstrukcyjnych wyróżnia się:
staliwa ogólnego przeznaczenia (tabl. 6.74, według dotychczasowej normy PN-
H-83156:1997),
staliwa do pracy pod ciśnieniem (tabl. 6.75, według PN-EN 10213-1:1999):
655