6 rozB 8-11-02 16:46 Page 617
6.7. Stale i stopy żelaza
o szczególnych
własnościach
OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA
Grupę stali o szczególnych własnościach stanowią stale o własnościach fizycz-
nych, chemicznych lub mechanicznych, jednoznacznie decydujÄ…cych o ich zasto-
sowaniu. Niejednokrotnie stężenie pierwiastków stopowych w tych materiałach
przekracza 50%, dlatego często mówi się o stopach specjalnych, a gdy Fe nie jest
głównym składnikiem, a jedynie jednym z wielu  o nadstopach.
W grupie stali i stopów specjalnych można wyróżnić wiele stopów, np. stale ża-
roodporne, żarowytrzymałe, zaworowe, odporne na korozję, o szczególnych wła-
snościach fizycznych.
6.7.1. Stale stopowe do pracy w podwyższonej
temperaturze
WYMAGANIA STAWIANE STALOM
DO PRACY W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE
Stale stopowe do pracy w temperaturze podwyższonej do ok. 600°C sÄ… stoso-
wane w energetyce na urządzenia ciśnieniowe, głównie na walczaki kotłów paro-
wych, rury kotłowe i przegrzewaczowe, do budowy turbin parowych, wodnych i ga-
zowych, na armatury kotłów i turbin, zbiorniki ciśnieniowe i inne urządzenia ener-
getyki konwencjonalnej i jądrowej oraz przemysłu chemicznego.
Ze względu na szczególne warunki pracy  oprócz określonych własności wy-
trzymałościowych i ciągliwych w temperaturze pokojowej  stale te cechują się
t t
Re < Rz/200 000 Re > Rz/200 000
300
t
Re min.
200
Rz/100 000 Rz/200 000
100
tg
0 100 200 300 400 500 600 700
TEMPERATURA (°C)
Rysunek 6.25
t
Zależność granicy plastyczności R , czasowej wytrzymałości na pełzanie R i czasowej granicy pełzania R
e z/Ä/t x/Ä/t
stali 10CrMo9 10 od temperatury badania, t  temperatura graniczna
g
617
(MPa)
; R
t
e
1/100 000
z/200 000
R ; R
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 618
6. Stale i inne stopy żelaza
wymaganymi własnościami w temperaturze podwyższonej. Zjawiska zachodzące
w stali w temperaturze podwyższonej powodują bowiem z reguły zwiększenie pla-
styczności, w wyniku czego odkształcenie trwałe zależy od trzech czynników: naprę-
żenia, czasu działania obciążenia i temperatury. Gdy czynnik czasu nie działa jesz-
cze istotnie na odkształcenie trwałe stali, podstawę do oceny własności stali stano-
wi granica plastyczności Rt lub Rt albo wytrzymałość Rt (rys. 6.25), wyznaczane
e p0,2 m
w próbie rozciągania w temperaturze t. W temperaturze wyższej od temperatury gra-
nicznej t (rys. 6.25) stałe obciążenie powoduje ciągle postępujące odkształcenie
g
konstrukcji wskutek pełzania, aż do jej zniszczenia. Podstawę do obliczeń konstruk-
cji stanowi wówczas czasowa wytrzymałość na pełzanie R lub czasowa granica
z/Ä/t
pełzania R (rys. 6.25), wyznaczane w długotrwałych próbach pełzania.
x/Ä/t
Sprężyście obciążone elementy maszyn i połączeń, pracujące w podwyższonej
temperaturze przez długi czas bez zmiany wymiarów w kierunku działania siły,
np. połączenia skurczowe, sprężyny, połączenia śrubowe lub złącza kołnierzowe
przewodów parowych, ulegają relaksacji, polegającej na zaniku naprężeń spręży-
stych niezbędnych do utrzymania trwałości połączenia lub utrzymania szczelno-
ści złącza.
Wiele elementów urządzeń energetycznych, np. łopatki turbin lub wirniki,
w podwyższonej temperaturze podlegają ponadto działaniu naprężeń zmęczenio-
wych. Próby zmęczeniowe stanowiące podstawę doboru materiałów na te elemen-
ty są wykonywane przy liczbie cykli NG =108, większej niż w temperaturze pokojo-
wej. W zależności od temperatury i czasu działania obciążenia naprężenia zmęcze-
niowe powodują dodatkowo pełzanie, zwane dynamicznym lub relaksacją. W za-
kresie temperatury 400÷460°C peÅ‚zanie dynamiczne ma istotne znaczenie ze
względu na mniejsze wartości czasowej wytrzymałości na pełzanie od wytrzymało-
ści zmęczeniowej w tym zakresie temperatury.
Urządzenia energetyczne podlegają ponadto niskocyklowemu zmęczeniu ciepl-
nemu wywołanemu szybkim nagrzewaniem i chłodzeniem elementów urządzeń
energetycznych, przy liczbie cykli 10÷106. UlegajÄ… także korozji, pogarszajÄ…cej wÅ‚a-
sności materiału zwłaszcza w wysokiej temperaturze.
Najważniejszymi czynnikami podczas doboru stali do pracy w podwyższonej
temperaturze są temperatura pracy, wymagane własności w warunkach pracy oraz
rodzaj środowiska.
SKA
AD CHEMICZNY STALI STOPOWYCH
DO PRACY W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE
Ze względu na skład chemiczny stale stopowe do pracy w podwyższonej tem-
peraturze dzieli siÄ™ na:
niskowęglowe, o stężeniu do 0,25% C,
średniowęglowe  o stężeniu węgla większym niż 0,25%,
niskostopowe  o małym i średnim stężeniu węgla i łącznym stężeniu pierwiast-
ków stopowych nieprzekraczającym 3%,
średniostopowe  o średnim stężeniu węgla i stężeniu pierwiastków stopowych
w zakresie 3÷5%,
wysokostopowe  o dużym stężeniu pierwiastków stopowych, przekraczającym
5%  w tym głównie Cr powyżej 10%.
618
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 619
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
Do najważniejszych pierwiastków stopowych polepszających własności wytrzy-
małościowe w wysokiej temperaturze oraz odporność na pełzanie należą Cr, Mo
i V. Odporność na utlenianie w podwyższonej temperaturze polepsza głównie Cr.
Stale zawierajÄ…ce 1÷2,5% Cr mogÄ… być stosowane w temperaturze do ok. 580°C.
Zwiększenie stężenia Cr nawet do 13% nie wpływa znacząco na zmianę czasowej
wytrzymałości stali na pełzanie. Dopiero dodatek węglikotwórczych pierwiastków
stopowych, głównie Mo, a szczególnie V, a także W, Ti i Nb, przyczynia się do
znacznego zwiększenia własności wytrzymałościowych oraz zwiększenia czasowej
wytrzymałości na pełzanie. Skład chemiczny stali o określonych własnościach
w podwyższonej temperaturze, dostarczanych w postaci odkuwek (według normy
PN-EN 10222-2:2002), produktów płaskich (według PN-EN 10028-2:1996) lub
prętów (według PN-EN 10273:2002U) i przeznaczonych na urządzenia ciśnienio-
we zestawiono w tablicy 6.55. Stale te należą do klasy jakości stali stopowych spe-
cjalnych i sÄ… oznaczane zgodnie z zasadami podanymi w rozdz. 6.1.5 (tabl. 6.8).
Tablica 6.55
Orientacyjny skład chemiczny stali stopowych do pracy w podwyższonej temperaturze, przeznaczonych
na urządzenia ciśnieniowe
1)
Stężenie pierwiastków , %
Znak stali
C Mn Si Cr Ni Mo V Al inne
16Mo3 0,16 0,65 d"0,35   0,3   
14MoV6 3 0,14 0,55 d"0,4 0,45  0,6 0,25 d"0,02 Sn d"0,025
15MnMoV4 5 d"0,18 1,15 d"0,4   0,5 0,06  
18MnMoNi5 5 d"0,2 1,35 d"0,4  0,65 0,5 d"0,03  
15MnCrMoNiV5 3 d"0,17 1,25 d"0,4 0,75 0,5 0,28 0,08  
13CrMo4 5 0,13 0,7 d"0,35 0,95  0,5   
11CrMo9 10 0,11 0,6 d"0,5 2,25  1   
X16CrMo5 1 d"0,18 0,55 d"0,4 5  0,55   
Nb: 0,08,
X10CrMoVNb9 1 0,1 0,45 d"0,5 8,8 d"0,4 0,95 0,22 d"0,04
N: 0,05
X20CrMoV11 1 0,2 0,65 d"0,4 11,3 0,55 1 0,28  
1)
P d"0,025, S d"0,015, Cr d"0,3, Cu d"0,3, Ni d"0,3, Mo d"0,08, V d"0,02, Nb d"0,01, Cr + Cu + Mo d"0,5;
wartości bez znaku d" oznaczają stężenie średnie.
Pręty ze stali spawalnych o określonych własnościach w podwyższonej temperatu-
rze są wytwarzane także ze stali klasyfikowanych na podstawie wymaganej mini-
malnej granicy plastyczności (sposób oznaczania według tabl. 6.7). Orientacyjny
skład chemiczny tych stali podano w tablicy 6.56.
Wymagania dotyczące krajowych stali do pracy w podwyższonej temperaturze
sÄ… podane w dotychczasowej normie PN-75/H-84024.
619
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 620
6. Stale i inne stopy żelaza
Tablica 6.56
Orientacyjny skład chemiczny i własności prętów ze stali stopowych spawalnych na urządzenia ciśnieniowe
do pracy w temperaturze podwyższonej
1) 2)
Maksymalne stężenie pierwiastków , % Minimalne własności mechaniczne
Znak
ReH Rm, A, Rp0,2, MPa
stali
C Si Mn Cr Ni Mo V Nb Ti Zr (Rp0,2),
MPa %
w 250°C w 300°C
MPa
P460NH 0,2 0,6 1,7 0,3 0,8 0,1 0,2 0,05 0,03  460 570 17 314 294
P355QH 0,16 0,4 1,5 0,3 0,5 0,25 0,06 0,05 0,03 0,05 355 490 22 235 215
P460QH 0,18 0,5 1,7 0,5 1 0,5 0,08 0,05 0,03 0,05 460 550 19 360 340
P500QH 0,18 0,6 1,7 1 1,5 0,7 0,08 0,05 0,05 0,15 500 590 17 400 380
P690QH 0,2 0,8 1,7 1,5 2,5 0,7 0,12 0,06 0,05 0,15 690 770 14 575 570
1) 2)
Stal P460NH: P d"0,03, S d"0,025, N d"0,025, Al e"0,02, Cu d"0,7; Próbki z prętów o średnicy
stale P...QH: P d"0,025, S d"0,015, N d"0,015, Al e"0,015, Cu d"0,3, B d"0,005. lub gruboÅ›ci d"16 mm; KV (w  20°C) e"40 J.
OBRÓBKA CIEPLNA I STRUKTURA STALI
DO PRACY W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE
Uzyskanie wymaganych własności i struktury staje się możliwe dzięki obróbce
cieplnej, polegającej  w zależności od gatunku stali  na wyżarzaniu normalizują-
cym (+N), hartowaniu i odpuszczaniu (ulepszaniu cieplnym, +QT) lub wyżarzaniu
normalizującym i odprężającym (+NT)*). W oznaczeniu obróbki cieplnej blach,
taśm i prętów wyróżnia się ponadto stan zahartowany w powietrzu (+QA) lub
w cieczy chłodzącej (+QL). Produkty hutnicze dostarczane w stanie wyżarzonym
mają znak stali zakończony symbolem +A.
Ze względu na strukturę stale stopowe do pracy w podwyższonej temperaturze
można podzielić na:
ferrytyczno perlityczne,
ferrytyczno bainityczne,
o strukturze martenzytu wysokoodpuszczonego.
Stale należące do dwóch pierwszych grup, ze względu na przeważający udział
ferrytu, nazywa się w skrócie ferrytycznymi, natomiast stale grupy trzeciej są
w skrócie określane jako martenzytyczne.
Po obróbce cieplnej stale do pracy w podwyższonej temperaturze uzyskują wła-
sności, które według wymagań normy PN-EN 10222-2:2002 zestawiono w tablicy
6.57. Własności te zmniejszają się wraz ze zwiększeniem grubości przekroju pro-
duktu, dlatego też większość elementów o grubości równoważnej ponad 70 mm za-
leca się stosować w stanie ulepszonym cieplnie. Niektóre własności mechaniczne
stali klasyfikowanych na podstawie ich minimalnej granicy plastyczności podano
w tablicy 6.56.
*)
W normach PN-EN 10028-2:1996, PN-EN 10222-2:2002 oraz PN-EN 10273:2002U obróbka
ta jest nieprawidłowo określana jako wyżarzanie normalizujące i odpuszczanie, jednakże od-
puszczanie wykonuje siÄ™ jedynie po hartowaniu.
620
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 621
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
Tablica 6.57
Orientacyjne warunki obróbki cieplnej oraz niektóre własności mechaniczne stali stopowych
do pracy w podwyższonej temperaturze, przeznaczonych na urządzenia ciśnieniowe
1)
Temperatura, °C Minimalne wÅ‚asnoÅ›ci mechaniczne
Znak stali 2) 2)
Rp0,2, MPa
normalizowania odprężania lub Rm, ReH (Rp0,2), A , KV , Rz/100000/500 3),
lub hartowania odpuszczania MPa MPa % J MPa
w 400°C w 500°C
16Mo3 890÷960 620÷700 490 295 21 34 160 150 93
14MoV6 3 950÷990 670÷720 460 300 18 27 209 200 193
15MnMoV4 5 875÷925 600÷675 510 345 21 40 235  78
18MnMoNi5 5 850÷925 625÷675 550 400 20 40 310  
15MnCrMoNiV5 3 900÷950 625÷675 560 370 17 40 288 269 139
13CrMo4 5 890÷950 630÷740 440 295 18 27 190 175 137
11CrMo9 10 900÷980 670÷770 520 310 20 34 195 175 135
X16CrMo5 1 925÷975 690÷750 640 420 14 27 306 256 113
X10CrMoVNb9 1 1040÷1090 730÷780 630 450 17 27 340 300 258
X20CrMoV11 1 1020÷1070 730÷780 700 500 14 27 360 290 236
1)
Odkuwki o grubości równoważnej d"35 mm.
2)
Próbki poprzeczne.
3)
Wartość średnia czasowej wytrzymałości na pełzanie.
6.7.2. Stale żaroodporne i żarowytrzymałe
ŻAROODPORNOŚĆ I ŻAROWYTRZYMAA
OŚĆ
Od stali i stopów pracujących w wysokiej temperaturze w zakresie powyżej
550°C wymaga siÄ™ dużej żaroodpornoÅ›ci i żarowytrzymaÅ‚oÅ›ci.
Żaroodporność to odporność stopu na działanie czynników chemicznych, głów-
nie powietrza oraz spalin i ich agresywnych składników w temperaturze wyższej niż
550°C. Å»aroodporność jest Å›ciÅ›le zwiÄ…zana ze skÅ‚onnoÅ›ciÄ… stali do tworzenia zgo-
rzeliny (porównaj rozdz. 5.8.5÷5.8.8). Zgorzelina powinna stanowić ciÄ…gÅ‚Ä… war-
stwę, dokładnie przylegającą do metalicznego rdzenia, co utrudnia dyfuzję utlenia-
cza i jonów metalu. Wymagania te spełniają niskowęglowe stale o jednofazowej
strukturze ferrytu lub austenitu, o dużym stężeniu chromu i niklu oraz dodatkowo
krzemu i aluminium.
Żarowytrzymałością jest nazywana odporność stopu na odkształcenia, z czym
wiąże się zdolność do wytrzymywania obciążeń mechanicznych w wysokiej tempe-
raturze  powyżej 550°C. Å»arowytrzymaÅ‚ość w temperaturze wyższej od 550°C jest
uzależniona głównie od odporności na pełzanie (rys. 6.25). Dużą żarowytrzyma-
łość wykazują więc stale o strukturze austenitycznej  ze względu na mniejsze
współczynniki dyfuzji niż w ferrycie (porównaj rozdz. 6.3.2), o znacznej wielkości
ziarn i z dyspersyjnymi wydzieleniami faz, głównie na granicach ziarn.
621
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 622
6. Stale i inne stopy żelaza
PIERWIASTKI WPA
YWAJ
CE NA ŻAROODPORNOŚĆ STALI
Chrom jest podstawowym pierwiastkiem zwiększającym żaroodporność stali.
Dodatek ok. 5% Cr zapewnia odpowiednią żaroodporność w temperaturze
600÷650°C. ZwiÄ™kszenie stężenia tego pierwiastka powoduje wzrost żaroodporno-
Å›ci do ok. 1100°C przy stężeniu ok. 30% Cr w stali. Dodatki Si i Al, mimo analo-
gicznego wpływu na żaroodporność, są dodawane w ograniczonym stężeniu  od-
powiednio ok. 3 i 2,5% ze względu na niekorzystny wpływ na własności plastyczne
stali i obniżanie podatności na obróbkę plastyczną. Dodatki V i Mo wywierają nie-
korzystny wpływ na żaroodporność stali. Tlenki wanadu bowiem łatwo ulegają sto-
pieniu, natomiast tlenki molibdenu utleniajÄ… siÄ™. Nikiel nie jest samodzielnie sto-
sowany, gdyż nie zwiększa żaroodporności stali.
PIERWIASTKI WPA
YWAJ
CE NA ŻAROWYTRZYMAA
OŚĆ STALI
Nikiel przy stężeniu 9%, w obecności ok. 18% Cr, powoduje tworzenie trwałej
struktury austenitycznej, co decyduje o zwiększeniu żarowytrzymałości stali. Żaro-
wytrzymałość podwyższają pierwiastki stopowe zwiększające energię wiązania ato-
mów sieci roztworu stałego, a więc podwyższające temperaturę topnienia i rekry-
stalizacji, do których należą Mo, W, V, Co, a także Ti, Cr i Si. Żarowytrzymałość
jest ponadto zwiększana w wyniku umocnienia zgniotowego oraz utwardzania wy-
dzieleniowego. Natomiast obniżenie żarowytrzymałości następuje wskutek poligo-
nizacji i rekrystalizacji stali uprzednio odkształconej plastycznie na zimno oraz ko-
agulacji wydzieleń faz. Dodatek pierwiastków silnie węglikotwórczych, tj. Ti, Nb
lub Ce, powoduje utworzenie twardych węglików lub węglikoazotków. Stężenie wę-
gla w tych stalach  ze względu na zapewnienie odpowiedniej spawalności  jest
ograniczone do ok. 0,25%.
SKA
AD CHEMICZNY I ZNAKOWANIE STALI
ŻAROODPORNYCH I ŻAROWYTRZYMAA
YCH
Skład chemiczny i podstawowe własności stali żaroodpornych i żarowytrzyma-
łych (według EN 10095:1999) podano w tablicy 6.58. Należą one w większości do
klasy stali nierdzewnych oraz do stali stopowych specjalnych (porównaj rozdz.
6.1.4) i są dostarczane w postaci blach, taśm, prętów i kształtowników walcowa-
nych na gorąco i na zimno. Stale żaroodporne i żarowytrzymałe oznacza się we-
dług zasad obowiązujących dla stali stopowych, których podstawą klasyfikacji jest
skład chemiczny oraz przynajmniej jeden z pierwiastków stopowych dodano w stę-
żeniu przekraczającym 5%. Znak stali składa się z litery X, liczby oznaczającej
średnie stężenie węgla w setnych częściach %, symboli chemicznych pierwiastków
stopowych oraz liczb (rozdzielonych kreskami), podających średnie stężenie głów-
nych pierwiastków stopowych w %. Znak stali może być uzupełniony symbolem
oznaczającym sposób wykonania produktu hutniczego, jego obróbki cieplnej i wy-
kończającej.
Krajowe stale żaroodporne i żarowytrzymałe zestawiono w dotychczasowej
normie PN-71/H-86022.
622
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 623
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
Tablica 6.58
Orientacyjny skład chemiczny i niektóre własności stali żaroodpornych i żarowytrzymałych
Żaroodporne
Rz/10000 2),
1)
Stężenie pierwiastków , %
w powietrzu
MPa
Znak stali
do temp.,
°C
C Mn Si Cr Ni N inne 700°C 800°C
Stale ferrytyczne
X10CrAlSi7 d"0,12 0,75 7   Al: 0,75 800
X10CrAlSi13 d"0,12 1,05 13   Al: 0,95 850
X10CrAlSi18 d"0,12 1,05 18   Al: 0,95 1000
d"1 9,5 4,3
X10CrAlSi25 d"0,12 1,05 24,5   Al: 1,45 1150
X18CrN28 0,18 d"1 27,5  0,2  1100
Al: 1,9,
X3CrAlTi18 2 d"0,04 d"1 17,5  
1000
Ti: 0,2 + 4Å"(C + N)÷0,8
Stal austenityczno-ferrytyczna
X15CrNiSi25-4 0,15 d"2 1,15 25,5 4,5 d" 0,11  9,5 4,3 1100
Stale austenityczne
X8CrNiTi18 10 d"0,1 d"2 d"1 18 10,5  Ti: 5Å"C÷0,8 48 15 850
X15CrNiSi20 12 d"0,2 d"2 2 20 12 d"0,11  36 18 1000
X9CrNiSiNCe21 11 2 0,09 d"1 2 21 11 0,16 Ce: 0,05 63 27 1150
X12CrNi23 13 d"0,15 d"2 d"1 23 13 d"0,11  36 18 1000
X8CrNi25 21 d"0,1 d"2 d"1,5 25 20,5 d"0,11  40 18 1050
X15CrNiSi25 21 d"0,2 d"2 2 25 20,5 d"0,11  40 20 1150
X6CrNiSiNCe19 10 0,06 d"1 1,5 19 10 0,16 Ce: 0,05 63 25 1050
X25CrMnNiN25 9 7 0,25 9 d"1 25 7 0,3  45 12 1150
X12NiCrSi35 16 d"0,15 d"2 1,5 16 35 d"0,11  45 20 1100
X10NiCrAlTi32 21 d"0,12 d"2 d"1 21 32  Al: 0,4, Ti: 0,4 68 30 1100
Ce: 0,07, Nb: 0,8,
X6NiCrNbCe32 27 0,06 d"1 d"0,3 27 32 d"0,11 80 24 1150
Al d"0,025
X6NiCrSiNCe35 25 0,06 d"2 1,6 25 35 0,16 Ce: 0,05 56 28 1170
X10NiCrSi35 19 d"0,15 d"2 1,5 18,5 35 d"0,11  55 26 1100
X10NiCrSiNb35 22 d"0,15 d"2 1,5 21,5 35 d"0,11 Nb: 1,25 55 26 1100
1)
P d"0,02÷0,045, S d"0,01÷0,015; wartoÅ›ci bez znaku d" oznaczajÄ… stężenie Å›rednie.
2)
Czasowa wytrzymałość na pełzanie.
623
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 624
6. Stale i inne stopy żelaza
STRUKTURY
W zależności od składu chemicznego i struktury stale żaroodporne i żarowy-
trzymałe można podzielić na:
chromowe i chromowo krzemowe  o strukturze ferrytyczno perlitycznej
w stanie równowagi, hartujące się na martenzyt po ochłodzeniu w powietrzu,
wysokochromowe z dodatkiem aluminium i podwyższonym stężeniem krzemu
 o strukturze ferrytycznej z wydzieleniami węglików, głównie M7C3, o udziale
zależnym od stężenia węgla,
chromowo niklowe (zawierajÄ…ce do ok. 5% Ni)  o strukturze ferrytyczno au-
stenitycznej,
chromowo niklowe (lub chromowo niklowo manganowe)  o strukturze au-
stenitycznej (z niewielkim udziałem węglików lub węglikoazotków),
chromowo niklowe z dodatkiem krzemu  o strukturze austenitycznej z wy-
dzieleniami węglików, głównie M23C6.
WA
ASNOÅšCI I ZASTOSOWANIE
Orientacyjne dane dotyczÄ…ce maksymalnej temperatury stosowania w atmosfe-
rze powietrza oraz czasowej wytrzymałości na pełzanie stali żaroodpornych i żaro-
wytrzymałych ujętych w EN 10095:1999 podano w tablicy 6.58. Stale ferrytyczne
uzyskujÄ… te wÅ‚asnoÅ›ci po wyżarzaniu w temperaturze 780 do 930°C, natomiast au-
stenityczne  po przesycaniu w 1000 do 1150°C. Stale ferrytyczne sÄ… stosowane na
nieobciążone mechanicznie elementy aparatury chemicznej, pieców i kotłów prze-
mysłowych, elementy palników gazowych, skrzynie do nawęglania i inne. Stale au-
stenityczne o większej żarowytrzymałości są stosowane na podobne elementy, lecz
obciążone mechanicznie.
6.7.3. Stale zaworowe
PODSTAWOWE WA
ASNOÅšCI I SKA
AD CHEMICZNY
Szczególną grupę stali żarowytrzymałych, używanych na zawory w silnikach
spalinowych, stanowią stale zaworowe. Charakteryzują się one dużą odpornością
na korozjÄ™ w atmosferze spalin, w temperaturze do ok. 750°C. Odporność tÄ™ za-
pewniają głównie dodatki Si i Cr, stąd nazwa tych stali  silchromy. Dużą twardość
i odporność na Å›cieranie zapewnia im stosunkowo duże stężenie wÄ™gla  0,4÷0,6%.
Ponieważ stale o strukturze austenitycznej wykazują większą wytrzymałość w wy-
sokiej temperaturze, niż stale o strukturze martenzytycznej, część stali zaworo-
wych ma duże stężenie Cr i pierwiastków austenitotwórczych, tj. Ni, Mn i N. Do-
datki W i Mo powodują zwiększenie żarowytrzymałości i rozdrobnienie ziarn.
W stalach o strukturze martenzytycznej dodatki te powodują zwiększenie odpor-
ności na odpuszczanie i przeciwdziałają kruchości odpuszczania. Dodatek Nb lub
Ta w stalach austenitycznych sprzyja zwiększeniu odporności na ścieranie, co jest
związane z utworzeniem twardych węglików lub węglikoazotków tych pierwiastków
w stali. Najbardziej obciążone zawory silników spalinowych wykonuje się także
z niektórych stopów niklu (porównaj rozdz. 7.3.1).
624
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 625
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
Stale zaworowe są zestawione w PN-EN 10090:2001 (tabl. 6.59). Należą do
stali stopowych specjalnych i są dostarczane w postaci prętów (walcowanych,
łuszczonych, szlifowanych, polerowanych), drutów, walcówki i odkuwek. Krajowe
stale zaworowe są także ujęte w jeszcze obowiązującej dotychczasowej normie
PN-71/H-86022.
Tablica 6.59
Orientacyjny skład chemiczny i warunki obróbki cieplnej stali zaworowych
1)
Stężenie pierwiastków , %
Temperatura obróbki cieplnej, °C
Znak stali
2)
/sposób chłodzenia
C Mn Si Cr Ni inne
hartowania odpuszczania
Stale martenzytyczne
X45CrSi9 3 0,45 d"0,6 3 9 d"0,5  1000÷1050/o
X40CrSiMo10 2 0,4 d"0,8 2,5 10,5 d"0,5 Mo: 1 1000÷1050/o 720÷820/p,w
X85CrMoV18 2 0,85 d"1,5 d"1 17,5  Mo: 2,3, V: 0,45 1050÷1080/o
Stale austenityczne przesycania starzenia
X55CrMnNiN20 8 0,55 8,5 d"0,25 20,5 2,2 N: 0,3 1140÷1180/w 760÷815/p
X53CrMnNiN21 9 0,53 9 d"0,25 21 3,9 N: 0,42 1140÷1180/w 760÷815/p
W: 1,1, Nb + Ta: 2,1,
X50CrMnNiNbN21 9 0,5 9 d"0,45 21 4,5 1160÷1200/w 760÷815/p
N: 0,5
Nb + Ta: 2,5,
X53CrMnNiNbN21 9 0,53 9 d"0,45 21 3,9 1160÷1200/w 760÷850/p
N: 0,45, C + N >0,9
X33CrNiMnN23 8 0,33 2,5 0,75 23 8 W d"0,5, N: 0,3 1150÷1170/w 800÷830/p
1) 2)
P d"0,04÷0,045, S d"0,03; wartoÅ›ci bez znaku d" oznaczajÄ… stężenie Å›rednie. w, o, p  odpowiednio: woda, olej, powietrze.
OBRÓBKA CIEPLNA STALI ZAWOROWYCH
Stale chromowo krzemowe o strukturze martenzytycznej (w stanie wyżarzo-
nym perlitycznej) poddaje siÄ™ hartowaniu z temperatury 1000÷1080°C i odpusz-
czaniu w temperaturze 720÷820°C z chÅ‚odzeniem w powietrzu lub wodzie (co za-
pobiega kruchości odpuszczania). Strukturę stali obrobionej cieplnie stanowi
martenzyt wysokoodpuszczony. Po takiej obróbce cieplnej (+QT) stale martenzy-
tyczne osiÄ…gajÄ… minimalnÄ… granicÄ™ plastycznoÅ›ci R 700÷800 MPa w ok.
p0,2
20°C i 120÷170 MPa w 650°C. Stale o strukturze austenitycznej poddaje siÄ™
przesycaniu z temperatury 1140÷1200°C, z chÅ‚odzeniem w wodzie, i starzeniu
w temperaturze 760÷830°C (tabl. 6.59). W wyniku tej obróbki (+AT+T) otrzymu-
je się strukturę austenitu z dyspersyjnymi wydzieleniami węglików M6Ci M23C6
oraz węglikoazotków, np. (Nb,Ta)(C,N). Zapewnia to stalom tej grupy mini-
malnÄ… granicÄ™ plastycznoÅ›ci R 550÷580 MPa w temperaturze pokojowej
p0,2
i 210÷285 MPa w 650°C.
625
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 626
6. Stale i inne stopy żelaza
3
5
1
6 2
7
4
626
626
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 627
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
8
9
10
11
12
Ciężkie specjalistyczne pojazdy strażackie na podwoziu Volvo FM12 (1) oraz pomocy drogowej na podwoziu
Scania (2) zbudowane są głównie ze stali, podobnie jak najcięższe wywrotki kolebkowe do przewozu urobku
w kopalniach surowców skalnych (3) oraz potężne pociągi drogowe złożone z ciągnika i licznych przyczep,
stosowane do przewozu różnych ładunków po bezdrożach Australii (4). Wśród wielu różnych pojazdów specjali-
stycznych można wyróżnić samochód kampingowy marki  Ford , w wytworzeniu którego wykorzystano oprócz
blach stalowych także tłoczywa arkuszowe SMC (5). Autobusy wielu firm mają poszycia i dachy wykonane
z blach stalowych, ale częściowo także z tÅ‚oczywa arkuszowego SMC lub podobnych (6)÷(12),
a ważnym materiałem są także szyby szklane, ze względu na wymagania wytrzymałościowe, wykonywane jako
kompozyty warstwowe laminowane z tafli szklanych i folii polimerowych. Wśród autobusów można wyróżnić
miejski, np. firm  Star (6), marek  Mercedes (7),  Jelcz (8), a także międzymiastowe i wycieczkowe m.in. firm
 Setar (9),  Iveco (10), a także firmy  MAN (11) (12), w tym dwupoziomowe. Elementy konstrukcyjne samo-
chodów ciężarowych i autobusów wykonywane są ze stali.
627
627
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 628
6. Stale i inne stopy żelaza
6.7.4. Stale i stopy oporowe
WA
ASNOŚCI STALI I STOPÓW OPOROWYCH
Oddzielną grupę stopów żaroodpornych o szczególnych własnościach elek-
trycznych stanowią stopy oporowe, przeznaczone na elementy grzejne pieców i in-
nych urządzeń nagrzewających do obróbki cieplnej. Stale i stopy oporowe są pro-
dukowane w postaci drutów i taśm. Materiały te charakteryzują się następującymi
własnościami:
dużą opornością właściwą,
małym temperaturowym współczynnikiem oporności,
małym temperaturowym współczynnikiem rozszerzalności,
małą przewodnością cieplną,
wysokimi własnościami mechanicznymi w temperaturze pokojowej,
dużą odpornością na pełzanie w wysokiej temperaturze,
dużą odpornością na korozję gazową.
Odporność na pełzanie i odporność korozyjna decydują przede wszystkim
o trwałości elementów grzejnych.
KLASYFIKACJA MATERIAA
ÓW OPOROWYCH
Materiały oporowe można podzielić na trzy podstawowe grupy:
stale i stopy oporowe,
metale wysokotopliwe, jak Mo, W, Ta, Pt, stosowane tylko w niektórych przy-
padkach,
materiały ceramiczne niemetalowe  w tym węglik krzemu (tzw. silit), dwukrze-
mek molibdenu (tzw. superkanthal) i węgiel (grafit).
SKA
AD CHEMICZNY I WA
ASNOŚCI STALI I STOPÓW OPOROWYCH
Stale i stopy oporowe można podzielić ze względu na skład chemiczny i struk-
turÄ™ na:
niklowo chromowe o strukturze austenitycznej (tzw. chromonikieliny lub
nichromy)  z dodatkiem Fe, a także niedużymi dodatkami Mn i Si, zawie-
rające kilka setnych części procentu węgla (w postaci drutów według dotych-
czasowej normy PN-87/H-92610 i taśm według dotychczasowej normy PN-
83/H-92336, tabl. 6.60),
żelazowo chromowo aluminiowe o strukturze ferrytycznej (tzw. ferchromale
lub fechrale), zawierające niewielkie dodatki Mn i Si oraz kilka setnych części
procentu węgla (tabl. 6.60).
Temperatura pracy stopów austenitycznych siÄ™ga 1200°C. OkoÅ‚o 50% dodatek
Fe do tych stopów obniża temperaturÄ™ pracy do ok. 1050°C. WytrzymaÅ‚ość
w wysokiej temperaturze stali i stopów austenitycznych jest większa niż ferrytycz-
nych. Oporność elektryczna stali ferrytycznych jest większa niż austenitycznych
i tylko nieznacznie zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury. Oporność elek-
tryczna jest praktycznie staÅ‚a w zakresie temperatury 20÷1200°C, wykazujÄ…c jed-
nak większą zależność od temperatury wraz ze zwiększeniem stężenia Fe w stopie.
Stopy ferrytyczne mogÄ… być stosowane w temperaturze 1200÷1300°C.
628
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 629
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
Tablica 6.60
Orientacyjny skład chemiczny, struktura i własności stopów oporowych*)
2)
Stężenie głównych pierwiastków , %
Maksymalna Oporność właściwa
1)
Znak stopu Struktura
temp. pracy, °C w 20°C, &!Å" mm2/m
C Fe Cr Ni Al Si
H13J4 (X12CrAl13 4) d"0,15 reszta 13 d"0,5 4,5 0,5 1050 1,26
H17J5 (X8CrAl17 5) d"0,1 reszta 17 d"0,5 5 0,5 1200 1,34
ferryt
H20J5 (X8CrAl20 5) d"0,1 reszta 20 d"0,5 5 0,5 1250 1,35
0H23J5 (X5CrAl23 5) d"0,06 reszta 23 d"0,5 5,5 0,5 1280 1,4
NH19 (NiCr20Si) d"0,09  20 reszta 0,15 1 1200 1,07
NH30Pr (NiCr30Si) d"0,09  30 reszta 0,15 0,8 austenit 1230 1,15
N50H18S (NiFe31Cr18Si) d"0,08 reszta 18 50 0,2 1,2 1100 1,09
1)
Stopy ferrytyczne majÄ… znak podany w nawiasie zgodny z zasadami zawartymi w PN-EN 10027-1:1994
(porównaj rozdz. 6.1.5), a stopy niklu  w ISO/TR 9721:1992 (porównaj rozdz. 7.3.1).
2)
Wartości bez znaku d" oznaczają stężenie średnie.
6.7.5. Nadstopy i stopy wysokożarowytrzymałe
SKA
AD CHEMICZNY I PODZIAA

NADSTOPÓW I STOPÓW ŻAROWYTRZYMAA
YCH
Stopy żelaza zawierające więcej niż ok. 50% dodatków stopowych noszą nazwę
nadstopów. Stopy te zawierają Cr, co zapewnia im żaroodporność, oraz Nb, Zr, Ti,
Al i N, umożliwiające utwardzanie wydzieleniowe.
Nadstopy żarowytrzymałe dzieli się na następujące grupy:
stopy na osnowie Fe, zawierajÄ…ce Cr i Ni,
stopy złożone Fe Cr Ni Co,
stopy na osnowie Co bez Fe, zawierajÄ…ce Cr, Ni, Mo, W,
stopy na osnowie Ni, zawierające Cr, niekiedy Co, a także niewielkie dodatki
Mo, Ti, Al, Zr, B.
Orientacyjny skład chemiczny niektórych zagranicznych gatunków nadstopów
żarowytrzymałych podano w tablicy 6.61, natomiast znormalizowanych w kraju
stopów Fe Ni Cr (według PN-ISO 9722:2000)  w tablicy 6.62.
WA
ASNOŚCI, ZASTOSOWANIE I OBRÓBKA CIEPLNA
NADSTOPÓW I STOPÓW ŻAROWYTRZYMAA
YCH
Nadstopy żarowytrzymałe są stosowane w temperaturze wyższej niż żarowy-
trzymaÅ‚e stale austenityczne, tj. wyższej od 750°C, a nawet 1000°C (rys. 6.26). Sto-
py te są stosowane głównie na łopatki, wirniki oraz dysze turbin parowych i silni-
ków odrzutowych.
*)
W rozdziale 6 zaznaczono czerwonym drukiem tytuł tablicy (lub dane normy PN), jeśli tabli-
ca zawiera informacje o materiałach, które nie są ujęte w opracowanych dotychczas normach
europejskich EN.
629
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 630
6. Stale i inne stopy żelaza
Tablica 6.61
Orientacyjny skład chemiczny i własności wybranych nieznormalizowanych zagranicznych nadstopów
i stopów żarowytrzymałych*)
Grupa Maksymalna
Średnie stężenie pierwiastków, %
Nazwa stopu lub
nadstopów temperatura
nadstopu
C Fe Cr Ni Co W Mo inne
lub stopów pracy, °C
Timken 0,1 53 16 25   6 N: 0,15
Nadstopy
Discalloy 24 0,04 55 14 26   3 Ti: 2, Al: 0,1 800
Fe Cr Ni
Tinidur 0,1 53 14 30    Ti: 2,5, Al: 0,3
G18B 0,4 50 13 13 10 2,5 2 Nb: 3
Nadstopy
900
Fe Cr Ni Co
Multimet 0,15 32 21 20 20 2,5 3 Nb: 1
S-816 0,4 3 20 20 42 4 4 Nb: 4
Stopy
HS-21 0,25 1 27 3 62  5  950
Co Cr Ni
HA-25 0,15 1 20 10 52 15  
Stopy Co Cr Stellit (ciÄ…gliwy) 1  30  65 4   1000
Nimonic 75 0,15 5 20 75    Ti: 0,4
Stopy Ni Cr 1000
Nimonic 115 0,2 1 15 55 15  4 Al: 5, Ti: 4, Zr: 0,2
Tablica 6.62
Orientacyjny skład chemiczny stopów Fe Ni Cr
Stężenie pierwiastków1), %
Znak stopu
C Fe Ni Cr Mo Mn Cu Al Ti inne
FeNi31Cr27Mo4Cu1 d"0,03 35 32 27 3,5 d"2,5 1   
FeNi32Cr21AlTi d"0,1 44 32,5 21  d"1,5 d"0,7 0,4 0,4 
FeNi32Cr21AlTi HC 0,08 44 32,5 21  d"1,5 d"0,7 0,4 0,4 
FeNi32Cr21AlTi HT 0,08 43,5 32,5 21  d"1,5 d"0,7 0,5 0,5 Al + Ti: 1
FeNi32Cr21Ti d"0,1 45 32 20,5  d"1,5 d"0,5  1,1 
FeNi35Cr20Cu4Mo2 d"0,07 37,5 35 20 2,5 d"2 3,5   Nb + Ta: 0,6
1)
P d"0,03÷0,04, S d"0,015÷0,03, Si d"1; wartoÅ›ci bez znaku d" oznaczajÄ… stężenie Å›rednie.
Nadstopy żarowytrzymałe charakteryzują się dużymi własnościami wytrzyma-
łościowymi w wysokiej temperaturze, w szczególności  dużą wytrzymałością na
pełzanie. W większości są one umacniane w wyniku wydzielania faz o dużej dys-
persji. Obróbka cieplna nadstopów żarowytrzymałych polega więc na przesycaniu
i starzeniu. Zwiększenie trwałości nadstopów uzyskuje się także w wyniku wytwo-
rzenia na ich powierzchni powłok żaroodpornych.
*)
Porównaj przypis do tablicy 6.60.
630
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 631
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
Rysunek 6.26
Czasowa wytrzymałość na pełzanie R różnych metali i stopów żarowytrzymałych w zależności
z/1000/t
od temperatury badania (według ASM Metals Handbook)
500
stopy na osnowie Ni
12%Cr 1%Mo 1÷3%V
stopy Cr-Ni-Fe
i Cr-Ni-Co-Fe
400
obrobione
16%Cr 13%Ni
cieplnie
2%Mo
kute
1%Cr 1÷2%Mo
300
12%Mo
stopy Ti
stopy Mo
200
100
18%Cr 9%Ni 2%Mo stopy na osnowie Co
0
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
TEMPERATURA (°C)
6.7.6. Stale odporne na korozjÄ™
OGÓLNA KLASYFIKACJA
Przyjmując za kryterium podziału odporność na korozję, można wyróżnić:
stale trudno rdzewiejÄ…ce (opisane w rozdz. 6.4.6),
stale odporne na korozjÄ™.
Ze względu na strukturę, stale odporne na korozję dzieli się na:
ferrytyczne,
martenzytyczne,
martenzytyczne umacniane wydzieleniowo,
austenityczne,
ferrytyczno austenityczne.
Stosuje się także podział stali odpornych na korozję uwzględniający ich skład che-
miczny, wyróżniając m.in. stale:
wysokochromowe,
chromowo niklowe,
chromowo niklowo manganowe.
Stale wysokochromowe o strukturze ferrytycznej, ferrytyczno martenzytycznej
lub martenzytycznej, są odporne głównie na korozję chemiczną (porównaj rozdz.
5.8.5), w tym na utlenianie w atmosferze powietrza, wody naturalnej i pary wodnej
631
z/1000
WYTRZYMAA
OŚĆ CZASOWA NA PEA
ZANIE, R
(MPa)
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 632
6. Stale i inne stopy żelaza
w niskiej i podwyższonej temperaturze, na działanie zimnych roztworów alkalicz-
nych, rozcieńczonych kwasów i soli, z wyjątkiem chlorków i jodków, oraz na dzia-
łanie ropy naftowej i jej par, paliw, olejów, alkoholi, a także środków spożywczych.
Stale chromowo niklowe i chromowo niklowo manganowe, o strukturze au-
stenitycznej są odporne głównie na korozję elektrochemiczną (porównaj rozdz.
5.8.3 i 5.8.4) w środowisku kwasów nieorganicznych i organicznych, związków
azotu, roztworów soli i agresywnych środków spożywczych.
Stale odporne na korozję, należące do klasy stali nierdzewnych, są objęte nor-
mami PN-EN 10088-1:1998, PN-EN 10088-2:1999 oraz PN-EN 10088-3:1999. Na
podstawie tych norm opracowano tablice 6.63 do 6.67 zawierające dane o każdej
z grup stali odpornych na korozjÄ™. Wymagania dotyczÄ…ce odkuwek oraz kutych
prętów i pierścieni z tych stali zawarto w normie PN-EN 10250-4:2001, natomiast
odkuwek, prętów i produktów płaskich na urządzenia ciśnieniowe  odpowiednio
w PN-EN 10222-5:2002, PN-EN 10272:2002U i PN-EN 10028-7:2002U. Stale od-
porne na korozję, zgodnie z normami europejskimi mają oznaczenie składające się
z litery X, liczby podającej średnie stężenie C w setnych częściach %, symboli głów-
nych pierwiastków stopowych, a za nimi liczb (rozdzielonych poziomą kreską) po-
dających średnie stężenie głównych pierwiastków stopowych w % (porównaj rozdz.
6.1.5). Zostanie unieważniona dotychczasowa norma PN-71/H-86020, także ujmu-
jÄ…ca stale odporne na korozjÄ™.
STALE FERRYTYCZNE WYSOKOCHROMOWE ODPORNE NA KOROZJ

Podstawowym dodatkiem stopowym w stalach odpornych na korozjÄ™ jest
chrom. W stężeniu większym od 13% powoduje on zmniejszenie poniżej zera stan-
dardowego potencjału Fladego*) w porównaniu z wartością ok. 0,63 V, odpowiada-
jącą czystemu Fe (rys. 6.27). Stopy żelaza o stężeniu powyżej 13% Cr wykazują
więc większą skłonność do tworzenia warstw pasywnych, o trwałości większej niż
tworzonych na czystym żelazie. Decyduje to o znacznej odporności na korozję wy-
sokochromowych stopów żelaza. Chrom stabilizuje odmianę Feą, ograniczając wy-
stępowanie austenitu. W stopach Fe Cr maksymalna rozpuszczalność Cr w auste-
nicie wynosi 12%. Przy stężeniu większym od 12% Cr w stopach Fe Cr w całym
zakresie od temperatury pokojowej do temperatury solidusu trwały jest ferryt. Wę-
giel powoduje przesunięcie zakresu występowania austenitu przy większym stęże-
niu Cr, zwiększając zakres obszaru dwufazowego ą + ł (rys. 6.28). Stale o małym
stężeniu wÄ™gla poddaje siÄ™ wyżarzaniu w temperaturze 680÷1000°C z chÅ‚odzeniem
w powietrzu lub wodzie. Stale te wykazują strukturę ferrytyczną, dobrą odporność
na korozjÄ™ i wytrzymaÅ‚ość na rozciÄ…ganie 380÷750 MPa (tabl. 6.63, wedÅ‚ug PN-
EN 10088-1:1998). Ze względu na obecność C w stalach o strukturze ferrytycznej
mogą występować węgliki, w wysokiej temperaturze ulegające rozpuszczeniu
w roztworze stałym. Sprzyja to powstawaniu niewielkiej ilości austenitu, który
*)
Powierzchnia spasywowanego metalu, np. Fe, w elektrolicie o pH = 0 (porównaj rozdz. 5.8.4,
rys. 5.84) po przerwaniu przepływu prądu anodowego w krótkim czasie traci właściwości pa-
sywne, początkowo przez kilka sekund powoli, a po osiągnięciu charakterystycznego dla da-
nego metalu potencjału Fladego  gwałtownie, osiągając wartość odpowiadającą standardo-
wemu aktywnemu potencjałowi metalu, w tym przypadku  Fe.
632
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 633
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
0,7
ulega następnie przemianie w martenzyt
podczas chłodzenia. Zmniejsza to plastycz-
0,6
ność i spawalność tych stali, powodując pęk-
nięcia. W celu uniknięcia tego zjawiska do
0,5
stali ferrytycznych dodaje się Ti w stężeniu
0,4
około pięciokrotnie większym od łącznego
stężenia C i N. Węgliki tytanu są trwałe do
0,3
znacznie wyższej temperatury  ok. 1150°C,
co uniemożliwia tworzenie się austenitu
0,2
podczas obróbki cieplnej. Oddziaływanie
podobne jak Ti majÄ… dodatki Nb lub Zr
0,
1
(tabl. 6.63). W niektórych gatunkach stali
0
o strukturze ferrytycznej występuje również
dodatek 0,1÷0,3% Al, stabilizujÄ…cy ferryt, co
 0,
1
również zapobiega niekorzystnemu tworze-
niu się austenitu podczas obróbki cieplnej.
 0,2
Gatunki mające podwyższone stężenie S po-
0 5 10 15 20 25 30 100
nad 0,15% cechują się dużą skrawalnością,
ST
ŻENIE MASOWE CHROMU (%)
Rysunek 6.27 jednak ich odporność na korozję jest
Wpływ Cr na potencjał Fladego stali (według H.J. Rocha ego zmniejszona.
i G. Lennartza oraz P. Kinga i H.H. Uhliga)
a) b) c)
1600
13%Cr 17%Cr 25%Cr
1500
L+Ä… LL L
L+Ä…
Ä…
Ä…
L+Ä…
1400
L+Ä…+Å‚
L+Ä…+Å‚
L+Å‚ Ä…
L+Å‚
L+Å‚
1300 L+Ä…+Å‚
Å‚Å‚
L+Å‚
1200
Ä…+Å‚
L+Å‚+W2
+W1 L+Å‚
L+Å‚+W2
Ä…+Å‚+W1
+W2
1100
Å‚+W2
Å‚+W2
Å‚+W1
1000
Ä…+Å‚+W1
Å‚+W1+W2 +W2
900
Å‚+W1+W2
Ä…+W1
Ä…+Å‚+W2
800
Ä…+Å‚+W2
Ä…+W1+W2 Ä…+Å‚+W2
Ä…+W1+W2
Ä…+W1
Ä…+W1+W2
Ä…+W1
Ä…+W2
700
Ä…+W2
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
ST
ŻENIE MASOWE W
GLA (%)
Rysunek 6.28
Przekroje stężeniowe trójskładnikowego układu równowagi Fe Cr C przy stałym stężeniu
a) 13% Cr, b) 17% Cr, c) 25% Cr (według K. Bungardta, E. Horn i E. Kunze go)
L  ciecz, Å‚  austenit, Ä…  ferryt, W1  (Cr,Fe)23C6, W2  (Cr,Fe)7C3
633
STANDARDOWY POTENCJAA
FLADEGO (V)
TEMPERATURA (°C)
Å‚
+
Ä…
Å‚
+
Ä…
Å‚
+W
2
Å‚
+W
1
Å‚
+W
Ä…
Å‚
+
+W
1
Å‚
+W
1
1
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 634
6. Stale i inne stopy żelaza
Tablica 6.63
Orientacyjny skład chemiczny, warunki obróbki cieplnej i wytrzymałość ferrytycznych,
wysokochromowych stali odpornych na korozjÄ™
1)
Stężenie pierwiastków , %
Temperatura Wytrzymałość na rozciąganie,
Znak stali
wyżarzania2), °C R , MPa
m
C Cr Mo inne
X2CrNi12 d"0,03 11,5  Ni: 0,65 680÷760 450÷650
X2CrTi12 d"0,03 11,5  Ti: 6Å"(C + N)÷0,8 770÷830 380÷560
X6CrNiTi12 d"0,08 11,5  Ni: 1, Ti: 0,2 790÷850 450÷650
X6Cr13 d"0,08 13   750÷810 400÷600
X6CrAl13 d"0,08 13  Al: 0,2 750÷810 400÷60
X2CrTi17 d"0,025 17  Ti: 0,45 820÷880 380÷530
X6Cr17 d"0,08 17   750÷850 430÷630
X3CrTi17 d"0,05 17  Ti: 4Å"(C + N) + 0,15÷0,8 770÷830 420÷600
X3CrNb17 d"0,05 17  Nb: 12Å"C÷1,0 790÷850 420÷600
X6CrMo17 1 d"0,08 17 1,15  750÷850 450÷630
X6CrMoS17 d"0,08 17 0,4 S: 0,25 750÷850 450÷630
X2CrMoTi17 1 d"0,025 17 1,25 Ti: 0,45 820÷880 400÷550
X2CrMoTi18 2 d"0,025 18,5 2,15 Ti: 4Å"(C + N) + 0,15÷0,8 820÷880 400÷640
X2CrMoTiS18 2 d"0,03 18,3 2,25 Ti: 0,55, S: 0,25 800÷880 400÷640
X6CrNi17 1 d"0,08 17  Ni: 1,4 750÷810 650÷750
X6CrMoNb17 1 d"0,08 17 1,1 Nb: 7Å"(C + N) + 0,1÷1 800÷860 480÷560
X2CrNbZr17 d"0,03 16,8  Zr e"7Å"(C + N) + 0,15 870÷930 400÷550
X2CrAlTi18 2 d"0,03 17,5  Ti: 4Å"(C + N) + 0,15÷0,8, Al: 1,9 870÷930 500÷650
X2CrTiNb18 d"0,03 18  Nb: 3Å"C + 0,3÷1, Ti: 0,45 870÷930 430÷630
X2CrMoTi29 4 d"0,025 29 4 Ti: 4Å"(C + N) + 0,15÷0,8 900÷1000 550÷700
1) 2)
P d"0,04, S d"0,01÷0,03, Mn d"0,5÷1,5, Si d"0,5÷1; ChÅ‚odzenie po wyżarzaniu: w powietrzu
wartości bez znaku d" oznaczają stężenie średnie. lub wodzie.
STALE MARTENZYTYCZNE WYSOKOCHROMOWE ODPORNE NA KOROZJ

Stale o stężeniu 13 i 17% Cr, przy stężeniu węgla większym od odpowiednio 0,1
i 0,05% w wysokiej temperaturze majÄ… strukturÄ™ dwufazowÄ… Ä… + Å‚, a przy jeszcze
większym stężeniu węgla  strukturę jednofazową ł (rys. 6.28). W stalach o stęże-
niu ok. 17% Cr obszar ł może być poszerzony po wprowadzeniu ok. 2% Ni. Wystę-
powanie austenitu w wysokiej temperaturze umożliwia hartowanie tych stali po
chłodzeniu w powietrzu w celu uzyskania struktury martenzytycznej i następne ich
odpuszczanie. Struktura martenzytu odpuszczonego zapewnia tym stalom większe
własności wytrzymałościowe, do ok. 1100 MPa (tabl. 6.64, według PN-EN 10088-
1:1998), przy nieco mniejszej odporności na korozję w porównaniu ze stalami wy-
sokochromowymi o strukturze ferrytycznej. Niektóre stale z tej grupy mają naj-
większe stężenie węgla, ok. 1%, wśród stali odpornych na korozję.
634
6 rozB 8-11-02 16:46 Page 635
6.7. Stale i stopy żelaza o szczególnych własnościach
Tablica 6.64
Orientacyjny skład chemiczny, warunki obróbki cieplnej i wytrzymałość martenzytycznych wysokochromowych
stali odpornych na korozjÄ™
Warunki obróbki cieplnej,
1)
Wytrzymałość na
Stężenie pierwiastków , %
°C/oÅ›rodek chÅ‚odzÄ…cy2)
Znak stali rozciÄ…ganie, R ,
m
MPa
C Cr Mo inne hartowanie odpuszczanie
X12Cr13 0,12 12,5  Ni d"0,75 950÷1010/o,p 620÷780 550÷850
X12CrS13 0,12 13 d"0,6 S: 0,25 950÷1000/o,p 680÷780 650÷850
X20Cr13 0,2 13   950÷1050/o,p 200÷780 650÷950
X30Cr13 0,3 13   950÷1050/o,p 200÷730 800÷1000
X29CrS13 0,29 12,8 d"0,6 S: 0,2 950÷1050/o,p 625÷675 850÷1000
3)
X39Cr13 0,39 13,5   1000÷1100/o,p 200÷350
3) 3) 3)
X46Cr13 0,46 13,5  
X14CrMoS17 0,14 16,5 0,4 S: 0,25 950÷1070 550÷650 650÷850
X39CrMo17 1 0,39 16,5 1,05 Ni d"1 1000÷1100/o,p 200÷750 750÷950
3) 3) 3)
X50CrMoV15 0,5 14,5 0,65 V: 0,15
3) 3) 3)
X70CrMo15 0,7 15 0,6 
3) 3) 3)
X105CrMo17 1,03 17 0,6 
3) 3) 3)
X90CrMoV18 0,9 18 1,1 V: 0,1
X17CrNi16 2 0,17 16  Ni: 2 950÷1060/o,p 600÷800 800÷1050
X3CrNiMo13 4 d"0,05 13 0,5 Ni: 4, N e"0,02 950÷1050/o,p,w 520÷700 650÷1100
X4CrNiMo16 5 1 d"0,06 16 1,05 Ni: 5, N e"0,02 900÷1050/o,p,w 550÷620 760÷1100
1) 2)
P d"0,04, S d"0,015÷0,03, Mn d"1÷1,5, Si d"0,7÷1; w, o, p  odpowiednio: woda, olej, powietrze.
wartości bez znaku d" oznaczają stężenie średnie.
3)
Brak danych.
STALE MARTENZYTYCZNE
UMACNIANE WYDZIELENIOWO ODPORNE NA KOROZJ

Stale odporne na korozję umacniane wydzieleniowo cechują się większymi wła-
snościami wytrzymałościowymi w porównaniu ze stalami o strukturze martenzytu
odpuszczonego umacnianego tylko wydzieleniami węglików. Skład chemiczny tych
stali (tabl. 6.65, według PN-EN 10088-1:1998) jest tak dobrany, aby przy małym
stężeniu węgla (poniżej 0,1%) umożliwić także wydzielanie faz międzymetalicz-
nych (np. Ni3Mo, NiAl2) z niskowęglowego martenzytu. Obróbka cieplna tych
stali polega na hartowaniu i odpuszczaniu*). Podczas austenityzowania następuje
rozpuszczenie pierwiastków stopowych w osnowie austenitycznej, a podczas
*)
Definicje obróbki cieplnej prowadzącej do umocnienia wydzieleniowego stali, zawarte w PN-
EN 10052:1999, są nieścisłe. W książce konsekwentnie tę operację, w czasie której po auste-
nityzowaniu zachodzi przemiana martenzytyczna, określa się jako hartowanie, pomimo że ni-
skowęglowy martenzyt cechuje się małą twardością. Następująca po hartowaniu operacja jest
odpuszczaniem.
635