Stale specjalne

1) Stale nierdzewne, kwasoodporne, żarowytrzymałe i żaroodporne. Od­porność na korozję polega zasadniczo na tworzeniu się na powierzchni stali cieniut­kiej warstewki tlenków, która chroni przed dalszym oddziaływaniem ośrodka, w którym przedmiot się znajduje; war­stewka taka tworzy się na stalach zawiera­jących chrom, krzem i glin; mówi się, że stale te wykazują skłonność do pasywacji (tworzenie się na powierzchni metalu np. chromu, cieniutkiej warstwy tlenków, często niewidocznej, która chroni metal przed dalszą korozją). Zależnie od stopnia i charakteru od­porności na działanie korozyjne rozróżnia się stale nierdzewne, kwasoodporne, żaro­wytrzymałe i żaroodporne.

a) Stale nierdzewne (tabl. 28a, b, c). Są to stale odporne na działanie wód naturalnych, czynników atmosfe­rycznych, pary wodnej, roztworów alka­licznych i rozcieńczonych kwasów orga­nicznych; natomiast na działanie więk­szości kwasów nieorganicznych, stężo­nych roztworów niższych kwasów orga­nicznych (np. octowego lub mrówkowego) i kwaśnych roztworów solnych stale te nie są odporne.

Stale nierdzewne są to zasadniczo stale chromowe; jako minimum zapewniające dostateczną nierdzewność uważa się za­wartość 12% Cr, przy czym nierdzewność rośnie z zawartością chromu. Nierdzew­ność zależy również od zawartości węgla — im mniej węgla, tym większa odporność stali na korozję; szczególnie niekorzystnie oddziałuje węgiel występujący w po­staci węglików. Podstawowym warunkiem nierdzewności jest metalicznie czysta po­lerowana powierzchnia.

Stale nierdzewne stosuje się zasadniczo w stanie hartowanym i odpuszczonym; zabiegi te przeprowadza się głównie w celu uzyskania korzystnych własności

mechanicznych. Zależnie od uzyskiwanej struktury można podzielić stale na dwie grupy:

— o zawartości 12-14% Cr, mające po zahartowaniu strukturę martenzytyczną lub, w przypadku C < 0,15%, martenzytyczno-ferrytyczną;

— o zawartości 14-25% Cr, mające po szybkim ochłodzeniu strukturę mar­tenzytyczno-ferrytyczną lub ferrytyczną.

b) Stale kwasoodporne (tabl. 28a, b, c). Są to stale odporne na działa­nie kwasów organicznych i większości nie­organicznych z wyjątkiem HCl i H2SO4 (stale te oczywiście są również nierdzew­ne).

Stale kwasoodporne są to zasadniczo stale chromowo-niklowe o zawartości 17-20% Cr i 8-14% Ni (tzw. stale typu 18—8) o jak najmniejszej zawartości węgla. Mają one strukturę austenityczną niezbędną dla zapewnienia kwasoodporności. Mała zawartość węgla ma na celu uniknięcie wydzielania się na granicach ziarn austenitu węglików chromu, które sprzyjają korozji międzykrystalicznej. Do­datek Ti ma na celu związanie węgla i uniknięcie w ten sposób tworzenia się węglików.

W celu uzyskania jednorodnego austeni­tu i zwiększenia w ten sposób odporności na korozję stosuje się przesycanie (patrz p. A.2a.2).

Przesycanie obok zwiększenia jedno­rodności austenitu zwiększa również jego plastyczność i obniża twardość, dzięki czemu stale przesycone poddają się dobrze obróbce plastycznej na zimno. Stale kwasoodporne dają się również dobrze polerować.

Przy spawaniu niektórych stali kwasoodpornych w wyniku podgrzania do temp. 500-700°C mogą się wydzielać węgliki chromu sprzyjające korozji międzykrystalicznej; w celu uniknięcia tego stosuje się powtórną obróbkę cieplną po spawaniu. Stale, w których przy spawaniu węgliki się nie wydzielają, nazywa się stabilizowanymi.

c) Stale żarowytrzymałe i żaroodporne (tabl. 29a, b, c). Są to stale, które w wysokich temperaturach odznaczają się dobrymi własnościami mechanicznymi (żarowytrzymałość) i du­żą odpornością na korozyjne działanie gazów spalinowych (żaroodporność). Są to zasadniczo stale chromowo-niklowe o dużej zawartości chromu (5-30%) i niklu (4-30%); zawartość węgla 0,1-0,4% (w tzw. stalach zaworowych 0,35-0,57%). W celu zwiększenia wy­trzymałości na pełzanie dodaje się 0,5-1,0% molibdenu lub ok. 2% wolframu. Żaroodporność zawdzięcza stal obecności chromu, który przeciwdziała utlenianiu — im wyższa temperatura pracy, tym więk­sza musi być zawartość chromu. Nikiel sprzyja tworzeniu się struktury austeni­tycznej i podnosi wytrzymałość w wy­sokich temperaturach; stosowane często krzem (do 3%) i glin (do 1,5%) podnoszą odporność na utlenianie. Graniczna tem­peratura robocza stali żaroodpornych wynosi zależnie od składu stali 800-1200°C, przy czym górna granica dotyczy stali o zawartości ok. 25% Cr (patrz również notka w tabl. 29c).

Ze stali żaroodpornych wykonuje się: tygle do pieców solnych, osłony pirome­trów, przenośniki pieców zmechanizowa­nych, wentylatory do gorących gazów, skrzynki do nawęglania, części aparatury kotłowej itd. Przykłady zastosowania podane są w tabl. 29c. Pewną odmianą stali żarowytrzymałych są stale na za­wory.

Przy projektowaniu urządzeń pracują­cych w wysokich temperaturach (600-1100°C), wykonywanych ze stali żaro­wytrzymałych, należy pamiętać, że ich wytrzymałość w tej temperaturze jest wielokrotnie niższa niż w temperaturze otoczenia. Poza tym występuje zjawisko pełzania, które należy uwzględnić przy obliczeniach. Wytrzymałość na pełzanie niektórych stali wg PN podana jest w Informacjach dodatkowych w normie PN-71/H-86022.

---