Laboratorium z Materiałoznawstwa

Stal specjalna - stal przeznaczona do specjalnych zastosowań. Stale specjalne zawierają dużą ilość dodatków stopowych:ich sumaryczna zawartość przekracza niekiedy zawartość żelaza. Mają zwykle strukturą ferrytu bądź austenitu, ewentualnie z wydzieleniami węglików stopowych. Wymagają bardzo skomplikowanej obróbki cieplnej oraz wysokiego reżimu obróbki i montażu. Ze względu na wysoką cenę nie są stosowane powszechnie.

Do stali specjalnych należą:

-stal nierdzewna

-stal kwasoodporna

-stal żarowytrzymała

-stal żaroodporna

-stal magnetyczna

-stal odporna na zużycie

Stal żaroodporna (do pracy w podwyższonej bądź wysokiej temperaturze)- musi wykazywać dużą odporność na działanie gazów utleniających o wysokiej temperaturze i zdolność przenoszenia naprężeń mechanicznych przy wysokiej temperaturze. Utlenianie stali w podwyższonej temperaturze jest złożonym procesem fizykochemicznym. Szybkość utleniania czystego Fe i stali zwiększa się gwałtownie po przekroczeniu temperatury ok 660*C.

Wprowadzenie do stali takich pierwiastków, jak Si, Al, Cr o większym niż Fe powinowactwie chemicznym z tlenem, sprzyja powstawaniu na jej powierzchni zwartej i dobrze przylegącej warstwy tlenków tych pierwiastków, chroniących metal przed dalszym utlenianiem. A więc dodatkami stopowymi w stali żaroodpornej są chrom, krzem i aluminium.

Duża żarowytrzymałość pozwala na zachowanie przez dłuższy czas właściwości mechanicznych w wysokiej temperaturze. Jest ona wyrażona wytrzymałości na pełzanie ( zjawisko plastycznego odkształcania się wyrobu poddanego długotrwałemu działaniu nieznacznych obciążeń statycznych w stałej temperaturze) bądź granicą pełzania , a także odpornością na zmęczenie mechaniczne i cieplne. Żarowytrzymałość stali zapewniają pierwiastki Mo, V, W, Co, Si, Cr i Ti , które zapewniają zwiększenie energii wiązania atomów w sieci stałego roztworu.

Dodatek 5% Cr zapewnia dobra żaroodporność w temperaturze 600-650 C, natomiast dodatek 30% powoduje wzrost żaroodporności do temperatury 1100*C. Ponadto dodatki krzemu i aluminium dodawane są w ograniczonych stężeniach, ponieważ mają niekorzystny wpływ na właściwości plastyczne i obniżenie podatności na obróbkę plastyczną.

Rozróżniamy stale żaroodporne:

-chromową (ferrytyczną )

-chromowo -niklową ( austenityczną)

-ulepszoną cieplnie ( struktura od ferrytyczno -perlitycznej do martenzytycznej)

Stal ferrytyczno- perlityczna znajduje zastosowanie w przemyśle chemicznym. Gatunki stali H13JS, H18JS stosuje się np. na armaturę pieców przemysłowych, elementów kotłów parowych, stal H25T stosuje się w elementach pieców grzewczych, na ruszty, szufle, a stal H26N4 na elementy o zwiększonym obciążeniu mechanicznym. Stal przeznaczona na elementy maszyn i urządzeń silnie obciążonych mechanicznie w wysokich temperaturach ma strukturę austenityczną uzyskaną dzięki wprowadzeniu niklu.Również bardziej korzystna jest struktura austenityczna stali, co wynika z wyższej temperatury rekrystalizacji austenitu. Ponadto na podwyższenie żarowytrzymałości znacznie wpływa wzrost wielkości ziarna i wydzielanie faz o dużej dyspersji - tzw. utwardzanie dyspersyjne.

Przykłady oznaczeń i uproszczone dane o składzie chemicznym,

obróbce cieplnej niektórych gatunków stali żaroodpornych

Znak stali	C	Cr	Si	Ni	Inne	Obróbka cieplna	Struktura
X10CrAlSi7	0,12 max.	6,0-8,0	0,5-1	-	Al:0,5-1,0	Wyżarzanie 780-840*C	Ferryt
X18CrN28	0,15-0,2	26-29	1,00 max	-	N:0,15-0,25	Wyżarzanie 800-860*C	Ferryt
X8CrNiTi18- 10	<0,10	17,0-19,0	3,00-4,00	9,0-12,0	Ti:5xC-0,8	wyżarzanie 1020-1120ºC + przesycanie	Austenit
X12NiCrSi35 -16	<0,15	15,0-17,0	1,00-2,00	33,0-37,0	N<0,11	Wyżarzanie 1020-1120ºC + przesycanie	Austenit

Podczas eksploatacji stali ferrytycznych w temperaturze 600-900 ºC na

związane z 600 C, granicach ziaren może wydzielić się międzymetaliczna faza σ FeCr, cozmniejsza spójność ziaren stali i obniża udarność. Faza σ może pojawić

się w stalach zawierających więcej niż około 13 % Cr (zawartość Cr w

ferrycie również ~13% Cr).

Podczas eksploatacji stali ferrytycznych w temperaturze 300-500ºC w

ferrycie może wydzielić się bogata w chrom faza α' oraz faza typu M2X,

powodujące kruchość stali, tzw. kruchość 475ºC.

---