Poniżej znajduje się lista pierwiastków których dodatki w stopie stali oddziaływają na właściwości stali nierdzewnej, dodawanie pierwiastków klasyfikuje się jako obróbka cieplno – chemiczna.

Pierwiastki:

Mangan — jest to dodatek silnie austenitotwórczy – rozszerza on zakres występowania austenitu. Jego rozpuszczalność w żelazie α (pierwsza odmiana alotropowa żelaza w zakresie wysokotemperaturowym) jest nieograniczona, w żelazie γ ograniczona. Ma większe od żelaza powinowactwo do węgla i siarki, gromadzi się w cementycie Fe3C, węglikach M23C6 i M7C3. Bardzo zwiększa hartowność. Obniża Ms i Mf (początek i koniec przemiany martenzytycznej), a więc zwiększa ilość austenitu szczątkowego. Poza tym zwiększa on zawartość węgla w perlicie. Rozpuszczony w ferrycie bardzo zwiększa jego twardość natomiast udarność tylko do ok. 1 %. Sprzyja rozrostowi ziarna austenitu. Neutralizuje szkodliwy wpływ siarki i tlenu w stali, dlatego w każdej stali występuje do zawartości ok. 0,5 %. W stalach austenitycznych może częściowo zastąpić nikiel.

Nikiel — podobnie jak mangan jest silnie austenitotwórczy – rozszerza zakres występowania austenitu. Jego rozpuszczalność w żelazie α nieograniczona, w żelazie γ ograniczona. W stalach nie tworzy węglików, lecz rozpuszcza się w austenicie i ferrycie, zwiększając jego twardość i udarność, również w obniżonych temperaturach. Sprzyja grafityzacji (wydzielanie się grafitu w stopach żelazo -węgiel) i zwiększa szybkość koagulacji cementytu (łączenie się cząstek w większe agregaty). Obniża temperaturę A1 (początek istnienia austenitu) silniej niż Mn, a także zawartość węgla w perlicie. Obniża temperaturę Ms i Mf (zwiększa ilość austenitu szczątkowego). Hartowność zwiększa w sposób umiarkowany. Jest częstym dodatkiem do stali konstrukcyjnych, nierdzewnych, utwardzanych wydzieleniowo oraz stopów specjalnych (magnetycznych).

Kobalt — jest to dodatek również austenitotwórczy – rozszerza zakres austenitu. Rozpuszcza się nieograniczenie w żelazie α, w mniejszym stopniu w żelazie γ. Ma powinowactwo do węgla zbliżone do żelaza. W stalach nie tworzy węglików, sprzyja grafityzacji oraz zmniejsza hartowność. Podwyższa punkt Ms, a więc zmniejsza ilość austenitu szczątkowego.

Chrom — jest to dodatek silnie ferrytotwórczy – zwęża on zakres austenitu. W żelazie α, rozpuszcza się do 12 %, w żelazie γ nieograniczenie. Z żelazem tworzy kruchą fazę. Ma większe powinowactwo do węgla niż żelazo, rozpuszcza się w cementycie a przy większych zawartościach tworzy węgliki M23C6 i M7C3. Nieznacznie podnosi temperaturę A1 i zmniejsza zawartość węgla w perlicie. Ferryt utwardza dopiero przy wyższych zawartościach, zmniejszając jednocześnie udarność. Obniża punkt Mg, zwiększając ilość austenitu szczątkowego. Dość silnie podwyższa hartowność. Przy większych zawartościach wywołuje twardość wtórną. Wprowadza się go do stali konstrukcyjnych, narzędziowych, nierdzewnych i żaroodpornych.

Wolfram — również pierwiastek ferrytotwórczy. Rozpuszczalność w żelazie α ograniczona, ale większa niż w żelazie γ. Jest węglikotwórczy, tworzy w stalach węgliki M6C i M2C. Te ostatnie wywołują przy odpuszczaniu twardość wtórną. W sposób umiarkowany podwyższa hartowność stali. Zwiększa temperaturę A1 i silnie zmniejsza zawartość węgla w perlicie. Sprzyja drobnoziarnistości stali. Zwiększa twardość ferrytu, ale bardzo obniża jego udarność. Jest wprowadzany do stali narzędziowych, gdyż tworzy twarde węgliki. Jest głównym składnikiem stali szybkotnących, w stalach żaroodpornych i nierdzewnych zwiększa odporność na pełzanie.

Molibden — dodatek ferrytotwórczy. Rozpuszczalność w żelazie α ograniczona. znacznie mniejsza niż w żelazie γ. Ma większe powinowactwo do węgla niż chrom i wolfram. Tworzy złożone węgliki typu M2C oraz metastabilne typu M6C, które w czasie odpuszczania wywołują twardość wtórną. Bardzo zwiększa hartowność stali.

Wanad — jest silnie ferrytotwórczy. Rozpuszczalność w żelazie α nieograniczona, w żelazie γ do 1 %. Jest silnie węglikotwórczy — tworzy bardzo trwałe węgliki typu MC (V4C3). Sprzyja drobnoziarnistości stali. Bardzo zwiększa hartowność stali, gdy jest rozpuszczony w austenicie. Wprowadza się go do stali konstrukcyjnych jako mikrododatek (do ok. 0,3 %), do stali narzędziowych albo jako mikrododatek, albo w większej ilości (np. do stali szybkotnących), gdyż tworzy bardzo twarde węgliki i wywołuje twardość wtórną. W stalach żarowytrzymałych o nierdzewnych zwiększa odporność na pełzanie.

Tytan — dodatek silnie ferrytotwórczy. Rozpuszczalność w żelazie α ograniczona (ok. 7 %), w żelazie γ mała (< 1%). Ma bardzo duże powinowactwo do węgla. Tworzy węgliki typu MC, zubożając austenit w węgiel. Rozdrabnia ziarno austenitu. Z żelazem tworzy związek Fe2Ti, który utwardza dyspersyjne stal. Węgliki typu TiC trudno rozpuszczają się w austenicie (1200 – 1300 °C), dlatego tytan obniża hartowność stali. Jako dodatek do stali nierdzewnych uodparnia stal na korozję międzykrystaliczną. Dodany do żaroodpornych stopów niklu podnosi ich odporność na pełzanie (wydzielenia Ni3Ti). Ma skłonność do wiązania azotu i tlenu, dlatego jest składnikiem drutów do spawania.

Aluminium — dodatek ferrytotwórczy. Rozpuszczalność w żelazie α do 35 %, w żelazie γ do 1,1 %. Ma mniejsze powinowactwo do węgla niż żelazo, sprzyja grafityzacji. Rozpuszczone w austenicie nieznacznie zwiększa hartowność. Wiąże azot w postaci AlN i rozdrabnia ziarno austenitu, co z kolei zmniejsza hartowność. Jest silnym odtleniaczem stali, dlatego zawsze znajduje się w stali uspokojonej w ilości 0,02 – 0,2 %. Wprowadza się je do stali do azotowania, gdyż tworzy bardzo twarde azotki. Jest dodatkiem w stalach żaroodpornych i nierdzewnych, gdzie poprawia odporność na korozję gazową. Jest stosowane do dyfuzyjnej obróbki cieplno – chemicznej celem nadania stalom odporności na utlenianie w wysokich temperaturach.

Krzem — dodatek ferrytotwórczy. Rozpuszczalność w żelazie α ograniczona (ok. 18 %), w żelazie γ mała (ok. 2 %). Nie tworzy w stalach węglików, sprzyja natomiast grafityzacji i odwęglaniu stali. Rozpuszczony w ferrycie silnie go umacnia. Przy zawartości większej niż ok. 1 % zmniejsza własności plastyczne. Nie wpływa na położenie punktu Ms. Hartowność zwiększa umiarkowanie, pośrednio między Ni i Cr. Zmniejsza skłonność stali do odpuszczania. Zwiększa żaroodporność i żarowytrzymałość. Ze względu na duże powinowactwo do tlenu jest stosowany jako odtleniacz. Krzem jest częstym dodatkiem do stali konstrukcyjnych (zwłaszcza resorowych), nierdzewnych, transformatorowych, żarowytrzymałych oraz niektórych narzędziowych.

Niob i tantal — są to pierwiastki działające ferrytotwórczo, silnie węglikotwórcze. Tworzą węgliki typu MC o dużej twardości i trwałości. Dodatki te wiążą azot. Silnie rozdrabniają ziarno austenitu. Niob stosuje się przeważnie jako mikrododatek do stali. W stalach nierdzewnych zapobiega korozji międzykrystalicznej.

Miedź — tworzy z żelazem podobny układ jak węgiel, z szerszym polem austenitu. Rozpuszczalność w żelazie α wynosi ok. 9,5 %, a w żelazie γ 2,1 %, obniżając się z temperaturą. Można to wykorzystać do utwardzania wydzieleniowego. Tworzy węgliki oraz sprzyja grafityzacji. Nieznacznie zwiększa hartowność. Uodparnia stal na korozję atmosferyczną, wody rzecznej oraz wody zawierającej SO2 i CO2. Wchodzi w skład austenitycznych stali kwasoodpornych (2 – 3 %), gdzie zwiększa odporność na HCl i H2SO4. Utrudnia przeróbkę plastyczną stali na gorąco, gdyż słabo rozpuszcza się w żelazie, a rozkładając się na granicach ziarn powoduje nadtapianie granic i pękanie stali. Dodatek niklu (ok. 0,5 %) przeciwdziała temu zjawisku.

Bor — wprowadza się do stali w ilości ok. 0,003 %, ponieważ znacznie zwiększa jej hartowność przy zawartościach węgla do 0,6 %. Przy wyższych zawartościach boru hartowność stali maleje, a zwiększa się skłonność do rozrostu ziarna austenitu, gdyż bór obniża energię powierzchniową granic ziarn. Zwiększa aktywność węgla w austenicie oraz hamuje dyfuzję po granicach ziarn. Z żelazem tworzy borki FeB i Fe2B o bardzo dużej twardości, które można wytworzyć na powierzchni elementów narażonych na ścieranie w procesie obróbki cieplno – chemicznej zwanej borowaniem. 

O autorze

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *