Stalnierdzewna.com - Największa w Polsce strona informacyjna o stali nierdzewnej

wątki w tym artykule:
- 3 czynniki odporności na korozję
- stale wysoko-chromowe
- stale chromowo-niklowe
- stale chromowo-niklowo-manganowe

Odporność na korozję stali zależy przede wszystkim od trzech czynników:

1. Składu chemicznego

Najważniejsza w tym przypadku jest zawartości chromu, niklu, węgla, molibdenu, miedzi, manganu, azotu, tytanu, niobu i tantalu.

Podstawowym pierwiastkiem tychże stali jest chrom. Wprowadzony on do stali w ilości większej aniżeli 13 [%] powoduje skokową zmianę potencjału elektrochemicznego. Wynika stąd wniosek, że odporność na korozję występuje dopiero przy zawartości powyżej 13 [%] chromu.

Stale chromowe są odporne na korozję w środowiskach utleniających np. kwasu azotowego, nie są one natomiast odporne na działanie środowisk redukujących np. kwasu solnego czy siarkowego. Przy temperaturach wysokich minimalna zawartość chromu zapewniająca odporność na korozję wzrasta do 20 [%].

Drugim oprócz chromu najważniejszym składnikiem stopowym stali odpornych na korozję jest nikiel, który podwyższa odporność stali na działanie wielu środowisk korozyjnych, a zwłaszcza kwasu siarkowego, roztworów obojętnych chlorków jak woda morska. Stale zawierające nikiel nie są odporne na działanie gazów zawierających związki siarki przy podwyższonych temperaturach z uwagi na powstawanie siarczku niklu. Węgiel natomiast pogarsza odporność na korozję. Stal ulega silnemu obniżeniu odporności na korozję jeżeli węgiel występuje w niej w postaci węglików

2. Struktury stali

W stalach odpornych na korozję występują struktury:

• ferrytyczna
• austenityczna
• martenzytyczna

Stale te mogą mieć strukturę jednofazową np. ferrytyczną lub dwufazową np. ferrytyczno-austenityczną. Najwyższą odporność na korozję wykazują stale austenityczne potem ferrytyczne, a najniższą martenzytyczne. Większą odporność na korozję mają struktury jednofazowe.

Większą odporność struktur jednofazowych należy przepisywać znacznie korzystniejszym warunkom do powstawania stanu pasywnego oraz do utrzymania jego trwałości i ciągłości. Prawdopodobieństwo powstania ogniw lokalnych w stali o strukturze jednofazowej jest bardzo małe. Pojawienie się w stalach jednofazowych dodatkowych składników w strukturze prowadzi zawsze do zmniejszenia odporności korozyjnej.

3. Stanu powierzchni

Stale o powierzchni gładkiej są zawsze bardziej odporne na korozję od stali o znacznej chropowatości.

W stalach odpornych na korozję głównym składnikiem stopowym jest chrom. Dodatek chromu dąży do utworzenia w strukturze węglików chromu, który krystalizuje w sieci heksagonalnej. Odporność stali na korozję jest związana ze zdolnością stali do pasywacji. Pod nazwą pasywacji rozumiemy zwiększenia odporności metalu na korozję przez utlenienie jego powierzchni. Przyjmuje się, iż na powierzchni pasywnego metalu istnieje szczelna i silnie przylegająca warstewka tlenków, która chroni metal przed oddziaływaniem otaczającego środowiska.

Ze względu na zawartość chromu stale odporne na korozję obejmują trzy grupy:

Stale wysoko chromowe - są odporne głównie na korozję chemiczną w tym na utlenianie w atmosferze powietrza, wody naturalnej, pary wodnej, na działanie zimnych roztworów alkalicznych rozcieńczonych kwasów i soli z wyjątkiem chlorków , siarczanów i jodków oraz na działanie ropy naftowej i jej par, paliw, olejów, alkoholi, a także środków spożywczych.

W zależności od zawartości chromu można podzielić je na:

• stale o zawartości od 12 do 14 [%] Cr i do 0,45 [%] C - struktura tych stali jest różna w zależności od zawartości węgla. W zakresie niskich zawartości węgla (poniżej 0,1 [%]) pole fazy alfa rozciąga się w całym zakresie temperatur i i stale o takim składzie będą miały strukturę ferrytyczną. Stale ze średnią zawartością węgla (tj. od 0,2 do 0,3 [%] będą miały po nagrzaniu powyżej 950 [°C] strukturę ferrytyczno - austenityczną. Po ochłodzeniu struktura tych stali będzie zawierała ferryt i martenzyt i z tego względu nazwano je półferrytycznymi. Stale o zawartości węgla powyżej 0,3 [%] przechodzą po nagrzaniu całkowicie w austenit, a po ochłodzeniu będą miały strukturę martenzytyczną. Analizując przypadki stale 0H13, 0H13J zaliczamy do stali ferrytycznych, stal 1H13 do stali półferrytycznych, natomiast stale 2H13, 3H13, 4H13 do stali martenzytycznych. Stale te posiadają dobrą odporność na korozję w obecności pary wodnej i kwasu azotowego, kwasu octowego nie są natomiast odporne na działanie kwasu solnego i siarkowego.
• stale o zawartości od 16 do 18 [%] Cr i około 0,1 [%] C są stalami o większej odporności na korozję np. H17,H17N2 mają w stanie wolno chłodzonym strukturę ferrytyczną lub ferrytyczno - martenzytyczną. Są szeroko stosowane w przemyśle spożywczym. Stale te są odporne na działanie stopionej siarki i jej par, rozcieńczonych roztworów alkaicznych, rozcieńczonych zimnych kwasów organicznych, mydła, oraz korozji naprężeniowej. Mogą być stosowane przy temperaturach nie przekraczających 900 [°C].
• stale o zawartości od 18 do 28 [%] chromu np. H25T mają strukturę ferrytyczną. Mogą być stosowane przy temperaturach nie przekraczających 1150 [°C].

Stale chromowo - niklowe - są odporne głównie na korozję elektrochemiczną w środowisku kwasów nieorganicznych i organicznych, związków azotu i roztworów soli i agresywnych środków spożywczych.

Zawierają one od 18 do 25 [%] Cr i od 8 do 20 [%] Ni. Mają strukturę austenityczną. Najczęściej stosowana jest stal typu 18/8 zawierająca 18 [%] Cr i 8 [%] Ni względnie jej modyfikacje jak 0H18N9, 1H18N9, 2H18N9. Stal ta jest wybitnie odporna na korozję, nie działa na nią kwas azotowy, stężony kwas siarkowy, fosforowy i inne.

W celu zwiększenia odporności na kwas siarkowy i octowy stosuje się dodatki molibdenu w ilości od 1,5 [%] do 2,5 [%] np. H18N10MT, H17N13M2T.

Dodatek miedzi w ilości ok. 3 [%] zmniejsza skłonność tych stali do korozji naprężeniowej. Dodatek krzemu w ilości od 2 do 3 [%] polepsza odporność na działanie kwasu solnego i rozcieńczonego kwasu siarkowego np. H18N9S. Stale chromowo niklowe są szeroko stosowane w budowie aparatury chemicznej na części aparatury w przemyśle spożywczym. Wadą tych stali jest niestety skłonność do korozji międzykrystalicznej, która występuje przy ich nagrzaniu do temp. od 450 [°C] do 750 [°C]. Przyczyną tego rodzaju korozji jest wydzielanie się na granicach ziarn węglików chromu powodujące zubożenie granic ziarn w chrom.

Skłonność do korozji międzykrystalicznej można usunąć przez:

• obniżenie zawartości węgla do 0,02 - 0,03 [%] np. 00H18N10,
• wprowadzenie do stali silnie węglikotwórczych pierwiastków jak tytan czy niob np. 1H18N9T, 0H18N12Nb, lub odpowiednią obróbkę cieplną, co utrudnia powstawanie węglików chromu i składnik ten koncentruje się wtedy w roztworze.

Stale chromowo – niklowo - manganowe - tak jak stale chromowo - niklowe są odporne głównie na korozję elektrochemiczną w środowisku kwasów nieorganicznych i organicznych, związków azotu i roztworów soli i agresywnych środków spożywczych.

Są to stale, w których w celach oszczędnościowych częściowo zastąpiono nikiel manganem względnie azotem np. 1H17N4G9. Mają one też strukturę austenityczną jednak ich odporność na korozję jest nieco gorsza niż stali chromowo niklowych. W środowiskach takich jak roztwory kwasu mlekowego, octowego i innych występujących w sokach owocowych wykazują dobrą odporność. Są one szeroko stosowane w przemyśle mleczarskim.