Svojstva toplinske obrade i karakteristike feritnog i martenzitnog nehrđajućeg čelika
3. Feritni nehrđajući čelik
Feritni nehrđajući čelik ima krom kao glavni element, sa sadržajem od 12% do 30% Cr. Ova vrsta čelika ima jedno-faznu strukturu, bez faznog prijelaza i jaka magnetska svojstva. Njegova uobičajena klasa čelika je 430. Jeftiniji nehrđajući čelik tipa 409 razvijen je u Sjedinjenim Državama 1960-ih kako bi se smanjila cijena nehrđajućeg čelika. Naširoko se koristi u prigušivačima i kanalizacijskim cijevima za automobile i motocikle, a također je u kategoriji feritnog nehrđajućeg čelika.
Ova vrsta čelika ima malu čvrstoću i, kao i austenitni čelik, ne može se ojačati toplinskom obradom. Osim toga, rast zrna uzrokovan toplinskom obradom brži je nego kod austenitnog čelika, a veličina zrna je veća. Stoga, kako bi se izbjegao rast zrna i transformacija austenitne faze tijekom toplinske obrade, temperatura ne smije biti previsoka. Općenito, maksimalna temperatura toplinske obrade ne prelazi 850 stupnjeva. U tablici 4 prikazano je temperaturno područje feritnih nehrđajućih čelika.
Tablica 4: Temperaturni rasponi feritnih nehrđajućih čelika
Kada se obrađuje feritni nehrđajući čelik, potrebno je zadržati vrijeme zadržavanja na temperaturi od 370 do 550 stupnjeva, posebno feritni nehrđajući čelik s visokim-kromom. Ako se materijal drži na temperaturnom rasponu od 370 do 550 stupnjeva dugo vremena, lako je razviti lom od 475 stupnjeva, to jest, tvrdoća se povećava, produljenje se značajno smanjuje ili postaje nula, a otpornost materijala na koroziju također se smanjuje. Eksperimenti su pokazali da nakon što se čelik 27Cr zagrijava na 475 stupnjeva tijekom 100 sati, vlačna čvrstoća materijala na sobnoj temperaturi raste za 50%, granica razvlačenja se povećava za 150%, a istezanje postaje nula. Osim toga, učinak zavarivanja ovog čelika nije dobar (zrna u zoni utjecaja topline-zavara su impresivna i lomljiva).
4. Martenzitni nehrđajući čelik
Karakteristike martenzitnog nehrđajućeg čelika vrlo su različite od prve dvije vrste nehrđajućeg čelika. Ova vrsta nehrđajućeg čelika ima različitu točku fazne transformacije i može se očvrsnuti kaljenjem. Osim toga, zbog visokog sadržaja kroma i dobre žilavosti, njegova se čvrstoća i žilavost mogu prilagoditi u širokom rasponu tijekom kaljenja. Stoga se martenzitni nehrđajući čelik može koristiti kao konstrukcijski i alatni čelik.
Kada se martenzitni nehrđajući čelik koristi kao alatni čelik, on je u stanju kaljenja. Za kaljenje se temperatura mora podići iznad kritične točke kako bi se karbidi mogli transformirati u austenit. Kada se temperature povise da se karbidi tope, brzina difuzije ugljika se usporava. Kako bi se dobila jednolika struktura austenita, temperatura zagrijavanja je obično 50 stupnjeva viša od kritične temperature, a potrebno je određeno vrijeme zadržavanja kako bi se karbidi potpuno i ravnomjerno rastalili. Naravno, zagrijavanje predugo ili na previsokoj temperaturi uzrokovat će neravnomjerno stvaranje martenzita i povećati zaostalu strukturu austenita, stvarajući tako unutarnje naprezanje unutar materijala zbog razlike u ekspanziji. Martenzitni čelik je vrsta čelika koja je osjetljiva na toplinsko pucanje. Ima nizak prijenos topline na niskim temperaturama i vrlo je sklon pucanju pri brzom zagrijavanju. Stoga, kada se koriste materijali s velikim dijelovima, treba ih prethodno zagrijati, a zatim brzo ohladiti. Tablica 5 prikazuje temperature kaljenja martenzitnih nehrđajućih čelika.
Tablica 5: Temperature kaljenja martenzitnih nehrđajućih čelika
Kada se koristi kao konstrukcijski čelik, kaljenje (kaljenje i žarenje) treba provesti u skladu s kaljenjem. Martenzitni nehrđajući čelik ima temperaturnu krtost, a temperatura ne smije biti niža od 580 stupnjeva. Kod hlađenja od temperatura kaljenja, kaljenje u ulju se često koristi kako bi se izbjegla krta toplina; Treba napomenuti da martenzitni nehrđajući čelik treba žariti ubrzo nakon kaljenja.
5. Nehrđajući čelik koji-otvrdne na atmosferilije
Iako su austenitni, feritni i martenzitni nehrđajući čelici naširoko korišteni, još uvijek imaju nekih poteškoća u upotrebi kao konstrukcijski čelici. Austenitni nehrđajući čelik ima nisku granicu razvlačenja od samo oko 200N/mm2 i još nije prikladan za upotrebu kao konstrukcijski čelik. Iako martenzitni nehrđajući čelik može postići visoku granicu razvlačenja toplinskom obradom kao što je žarenje i kaljenje, njegova otpornost na koroziju je slaba. Za primjene koje zahtijevaju visoku otpornost na koroziju i veliku čvrstoću, razvijena je nova vrsta Cr-Ni nehrđajućeg čelika - atmosferilija-otvrdnulog nehrđajućeg čelika (koji se naziva i PH nehrđajući čelik).
Toplinska obrada nove vrste nehrđajućeg čelika uključuje žarenje, potpuno žarenje, žarenje otopinom, žarenje starenjem i kaljenje transformacijom. Njegova svojstva su:
• Mekano je kad sazrije i lako se može preraditi.
• Potrebna svojstva mogu se dobiti odgovarajućim tretmanom starenja.
• Ima istu otpornost na koroziju kao slični nehrđajući čelici, s poboljšanom otpornošću na pucanje uslijed korozije pod naponom.
• Transformacijsko kaljenje je proces kaljenja ispod određene temperature. Najčešće korišteni nehrđajući čelik za taložno kaljenje je martenzitni, a njegova klasa čelika je 631 (0Crl7Ni7A1). Kaljenje ove vrste čelika uključuje prvo korištenje otopine, zagrijavanje materijala na 1000-1100 stupnjeva i zatim brzo hlađenje, a zatim izvođenje tretmana starenjem na različitim temperaturama u skladu s različitim zahtjevima alatnog stroja, kao što je starenje na 621 stupanj, 565 stupanj i 510 stupnjeva.
Iz gornje analize može se vidjeti da je žarenje nehrđajućeg čelika složeno. Trebalo bi koristiti različite metode žarenja u skladu sa karakteristikama različitih vrsta čelika kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi korisnika.
