Stal nierdzewna to stal stopowa, która zawiera co najmniej 10,5% chromu, zapewniającego jej wysoką odporność na korozję. Jednak nie każda stal nierdzewna jest taka sama i nie każda zachowuje swoje właściwości w każdych warunkach. Jakie czynniki wpływają na trwałość i odporność korozyjną stali nierdzewnej?
Skład chemiczny i mikrostruktura stali nierdzewnej
Odporność korozyjna stali nierdzewnej zależy przede wszystkim od jej składu chemicznego i mikrostruktury. Chrom jest podstawowym pierwiastkiem, tworzącym na powierzchni stali cienką, szczelną i samoregenerującą się warstwę pasywną, która chroni metal przed działaniem czynników zewnętrznych. Im więcej chromu zawiera stal, tym lepiej jest ona zabezpieczona przed korozją. Minimalna zawartość chromu, która zapewnia pasywację stali, wynosi 10,5%, ale zwykle stosuje się wyższe stężenia, rzędu 16-18%.
Poza chromem, w skład stali nierdzewnej wchodzą także inne pierwiastki, które mają wpływ na jej właściwości. Najważniejsze z nich to:
- nikiel – zwiększa odporność na korozję międzykrystaliczną oraz poprawia odporność na korozję w środowiskach kwaśnych i zasadowych;
- molibden – zwiększa odporność na korozję szczelinową oraz napięciową; poprawia także odporność na korozję w środowiskach zawierających chlorki, np. wodzie morskiej;
- mangan – zastępuje częściowo nikiel w stalach austenitycznych, obniżając ich koszt i zwiększając twardość; podnosi odporność na korozję w środowiskach zasadowych i siarczanowych;
- azot – zwiększa wytrzymałość i twardość stali; poprawia odporność na korozję szczelinową i napięciową;
- kobalt – zwiększa odporność na korozję w wysokich temperaturach; poprawia właściwości magnetyczne i mechaniczne stali; stosowany głównie w stalach do zastosowań medycznych, w produkcji części ze stali nierdzewnej do przemysłu farmaceutycznego, medycznego czy lotniczego;
- siarka – zwiększa skrawalność stali, czyli łatwość obróbki mechanicznej, ale jednocześnie obniża jej odporność na korozję międzykrystaliczną i napięciową;
- węgiel – zwiększa twardość i wytrzymałość stali, ale jednocześnie obniża jej odporność na korozję międzykrystaliczną.
Innym ważnym aspektem jest równowaga pomiędzy różnymi elementami składowymi. Niewłaściwa proporcja może prowadzić do powstawania defektów strukturalnych, takich jak ziarna delta ferrytu, które osłabiają odporność na korozję. Dlatego tak ważne jest, aby producenci stali nierdzewnej ścisłe kontrolowali skład chemiczny, zapewniający optymalne właściwości końcowego produktu.
Obróbka cieplna i mechaniczna w produkcji stali nierdzewnej
Procesy obróbki cieplnej, takie jak hartowanie czy wyżarzanie, odgrywają znaczącą rolę w kształtowaniu właściwości stali nierdzewnej. Hartowanie zwiększa jej twardość i wytrzymałość. Natomiast wyżarzanie, jest stosowane do zmiękczenia stali, poprawy jej obrabialności i usuwania naprężeń wewnętrznych. Te metody mają bezpośredni wpływ na strukturę krystaliczną stali, co przekłada się na jej właściwości mechaniczne i odporność na korozję.
Dodatkowo, procesy takie jak walcowanie na zimno czy ciągnienie, które są formami obróbki mechanicznej, również wpływają na właściwości stali nierdzewnej. Te techniki mogą zwiększać wytrzymałość stali poprzez tzw. umocnienie przez odkształcenie.