Stale i stopy żelaza o szczegó szczeg ó lnych wł własno asnoś ściach odporne na korozję korozję żaroodporne żarowytrzyma arowytrzymałłe zaworowe nadstopy stale do pracy w niskich temperaturach stale odporne na ścieranie stale maraging (wysokowytrzyma (wysokowytrzymałłe umacniane wydzieleniowo)

Stale odporne na korozję korozję (og (ogó óln lną ą) podstawowym dodatkiem stopowym w stalach odpornych na korozję korozję jest CHROM w iloś ilości co najmniej 10,5% (PN (PN--EN 10020:2003)

Rola chromu: - zmienia potencjał potencjał elektrochemiczny stali z -0,6 na +0,2V - tworzy na powierzchni szczelną szczelną, pasywną pasywną warstw warstwę ę tlenkow tlenkową ą ( samopasywacja samopasywacja), ), inne pierwiastki jej nie tworzą tworzą tylko zwię zwi ększaj kszają ą efektywno efektywność ść Cr - wzrost zawartoś zawarto ści Cr: wzrost odpornoś odporno ści korozyjnej, korozyjnej, zmniejszenie w ł.mechanicznych .mechanicznych,, technologicznoś technologiczno ści i spawalnoś spawalno ści

Stale odporne na korozję korozję – rola pierwiastkó pierwiastków

Stale odporne na korozję korozję

Nikiel - tworzy strukturę strukturę austenityczn austenityczną ą, poprawia wł w łaściwo ciwośści mechaniczne i wytwó wytwó rcze, zwię zwiększa zdolność zdolno ść odbudowy warstwy pasywnej, polepsza odporność odporno ść na korozję korozję w niektó niektó rych kwasach, 88 -10% zmniejsza się się odporno odporność ść na korozję korozję napr napręż ężeniow eniową ą, zwię zwiększanie iloś ilo ści Ni polepsza ją ją; Molibden - stabilizuje warstwę warstw ę pasywn pasywną ą w obecnoś obecno ści chlorkó chlorków, zwię zwi ększa odporność odporno ść na korozję korozję w żerow erową ą i szczelinową szczelinow ą, ferrytotw ferrytotwó ó rczy Węgiel - zwi zwię ększa twardość twardo ść i wytrzymał wytrzymało ść ść,, wiąż wiąże e Cr w wę w ęgliki obniżżaj obni ają ąc odporność odporno ść korozyjn korozyjną ą, uczulenie na korozję korozję mi mię ędzykrystaliczn dzykrystaliczną ą, Azot – stabilizuje i umacnia austenit , dodawany z Mo w celu zwię zwi ększenia odpornoś odporno ści korozyjnej w chlorkach, opó opó źnia wydzielanie faz mię mi ędzymetalicznych, zmniejsza skł skłonno onność ść do korozji mię międzykrystalicznej, w austenit ycznych i dwufazowych pożą po żądany dany (m.in..zwi ( m.in..zwię ększa spawalność spawalno ść)) a szkodliwy w ferrytycznych – pogarsza cią ciągliwo gliwość ść i odp. na pękanie.

Podzia ł stali odpornych na korozję Podział korozję ze wzglę wzglę du na strukturę strukturę : - stale ferrytyczne (C=0(C=0-0,1, Cr>10,5) - stale martenzytyczne (C=0,05 (C=0,05--1,2, Cr>10,5) - stale martenzytyczne umacniane wydzieleniowo (Cu, Al, Ti, Nb) - stale austenityczne (C18, Ni>8) - stale ferrytyczno – austenityczne (Cr>18, Ni>4) Podzia ł ze wzglę Podział wzglę du na skł skład chemiczny: - wysokochromowe - chromowo – niklowe - chromowo – niklowo - manganowe

Stale odporne na korozję korozję

Stale odporne na korozję korozję - stale ferrytyczne

wpłływ chromu na strukturę wp strukturę stali

struktura: ferryt + wę węgliki STALE MA GNETYCZNE ! Re=200 -480, Rm=400Re=200Rm=400 -750MPa brak moż możliwo liwoś ści umocnienia przez obr.ciepln obr.cieplną ą lub plastyczną plastyczn ą na zimno obró obr óbka cieplna: wyż wyżarzanie – po przeró przer óbce plast. na zimno, wskazane szybkie chł chłodzenie - odporne na korozję korozję chemiczn chemiczną ą i utlenianie w atmosferze powietrza i pary wodnej, oraz k .elek trochem w rozcień rozcieńczony ch zimny ch kwasach i ługach z wy ją jątk iem chlorkó chlorków i jodkó jodków - nieczu nieczułłe na korozję korozję napr napręż ężeniow eniową ą - wy sok a temp. przejś przejścia w stan k ruchy

CHROM rozszerza obszar istnienia FERRYTU jest ferrytotw ferrytotwó ó rczy

dodatki stopowe: Ti = 5x%C, Nb, Zr = 10x%C wi wiąązanie wę w ęgla w wę w ęglik i przykłładowe gatunki: przyk X2CrTi12, X6Cr13, X6Cr17, X3CrTi17

im bardziej agresywne środowisko tym wię wię kszy powinien być być dodatek chromu (i ew. innych pierwiastkó pierwiastków)

Zastosowanie stali ferrytycznych - w przemy śle chemiczny m na urządzenia do produk cji kwasu azotowego i jego soli, zwłaszcza na wy miennik i ciepła chłodzone wodą, wypark i, reak tory , rurociągi, - w przemy śle rafinery jno-petrochemiczny m na reak tory do przeróbk i produk tów naftowy ch zawierający ch siark owodór, urządzenia ciągów odsiarczania ropy naftowej, - w przemy śle przetwórstwa żywności na urządzenia służące do zagęszczania produk tów żywnościowy ch zaprawionych solą oraz na inne urządzenia styk ające się ze słoną żywnością, - w kopalnictwie węgla k amiennego na zbiornik i (bunkry ) i ry nny zsypowe, - w transporcie drogowy m na uk łady wy dechowe spalin oraz k atalizatory spalin.

Stale odporne na korozję korozję

Stale odporne na korozję korozję

stale martenzytyczne MAGNETYCZNE przy C > 0,1%C stale chromowe moż można hartować hartowa ć w celu podwyż podwy ższenia wytrzymał wytrzyma łości i odpornoś odporności na ścieranie

stale martenzytyczne

hartowanie: 950950-1100 1100° °C, martenzyt (ch (chłłodzenie w powietrzu) odpuszczanie 470470-780 780° °C, martenzyt odpuszczony Re=450--850 MPa, Rm Re=450 Rm= = 550550-1550 MPa zastosowanie: tam, gdzie wymagania jest średnia odporność odporność korozyjna i duż duża odporność odporność na ścieranie

t w ar d o ść [H RC ]

60 55

12%Cr duża wytrzymał duż wytrzyma łość – odpuszczanie poniż poniżej 400° 400°C dobra udarność udarność i odp. na korozję korozję napr napręż ężeniow eniową ą – odpuszczanie pow. 550° 550 °C

50 45 40 0

przyk ładowe stale: przykł X12Cr13 X39Cr13 X50CrMoV15 X4Cr NiMo16NiMo16-5-1

- odporno odporność ść na ścieranie zwię zwię ksza się się z zawartoś zawartości cią ą wę gla - dodatek N, Ni i Mo przy mniejszej zawartoś zawartości C umoż umożliwiaj liwiają ą uzyskanie stali o wię wię kszej udarnoś udarności i odpornoś odporności na korozję korozję - podwy podwyż ższenie temp. odpuszczania podwyż podwy ższa udarność udarność i cią cią gliwo gliwość ść

0,2

0, 4 %C 0,6

0,8

1

X20Cr13

Zastosowanie stali martenzytycznych: - w przemy śle naftowy m do budowy urządzeń krak ingowych, następnie do wy robu wałów, pomp, sworzni, śrub nie styk ających się bezpośrednio ze środowisk iem korozy jny m, a narażonych np. na działanie niezby t agresy wnej atmosfery wewnątrz budynków produk cyjnych. -do produkcji łopatek turbin parowych, zaworów pras hydraulicznych, części maszy n i form do odlewów pod ciśnieniem, narzędzi tnący ch, sk rawających, pomiarowy ch, łoży sk, -do wyrobu elementów urządzeń narażonych na działanie wody i atmosfery morsk iej. - w przemy śle chemiczny m i w jego branżach pokrewnych zak res zastosowania tego ty pu stali jest na ogół dość ograniczony z powodu zarówno ich niewy starczającej odporności na działanie więk szości środowisk korozy jnie agresy wnych jak i nisk ich własności technologicznych, a zwłaszcza spawalniczych.

Stale odporne na korozję korozję stale umacniane wydzieleniowo - zawieraj zawierają ą Cu, Al, Ni i Nb fazy umacniają umacniające: czą cząstki Cu, Ni3(Al,Ti), NiAl NiAl,, Cr2N oraz wę węgliki i fazy Lavesa NIEMAGNETYCZNE przesycanie: 1050° 1050°C, ferryt stopowy chłłodzenie w powietrzu ch starzenie 600600-800 800° °C, ferryt+w ferryt+wę ęgliki+fazy mi mię ędzymetaliczne Re=500--1400 MPa, Rm Re=500 Rm= = 800800-1550 MPa zastosowanie: przemysł przemysł lotniczy w poró porównaniu do martenzytycznych martenzytycznych:: - lepsza kombinacja wytrzymał wytrzymałości, cią ciągliwo gliwośści i odp. na pę pękanie - wi wię ększa wytrzymał wytrzymałość przy tej samej cią ciągliwo gliwośści - wy wyżższa odp. korozyjna przy tej samej wytrzymał wytrzymałości - lepsza podatność podatność na obró obróbk bkę ę plastyczn plastyczną ą przyk ładowe stale: X5Cr NiCuNb16przykł NiCuNb16-4, X7Cr NiAl17NiAl17-7, 5CrNiMoCuNb14--5 5CrNiMoCuNb14

Stale odporne na korozję korozję Zastosowanie stali umacnianych wydzieleniowo: -w warunk ach, w k tóry ch wy maga się dużego stosunku wy trzy małości do masy części samolotów, pojazdów kosmiczny ch, rak iet, pocisków arty lery jsk ich itd. -W przemy śle chemiczny m i rafinery jno-petrochemiczny m - do wyrobu zaworów bezpieczeństwa, wałów, tulei, trzpieni, śrub, bardzo wy trzy mały ch sprężyn i kół zębaty ch odporny ch na działanie k orozji. - W przemy śle maszy nowy m – do wyrobu k ołk ów i tulei rozprężny ch oraz sworzni sprężynujących odpornych na k orozję. W energetyce – do wy twarzania łopatek turbin, tarcz i k orpusów turbin, części kompresorów i przegrzewaczy pary . do budowy aparatów i urządzeń przeznaczonych dla przemy słu papierniczego (holendry , młyny stożk owe i tarczowe), od k tórych wy maga się odporności na korozję i ścieranie. - do produk cji blach przeznaczony ch do prasowania tworzy w sztucznych lub wy robów gipsowych. -stale półaustenity czne - na elementy pomp służący ch do pompowania agresywnych wód kopalniany ch zawierających cząstk i stałe. -starzone stale austenity czne - w przemy śle budowy maszyn elek try cznych, gdzie potrzebna jest zazwy czaj stal niemagnety czna o bardzo dobrych wsk aźnik ach wy trzy małości, umożliwiający ch zmniejszenie masy urządzeń produk cyjnych

stale austenityczne

ukłład ró uk równowagi Fe - Ni

Stale odporne na korozję korozję - austenityczne

Stale odporne na korozję korozję stale austenityczne

zawierają zawieraj ą 16 16--25% Cr oraz odpowiednią odpowiednią ilo ilość ść Ni, Mn i N aby uzyskać uzyskać austenit

RCr = %Cr + 1,4 ⋅ %Mo + 1,5 ⋅ %Si + 0,5 0,5⋅⋅ %Nb + 2 ⋅ %Ti RNi = %Ni + 30· 30· %C + 0,5· 0,5· %Mn + 30 30⋅⋅ %N

im bardziej jednorodna i jednofazowa struktura, tym lepsza odporność odporność korozyjna dodatek 11-3% Mo podwyż podwy ższa odporność odporność na korozję korozję wżerow erową ą w obecnoś obecności Clsą podatne na korozję korozję napr napręż ężeniow eniową ą!

wykres Schae Scha e fflera

stale austenityczne podlegają podlegają tylko przesycaniu (wygrzewanie 10001000-1100oC/ch C/chłłodzenie w wodzie) wygrzewanie w temp. 500500 -800 800° ° uwra uwraż żliwia na korozję korozj ę mi mię ędzykrystaliczn dzykrystaliczną ą!

Zastosowanie stali austenitycznych: - w środowisk ach wodnych o duży m stopniu agresywności - w przemy śle chemiczny m i petrochemiczny m na urządzenia do produkcji k wasu azotowego i jego soli (zwłaszcza nawozów sztucznych), rurociągi przesy łowe, wy miennik i ciepła, wieże reakcy jne, - w przetwórniach żywności, mleczarniach, browarach (autok lawy , pastery zatory , beczk i do piwa, rurociągi przesy łowe, wy miennik i ciepła), - w konstrukcjach ok rętowych i lotniczych oraz kolejowych (np. poszycia wagonów), - w gospodarstwach domowych na zlewozmywak i, elementy maszyn piorący ch, zmy wark i do naczy ń, naczy nia kuchenne, sztućce (z wy jątk iem noży), - w inżynierii budowlanej (w ty m również w architek turze) na ok ładziny , pok rycia dachów, drzwi, poręcze, windy , urządzenia uliczne (budk i telefoniczne, przy stank i autobusowe, słupk i ogrodzeniowe, lampy , sanitariaty).

Spawanie prą prądem stał stałym

Spawanie stali nierdzewnych chromowo – niklowych o strukturze austenitycznej

100 prąd spawania [A]

Wymagania: -ODPORNO ODPORNOŚĆ ŚĆ KOROZYJ NA (korozja wż wżerowa i mię mię dzykrystaliczna), -szczelno szczelność ść,, -wytrzyma wytrzymałłość ść..

80 60 40 20

W procesie spawania stali nierdzewnych

0

NAJISTOTNIEJSZA jest JAKOŚĆ JAKOŚĆ SPOIN

czas

a wydajność wydajność spawania praktycznie nie jest brana pod uwagę uwagę

Porównanie cykli prądowych w metodzie TIG-puls i TIG-mikropuls

Spawanie impulsowe

puls niskiej częstotliwości

45

c zas c yklu: 1÷ 0,05s

I 4P0

czas tła

35

25

20

tP

prąd impulsu

prąd spawania

prad

30

tB

15

pr ąd bazy

I B10

cz as

5

czas impulsu

0 15

25

cz as

35

45

55

puls wysokiej cz ęstotliwości czas cyklu: mniej niż 0,002 s

Parametry spawania impulsowego: IB – pr prą ąd bazowy, IP – pr prą ąd impulsowy, tB – czas dział działania prą prądu bazowego, tP – czas impulsu prą prądowego

prąd spawania

5

prąd impulsu

prąd bazy czas tła c zas czas impuls u

Wpływ pulsacji prądowej na niektóre właściwości złącz spawanych ze stali austenitycznych

napręż napr ężenia enia wł własne [MPa]

Wpływ pulsacji prądowej na niektóre właściwości złącz spawanych ze stali austenitycznych

~25%

czę cz ęstotliwo stotliwość ść pulsacji [Hz]

Szerokość Szeroko ść strefy wpł wpływu ciepł ciepła w funkcji czę częstotliwo stotliwoś ś ci pulsacji

Napręż Napr ężenia enia wł własne w spoinie

Skłłonno Sk onność ść do pę pę kania spoin TYP KRYSTALIZACJI

CAŁK. DŁUGOŚĆ PĘK NIĘĆ, m m

Przebieg procesu tworzenia się się pękni knięć ęć gor gorą ących w spoinie i SWC

czę cz ęstotliwo stotliwość ść pulsacji [Hz]

Pękni knię ęcia gorą gorące tworzą tworz ą si się ę w czasie krystalizacji spoin lub też też w temperaturach nieco niż niż szych. Zjawisko to dotyczy gł głównie stali stopowych, a w szczegó szczególno lnośści austenitycznych stali chromowo – niklowych niklowych.. Podstawową Podstawow ą przyczyn przyczyną ą powstawania pę pękni knięć ęć gor gorą ących jest obecność obecność na granicach powstają powstających ziarn kruchych warstewek, niezdolnych przenieść przenieść napr napręż ężenia enia zwią związane ze skurczem spoiny w trakcie jej krzepnię krzepni ęcia i stygnię stygnięcia bą bądź te teżż wskutek wydzielania się się mi mię ędzy zakrzepnię zakrzepniętymi ziarnami warstewki cieczy oraz jednoczesnego oddział oddziaływania na ten obszar napręż napręże eń skurczowych, przewyż przewyż szaj szają ących jego wytrzymałłość na rozcią wytrzyma rozciąganie

Autor

Rok

Równoważnik Cr, % mas.

Schaeffler

1949

Cr + Mo + 1.5Si + 0.5Nb

Ni + 0.5Mn + 30C

DeLong i in.

1956

Cr + Mo + 1.5Si + 0.5 Nb

Ni + 0.5Mn + 30C + 30N

Hu ll

1973

+ 0.72W + 2.20Ti + 0.21Ta + 2.48Al

14.2N + 0.41Co + 0.44Cu

Hammar i Sven son

1979

Cr + 1.37Mo + 1.5Si + 2Nb + 3Ti

Ni + 0.31Mn + 22C + 14.2N + Cu

1992

Cr + Mo + 0.7Nb

Ni + 35C + 20N + 0.25Cu

Siewert i Kotecki (WRC-1992)

Równoważnik Ni, % mas.

Cr + 1.21Mo + 0.48Si + 0.14Nb + 2.27V Ni + (0.11Mn – 0.0086Mn2) + 24.5 C +

Krystalizacja spoin te mperatura

spoina stał stałopr oprą ądowa TIG

L → ( L+ L+γ γ) → γ ; RCr /RNi 2,1 do 4,2

17÷30

C5 (bardzo duża) (C5-I, C5-M)

Bardzo wysokie (tereny przemysłowe o wysokiej wilgotności i agresywnej atmosferze oraz przybrzeżne o dużym zasoleniu)

> 4,2 do 8,4

8÷17

Cynkowanie ogniowe – trwa trwałłość pow powłłok

Cynkowanie ogniowe – koszt cynkowania w poró porównaniu do malowania

Cynkowanie ogniowe – stale do cynkowania

Ochrona przed korozją korozją a ochrona środowis ka

zaleca się się cynkowanie tylko tych gatunkó gatunkó w stali, któ kt óre charakteryzują charakteryzuj ą si się ę zawarto zawartoś ści cią ą krzemu niż niższ szą ą ni niż ż 0,03% lub mieszczą mieszczącą si się ę w przedziale: 0,15% do 0,24%.

- Dyrektywa 2002/95/EC (RoHS (RoHS)) dotyczy zakazu stosowania niektó niekt órych niebezpiecznych substancji w sprzę sprzę cie elektrycznym i elektronicznym. Obowią Obowią zuje od 1 lipca 2006 r. (dot. m.in. Pb i Hg Hg))

Efekt Sandelina – (pow (powłłoka cynkowa moż może skł składa adaćć si się ę ca całłkowicie ze stopu żelazowo elazowo--cynkowego) – obserwuje się się zw zwłłaszcza przy zawartoś zawartości krzemu od 0,03% do 0,15%, jak ró równie wnieżż powy powyżżej 0,24%. W tych przypadkach powł powłoka cynkowa jest najczęś najczęściej ciej matowo--szara, chropowata, nieró matowo nierównomierna, krucha - wra wraż żliwa na odkształ odkszta łcenia i uszkodzenia mechaniczne !

- Dyrektywa 2000/53/EC (ELV) dotyczy zakazu stosowania niektó niekt órych niebezpiecznych substancji w samochodach osobowych. Ta dyrektywa obowią obowią zuje od 1 lipca 2007 r. - Dyrektywa 2002/96/EC (WEEE) dotyczy zapobiegania powstawaniu odpadó odpad ów pochodzą pochodzą cych ze zuż zużytych urzą urzą dze dzeń ń elektrycznych i elektronicznych. Okreś Okre śla ona mię mię dzy innymi, jakie produkty podlegają podlegają dyrektywie RoHS RoHS.. Ta dyrektywa weszł weszła w życie 1 lipca 2006 r.

Wyeliminowanie Cr6 + (pasywacja po cynkowaniu) oraz oł ołowiu w stopach cyny

Stale żaroodporne

Stale żarowytrzyma arowytrzymałłe

stale z dodatkiem Cr i/lub Ni oraz Si i Al (krucho (kruchość ść!) !) nikiel nie jest stosowany samodzielnie!

żarowytrzyma arowytrzymałłość – odporno odporność ść stopu na odkształ odkszta łcenia, spowodowane obciąż obci ążeniem eniem mechanicznym w temperaturze powyż powyżej 550oC

Cr > 5% podstawowy pierwiastek wp wpłływaj ywają ą cy na żaroodporno aroodporność ść Si < 3% Al < 2,5% V i Mo oddział oddzia łuj ują ą niekorzystnie na trwał trwa łość zgorzeliny !! tlenki wanadu są są niskotopliwe tlenki molibdenu utleniają utleniają si się ę

żarowytrzyma arowytrzymałłość uzale uzależ żniona jest gł głównie od odpornoś odporności na pełłzanie pe korzystna struktura austenityczna – mniejsze wsp wsp.. dyfuzji niż niż w ferrycie; duż duże ziarna z dyspersyjnymi wydzieleniami faz gł głównie na granicach ziaren dodatki stopowe dział dzia łaj ają ące dwutorowo: - podwy podwyż ższenie granicy spręż sprężysto ystoś ści w temperaturze pracy (wyżższa niż (wy niż napr napręż ężenia enia wywoł wywołane dział działaj ają ącymi obciąż obciążeniami) eniami) - podwy podwyż ższenie temperatury rekrystalizacji (powy (powyżżej temp. pracy)

Stale żarowytrzyma arowytrzymałłe

Stale zaworowe

skład chemiczny: skł Cr>18%, Ni>9% (zapewniają (zapewniaj ące str. austenityczną austenityczn ą)

-

oraz: Mo, W, V, Co ( żaroodporno aroodporność ść i umocnienie wydzieleniowe) Ti, Nb, Ce (w (wę ęglikotw glikotwó ó rczo rczość ść))

skład chem skł chem.: .: Cr > 9% C 0,40,4-0,6% Si