Stal chromowo-niklowa, nazywana stalą kwasoodporną, zawiera powyżej 8% niklu i dlatego ma w temperaturze pokojowej strukturę austenityczną. Cha­rakteryzuje się lepszą odpornością na korozję od stali chroniowej, zwłaszcza w środowiskach kwaśnych. Wszystkie gatunki tej stali mają małą wytrzymałość i bardzo dużą plastyczność:

• /?„ - ok. 500 MPa,

• R, - 200-250 MPa,

• -45-35-40%,

• KCU- 120-150 J/cm².

Można je umacniać gniotem, kształtować plastycznie i obrabiać skrawa­niem. Spawanie tych stali jest technologicznie proste. Stal ta jednak zawiera do 0,1% węgla, wskutek czego w strefach wpływu ciepła (500-800°C) mogą się wydzielać wzdłuż granic ziam węgliki Cr^C^. Węgliki te zawierają 60-65% chromu, wskutek czego w stykających się z nimi zewnętrznych strefach ziam jego zawartość znacznie się zmniejsza i w sprzyjających warunkach ulegają one korozji (tzw. korozja międzykrystaliczna). Dlatego wyroby po spawaniu muszą być poddane przesycaniu (1050-1100°C/woda) w celu rozpuszczenia węglików chromu i wprowadzenia ich składników do roztworu stałego. Jeżeli ze względu na rodzaj konstrukcji (np. duże zbiorniki) przesycanie jest niemożliwe, to sto­suje się stal „genetycznie" odporną na korozję międzykrystaliczna. Odporność tę uzyskuje się przez zmniejszenie zawartości węgla do maks. 0,03%, co unie­możliwia wydzielanie się węglików chromu, lub przez stabilizowanie stali tyta­nem albo niobem; %Ti = 5x%C; Nb = l Ox%C. Pierwiastki te podczas krystali-zacji pierwotnej wiążą węgiel, a także azot w stabilny tytan (węgiel, azot) i niob (węgiel, azot), co zapobiega wydzielaniu się węglików chromu i przeciwdziała korozji międzykrystalicznej. W roztworach, w których się znąjdująjony chlorowców, może wystąpić miejscowe zniszczenie pasywnej warstewki na po­wierzchni stali i szybka korozja w głąb - tzw. korozja wżerowa. Zapobiega się jej przez dodatek co najmniej 2% molibdenu, ten Jednak silnie stabilizuje ferryt, czemu się przeciwdziała zwiększoną zawartością niklu: gatunki zawierające molibden mają nie mniej niż 14-16% niklu. Dodatek 1,5-2,5% miedzi zwiększa odporność tej stali na korozję w środowisku kwasu siarkowego. Zastąpienie części niklu manganem zmniejsza koszt stali; gatunki takie stosuje się w prze­myśle spożywczym. Niektóre austenityczne gatunki stali chromowo-niklowej przedstawiono w tab. 2.

Tabela 2 Wybrane gatunki stali chromowo-niklowej odpornej na korozję (kwasoodpornej) wg PN-7 l/H 86020

Znak		Za\\	artosc \	pierwiastko	w,%		Zastosowanie
stall	C	Cr	Ni	Mn	Mo	inne	|
OH17N4G8	maks 0,07	ok 17	ok 4	ok 8,0	-	N;, ok 0,2	przemyśl spożyw­
1H17N409	maks 0,12	ok 17	ok 4	ok 9,5	-	N;, ok 0.2	czy
OH18N9	maks 0,07	ok 18	ok 10	maks 2,0	-	-	przem>sł tarb i la­
1H18N9	maks 0,12	ok 18	ok 9	maks 2,0	-	-	kierów, chemiczny,
OOH18N10	maks 0,03	ok 18	ok 11	maks 2,0	-	-	farmaceutyczny,
1H18N9T	maks 0,10	ok 18	ok 9	maks 2,0	-	Ti=5xC	zbiorniki i cysterny,
						maks 0,8	przemysł spozyw
OH18N12Nb	maks 0,08	ok 18	ok 12	maks 2,0	-	Nb=10xC	czy - na części na­
						maks l l	rażone na działanie
							środków konserwu­
							jących, np NaCI |
OOH17N14M2	maks 0,03	ok 17	ok 14	maks 2,0	2,0-2,5	-	odporne na korozję
OH17N16M3T	maks 0,08	ok 17	ok 15	maks 2,0	3,0-4,0	Ti. 0,3-0,6	wżerową i w sła­
							bych roztworach
							H2S04
OH22N24M4TCu	maks 0,06	ok 21	ok 25	maks 2,0	4,0-5,0	Cu 1,3-1,8	odporne na korozję
						Ti5xC	w roztworach kwa­
						maks 0,7	su siarkowego o
OH23N28M3TCu	maks 0,06	ok 24	ok 28	roaks 2,0	2,5-3,0	Ti. 0,5-0,9	rożnym stężeniu i w
						Cii 2.5-3,5	rożnej temperaturze

2.2. Stal żaroodporna i zaworowa

Żaroodpomością nazywa się odporność stali na działanie gazów utleniają­cych w wysokiej temperaturze. Wraz z odpornością, na korozję gazową stal ża­roodporna musi mieć zdolność przenoszenia obciążeń mechanicznych. Ponadto są pożądane dobre właściwości technologiczne, a zwłaszcza spawalność.

Wśród stali żaroodpornej wyróżnia się stal żaroodporną ogólnego przezna­czenia, stosowaną w budowie pieców przemysłowych, palenisk, kotłów, aparatury chemicznej, w przemyśle szklarskim, w petrochemii itp. Specjalne grupy tworzą gatunki używane do wyrobu zaworów silników spalinowych oraz stale i stopy do wyrobu oporów grzewczych.

Stal węglowa w atmosferze utleniającej się utlenia; szybkość utleniania silnie się zwiększa z podwyższeniem temperatury (rys. 2). Zaroodporność stali polega głównie na tworzeniu się na jej powierzchni zwartej i dobrze przylegają­cej warstwy tlenków, chroniącej metal przed dalszym utlenianiem. Aby nadać stali Zaroodporność, wprowadza się do niej chrom, krzem oraz aluminium. Pierwiastki te, mając większe powinowactwo z tlenem niż żelazo, utleniają się intensywniej i wytwarzają na powierzchni części stalowych zwartą oraz szczel­nie przylegającą warstwę tlenków hamujących proces dalszego utleniania.

20

15

10

Rys 2 Wpływ temperatury na szybkość utlenia­nia (przyrost masy) żelaza

400 500 600 700

Temperaturo. °C

Zaroodporność stall zależy przede wszystkim od jej składu chemicznego, a nie od struktury i z tego powodu nie ma zasadnicze) różnicy między stalą fer-rytyczną (chromową) a austenityczną (chromowo-niklową). Ważne jest, aby stal żaroodporna w zakresie temperatury pracy nie przechodziła przemian alotropo-wych, gdyż związane z tym zmiany objętości mogą naruszyć spójność warstwy tlenków wytworzonej na powierzchni wyrobu.

Stal żaroodporną można podzielić na (PN-71/H-86022):

• ferrytyczną stal chromowo-aluminiową,

• ferrytyczną stal chromowo-krzemową,

• austenityczną stal chromowo-niklową.

Dla każdej stall istnieje określona graniczna temperatura, powyżej której stal traci Zaroodporność. Jako miarę zaroodporności przyjmuje się temperaturę, w której próbka o ściśle oznaczonych wymiarach uzyskuje graniczną wartość przyrostu masy wynoszącą 0,025 g/cm² Jej powierzchni w czasie 250 h.

Oprócz odporności chemicznej od stali żaroodpornej wymaga się zdolności zachowania właściwości mechanicznych w wysokiej temperaturze, przy jedno­czesnym działaniu krótkotrwałego lub długotrwałego obciążenia. Właściwości mechaniczne stali w wysokiej temperaturze zwiększają: molibden, wolfram i wanad. Ponieważ dodatki te nie zwiększają żaroodpomości stali, musi ona zawierać także pierwiastki zapewniające żaroodporność, przede wszystkim chrom, krzem i aluminium. Aby zapewnić strukturę austenityczną, do stali żaro­odpornej wprowadza się jeszcze nikiel i mangan. Wiele elementów pleców przemysłowych i aparatury chemicznej wykonuje się z żaroodpornego staliwa, którego skład chemiczny odpowiada żaroodpornej stali. Gatunki stali żarood­pornej przedstawiono w tab. 3.

Szczególną grupę stali żarowytrzy małej, używanej na zawory w silnikach spalinowych, stanowi stal zaworowa.

Temperatura pracy zaworów wlotowych nie przekracza 500°C, natomiast części zaworów wydechowych mogą osiągać do 900°C. Zawory, zwłaszcza wy­dechowe, pracują w bardzo agresywnym środowisku zawierającym tlenki wana­du i ołowiu oraz związki siarki i są obciążone dynamicznie siłami bezwładności, które zależą od masy zaworu, układu napędu zaworu i liczby obrotów silnika. Stali stosowanej na zawory stawia się szereg wymagań:

• dużej odporności na wysokotemperaturową korozję gazową,

• dużej odporności na ścieranie,

• małej rozszerzalności i dużej przewodności cieplnej,

• dużej wytrzymałości na pełzanie oraz obciążenia udarowe,

• dobrych właściwości technologicznych, zwłaszcza podatności na obrób­kę plastyczną.

Na zawory stosuje się gatunki martenzytyczne (H9S2, H10S2M) i austeni­tyczne (50H21G9N4, 4H14N14W2M). Skład chemiczny, obróbkę cieplną, wła­ściwości tej stali przedstawiono w tab. 4.

Gatunki martenzytyczne hartuje się z temperatury I050°C i odpuszcza w temperaturze 750-800°C. Z powodu jednak mniejszej wytrzymałości mecha­nicznej i odporności chemicznej stosuje się ją głównie na zawory wlotowe.

Stal austenityczną przesyca się w temperaturze 1000-1100°C i starzy w temperaturze 700-800°C przez kilkanaście godzin. Stal ta jeszcze w tempera­turze 800°C ma wystarczającą wytrzymałość mechaniczną. Dlatego gatunek 50H21G9N4, wykazujący dużą odporność na korozję w tlenkach ołowiu, jest standardową stalą na zawory wydechowe silników spalinowych. Stal 4H14N14W2M po przesycaniu i starzeniu ma niekorzystny rozkład węglików -po granicach ziam i granicach bliźniaczych, dlatego jest stosowana w stanie zmiękczonym na duże zawory silników lotniczych. Zawory te, ze względu na małą przewodność cieplną, mają drążone trzonki, wypełnione metalicznym so­dem, który podczas pracy się topi i ułatwia chłodzenie zaworu.

Wszystkie zawory silników spalinowych mają przylgnie zaworową napa­waną stellitem, powierzchnię trzonków utwardzoną przeciwciernie warstwą chromu, a stopkę utwardzoną przez hartowanie indukcyjne lub napawanie stel­litem. Często powierzchnie trzonków zaworów, zwłaszcza przy przejściu w grzybek, utwardza się przez azotowanie.

2.3. Stal o szczególnych właściwościach magnetycznych

Do stali o szczególnych właściwościach magnetycznych zalicza się:

• stal magnetycznie miękką,

• stal magnetycznie twardą,

• stal niemagnetyczną.

Do materiałów magnetycznie miękkich zalicza się czyste żelazo, stal nisko-węglową, stal krzemową oraz stopy żelaza z niklem. Najprostszym materiałem magnetycznie miękkim jest technicznie czyste żelazo (E005Pr, EOOSPr) stoso­wane do wyrobu rdzeni elektromagnesów i przekaźników. Łatwiejsza do otrzy­mania jest stal niskowęglowa (PN-81/H-84023; 04, 04A, 04J).

Stal krzemowa jest podstawowym materiałem stosowanym do wyrobu blach elektrotechnicznych, z których się wykonuje rdzenie transformatorów i części prądnic. Zgodnie z zastosowaniem, blachy elektrotechniczne można podzielić na dwie grupy:

• blachy prądnicowe o zawartości 0,4-3,4% krzemu,

• blachy transformatorowe o zawartości 3,7-4,2% krzemu. W przypadku dużych wymagań co do przenikalności magnetycznej ja­ko materiały magnetycznie miękkie stosuje się stopy żelaza z niklem. Najwięk­szą przenikalność ma stop z zawartością 78% niklu i 22% żelaza o nazwie permalloy; jego przenikalność magnetyczna jest ok. 10 razy większa od przeni­kalności czystego żelaza.

Stal magnetycznie twarda stosowana do wyrobu magnesów trwałych dzieli się na następujące grupy:

• stal węglowa o zawartości 1,0-1,5% węgla, stosowana w stanie zaharto­wanym; można z niej wykonać tylko niewielkie magnesy ze względu na małą hartowność tej stali,

• stal stopowa (PN-75/H-84038); zawiera ok. 1% węgla oraz dodatki: wol­fram, chrom i kobalt; stal tę hartuje się do uzyskania struktury marten-zytycznej, która jest najkorzystniejszą strukturą stali do wyrobu magne­sów trwałych; po hartowaniu przeprowadza się obróbkę podzerową w temperaturze -70°C (wymrażanie) w celu usunięcia austenitu szcząt­kowego oraz się odpuszcza.

---