2026-04-14
Definicja stali nierdzewnej
Stal nierdzewna to ogólna nazwa stali nierdzewnych i kwasoodpornych.
Stal nierdzewna: Stal, która nie koroduje w lekko korozyjnych środowiskach, takich jak atmosfera i słodka woda.
Stal kwasoodporna: Stal odporna na korozję w agresywnych środowiskach korozyjnych, takich jak kwasy, zasady, sole i woda morska.
Klasyfikacja stali nierdzewnej
Gatunki, skład chemiczny i właściwości stali nierdzewnej są zróżnicowane. Najpopularniejsze metody klasyfikacji opierają się głównie na podstawowym składzie chemicznym, mikrostrukturze stali i kombinacji obu.
1.Klasyfikacja według głównego składu chemicznego
Najbardziej powszechny jest podział stali nierdzewnej ze względu na pierwiastki chemiczne na dwie główne grupy: stale nierdzewne chromowe i chromowo-niklowe.
(1).Chrom
Jeśli głównym pierwiastkiem stopowym w stali innej niż żelazo jest chrom, stal nierdzewną nazywa się stalą nierdzewną chromową.
(2).Chrom-nikiel
Jeśli głównymi pierwiastkami stopowymi w stali, oprócz żelaza, są chrom i nikiel, taką stal nierdzewną nazywa się stalą nierdzewną chromowo-niklową.
2.Klasyfikacja ze względu na mikrostrukturę stali
Mikrostruktura stali odnosi się do cech struktury krystalicznej i mikrostruktury stali. W oparciu o mikrostrukturę stale nierdzewne dzieli się głównie na pięć kategorii: stale nierdzewne ferrytyczne, austenityczne, martenzytyczne, duplex (dwufazowe) i utwardzane wydzieleniowo.
(1). Ferrytyczna stal nierdzewna
Ferrytyczna stal nierdzewna to stal o sześciennej sieci krystalicznej skupionej centralnie na ciele, zawartości węgla ≤ 0,20% i zawartości chromu w zakresie 10,5–32%, zachowującej strukturę ferrytyczną zarówno w wysokich, jak i pokojowych temperaturach. Ten rodzaj stali nierdzewnej nie jest utwardzany poprzez obróbkę cieplną.
W zależności od zawartości chromu, ferrytyczne stale nierdzewne dzielimy na niskochromowe (zawartość chromu 10,5%-15,0%), średniochromowe (zawartość chromu 16%-22%) i wysokochromowe (zawartość chromu 23%-32%). Ferrytyczna stal nierdzewna to jedna z trzech głównych klas stali nierdzewnych, która pojawiła się niemal równocześnie ze stalami martenzytycznymi i austenitycznymi na początku XX wieku. Pod względem wielkości produkcji ferrytyczna stal nierdzewna ustępuje jedynie chromowo-niklowym stalom austenitycznym: w światowej produkcji stali nierdzewnej udział stali ferrytycznej wynosi zwykle około 30%. Ferrytyczna stal nierdzewna charakteryzuje się dużymi wielkościami produkcji, szerokim zakresem zastosowań i doskonałymi wszechstronnymi właściwościami w cienkich przekrojach. Ponieważ takie stale nie zawierają niklu lub tylko niektóre gatunki zawierają go w niewielkiej ilości, ich koszt i cena są stosunkowo niskie, co czyni je najważniejszą klasą stali nierdzewnych oszczędnie stopowych z niklem.
Do lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku tradycyjne ferrytyczne stale nierdzewne, wytapiane w elektrycznych piecach łukowych bez wtórnej rafinacji, charakteryzowały się normalnym poziomem węgla i azotu, których dalsza redukcja była niezwykle trudna. Od lat sześćdziesiątych XX wieku postęp technologiczny w produkcji stali nierdzewnej oraz stosowanie procesów rafinacji wtórnej, takich jak AOD i VOD, doprowadziły do opracowania nowoczesnych ferrytycznych stali nierdzewnych o niskiej i bardzo niskiej zawartości węgla i azotu, które w dużej mierze przezwyciężyły i skutecznie wyeliminowały szereg wad tradycyjnych stali ferrytycznych. Ich produkcja wzrosła, a zakres stale się poszerza.
(2). Austenityczna stal nierdzewna
Austenityczna stal nierdzewna zachowuje swoją austenityczną strukturę zarówno w wysokich, jak i pokojowych temperaturach, nie ulegając przekształceniom strukturalnym. Dlatego austenityczna stal nierdzewna odnosi się również do stali, których nie można wzmocnić poprzez obróbkę cieplną. Jednakże ze względu na tendencję do utwardzania zgniotowego (hartowania) jego wytrzymałość można zwiększyć w wyniku odkształcenia plastycznego na zimno. Niska wytrzymałość takich stali w stanie hartowanym była kiedyś uważana za jedną z głównych wad austenitycznych stali nierdzewnych.
Aby rozwiązać problem korozji międzykrystalicznej w stanie uczulonym i poprawić odporność na korozję, opracowano austenityczne stale nierdzewne o ultraniskiej zawartości węgla, zazwyczaj o zawartości węgla ≤ 0,03%. Wraz ze wzrostem odporności na korozję wytrzymałość takiej stali nieznacznie maleje. Od lat 70. XX wieku dostępne są austenityczne stale nierdzewne o kontrolowanej zawartości azotu (zawartość azotu resztkowego w stali w granicach normy, np. [N] ≤ 0,10% lub [N] ≤ 0,12%) lub stopowe azotowe (maksymalna ilość azotu, jaką można wprowadzić do stali pod ciśnieniem atmosferycznym, np. ≤ 0,40% lub ≤ 0,40%) 0,50%), co umożliwia uzyskanie odpowiednio dużej wytrzymałości dzięki wzmocnieniu azotem w roztworze stałym. Natomiast austenityczne stale nierdzewne o wysokiej zawartości azotu produkowane metodą wtryskiwania azotu pod wysokim ciśnieniem (ilość azotu wprowadzonego pod ciśnieniem, tj. [N] > 0,4% lub ≥ 0,5%) charakteryzują się wyjątkowo wysoką wytrzymałością i doskonałą odpornością na pękanie. Połączenie wzmacniania roztworem stałego azotu i utwardzania przez odkształcenie pozwoliło niektórym austenitycznym stalom nierdzewnym wejść do kategorii stali nierdzewnych o wysokiej wytrzymałości.
Chromowo-niklowa austenityczna stal nierdzewna, spośród istniejących pięciu głównych klas stali nierdzewnych, ma najlepsze złożone właściwości, ma największą liczbę gatunków, ma najpełniejszy asortyment i specyfikację, najszerszy zakres, najszybciej się rozwija, jest produkowana w największych ilościach i obejmuje najszerszą sferę konsumpcji. Na całym świecie oraz w głównych krajach produkujących stal nierdzewną udział chromowo-niklowej austenitycznej stali nierdzewnej zwykle stanowi ponad 50–60% całkowitej produkcji stali nierdzewnej.
Ponieważ nikiel jest pierwiastkiem rzadkim i drogim, jego niedobór jest szczególnie dotkliwy w czasie wojny. Wprowadzone w latach 40. XX w. standardowe austenityczne stale nierdzewne chromowo-manganowe zastępujące nikiel manganem i azotem (amerykańska seria AISI 200), pomimo długiego okresu rozwoju, mają wąski zakres i niewielki wolumen produkcji; w Stanach Zjednoczonych ich roczna produkcja stanowi zaledwie kilka procent całkowitej produkcji stali nierdzewnej. W ostatnich latach pojawiło się pojawienie się wysokoazotowych, wysokowytrzymałych i ultrawytrzymałych chromowo-manganowych austenitycznych stali nierdzewnych, a także postęp w badaniach nad manganem wysokoazotowym.
(3) Martenzytyczna stal nierdzewna
Martenzytyczna stal nierdzewna to klasa stali nierdzewnych, których właściwości można kontrolować poprzez obróbkę cieplną (hartowanie, odpuszczanie). Ze względu na skład chemiczny dzieli się je na martenzytyczną stal nierdzewną chromową i martenzytyczną stal nierdzewną chromowo-niklową.
Martenzytyczne stale nierdzewne chromowe dzielą się głównie na trzy typy: niskowęglowe ([C] ≤ 0,15%), średniowęglowe ([C] 0,16%–0,40%) i wysokowęglowe ([C] > 0,40%). Węgiel jest niezbędnym i ważnym pierwiastkiem stopowym martenzytycznych stali nierdzewnych z chromem.
Martenzytyczne stale nierdzewne chromowe obejmują przede wszystkim stale tradycyjne, takie jak 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13. Zawartość chromu w nich wynosi co najmniej 11,5% i sięga 18%, co nadaje tym stalom właściwości nierdzewne i odporność na korozję w słabych środowiskach. Zawartość węgla zmienia się w zależności od zawartości chromu, zwykle od 0,10% do 1,0%, aby zapewnić strukturę austenityczną w wysokiej temperaturze i strukturę martenzytyczną w temperaturze pokojowej po hartowaniu. Dzięki powstaniu lamelarnego martenzytu wysokowęglowego i wydzieleniu węglików stale te uzyskują wysoką wytrzymałość i dużą twardość. Późniejsze odpuszczanie po hartowaniu łagodzi naprężenia hartownicze i tworzy jednorodną, stabilną strukturę, nadając stali pewną ciągliwość, wytrzymałość i dobrą odporność na korozję – zestaw właściwości. Ponieważ martenzytyczne stale nierdzewne z chromem są gorsze od wszystkich innych klas stali nierdzewnych pod względem odporności na korozję, a także mają niską ciągliwość i wytrzymałość, słabą spawalność lub w ogóle nie dają się spawać, ich powszechne zastosowanie jest ograniczone.
Martenzytyczne stale nierdzewne chromowo-niklowe opracowano w celu przezwyciężenia niektórych wad tradycyjnych stali martenzytycznych. Już na wczesnym etapie powstała słynna stal 1Cr17Ni2 poprzez zastąpienie węgla niklem. Chociaż jego wytrzymałość wzrosła w porównaniu do martenzytycznych stali chromowych i poprawiła się odporność na korozję, nadal nie nadaje się do spawania.
Nowoczesne (super)martenzytyczne stale nierdzewne, rozwijane od lat 60. XX wieku, poprzez dalszą wymianę węgla na nikiel, osiągnięcie ultraniskiej zawartości węgla i wprowadzenie 2–6% Ni, zachowują strukturę austenityczną w wysokich temperaturach, a po hartowaniu i odpuszczaniu w temperaturze pokojowej uzyskują strukturę kompozytową składającą się z niskowęglowego lub ultraniskowęglowego martenzytu listwowego, austenitu rewertowanego i niewielkiej ilości ferrytu. Dodatkowe dodatki stopowe z molibdenem, miedzią i innymi pierwiastkami wzmacniającymi pozwalają tym stalom zachować wysoką wytrzymałość martenzytycznych stali chromowych, przy jednoczesnym zachowaniu dobrej wytrzymałości i spawalności. Przy tej samej zawartości chromu odporność korozyjna nowoczesnych stali martenzytycznych znacznie przewyższa odporność korozyjną tradycyjnych martenzytycznych stali chromowych. Jednak ze względu na niską zawartość węgla nowoczesne stale martenzytyczne tracą cechy charakterystyczne dla martenzytycznych stali chromowych, czyli wysoką twardość, odporność na zużycie i wysoką ostrość krawędzi.
(4). Dwufazowa stal nierdzewna
Minęło prawie sto lat od odkrycia, że obecność niewielkich ilości ferrytu w austenitycznej stali nierdzewnej chromowo-niklowej poprawia odporność na korozję międzykrystaliczną, co doprowadziło do pojawienia się austenityczno-ferrytycznych (α+γ) dwufazowych stali chromowo-niklowych i ostatecznie do powstania oficjalnie uznanej klasy stali dwufazowych wraz z trzema głównymi klasami stali nierdzewnych wymienionymi powyżej.
Ponieważ zawartość niklu w szeroko stosowanych stalach dwufazowych niklowo-chromowych α+γ wynosi na ogół 5–7%, co stanowi tylko około połowy zawartości niklu w powszechnie stosowanych stalach austenitycznych niklowo-chromowych, a nowo opracowane ekonomiczne stale dwufazowe zawierają tylko 1–4% Ni, stale dwufazowe α+γ są również ważną klasą stali nierdzewnych oszczędzających nikiel.
Rozwój dwufazowych stali nierdzewnych chromowo-niklowych α+γ przeszedł przez około trzy ważne etapy. W zależności od charakterystycznych pierwiastków stopowych, wartości PRE (równoważnika odporności na korozję wżerową), zmian proporcji faz α i γ, okresu występowania i charakterystyki właściwości, dwufazowe stale nierdzewne dzieli się zwykle na stale pierwszej, drugiej i trzeciej generacji. Ze względu na charakterystyczne pierwiastki w swoim składzie można je podzielić na stale dwufazowe niskostopowe, średniostopowe i wysokostopowe.
Ze względu na trudności w kontrolowaniu proporcji obu faz, ograniczoną podatność na obróbkę na gorąco, spawalność oraz czynniki ekonomiczne, wielkość produkcji stali dwufazowych pierwszej generacji była niewielka. Jednak pojawienie się nowoczesnych dwufazowych stali nierdzewnych w dużej mierze przezwyciężyło wady i ograniczenia stali pierwszej generacji, umożliwiając im poszerzenie zakresu zastosowań i stanowią one obecnie klasę stali o ogromnym potencjale rozwojowym w dziedzinie inżynierii.
Gatunki opracowane przed 1971 rokiem należą do pierwszej generacji dwufazowych stali nierdzewnych, w tym pierwszej stali dwufazowej 1Cr25Ni5Mo1.5, która pojawiła się w latach trzydziestych XX wieku. Zawartość azotu w stalach pierwszej generacji utrzymywała się na poziomie charakterystycznym dla wytapiania w elektrycznych piecach łukowych. Choć stale dwufazowe pierwszej generacji wykazały już w pełni swoje charakterystyczne właściwości, to ze względu na stosunkowo niską wartość PRE i znaczne różnice w stosunku fazowym w stanie ulepszonym pomiędzy różnymi gatunkami, które również były trudne do dokładnego kontrolowania, doskonałe właściwości stali dwufazowych w strefie złącza spawanego uległy znacznemu pogorszeniu lub wręcz zostały utracone, co poważnie utrudniało zastosowanie i rozwój stali dwufazowych w konstrukcjach spawanych.
Gatunki, które pojawiły się w latach 1971-1989, należą do drugiej generacji dwufazowych stali nierdzewnych i charakteryzują się obowiązkową zawartością azotu. Ponieważ azot jest pierwiastkiem aktywnie tworzącym i stabilizującym austenit, wraz ze wzrostem jego zawartości w stali z jednej strony zwiększa się udział fazy austenitycznej w metalu nieszlachetnym i wzrasta stabilność austenitu w wysokich temperaturach, co prowadzi do zmniejszenia ilości materiału zamieniającego się w ferryt w tej samej temperaturze. Z drugiej strony duża szybkość dyfuzji azotu podczas chłodzenia z wysokich temperatur sprzyja szybkiej przemianie ferrytu w austenit wtórny, co zapobiega tworzeniu się jednofazowej struktury ferrytowej na linii wtopienia i w strefie wpływu ciepła po spawaniu. Wprowadzenie azotu stworzyło warunki do pojawienia się i rozwoju stali dwufazowych drugiej i kolejnych generacji. Ponieważ azot w stali nierdzewnej jest głównie rozpuszczony w austenicie, korzystny wpływ azotu na dwufazowe stale nierdzewne jest w rzeczywistości odzwierciedleniem wpływu azotu na strukturę i właściwości fazy austenitycznej w stalach dwufazowych.
Gatunki wprowadzone po 1990 roku należą do trzeciej generacji dwufazowych stali nierdzewnych i charakteryzują się dalszym wzrostem zawartości molibdenu i azotu, dzięki czemu wartość PRE takich stali wynosi ≥ 40% i dodatkowo poprawia się odporność korozyjna, zwłaszcza odporność na korozję wżerową i szczelinową. Obecnie nazywane są one również superdwufazowymi stalami nierdzewnymi.
Od początku XXI wieku rozwój dwufazowych stali nierdzewnych przebiega w dwóch kierunkach. Z jednej strony zawartość pierwiastków stopowych stale rośnie, aby osiągnąć jeszcze wyższą wytrzymałość i doskonałą odporność na korozję, jak np. stale SAF 2707 i SAF 3207 opracowane przez szwedzką firmę Sandvik o wartości PRE > 45%, zwane hiperdwufazowymi stalami nierdzewnymi. Z drugiej strony istnieje tendencja do rozwoju ekonomicznych stali dwufazowych o niskiej zawartości niklu i z niewielką zawartością molibdenu, w celu obniżenia kosztu i ceny stali dwufazowych, a także znacznej poprawy ich obrabialności na gorąco i spawalności, zwiększając tym samym ich konkurencyjność w porównaniu z innymi rodzajami stali nierdzewnych.
(5). Stal nierdzewna utwardzana dyspersyjnie
Stal nierdzewna utwardzana dyspersyjnie to klasa stali nierdzewnych, których struktura osnowy w temperaturze pokojowej może być martenzytyczna, austenityczna lub ferrytyczna i które w wyniku odpowiedniej obróbki cieplnej ulegają wzmocnieniu poprzez wytrącanie (starzenie) związków międzymetalicznych, a także węglików, azotków i innych faz na osnowie.
Obecnie szeroko stosowane stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo dzielą się głównie na trzy typy: martenzytyczne stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo, półaustenityczne stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo i austenityczne stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo. Ponadto często obejmują stale nierdzewne maraging o ultraniskiej zawartości węgla.
Chociaż zasada utwardzania wydzieleniowego stali nierdzewnej była znana już w latach trzydziestych XX wieku, po wprowadzeniu pierwszego gatunku stali nierdzewnej utwardzanej wydzieleniowo, Nierdzewny W, znalazła ona praktyczne zastosowanie dopiero w 1946 roku. Następnie, w związku z zapotrzebowaniem przemysłu lotniczego, kosmicznego, nuklearnego i chemicznego na stale łączące odporność na korozję z wysokim stosunkiem wytrzymałości do masy, zaczęły pojawiać się nowe stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo. W Stanach Zjednoczonych stale takie zaliczano do serii 600. Stale nierdzewne maraging o ultraniskiej zawartości węgla pojawiły się w latach sześćdziesiątych XX wieku. Zostały opracowane ze stali maraging poprzez dodanie chromu w celu nadania właściwości nierdzewnych. Zwykle klasyfikuje się je również jako martenzytyczne stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo.
Martenzytyczna stal nierdzewna utwardzana dyspersyjnie ma niestabilną strukturę austenityczną, która po obróbce roztworem stałym ulega przemianie martenzytycznej. Późniejsze starzenie prowadzi do wytrącenia się drugiej fazy na osnowie martenzytycznej, która wzmacnia stal.
Stal nierdzewna maraging o bardzo niskiej zawartości węgla ma właściwości nierdzewne; po obróbce roztworem stałym i starzeniu w nim druga faza wytrąca się na matrycy martenzytu o ultraniskiej zawartości węgla i wysokiej zawartości niklu, która wzmacnia stal.
Półaustenityczna stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo jest również stalą o niestabilnym austenicie, ale jej austenit jest bardziej stabilny niż martenzytyczne stale utwardzane wydzieleniowo. W stanie hartowanym w temperaturze pokojowej półaustenityczna stal utwardzana dyspersyjnie ma strukturę austenityczną. Po odkształceniu plastycznym na zimno, obróbce niskotemperaturowej lub nagrzaniu do temperatury około 750°C w celu obróbki dostosowawczej, austenit można przekształcić w martenzyt, po czym w wyniku późniejszego starzenia na osnowie martenzytycznej tworzy się druga faza wzmacniająca stal.
Austenityczna stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo ma stabilną strukturę austenityczną. Po obróbce roztworem stałym i późniejszym starzeniu z osnowy austenitycznej uwalnia się druga faza, która wzmacnia stal.
Shanghai Xinliang Steel Pipe Industry Co., Ltd. jest ekspertem w przetwarzaniu precyzyjnych elementów rur, zapewniając klientom kompletne rozwiązania od projektu po dostawę. Firma specjalizuje się w produkcji, przetwarzaniu i sprzedaży średniej i wysokiej klasy precyzyjnych, ultramałych, cienkościennych rur kapilarnych i komponentów ze stali nierdzewnej.
Stosujemy wysokiej jakości surowce nierdzewne i ściśle kontrolujemy skład chemiczny, gwarantując doskonałą odporność na korozję i właściwości mechaniczne wyrobów.
Powszechnie stosowane materiały obejmują między innymi:
