Úvod: Definující prvek nerezové oceli
Nerezová ocel je definována jako vysoce legovaná ocel obsahující minimálně 10,5 % chromu a maximální obsah uhlíku 1,2 %. Tento přídavek chrómu je kritickým faktorem, který dodává jeho výjimečnou odolnost proti korozi. Když chrom překročí přibližně 10 %, vytvoří se na povrchu oceli stabilní, samoopravující se pasivní film – tenká, nekrystalická vrstva hydratovaného hydroxidu chromitého. Tento pasivní film, typicky jen asi 3 nanometry silný, působí jako neprostupná bariéra proti korozivním prvkům. Pokud je tento film poškozen, automaticky se regeneruje v přítomnosti kyslíku, což umožňuje nerezové oceli zachovat si odolnost proti korozi a estetický vzhled i po zpracování nebo otěru. Na základě své metalurgické struktury jsou nerezové oceli klasifikovány do pěti základních skupin: austenitické, feritické, martenzitické, duplexní a precipitačně kalené nerezové oceli.
Austenitické nerezové oceli: Všestranný dříč
Nejpoužívanější skupinou jsou austenitické nerezové oceli, které tvoří více než 70 % celosvětové produkce. Jsou definovány plošně centrovanou kubickou (FCC) krystalovou strukturou, která je stabilizována přidáním niklu – obvykle 8-20 % – do chromové báze. Tato struktura propůjčuje výjimečné vlastnosti, včetně vynikající odolnosti proti korozi, vysoké tažnosti, vynikající svařitelnosti a snadné výroby. Určující charakteristikou je jejich nemagnetická povaha v žíhaném stavu. Tyto oceli nelze kalit tepelným zpracováním; místo toho jsou zpevněny tvářením za studena. Nejikoničtější třídou je 304 (18 % Cr, 8 % Ni), která je známá svou vynikající obecnou odolností proti korozi, dobrou tvarovatelností a svařitelností. Pro aplikace vyžadující zvýšenou odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi, zejména v chloridových prostředích, je preferován 316, který obsahuje 2-3 % molybdenu. Nízkouhlíkové varianty jako 304L a 316L jsou navrženy pro svařované aplikace, aby se minimalizovalo riziko mezikrystalové koroze. Vzhledem ke svému komplexnímu výkonu jsou austenitické třídy zásadní v celé řadě průmyslových odvětví, včetně zpracování potravin a nápojů, chemických zařízení, architektonických aplikací a lékařských technologií.
Feritické nerezové oceli: Magnetická a nákladově efektivní alternativa
Feritické korozivzdorné oceli se vyznačují krystalickou strukturou ve středu těla (BCC) a jsou, stejně jako čisté železo při pokojové teplotě, magnetické. Obsahují chróm v rozmezí od 10,5 % do 18 % a mají velmi nízký obsah uhlíku. Nejrozšířenějším typem je typ 430. Feritické oceli nabízejí střední až dobrou odolnost proti korozi, která se zvyšuje s obsahem chrómu. Hlavní výhodou je jejich odolnost vůči koroznímu praskání vyvolanému chloridy, což je problém, který může v určitých prostředích sužovat austenitické třídy. Nedají se vytvrdit tepelným zpracováním a používají se vždy v žíhaném stavu. I když jsou obecně levnější než austenitické oceli, mají svá omezení, včetně snížené tažnosti, tvárnosti a svařitelnosti. Navzdory těmto problémům jsou feritické třídy široce používány v automobilovém obložení, architektonických aplikacích a domácích spotřebičích, jako jsou myčky nádobí a sušičky prádla.
Martenzitické nerezové oceli: Pevnost díky tepelnému zpracování
Martenzitické nerezové oceli jsou jedinečné svou schopností kalit a zpevňovat tepelným zpracováním, podobně jako uhlíkové a nízkolegované oceli. V žíhaném stavu mají strukturu BCC podobnou feritické oceli. Při rychlém ochlazení (zhášení) z vysokých teplot se však struktura přemění na na tělo centrovaný tetragonální (BCT) martenzit. Hlavním legujícím prvkem je chrom, typicky 12-15%, s vyšším obsahem uhlíku než feritické druhy. Tato kombinace jim umožňuje dosáhnout velmi vysoké pevnosti a tvrdosti – přičemž některé druhy dosahují 60 HRC – za cenu nižší tažnosti a houževnatosti. Mají střední odolnost proti korozi, která je obecně nižší než u austenitických nebo feritických jakostí. Mezi běžné třídy patří 410, 420 a 440, které se používají v aplikacích vyžadujících odolnost proti opotřebení a střední odolnost proti korozi, jako jsou příbory, chirurgické nástroje, lopatky turbín a ložiskové kroužky.
Duplexní nerezové oceli: Kombinace toho nejlepšího ze dvou světů
Duplexní nerezové oceli jsou definovány dvoufázovou mikrostrukturou obsahující přibližně stejné podíly austenitu a feritu, přičemž žádná z fází netvoří méně než 30 % celku. Tato jedinečná struktura jim umožňuje kombinovat přednosti obou rodin: nabízejí přibližně dvojnásobnou mez kluzu než standardní austenitické třídy při zachování dobré tažnosti a houževnatosti. Poskytují také vynikající odolnost proti důlkové korozi, štěrbinové korozi a především chloridovému koroznímu praskání. Nejčastěji používaným typem je 2205 (22 % Cr, 5 % Ni), který nabízí v mnoha médiích lepší odolnost proti korozi než 316L. Zatímco duplexní oceli jsou dražší než standardní feritické třídy a mají omezení týkající se provozní teploty (obvykle pod 300 °C), jsou materiálem volby pro náročné aplikace v ropném a plynárenském průmyslu, chemickém zpracování, námořním a celulózovém a papírenském průmyslu.
Nerezové oceli vytvrzované srážením: Nejvyšší ve vysoké pevnosti
Nerezové oceli s precipitačním kalením (PH) dosahují výjimečné kombinace vysoké pevnosti a odolnosti proti korozi prostřednictvím specializovaného procesu tepelného zpracování. Na rozdíl od martenzitických typů, které jsou vytvrzovány výhradně cyklem kalení a temperování, jsou třídy PH zpevněny vysrážením jemných částic z přesyceného pevného roztoku. Nejběžnější a široce uznávaná třída PH je 17-4 PH (UNS S17400), což je martenzitická precipitačně kalená ocel. Tato třída nabízí jedinečnou kombinaci vysoké pevnosti, dobré houževnatosti a vynikající odolnosti proti korozi, díky čemuž je vhodná pro širokou škálu leteckých, chemických a obecných strojírenských součástí, kde je výkon standardních martenzitických tříd nedostatečný. Jiné stupně PH zahrnují semiaustenitické a austenitické typy, jako je 17-7 PH a A-286.
