סיווג ומאפיינים של חומרים מנירוסטה

הקדמה: האלמנט המגדיר של נירוסטה

נירוסטה מוגדרת כפלדה בעלת סגסוגת גבוהה המכילה מינימום של 10.5% כרום ותכולת פחמן מקסימלית של 1.2%. תוספת כרום זו היא הגורם הקריטי המקנה את עמידותה בפני קורוזיה יוצאת דופן. כאשר הכרום עולה על כ-10%, נוצר על פני הפלדה סרט פסיבי יציב ומתתקן - שכבה דקה ולא גבישית של כרום הידרוקסיד. סרט פסיבי זה, בדרך כלל בעובי של כ-3 ננומטר בלבד, פועל כמחסום בלתי חדיר מפני אלמנטים קורוזיביים. אם הסרט הזה ניזוק, הוא מתחדש אוטומטית בנוכחות חמצן, מה שמאפשר לנירוסטה לשמור על עמידות הקורוזיה והמראה האסתטי שלה גם לאחר עיבוד או שחיקה. בהתבסס על המבנה המתכתי שלהן, פלדות אל-חלד מסווגות לחמש משפחות עיקריות: פלדות אל-חלד אוסטניטיות, פריטיות, מרטנסיטיות, דופלקס, ופלדות אל-חלד מתקשות משקעים.

נירוסטה אוסטינית: סוס העבודה הרב-גוני

פלדות אל-חלד אוסטניטיות הן המשפחה הנפוצה ביותר, המהווה יותר מ-70% מהייצור העולמי. הם מוגדרים על ידי מבנה גביש מעוקב במרכז פנים (FCC), אשר מיוצב על ידי הוספת ניקל - בדרך כלל 8-20% - לבסיס הכרום. מבנה זה מקנה תכונות יוצאות דופן, לרבות עמידות מצוינת בפני קורוזיה, משיכות גבוהה, יכולת ריתוך יוצאת דופן וקלות ייצור. מאפיין מגדיר הוא האופי הלא מגנטי שלהם במצב חישול. פלדות אלו לא ניתנות להקשחה על ידי טיפול בחום; במקום זאת, הם מתחזקים באמצעות עבודה קרה. הדרגה האייקונית ביותר היא 304 (18% Cr, 8% Ni), אשר ידועה בעמידות הקורוזיה הכללית המצוינת שלה, יכולת הצורה הטובה והריתוך שלה. עבור יישומים הדורשים עמידות מוגברת בפני קורוזיה וחריצים, במיוחד בסביבות כלוריד, מועדף 316, המכיל 2-3% מוליבדן. גרסאות דלת פחמן כמו 304L ו-316L מיועדות ליישומים מרותכים כדי למזער את הסיכון של קורוזיה בין-גרגירית. בשל הביצועים המקיפים שלהם, ציונים אוסטניטיים חיוניים במגוון רחב של תעשיות, כולל עיבוד מזון ומשקאות, ציוד כימי, יישומים אדריכליים וטכנולוגיה רפואית.

פלדות אל חלד פריטיות: האלטרנטיבה המגנטית והחסכונית

פלדות אל-חלד פריטיות מתאפיינות במבנה גבישי מרוכז (BCC) והן, כמו ברזל טהור בטמפרטורת החדר, מגנטיות. הם מכילים תכולת כרום הנעה בין 10.5% ל-18% ויש להם תכולת פחמן נמוכה מאוד. הדרגה הנפוצה ביותר היא סוג 430. פלדות פריטיות מציעות עמידות בפני קורוזיה בינונית עד טובה, אשר עולה עם תכולת הכרום. יתרון מרכזי הוא עמידותם בפני פיצוח קורוזיה הנגרמת על ידי כלוריד, בעיה שעלולה להטריד דרגות אוסטניטיות בסביבות מסוימות. לא ניתן להקשיח אותם על ידי טיפול בחום והם משמשים תמיד במצב חישול. למרות שבדרך כלל עלותם נמוכה יותר מאשר פלדות אוסטניטיות, יש להן מגבלות, כולל גמישות מופחתת, יכולת צורה וריתוך. למרות האתגרים הללו, דרגות פריטיות נמצאות בשימוש נרחב בחיפוי רכב, יישומים אדריכליים ומכשירי חשמל ביתיים כמו מדיחי כלים ומייבשי כביסה.

פלדות אל-חלד מרטנסיביות: חוזק באמצעות טיפול בחום

פלדות אל חלד מרטנסיטיות ייחודיות ביכולתן להתקשות ולהתחזק באמצעות טיפול בחום, בדומה לפלדות פחמן וסגסוגת נמוכה. במצב החישול שלהם, יש להם מבנה BCC הדומה לפריטים. עם זאת, כאשר מתקרר (מרווה) במהירות מטמפרטורות גבוהות, המבנה הופך למרטנזיט טטראגונלי (BCT) במרכז הגוף. יסוד הסגסוג העיקרי הוא כרום, בדרך כלל 12-15%, עם תכולת פחמן גבוהה יותר מאשר כיתות פריטיות. שילוב זה מאפשר להם להשיג חוזק וקשיות גבוהים מאוד - כאשר חלק מהדרגות מגיעות ל-60 HRC - במחיר של גמישות וקשיחות נמוכים יותר. יש להם עמידות מתונה בפני קורוזיה, שהיא בדרך כלל נמוכה מזו של דרגות אוסטניטיות או פריטיות. הציונים הנפוצים כוללים 410, 420 ו-440, המשמשים ביישומים הדורשים עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני קורוזיה מתונה, כגון סכו'ם, מכשירים כירורגיים, להבי טורבינה וגזעי מיסבים.

פלדות אל-חלד דופלקס: שילוב הטוב משני העולמות

פלדות אל-חלד דופלקסיות מוגדרות על ידי מבנה מיקרו דו-פאזי המכיל בערך פרופורציות שוות של אוסטניט ופריט, כאשר אף אחד מהשלבים אינו מהווה פחות מ-30% מהכלל. המבנה הייחודי הזה מאפשר להם לשלב את החוזקות של שתי המשפחות: הם מציעים חוזק תפוקה כפול בערך מדרגות אוסטניטיות סטנדרטיות תוך שמירה על גמישות וקשיחות טובה. הם גם מספקים עמידות מצוינת בפני חריצים, קורוזיה של חריצים, ובעיקר, פיצוח קורוזיה של כלוריד. הדרגה הנפוצה ביותר היא 2205 (22% Cr, 5% Ni), המציעה עמידות בפני קורוזיה טובה יותר מ-316L במדיה רבים. בעוד פלדות דופלקס יקרות יותר מדרגות פריטיות סטנדרטיות ויש להן מגבלות לגבי טמפרטורת שירות (בדרך כלל מתחת ל-300 מעלות צלזיוס), הן חומר הבחירה עבור יישומים תובעניים בתעשיות הנפט והגז, העיבוד הכימי, הימי ותעשיית העיסה והנייר.

פלדות אל חלד מתקשות משקעים: האולטימטיבי בחוזק גבוה

פלדות אל חלד מתקשות משקעים (PH) משיגות שילוב יוצא דופן של חוזק גבוה ועמידות בפני קורוזיה באמצעות תהליך מיוחד של טיפול בחום. שלא כמו ציונים מרטנסיטיים, אשר מתקשים אך ורק על ידי מחזור כיבוי וחום, ציוני PH מתחזקים על ידי משקעים של חלקיקים עדינים מתמיסה מוצקה רוויה. דרגת ה-PH הנפוצה והמוכרת ביותר היא 17-4 PH (UNS S17400), שהיא פלדה מתקשות משקעים מרטנסיטית. כיתה זו מציעה שילוב ייחודי של חוזק גבוה, קשיחות טובה ועמידות בפני קורוזיה מצוינת, מה שהופך אותו מתאים למגוון רחב של רכיבים תעופה וחלל, כימיים והנדסה כללית שבהם הביצועים של ציונים מרטנסיטים סטנדרטיים אינם מספיקים. דרגות PH אחרות כוללות סוגים חצי אוסטניטיים ואוסטניטיים, כגון 17-7 PH ו-A-286.