Introducere: Elementul definitoriu al oțelului inoxidabil
Oțelul inoxidabil este definit ca un oțel înalt aliat care conține minimum 10,5% crom și un conținut maxim de carbon de 1,2%. Acest adaos de crom este factorul critic care conferă rezistență excepțională la coroziune. Când cromul depășește aproximativ 10%, pe suprafața oțelului se formează o peliculă pasivă stabilă, cu auto-reparare - un strat subțire, necristalin de hidroxid de crom hidratat. Această peliculă pasivă, de obicei de numai aproximativ 3 nanometri grosime, acționează ca o barieră impenetrabilă împotriva elementelor corozive. Dacă această peliculă este deteriorată, se regenerează automat în prezența oxigenului, permițând oțelului inoxidabil să-și mențină rezistența la coroziune și aspectul estetic chiar și după prelucrare sau abraziune. Pe baza structurii lor metalurgice, oțelurile inoxidabile sunt clasificate în cinci familii primare: oțeluri inoxidabile austenitice, feritice, martensitice, duplex și inoxidabile prin precipitare.
Oțeluri inoxidabile austenitice: calul de lucru versatil
Oțelurile inoxidabile austenitice sunt cea mai utilizată familie, reprezentând peste 70% din producția globală. Ele sunt definite de o structură cristalină cubică centrată pe față (FCC), care este stabilizată prin adăugarea de nichel - de obicei 8-20% - la baza de crom. Această structură conferă proprietăți excepționale, inclusiv rezistență excelentă la coroziune, ductilitate ridicată, sudabilitate remarcabilă și ușurință de fabricare. O caracteristică definitorie este natura lor nemagnetică în starea de recoacere. Aceste oțeluri nu pot fi călite prin tratament termic; în schimb, ele sunt întărite prin lucru la rece. Cel mai emblematic grad este 304 (18% Cr, 8% Ni), care este renumit pentru excelenta rezistență generală la coroziune, formabilitate bună și sudabilitate. Pentru aplicațiile care necesită rezistență sporită la coroziune cu sâmburi și fisuri, în special în medii cu clorură, se preferă 316, care conține 2-3% molibden. Variantele cu emisii scăzute de carbon precum 304L și 316L sunt proiectate pentru aplicații sudate pentru a minimiza riscul de coroziune intergranulară. Datorită performanței lor cuprinzătoare, clasele austenitice sunt esențiale într-o gamă largă de industrii, inclusiv prelucrarea alimentelor și a băuturilor, echipamentele chimice, aplicațiile arhitecturale și tehnologia medicală.
Oțeluri inoxidabile feritice: alternativa magnetică și rentabilă
Oțelurile inoxidabile feritice sunt caracterizate de o structură cristalină cubică centrată pe corp (BCC) și sunt, ca fierul pur la temperatura camerei, magnetice. Conțin un conținut de crom cuprins între 10,5% și 18% și au un conținut foarte scăzut de carbon. Calitatea cea mai utilizată este tipul 430. Oțelurile feritice oferă rezistență la coroziune moderată până la bună, care crește odată cu conținutul de crom. Un avantaj major este rezistența lor la fisurarea prin coroziune indusă de clorură, o problemă care poate afecta clasele austenitice în anumite medii. Ele nu pot fi întărite prin tratament termic și sunt întotdeauna utilizate în stare recoaptă. Deși, în general, costuri mai mici decât oțelurile austenitice, acestea au limitări, inclusiv ductilitate redusă, formabilitate și sudabilitate. În ciuda acestor provocări, calitățile feritice sunt utilizate pe scară largă în ornamentele auto, aplicațiile arhitecturale și aparatele electrocasnice precum mașinile de spălat vase și uscătoarele de rufe.
Oțeluri inoxidabile martensitice: rezistență prin tratament termic
Oțelurile inoxidabile martensitice sunt unice pentru capacitatea lor de a fi întărite și consolidate prin tratament termic, la fel ca oțelurile carbon și slab aliate. În starea lor recoaptă, au o structură BCC similară cu feriticele. Cu toate acestea, atunci când este răcită rapid (stinsă) de la temperaturi ridicate, structura se transformă într-o martensită tetragonală centrată pe corp (BCT). Principalul element de aliere este cromul, de obicei 12-15%, cu un conținut de carbon mai mare decât gradele feritice. Această combinație le permite să obțină o rezistență și o duritate foarte ridicate - cu unele grade atingând 60 HRC - cu prețul unei ductilități și tenacitate mai scăzute. Ele posedă rezistență moderată la coroziune, care este în general mai mică decât cea a claselor austenitice sau feritice. Clasele obișnuite includ 410, 420 și 440, care sunt utilizate în aplicații care necesită rezistență la uzură și rezistență moderată la coroziune, cum ar fi tacâmurile, instrumentele chirurgicale, paletele turbinei și pistele de rulmenți.
Oțeluri inoxidabile duplex: combinând cele mai bune din două lumi
Oțelurile inoxidabile duplex sunt definite de o microstructură dublă care conține proporții aproximativ egale de austenită și ferită, niciuna dintre faze nu constituie mai puțin de 30% din total. Această structură unică le permite să combine punctele forte ale ambelor familii: oferă aproximativ dublul limitei de curgere a claselor austenitice standard, menținând în același timp o bună ductilitate și duritate. Ele oferă, de asemenea, o rezistență excelentă la pitting, coroziune în crăpături și, în mod esențial, fisurarea prin coroziune sub tensiune prin clorură. Cel mai frecvent utilizat grad este 2205 (22% Cr, 5% Ni), care oferă o rezistență la coroziune mai bună decât 316L în multe medii. În timp ce oțelurile duplex sunt mai scumpe decât clasele feritice standard și au limitări în ceea ce privește temperatura de serviciu (de obicei sub 300°C), ele sunt materialul de alegere pentru aplicații solicitante în industria petrolului și gazelor, procesării chimice, marină și celulozei și hârtiei.
Oțeluri inoxidabile care se întăresc prin precipitații: cel mai bun nivel de rezistență ridicată
Oțelurile inoxidabile cu întărire prin precipitare (PH) realizează o combinație excepțională de rezistență ridicată și rezistență la coroziune printr-un proces specializat de tratament termic. Spre deosebire de clasele martensitice, care sunt întărite numai printr-un ciclu de călire și revenire, gradele de PH sunt întărite prin precipitarea particulelor fine dintr-o soluție solidă suprasaturată. Cel mai comun și larg recunoscut grad PH este 17-4 PH (UNS S17400), care este un oțel martensitic care se întărește prin precipitare. Acest grad oferă o combinație unică de rezistență ridicată, tenacitate bună și rezistență excelentă la coroziune, făcându-l potrivit pentru o gamă largă de componente aerospațiale, chimice și de inginerie generală, unde performanța claselor martensitice standard este insuficientă. Alte clase PH includ tipuri semi-austenitice și austenitice, cum ar fi 17-7 PH și A-286.
