Úvod: Definujúci prvok nehrdzavejúcej ocele
Nerezová oceľ je definovaná ako vysokolegovaná oceľ obsahujúca minimálne 10,5 % chrómu a maximálny obsah uhlíka 1,2 %. Tento prídavok chrómu je kritickým faktorom, ktorý dodáva jeho výnimočnú odolnosť proti korózii. Keď obsah chrómu presiahne približne 10 %, na povrchu ocele sa vytvorí stabilný, samoopravujúci sa pasívny film – tenká, nekryštalická vrstva hydratovaného hydroxidu chrómu. Tento pasívny film s hrúbkou len asi 3 nanometre pôsobí ako nepreniknuteľná bariéra proti korozívnym prvkom. Ak je táto fólia poškodená, automaticky sa regeneruje v prítomnosti kyslíka, čo umožňuje nehrdzavejúcej oceli zachovať si odolnosť proti korózii a estetický vzhľad aj po spracovaní alebo odieraní. Na základe svojej metalurgickej štruktúry sú nehrdzavejúce ocele rozdelené do piatich základných skupín: austenitické, feritické, martenzitické, duplexné a precipitačne kaliteľné nehrdzavejúce ocele.
Austenitické nehrdzavejúce ocele: Všestranný pracant
Najpoužívanejšou skupinou sú austenitické nehrdzavejúce ocele, ktoré predstavujú viac ako 70 % celosvetovej produkcie. Sú definované plošne centrovanou kubickou (FCC) kryštálovou štruktúrou, ktorá je stabilizovaná pridaním niklu – zvyčajne 8-20 % – do chrómovej bázy. Táto štruktúra dodáva výnimočné vlastnosti vrátane vynikajúcej odolnosti proti korózii, vysokej ťažnosti, vynikajúcej zvárateľnosti a jednoduchosti výroby. Určujúcou charakteristikou je ich nemagnetická povaha v žíhanom stave. Tieto ocele sa nedajú vytvrdiť tepelným spracovaním; namiesto toho sú spevnené opracovaním za studena. Najznámejšou triedou je 304 (18 % Cr, 8 % Ni), ktorá je známa svojou vynikajúcou všeobecnou odolnosťou proti korózii, dobrou tvarovateľnosťou a zvárateľnosťou. Pre aplikácie vyžadujúce zvýšenú odolnosť voči jamkovej a štrbinovej korózii, najmä v chloridovom prostredí, sa uprednostňuje 316, ktorý obsahuje 2-3 % molybdénu. Nízkouhlíkové varianty ako 304L a 316L sú navrhnuté pre zvárané aplikácie, aby sa minimalizovalo riziko medzikryštalickej korózie. Vzhľadom na ich komplexný výkon sú austenitické triedy nevyhnutné v celom rade priemyselných odvetví, vrátane spracovania potravín a nápojov, chemických zariadení, architektonických aplikácií a medicínskych technológií.
Feritické nehrdzavejúce ocele: Magnetická a nákladovo efektívna alternatíva
Feritické nehrdzavejúce ocele sa vyznačujú kubickou kryštálovou štruktúrou so stredom tela (BCC) a sú, podobne ako čisté železo pri izbovej teplote, magnetické. Obsahujú chróm v rozmedzí od 10,5 % do 18 % a majú veľmi nízky obsah uhlíka. Najpoužívanejšou triedou je typ 430. Feritické ocele ponúkajú strednú až dobrú odolnosť proti korózii, ktorá sa zvyšuje s obsahom chrómu. Hlavnou výhodou je ich odolnosť voči koróznemu praskaniu vyvolanému chloridmi, čo je problém, ktorý môže v určitých prostrediach trápiť austenitické druhy. Nedajú sa vytvrdiť tepelným spracovaním a používajú sa vždy v žíhanom stave. Hoci sú vo všeobecnosti lacnejšie ako austenitické ocele, majú obmedzenia, vrátane zníženej ťažnosti, tvárnosti a zvárateľnosti. Napriek týmto výzvam sú feritické triedy široko používané v automobilovom obložení, architektonických aplikáciách a domácich spotrebičoch, ako sú umývačky riadu a sušičky bielizne.
Martenzitické nehrdzavejúce ocele: Pevnosť vďaka tepelnému spracovaniu
Martenzitické nehrdzavejúce ocele sú jedinečné svojou schopnosťou byť kalené a spevnené tepelným spracovaním, podobne ako uhlíkové a nízkolegované ocele. V žíhanom stave majú štruktúru BCC podobnú feritiku. Keď sa však rýchlo ochladí (uhasí) z vysokých teplôt, štruktúra sa premení na tetragonálny (BCT) martenzit zameraný na telo. Hlavným legujúcim prvkom je chróm, typicky 12-15%, s vyšším obsahom uhlíka ako feritické druhy. Táto kombinácia im umožňuje dosiahnuť veľmi vysokú pevnosť a tvrdosť – pričom niektoré druhy dosahujú 60 HRC – za cenu nižšej ťažnosti a húževnatosti. Majú strednú odolnosť proti korózii, ktorá je vo všeobecnosti nižšia ako u austenitických alebo feritických druhov. Bežné triedy zahŕňajú 410, 420 a 440, ktoré sa používajú v aplikáciách vyžadujúcich odolnosť proti opotrebovaniu a miernu odolnosť proti korózii, ako sú príbory, chirurgické nástroje, lopatky turbín a ložiskové krúžky.
Duplexné nehrdzavejúce ocele: Spojenie toho najlepšieho z dvoch svetov
Duplexné nehrdzavejúce ocele sú definované dvojfázovou mikroštruktúrou obsahujúcou približne rovnaké podiely austenitu a feritu, pričom žiadna fáza netvorí menej ako 30 % z celkového množstva. Táto jedinečná štruktúra im umožňuje spojiť prednosti oboch skupín: ponúkajú približne dvojnásobnú medzu klzu v porovnaní so štandardnými austenitickými triedami pri zachovaní dobrej ťažnosti a húževnatosti. Poskytujú tiež vynikajúcu odolnosť voči jamkovej korózii, štrbinovej korózii a predovšetkým koróznemu praskaniu chloridom. Najbežnejšie používaná trieda je 2205 (22% Cr, 5% Ni), ktorá ponúka lepšiu odolnosť proti korózii ako 316L v mnohých médiách. Zatiaľ čo duplexné ocele sú drahšie ako štandardné feritické ocele a majú obmedzenia týkajúce sa prevádzkovej teploty (zvyčajne pod 300 °C), sú materiálom voľby pre náročné aplikácie v ropnom a plynárenskom priemysle, chemickom spracovaní, námornom a celulózovom a papierenskom priemysle.
Nehrdzavejúce ocele tvrdnúce zrážkami: Špičková vysoká pevnosť
Nehrdzavejúce ocele vytvrdzované zrážaním (PH) dosahujú výnimočnú kombináciu vysokej pevnosti a odolnosti proti korózii prostredníctvom špecializovaného procesu tepelného spracovania. Na rozdiel od martenzitických tried, ktoré sú vytvrdzované výlučne cyklom kalenia a temperovania, sú triedy PH spevnené precipitáciou jemných častíc z presýteného tuhého roztoku. Najbežnejšou a široko uznávanou triedou PH je 17-4 PH (UNS S17400), čo je martenzitická precipitačne kalená oceľ. Táto trieda ponúka jedinečnú kombináciu vysokej pevnosti, dobrej húževnatosti a vynikajúcej odolnosti proti korózii, vďaka čomu je vhodná pre širokú škálu leteckých, chemických a všeobecných strojárskych komponentov, kde je výkonnosť štandardných martenzitických tried nedostatočná. Ďalšie stupne PH zahŕňajú semiaustenitické a austenitické typy, ako napríklad 17-7 PH a A-286.
