Lastnosti toplotne obdelave in značilnosti delovanja feritnega in martenzitnega nerjavnega jekla
3. Feritno nerjavno jeklo
Feritno nerjavno jeklo ima krom kot glavni element z vsebnostjo od 12 % do 30 % Cr. Ta vrsta jekla ima eno-fazno strukturo, brez faznega prehoda in močne magnetne lastnosti. Njegov običajni razred jekla je 430. Cenejše nerjavno jeklo tipa 409 so razvile Združene države Amerike v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, da bi zmanjšale stroške nerjavnega jekla. Široko se uporablja v dušilcih zvoka in kanalizacijskih ceveh za avtomobile in motorna kolesa, spada pa tudi v kategorijo feritnega nerjavnega jekla.
Ta vrsta jekla ima nizko trdnost in ga tako kot avstenitno jeklo ni mogoče utrditi s toplotno obdelavo. Poleg tega je rast zrn zaradi toplotne obdelave hitrejša kot pri avstenitnem jeklu in velikost zrn je večja. Zato temperatura ne sme biti previsoka, da bi se izognili rasti zrn in transformaciji avstenitne faze med toplotno obdelavo. Na splošno najvišja temperatura toplotne obdelave ne presega 850 stopinj. Tabela 4 prikazuje temperaturno območje feritnih nerjavnih jekel.
Tabela 4: Temperaturna območja feritnih nerjavnih jekel
Ko se obdeluje feritno nerjavno jeklo, je treba vzdrževati čas zadrževanja pri temperaturi od 370 do 550 stopinj, zlasti feritno nerjavno jeklo z visoko-kromovo vsebnostjo. Če material dolgo časa hranimo pri temperaturnem območju od 370 do 550 stopinj, je enostavno razviti zlom pod kotom 475 stopinj, kar pomeni, da se trdota poveča, raztezek se znatno zmanjša ali postane enak nič, zmanjša pa se tudi korozijska odpornost materiala. Poskusi so pokazali, da se po 100-urnem segrevanju jekla 27Cr pri 475 stopinjah natezna trdnost materiala pri sobni temperaturi poveča za 50 %, meja tečenja se poveča za 150 %, raztezek pa postane enak nič. Poleg tega varilna zmogljivost tega jekla ni dobra (zrna v območju, ki ga prizadene toplota-zvara, so impresivna in krhka).
4. Martenzitno nerjavno jeklo
Lastnosti martenzitnega nerjavnega jekla se zelo razlikujejo od prvih dveh vrst nerjavnega jekla. Ta vrsta nerjavečega jekla ima drugačno točko fazne transformacije in se lahko utrjuje s kaljenjem. Poleg tega je zaradi visoke vsebnosti kroma in dobre žilavosti moč in žilavost med popuščanjem mogoče prilagoditi v širokem razponu. Zato se lahko martenzitno nerjavno jeklo uporablja kot konstrukcijsko in orodno jeklo.
Ko se martenzitno nerjavno jeklo uporablja kot orodno jeklo, je v stanju kaljenja. Za kaljenje je treba temperaturo dvigniti nad kritično točko, da se lahko karbidi spremenijo v avstenit. Ko se temperature dvignejo za taljenje karbidov, se stopnja difuzije ogljika upočasni. Da bi dobili enakomerno avstenitno strukturo, je temperatura segrevanja običajno 50 stopinj višja od kritične temperature in potreben je določen čas zadrževanja, da se karbidi popolnoma in enakomerno stopijo. Seveda bo predolgo segrevanje ali previsoka temperatura povzročilo neenakomerno tvorbo martenzita in povečalo strukturo preostalega avstenita, kar bo povzročilo notranje napetosti v materialu zaradi razlike v ekspanziji. Martenzitno jeklo je vrsta jekla, ki je občutljivo na termične razpoke. Ima nizek prenos toplote pri nizkih temperaturah in je zelo nagnjen k pokanju pri hitrem segrevanju. Zato je treba materiale z velikimi deli predhodno segreti in nato hitro ohladiti. Tabela 5 prikazuje temperature popuščanja martenzitnih nerjavnih jekel.
Tabela 5: Temperature popuščanja martenzitnih nerjavnih jekel
Pri uporabi kot konstrukcijsko jeklo je treba kaljenje (kaljenje in žarjenje) izvesti v skladu s kaljenjem. Martenzitno nerjavno jeklo je krhko, temperatura pa ne sme biti nižja od 580 stopinj. Pri hlajenju s temperatur popuščanja se pogosto uporablja kaljenje v olju, da se prepreči krhka vročina; Upoštevati je treba, da je treba martenzitno nerjavno jeklo žariti kmalu po kaljenju.
5. Na vremenske vplive-nerjaveče jeklo
Čeprav se avstenitna, feritna in martenzitna nerjavna jekla pogosto uporabljajo, imajo še vedno nekaj težav pri uporabi kot konstrukcijska jekla. Avstenitno nerjavno jeklo ima nizko mejo tečenja le približno 200N/mm2 in še ni primerno za uporabo kot konstrukcijsko jeklo. Čeprav lahko martenzitno nerjavno jeklo doseže visoko mejo tečenja s toplotno obdelavo, kot sta žarjenje in popuščanje, je njegova odpornost proti koroziji slaba. Za aplikacije, ki zahtevajo visoko korozijsko odpornost in visoko trdnost, je bila razvita nova vrsta Cr-Ni nerjavečega jekla - na vremenske vplive-nerjavno jeklo (imenovano tudi PH nerjavno jeklo).
Toplotna obdelava nove vrste nerjavnega jekla vključuje žarjenje, popolno žarjenje, žarjenje v raztopini, žarjenje s staranjem in transformacijsko kaljenje. Njegove lastnosti so:
• Zrel je mehak in ga je mogoče zlahka predelati.
• Zahtevane lastnosti lahko dosežemo z ustreznim staranjem.
• Ima enako odpornost proti koroziji kot podobna nerjavna jekla, z izboljšano odpornostjo proti razpokanju zaradi napetostne korozije.
• Transformacijsko kaljenje je proces kaljenja pod določeno temperaturo. Najpogosteje uporabljeno nerjavno jeklo za precipitacijsko kaljenje je martenzitno jeklo z oznako 631 (0Crl7Ni7A1). Kaljenje te vrste jekla vključuje najprej uporabo raztopine, segrevanje materiala na 1000-1100 stopinj in nato hitro ohlajanje ter nato izvajanje obdelave s staranjem pri različnih temperaturah v skladu z različnimi zahtevami strojnega orodja, kot je staranje pri 621 stopinjah, 565 stopinjah in 510 stopinjah.
Iz zgornje analize je razvidno, da je žarjenje nerjavnega jekla kompleksno. Za izpolnjevanje različnih potreb uporabnikov je treba uporabiti različne metode žarjenja glede na značilnosti različnih razredov jekla.
