Obróbka stali nierdzewnej na gorąco

Czy po podgrzaniu końcówki pręta ze stali np.: 1.4301 do temperatury około 600 st. C w celu spęczenia na prasie jego końcówki następuje zmiana struktury materiału i parametrów mechanicznych? Schładzanie swobodne na powietrzu.

Krótkotrwałe wygrzewanie austenitycznej stali nierdzewnej typu 1.4301 (X5CrNi18-10) w temperaturze kształtowania np. około 600°C wraz z swobodnym chłodzeniem na powietrzu nie powinno spowodować niekorzystnych zmian strukturalnych w stali. Należy jednak pamiętać, że przedłużone wygrzewanie w takiej temperaturze spowoduje wydzielanie faz wtórnych takich jak węglik oraz fazy sigma i chi, które niekorzystnie wpływają na własności mechaniczne i odporność korozyjną stali. Wydzielenia faz wtórnych w konwencjonalnych stalach nierdzewnych o strukturze austenitycznej powstają dość wolno, a szybkość wydzielanie węglików jest zależna od udziału węgla w stali. Zjawiska wydzieleniowe w stali typu 1.4301 będą zachodzić równie wolno jak w przypadku popularnego gatunku stali 1.4401 (rys. 1). W przypadku gatunków niskowęglowych czas potrzebny do zapoczątkowania wydzieleń węglików wynosi od około 0,5 do 1 godziny i jest całkowicie wystarczający do wykonania operacji obróbki bez ryzyka uwrażliwienia stali.
 

Rys. 1. Wykres czas – temperatura – przemiana przy chłodzeniu izotermicznym dla stali typu 1.4401 (AISI 316) wyżarzonej w temperaturze 1260°C.

Wyższe stężenie chromu i molibdenu w stalach austenitycznych przyspiesza wydzielenia faz międzymetalicznych (sigma, chi), a większy udział chromu i niklu dodatkowo zmniejszają rozpuszczalność węgla, przez co w wysokostopowych stalach nierdzewnych o strukturze austenitycznej ograniczono stężenie węgla do 0,03%.
Zasadniczym problemem podczas obróbki i eksploatacji stali austenitycznych, w tym gatunku 1.4301, jest możliwość ich uwrażliwienia na korozję międzykrystaliczną w wyniku wydzielania węglików chromu w zakresie temperatury 500-900°C. Wrażliwość na korozję międzykrystaliczną jest uzależniona od stężenia węgla w stali, czasu i temperatury wygrzewania. Brak wydzieleń węglików w stali 1.4301 będzie, więc zależny od czasu trwania obróbki w temperaturze ok. 600°C, a jeżeli będzie on zbyt długi i spowoduje takie wydzielenia to należy wykonać dodatkową obróbkę cieplną polegającą na wyżarzaniu w temperaturze 1000-1100°C z chłodzeniem w wodzie. Dla pewności, że stal będzie posiadać prawidłową strukturę i przez to odpowiednie własności korozyjne zaleca się wykonanie wyżarzania po zakończeniu wszystkich operacji obróbki. Jest to szczególnie ważne w przypadku, gdy stal będzie użytkowana w środowisku, które może wywołać korozję międzykrystaliczną. 
Jeżeli istnieje ryzyko uwrażliwienia stali nierdzewnej na korozję międzykrystaliczną należy stosować odpowiednie metody jej zapobiegania: stosować stale w stanie wyżarzonym, stosować stale niskowęglowe o stężeniu węgla maks. 0,03%, stosować gatunki stabilizowane Nb i Ti lub wykonać końcową obróbkę wyżarzania stali, podczas której rozpuszczą się wydzielone węgliki chromu. Powyższe zalecenia są konieczne wtedy, gdy środowisko eksploatacji może powodować korozję międzykrystaliczną stali nierdzewnych.

Literatura
[1]. C. V. Kovach, High Performance Stainless Steels, Nickel Development institute, Publication 11021.
[2]. PN-EN 10088-1÷3: 2007, Stale odporne na korozję.