Umocnienie zgniotem stali nierdzewnych

Stale nierdzewne są szeroko stosowane w licznych aplikacjach technicznych nie tylko ze względu na wysoką odporność korozyjną, lecz także dzięki wysokim własnościom mechanicznych, które można uzyskać w wyniku obróbki plastycznej na zimno. Obróbka plastyczna na zimno powoduje podwyższenie własności wytrzymałościowych (Rm, Rp0,2) i twardości oraz obniżenie plastyczności (A) i udarności wraz ze wzrostem stopnia zgniotu stali nierdzewnych. Takie oddziaływanie nazywane jest umocnieniem przez zgniot.

Większość metali w tym także stali nierdzewnych może być umacniana zgniotem. Umocnienie przez zgniot materiału może być pożądane lub też nie, w zależności od potrzeby. Negatywny wpływ umocnienia można wiązać jest konieczność stosowania większych sił nacisku podczas kształtowania stali, materiał jest trudniejszy w formowaniu, co powoduje większe zużycie narzędzi formujących podczas obróbki. Pomimo tego korzyści płynące z możliwości umocnienia zgniotem i wzrostu własności mechanicznych stali są zdecydowanie większe. Kolejne korzyści wynikające z umocnienia przez zgniot to możliwość zmniejszenia wagi elementów, które bezpośrednio wynika ze wzrostu własności mechanicznych. Dotyczy to także zwiększenia wytrzymałości na zmęczenie, odporności ogniowej oraz obciążeń dynamicznych.

Niektóre gatunki stali nierdzewnych już na etapie produkcji w hucie mogą być wytwarzane w stanie umocnionym przez zgniot (wykończenie 2H wyrobów płaskich), gdzie umocnienie materiału jest otrzymywane przez wykańczające walcowanie na zimno bez końcowej operacji wyżarzania. Dla tego typu wykończenia (2H) dostępne są materiały w różnym stanie wytrzymałości na rozciąganie i umownej granicy plastyczności (tab. 1).

W praktyce austenityczne stale nierdzewne wykazują największa podatność na umocnienie przez zgniot i przy niewielkim stopniu umocnienia wykazują znaczny wzrost własności mechanicznych zachowując wysoką plastyczność. Gatunki austenityczne charakteryzują się zdecydowanie większą skłonnością do umocnienia niż gatunki typu duplex i ferrytyczne stale nierdzewne. Dla stali austenitycznych podatność na umocnienie przez zgniot jest odwrotnie proporcjonalna do stabilności fazy austenitycznej – stal austenityczna o niższym stężeniu Ni będzie się bardziej się umacniać. Z tego względu gatunki austenityczne o niskim stężeniu niklu, czyli stale o strukturze metastabilnego austenitu (np. 1.4310) umacniają się przez zgniot do wyższej wytrzymałości niż stale o stabilniejszej strukturze austenitycznej (np. 1.4301, 1.4404), a zwłaszcza gatunki o bardzo wysokim stężeniu niklu i tym samym bardzo stabilnej strukturze austenitycznej np. 1.4841.

 

Tablica 1. Dostępne zakresy wytrzymałości mechanicznych stali w stanie przerobionym plastycznie na zimno (wykończenie 2H) wg EN-10088-2

Oznaczenie stali	+CP350 1) / +C700 2)	+CP500 / +C850	+CP700 / +C1000	+CP900 / +C1150	+CP1100 / +C1300
1.4016	X	X	-	-	-
1.4310	-/X 3)	X	X	X	X
1.4301	X	X	X	X	X
1.4541	X	X	-	-	-
1.4401	X	X	-	-	-
1.4372	-	X	X	X	X
1) +CP300…+CP1100 – Zakres umownej granicy plastyczności w stanie przerobionym plastycznie na zimno, gdzie wartość liczbowa po symbolu +CP określa min. Rp0,2, np. +CP350 – Rp0,2 min. 350MPa; 2) +C700…+C1300 – Zakres wytrzymałości na rozciąganie w stanie przerobionym plastycznie na zimno, gdzie wartość liczbowa po symbolu +C określa min. Rm, np. +C700 – Rm min. 700MPa; 3) stan +CP350 nie jest dostępny

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Podane powyżej stany umocnienia stali nierdzewnych według norm europejskich można skorelować z oznaczeniami stosowanymi w normach amerykańskich – full hard, 3/4 hard, 1/2 hard i 1/4 hard (rys. 2).

Rys. 2. Porównanie oznaczeń stanów umocnienia i odpowiadającym im wytrzymałości na rozciąganie stali nierdzewnych (Rm) [2].

Literatura

[1]. Z. Brytan, Vademecum Stali Nierdzewnej , SSN, Katowice 2014

[2]. Katalog producenta Aperam, Our stainless steels solutions, the most complete range available on the market, , Aperam Stainless Europe, 2012.