Obróbka plastyczna na zimno i na gorąco stali 316L

Kujemy lub kształtujemy plastycznie na gorąco elementy ze stali 316LVM. Przygotówki nagrzewane są w nagrzewnicy indukcyjnej do temp. ok 900 C w czasie ok 30-40s. Po kuciu element stygnie w powietrzu, a następnie jest wyżarzany w temp. ok 700 C przez ok 40 min. Po tych procesach twardość detalu spada z ok 30 HRC do ok 6 HRC (miejsca mniej przekształcone plastycznie) - 18 HRC. Jaka jest tego przyczyna i co należy zmodyfikować, aby utrzymać początkową twardość, a co za tym idzie wytrzymałość w przedziale 950-1000 MPa.

 

Obróbka plastyczna na gorąco, w tym kucie i wszystkie kolejne operacje formowania na gorąco dla austenitycznych stali nierdzewnych powinny odbywać się w zakresie temperatury od 930 do 1250°C. Niektóre zalecenia podają zakres temperatury kształtowania na gorąco dla operacji początkowych na 1150-1250°C, a dla końcowych 930-960°C. Ogólnie należy unikać obróbki plastycznej na gorąco poniżej temperatury 930°C. Szczególnie istotne dla stali nierdzewnych jest, aby w trakcie nagrzewania lub chłodzenia unikać wygrzewania w zakresie temperatury 500-900°C, które powoduje wydzielania w strukturze węglików chromu wpływających na obniżenie odporności korozyjnej i wzrost kruchości stali. Jeżeli szybkość chłodzenia z procesu kształtowania na gorąco jest odpowiednio duża to nie zachodzi konieczność dodatkowej obróbki cieplnej polegającej na przesycaniu stali. Jednak w większości przypadków jest ona bezwzględnie zalecana po zakończeniu etapów kształtowania na gorąco, po których w większości przypadków wyroby są wolno chłodzone w powietrzu. Końcowa obróbka cieplna polega, więc na przesycaniu w temperaturze 1030 - 1110°C z szybkim chłodzeniem z temperatury obróbki cieplnej w wodzie lub na powietrzu (na powietrzu chłodzenie musi być dostatecznie szybkie w celu uniknięcia wydzieleń węglików chromu). Ten etap obróbki cieplnej zapewnia otrzymanie jednorodnej struktury austenitycznej o optymalnej odporności na korozję. Austenityczne stale nierdzewne po obróbce plastycznej na gorąco i przesycaniu uzyskują własności mechaniczne charakterystyczne dla stanu po przesycaniu, czyli wytrzymałość na rozciąganie Rm rzędu 520 - 670MPa, granica plastyczności Rp0,2 = 220MPa i wydłużenie A ok. 40%.

Austenityczne stale nierdzewne uzyskują zdecydowanie wyższe własności mechaniczne po obróbce plastycznej na zimno, gdzie przez odpowiedni stopień zgniotu można regulować wzrost własności mechanicznych przy spadku własności plastycznych. Stal austenityczna typu 316LVM (EN 1.4441) charakteryzuje się wysoką czystością metalurgiczną i jest dedykowana do zastosowań medycznych na implanty. Stal tego gatunku pod względem podatności na obróbkę plastyczną na zimno wykazuje charakterystykę taką jak klasyczne gatunki stali tego typu, czyli 1.4401 i 1.4404 (316, 316L). Umocnienie przez zgniot stali 1.4404 w wyniku obróbki plastycznej na zimno umożliwia otrzymanie własności mechanicznych (wytrzymałości na rozciąganie Rm) na poziomie klas wytrzymałości +C700, +C850, +C1000, +C1150. Po obróbce plastycznej na zimno z odpowiednim stopniem zgniotu umożliwiającym otrzymanie właściwej klasy wytrzymałości wykonuje się wyżarzanie, które po obróbce plastycznej na zimno dla stali austenitycznej 1.4401 wykonuje się w zakresie temperatury 250°C przez 24 godziny do 450°C przez 30minut z chłodzeniem na powietrzu. Wyżarzanie po obróbce plastycznej na zimno umożliwia dalsze zwiększenie własności mechanicznych stali. Na rysunku 1 przedstawiono wykres zależności wytrzymałości na rozciąganie (w MPa) w stanie po obróbce plastycznej na zimno (oś pozioma B) od wytrzymałości na rozciąganie (w MPa) po obróbce cieplnej - wyżarzaniu (oś pionowa A). Wykres oraz warunki obróbki cieplnej po obróbce plastycznej na zimno zaczerpnięto z normy PN-EN 10151. Należy pamiętać, że dla niższych wartości wytrzymałości na rozciąganie wzrost wytrzymałości jest dużo mniejszy niż wzrost umownej granicy plastyczności. Z tego względu wzrost własności mechanicznych po obróbce cieplnej dla elementów w stanie odkształconym plastycznie na zimno jest dużo wyższy niż wzrost wytrzymałości na rozciąganie prezentowany na rysunku 1.

Rys. 1. Wzrost własności mechanicznych dla stali austenitycznej 1.4401 po obróbce cieplnej w stanie odkształconym plastycznie na zimno, gdzie 1 – stan po obróbce cieplnej (wyżarzaniu), 2 – stan początkowy (po obróbce plastycznej na zimno.

 

Literatura

[1].PN-EN 10088-2, Stale odporne na korozję -- Część 2: Warunki techniczne dostawy blach i taśm ze stali nierdzewnych ogólnego przeznaczenia

[2]. PN-EN 10151, Taśmy ze stali odpornej na korozję na sprężyny -- Warunki techniczne dostaw