Wpływ molibdenu, niklu lub azotu na właściwości stali

Dodatek molibdenu, niklu lub azotu. Jaki wpływ ma taki zabieg na tą stal i w jakim celu się go stosuje?

Stal nierdzewna zawierająca 0,2%C 14%Cr należy do martenzytycznych stali nierdzewnych. Stale o strukturze martenzytycznej stanowią jedną z grup stali nierdzewnych o wysokich własnościach wytrzymałościowych przeznaczonych na narzędzia tnące (elementy maszyn tnących, noże kuchenne, sprzęt chirurgiczny), sprężyny, i wiele innych. Stale tej grupy nadają się do zastosowań w mało agresywnych środowiskach korozyjnych, ale za to wykazują wysoką twardość i odporność na ścieranie.

Dodatek niklu w stalach martenzytycznych zwiększa obszar występowania struktury austenitycznej w wysokiej temperaturze oraz rozszerza go do wyższego zakresu stężeń chromu. Molibden tak jak i chrom jest odpowiedzialny za odporność korozyjną stali, a jego dodatek zwiększa odporność na korozję wżerową. Azot jest pierwiastkiem austenitotwórczym i wpływa na silne umocnienie stali. Dodatek azotu w stalach martenzytycznych polepsza także odporność korozyjną stali.

Dodatek powyżej 0,1% węgla do stali przy stężeniu 13% chromu sprawia, że stale w wysokiej temperaturze wykazują strukturę austenityczną, co umożliwia ich hartowanie w celu uzyskania struktury martenzytycznej a następne odpuszczanie dla przywrócenia własności plastycznych. Przy wyższym stężeniu chromu obszar występowania fazy austenitycznej może być poszerzony przez wprowadzenie 2% dodatku niklu. Stale zawierające do około 0,2%C i 13%Cr są poddawane ulepszaniu cieplnemu, tj. hartowaniu z zakresu temperatury 1000 - 1050°C i odpuszczaniu w 600-700°C. Stale o stężeniu około 0,3%C i 13%Cr są stosowane na sprężyny, narzędzia tnące i na elementy maszyn o dużej wytrzymałości. Poddaje się je hartowaniu z właściwej temperatury austenityzowania i odpuszczaniu w temperaturze około 400°C dla sprężyn, 200-300°C dla narzędzi tnących i 600-700°C dla elementów maszyn. Stale o wyższym stężeniu węgla do 0,4% stosuje się na elementy maszyn o wymaganej twardości i odporności na ścieranie w temperaturze do ok. 250°C.

Stale zawierające 0,4% - 1,2%C i do 18%Cr, a także dodatek molibdenu i czasami wanadu wykazują odporność na ścieranie w temperaturze do ok. 400°C. Struktura martenzytu odpuszczonego zapewnia wysokochromowym stalom martenzytycznym wyższe własności wytrzymałościowe, do ok. 1100MPa, przy nieco niższej odporności na korozje w porównaniu ze stalami nierdzewnymi o strukturze ferrytycznej.

Wytwarza się także stale martenzytyczne o niskim stężeniu węgla (max. 0,06%) i stężeniu niklu 3 - 6%. Stale takie wykazują zwiększoną trwałość austenitu po hartowaniu i odpuszczaniu i są nazywane „martenzytyczno-austenitycznymi” lub „martenzytycznymi niklowymi” na przykład gatunki 1.4313 i 1.4418. Opracowano również grupę stali o niskiej zawartości węgla do 0,03%. Typowo takie stale zawierają od 11 do 13% Cr i od 2 do 6% Ni oraz dodatek do 3% Mo. Nazywane są stalami „supermartenzytycznymi” przykładem jest gatunek 1.4415.

Literatura
[1]. Norma PN-EN 10088-1÷3, Stale odporne na korozję.
[2]. L.A. Dobrzański, Metaloznawstwo opisowe stopów żelaza, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007.