ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c.

ul. Twardosławicka 101
97-300 Piotrków Trybunalski

  zmz@zmzcnc.com
  +48 606 934 054

Stal nierdzewna

Stal nierdzewna to stopy żelaza zawierające co najmniej 10,5% chromu i maksymalnie 1,2% węgla. Obok chromu i węgla mogą być obecne w różnych ilościach inne pierwiastki stopowe: nikiel, molibden, mangan, miedź, tytan, azot, niob i krzem.  Jest to materiał uniwersalny i powszechny w wielu gałęziach przemysłu. Trwałość, wysoka wytrzymałość i odporność na korozję to tylko niektóre z jego cech, na których bazuje obróbka CNC.

stal nierdzewna

Spis treści:

  1. Stal nierdzewna i jej podział ze względu na strukturę metali
  2. Stal nierdzewna w procesie samouleczania
  3. Jak dobrać stal nierdzewną do projektu?
  4. Stal nierdzewna i jej zalety
  5. Problemy z obróbką stali nierdzewnej

Stal nierdzewna i jej podział ze względu na strukturę metali

W zależności od struktury metali, rozróżnia się cztery grupy stali nierdzewnych:

Austenityczne stale nierdzewne (12-25% chromu i 5-30% niklu)

Charakteryzują się znakomitą odpornością na korozję i ze względu na swoje właściwości mechaniczne cechują się z reguły całkiem dobrą skrawalnością. Z tego względu zalicza się je do najważniejszej grupy stali nierdzewnych i poleca się je do wielu zastosowań. Szczególnie w produkcji detali wymagających dużej odporności na korozję jak np. nakrętki, śruby, sprzęt do przetwarzania żywności, pralki, samochody, zbiorniki na wodę i zmywarki, komponenty lotnicze, produkty farmaceutyczne, narzędzia dla przemysłu wydobywczego, sztućce czy sprzęt do przechowywania.

Ferrytyczne stale nierdzewne (11-17% chromu)

Stale z udziałem chromu do 12% określa się jako stale obojętne na korozję. Te z udziałem chromu do 17% mają zdecydowanie lepszą odporność na korozję, choć nadal gorszą niż stale austenityczne. Niska zawartość węgla wynosząca poniżej 0,06% prowadzi do tego, że stale te nie nadają się do hartowania. Poddają się jednak dobrze obróbce i są odporne na pękanie korozyjne naprężeniowe. Stal tę stosuje się w środowiskach, w których może występować chlorek. Jest powszechnie stosowana do części samochodowych i urządzeń kuchennych o niższej odporności na korozję i odporność na ciepło niż stal austenityczna.

Martenzytyczne stale nierdzewne (12-18% chromu i ok. 0,15% węgla)

Dzielą się na węglowo-martenzytyczne zawierające 0,2-0,4% węgla oraz niklowo-martenzytyczne zawierające 0,05% węgla i 4% niklu. Stale te zależnie od sposobu wytwarzania w końcowym procesie podlegają wyżarzeniu lub ulepszeniu cieplnym, a obrabia się je jak stale węglowe. Jest to twarda forma stali, można ją poddawać obróbce cieplnej i hartowaniu. Zwykle ma zmniejszoną odporność chemiczną w porównaniu ze stalami austenitycznymi. Dużą jej zaletą jest niska cena. Jest to metal utwardzany na powietrzu o umiarkowanej odporności na korozję, łatwy do formowania.

Austenityczno-ferrytyczne stale nierdzewne (18-27% chromu, 4-7% niklu i 2,5% molibdenu)

Zwane inaczej Duplex ze względu na stosunek 50:50 w strukturze między pierwiastkami ferrytycznymi i austenitycznymi. To z powodu niskiej zawartości niklu materiał nie jest w stanie wytworzyć kompletnej struktury austenitycznej. Stopy te są często stosowane w produkcji wymienników ciepła, rur, płaszczy, kolumn, skraplaczy, reaktorów, systemów rurociągów, części samochodów, turbin parowych, gazowych i odrzutowych itp.

Stal hartowana wydzieleniowo

Jest to najmocniejszy gatunek stali, który można poddawać obróbce cieplnej i ma doskonałą odporność na korozję. Stopy te zawierają niewielkie dodatki takich pierwiastków jak tytan, miedź, fosfor czy aluminium. Po utworzeniu stopu stale te poddawane są obróbce utwardzania wydzieleniowego. Dzięki temu mogą mieć 3-4 razy większą granicę plastyczności niż austenityczna stal nierdzewna. Z tego powodu stosuje się ją do produkcji komponentów lotniczych i kosmicznych, gdzie wymagana jest wyjątkowa trwałość i niezawodność części. Stal PH jest również wykorzystywana w przemyśle naftowym, gazowym i nuklearnym.

Stal nierdzewna w procesie samouleczania

Jednym z dwóch głównych składników stopowych stali nierdzewnej jest chrom. Wchodzi on na powierzchni stopu w reakcje z tlenem z powietrza lub wody i tworzy cienką warstwę tlenku chromu. Stanowi ona tzw. warstwę pasywną, która zapobiega dalszej oksydacji. W sytuacji, gdy na powierzchni pojawi się zadrapanie to na świeżo odkrytym metalu powstaje momentalnie nowa warstwa pasywna grubości zaledwie kilku atomów. Dlatego ten proces nazywa się potocznie samouleczaniem.

Jak dobrać stal nierdzewną do projektu?

Nie każda stal nierdzewna nadaje się do każdego projektu i na etapie projektowania należy wziąć to pod uwagę. Dostępnych jest wiele różnych gatunków stali nierdzewnej, więc zawężenie wyboru może być trudne. Pod uwagę należy więc wziąć:

  • wytrzymałość na rozciąganie jest krytycznym czynnikiem przy wyborze najlepszego materiału pod dany projekt, dlatego warto sprawdzić siły i obciążenia, którym będą poddawane wyprodukowane części,
  • zastosowanie obróbki cieplnej, która poprawi twardość części, może się to jednak odbyć kosztem innych właściwości mechanicznych; należy mieć również na uwadze to, że stali austenitycznej nie można poddawać obróbce cieplnej, co może ją wyeliminować z użycia pod produkcję wybranych detali,
  • własności magnetyczne też są istotnym czynnikiem do rozważenia w konkretnych projektach i tu również należy pamiętać, że stal austenityczna ze względu na swoją mikrostrukturę jest niemagnetyczna,
  • dostępność konkretnych gatunków stali na rynku, gdyż niektóre są łatwe do pozyskania a inne nie, warto sprawdzić, które gatunki są zbyt niszowe lub markowe, gdyż może to zwiększyć koszty i wydłużyć czas realizacji.

Stal nierdzewna i jej zalety

Korzyści wynikające z zastosowania stali nierdzewnej znacznie przewyższają trudności spotykane w procesie obróbki CNC. Do podstawowych zalet tych stopów zaliczymy:

  • odporność na korozję, gdyż w przeciwieństwie do czystego żelaza stal ta nie rdzewieje w wilgotnych warunkach, dzięki zawartości chromu, a np. popularna stal klasy 316 zawiera również dodatek 3% molibdenu i dzięki temu zyskuje odporność na korozję wobec kwasów przemysłowych i roztworów zasadowych, jak i odporność w środowiskach o dużym zasoleniu,
  • możliwość pasywacji, czyli obróbki metalu roztworem kwasu w celu usunięcia zanieczyszczeń z jego powierzchni, co prowadzi do ochrony przed korozją i odbarwieniami, gdyż na powierzchni stali tworzy się niewidoczna warstwa tlenku chromu,
  • ze względu na estetykę dostępnych jest wiele opcji wykończenia powierzchni stali nierdzewnej, choć często nie wymagana jest żadna specjalna obróbka ani polerowanie, aby dobrze się prezentowała,
  • ten rodzaj stali nadaje się do zastosowania w przemyśle spożywczym, medycznym czy budowlanym, gdyż nie jest porowata jak inne materiały, nie wchłania tak łatwo płynów ani innych substancji, które z czasem mogłyby powodować odbarwienia lub osłabienie materiału, jest niezwykle higieniczna i nadaje się do czyszczenia i dezynfekcji; brud i bakterie bardzo trudno osiadają na jej powierzchni,
  • odporność na utlenianie nawet w wysokich temperaturach, dzięki czemu zachowuje swoją wytrzymałość w trudnych i ekstremalnych warunkach temperaturowych co jest możliwe również dzięki udziałowi chromu; te właściwości powodują, że stal nierdzewna ma niezwykłą odporność ogniową i przeciwpożarową i tym samym przewyższa swoimi właściwościami stal ocynkowaną i aluminium,
  • stal nierdzewna jest zwykle wytwarzana w ok.70% ze złomu, co więcej w swojej oryginalnej formie w 100% nadaje się do recyklingu, a to oznacza, że można go ponownie wykorzystać, jeśli przestanie spełniać swoją pierwotną funkcję, nie wypłukuje toksycznych substancji chemicznych, jak niektóre inne materiały podczas recyklingu co zmniejsza potrzebę wydobywania rzadszych pierwiastków, które odgrywają ważną rolę w tworzeniu stali nierdzewnej.  

Problemy z obróbką stali nierdzewnej

Jak każdy materiał, tak i stal nierdzewna ma swoje wady, które często napotyka się w trakcie obróbki:

  • powoduje duże zużycie narzędzi, a tym samym zmniejsza ich żywotność, niektóre gatunki stali nierdzewnej mają wyjątkowo wysoką twardość, przez co ich obróbka może sprawiać trudność i wzrost kosztów,
  • wysoki koszt w porównaniu do innych materiałów, który wynika z udziału drogich pierwiastków stopowych takich jak chrom czy nikiel, które zapewniają odporność na korozję i inne pożądane właściwości,
  • nie jest to materiał całkowicie odporny na korozję, gdyż narażony na kontakt z chlorkami lub agresywnymi chemikaliami traci te właściwości i może rdzewieć lub ulegać plamieniu, może więc wymagać specjalnej konserwacji przy użyciu nietanich środków,
  • jest gęstsza niż niektóre inne materiały, przez co jest też cięższa i dlatego w branżach, w których waga jest czynnikiem krytycznym jak np. transport czy lotnictwo może to być jej wadą,
  • niektóre gatunki stali nierdzewnej jak np. SS201 czy SS430 mogą mieć właściwości magnetyczne, co może być wadą w niektórych zastosowaniach, w których będą zakłócać pracę sprzętu,
  • ma niższą przewodność cieplną niż aluminium czy miedź i nie może być zastosowana zamiennie,
  • niektóre gatunki stali nierdzewnej mogą być podatne na kruchość w pewnych warunkach, takich jak narażenie na wysokie temperatury lub określone środowiska chemiczne, przez co mogą być podatne na pękanie lub inne uszkodzenia.

Podsumowując warto zauważyć, że stal nierdzewna ma mniej wad niż zalet. Trudność produkcji stali nierdzewnej może prowadzić do wyższych kosztów. Jednocześnie dzięki temu, że jest to materiał trwały i długowieczny wszelkie poniesione początkowo nakłady zwracają się z czasem. Inną wadą może być fakt, że w niektórych środowiskach stal ma kontakt z chemikaliami i może być poddana działaniu korozji. Mimo to jest nadal jednym z najlepszych i najbardziej wszechstronnych metali możliwych do wykorzystania w wielu branżach.

ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c. - obróbka CNC, usługi frezowania CNC

© 2024 All rights Reserved. Designed and powered by ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c.

Projekt graficzny: Magdalena Mirowska, Zdjęcia: Agnieszka Seklecka

This site is registered on wpml.org as a development site. Switch to a production site key to remove this banner.