Nehrđajući čelici dolaze u mnogo varijanti, općenito klasificiranih na temelju njihovog kemijskog sastava, mikrostrukture i primjene. Na temelju prisutnih primarnih legirajućih elemenata, nehrđajući čelici mogu se kategorizirati kao Cr (kromni čelik), CrMo (krom-molibden čelik), CrNi (krom-nikl čelik), CrNiMn (krom-nikl-manganski čelik ili visoko-manganski čelik) i CrMnN (krom-mangan-dušik čelik). Na temelju njihove mikrostrukture nakon toplinske obrade, mogu se podijeliti u pet glavnih kategorija: feritni nehrđajući čelik, martenzitni nehrđajući čelik, austenitni nehrđajući čelik, austenitni-feritni dupleks nehrđajući čelik i taložno{10}}nehrđajući čelik.
Austenitni nehrđajući čelik
Austenitni nehrđajući čelik razvijen je na temelju 18-8 CrNi čelika. Kako bi se povećala otpornost na koroziju, čeliku 18-8 često se dodaju-elementi koji tvore ferit kao što su Ti, Nb, Mo i Si, dok se istovremeno povećava sadržaj Cr i smanjuje sadržaj C. Njegova ukupna otpornost na koroziju prvenstveno je određena sadržajem ovih legirajućih elemenata, Cr, Ni, Mo i Si. U oksidirajućim medijima ili onima koji sadrže oksidanse, učinak pasivizacije pruža izvrsnu otpornost na koroziju u medijima kao što je dušična kiselina, što ga čini naširoko korištenim u kemijskoj opremi za proizvodnju dušične kiseline. Međutim, u medijima koji jako oksidiraju (kao što je dušična kiselina s visokom-koncentracijom, visoko{11}}temperaturom ili dušičnom kiselinom s dodanim oksidansima), potencijal ima tendenciju prelaska u zonu prekomjerne-pasivacije, ubrzavajući koroziju. Općenito, čelici su otporni samo na razrijeđenu ili dušičnu kiselinu srednje koncentracije, a ne na koncentriranu dušičnu kiselinu. Međutim, čelici koji sadrže specifične elemente (kao što je Si) (npr. 0Cr20Ni24Si4Ti iz moje zemlje, NAR-SN1 iz Japana i 00Cr8Ni20Si6 iz Sovjetskog Saveza) otporni su na koncentriranu dušičnu kiselinu. Za otpornost na razrijeđenu sumpornu kiselinu, dodavanje Mo, Cu i Si može smanjiti brzinu korozije. Čelici kao što je 0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti pokazuju dobru otpornost na sumpornu kiselinu, dok teški uvjeti kao što je vruća sumporna kiselina zahtijevaju Ni legure (npr. Ni70Mo27V). Otpornost na koroziju u alkalnim otopinama je izvrsna, a povećava se s povećanjem sadržaja Ni.
Tijekom toplinske obrade ili zavarivanja, karbidne faze se lako talože na granicama zrna i uzrokuju interkristalnu koroziju. 18-8 čelik često se tretira otopinom (kaši) na 900-1100 stupnjeva kako bi se struktura pretvorila u jedno-fazni austenit i poboljšala otpornost na interkristalnu koroziju. Ovo se također može izbjeći ograničavanjem sadržaja C (Manje od ili jednako 0,03%), dodavanjem jakih karbidnih -elemenata kao što je Ti/Nb i stabilizacijom na oko 900 stupnjeva. Međutim, osjetljiv je na SCC. Mediji koji pokreću SCC uključuju vodene otopine klorida visoke-koncentracije iznad 80 stupnjeva, otopine sulfida (politionska kiselina, otopine H₂S), vruće koncentrirane lužine, vodu pod visokim-tlakom od 150-350 stupnjeva, itd.; rupičasta i pukotinska korozija također su sklone pojavi u vodenim otopinama-koje sadrže klorid. Inhibicija taloženja karbida, smanjenje inkluzija sulfida i povećanje čistoće mogu smanjiti ovaj problem. Legirajući elementi kao što su Cr, Mo i N mogu poboljšati otpornost na rupičastu koroziju, a Si i Ni također igraju određenu ulogu. Feritni nehrđajući čelik Feritni nehrđajući čelik odnosi se na kromirani nehrđajući čelik s feritnom strukturom na sobnoj temperaturi. Dijeli se na tip Cr13, tip Cr16-19 i tip Cr25-28 prema sadržaju Cr. Kako se sadržaj Cr povećava, otpornost na koroziju i otpornost na oksidaciju oksidirajuće kiseline se poboljšava; u oksidirajućim medijima kao što je dušična kiselina, otpornost na koroziju slična je onoj Cr-Ni austenitnog nehrđajućeg čelika s istim sadržajem Cr, ali je inferiorna u odnosu na posljednje u redukcijskim medijima. Iako visoko{37}}Cr feritni čelik ima visoku granicu razvlačenja, visoku toplinsku vodljivost i nisku cijenu, krt je (okrubljenje zrna u zoni pod utjecajem topline-nakon zavarivanja čini ga lomljivijim), ima slabu otpornost na piting i osjetljiv je na ureze. Raspon njegove primjene uži je nego kod Cr-Ni austenitnog nehrđajućeg čelika. [2] Njegova međukristalna korozija potječe od razgradnje prezasićene krute otopine, a taloženje spojeva C i N koji sadrže Cr- na granicama zrna dovodi do smanjenja Cr u blizini. Feritni nehrđajući čelik obične čistoće ima veću tendenciju interkristalne korozije zbog brzog taloženja Cr ugljika i nitrida. Može se pojaviti ne samo u jakim korozivnim medijima, već iu slabim medijima (kao što je voda iz slavine). Poboljšanja se mogu postići povećanjem sadržaja Cr, smanjenjem omjera C/N, dodavanjem stabilizirajućih elemenata kao što je Ti/Nb ili izvođenjem umjerenog žarenja na 700-800 stupnjeva. Otpornost na kloridni SCC bolja je od otpornosti austenitnog nehrđajućeg čelika (kubične rešetkaste ravnine usredotočene na tijelo lako skliznu, tvoreći mrežne dislokacije za koje je manje vjerojatno da će stvoriti linearne utore). Međutim, SCC se još uvijek može pojaviti zbog međukristalne korozije i rupičaste korozije, što se može spriječiti dodavanjem Ti i Nb. Feritni nehrđajući čelik visoke čistoće otporan na piting može se dobiti dodavanjem Mo i rafiniranjem kako bi se smanjile nečistoće kao što su omjer C/N i nemetalne inkluzije.
Martenzitni nehrđajući čelik
Martenzitni nehrđajući čelik je kromirani nehrđajući čelik s martenzitnom strukturom na sobnoj temperaturi. Sadrži visoke razine Cr (wCr=13%-18%) i C (wC=0.1%-0,9%). Reprezentativne kvalitete uključuju 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13 i 95Cr18. Na normalnim temperaturama kaljenja stvara čisti austenit, koji se hlađenjem pretvara u martenzit. Povećanje sadržaja ugljika povećava čvrstoću, tvrdoću i otpornost na trošenje, ali smanjuje otpornost na koroziju. Često se koristi u proizvodnji instrumenata i mjernih alata s visokim mehaničkim svojstvima i određenim stupnjem otpornosti na koroziju.
Cr13 čelik pokazuje izvrsnu ukupnu otpornost na koroziju u slabo korozivnim medijima kao što su zrak i slabe otopine organske kiseline/soli. Njegova otpornost na koroziju povezana je s njegovom mikrostrukturom; nakon kaljenja, otpornost na koroziju ostaje u skladu s različitim sadržajem ugljika. Kaljenje ispod 450 stupnjeva ima mali učinak na otpornost na koroziju. Visok-temperaturno kaljenje, međutim, rezultira čvrstom otopinom osiromašenom Cr-zbog stvaranja Cr karbida, smanjujući otpornost na koroziju. Kaljenje na 700-750 stupnjeva povećava otpornost na koroziju zbog smanjenja gradijenta koncentracije Cr u feritu. U žarenom stanju, povećanje sadržaja ugljika u čeliku dodatno iscrpljuje feritnu fazu, smanjujući otpornost na koroziju. Kako bi se poboljšala učinkovitost, često se dodaju elementi kao što su Ni, Mo, V, Co, Si i Cu. Povećanje sadržaja Cr također može poboljšati otpornost na koroziju, ali sadržaj C mora biti povećan u skladu s tim kako bi se postigla martenzitna struktura. Zamjena Ni za C ima slične učinke. 14Cr17Ni2 je martenzitni čelik s izvrsnom otpornošću na koroziju.
Duplex nehrđajući čelici
Razvijeni za kombiniranje različitih mikrostruktura i svojstava, ovi stupnjevi uključuju martenzit-feritni dupleks i austenit-feritni dupleks nehrđajuće čelike. Reprezentativni stupanj martenzitnog-ferita, 12Cr13, nudi otpornost na koroziju sličnu onoj martenzitnih nehrđajućih čelika, ali s manjom tvrdoćom, većom duktilnošću i boljom zavarljivošću. Austenitni-feritni nehrđajući čelici, uključujući Cr18, Cr21 i Cr25, karakterizirani su visokom čvrstoćom (σ₀.₂ je otprilike dvostruko veća od austenitnog nehrđajućeg čelika), niskim koeficijentom rastezanja, visokom toplinskom vodljivošću, izvrsnom otpornošću na interkristalnu koroziju, koroziju na naprezanje/zamor od korozije i rupičastu/pukotinsku koroziju, a njihov nizak sadržaj Ni i niska cijena doveli su do brzog razvoja. Uz dvostruki nehrđajući čelik, postoji i vrsta nehrđajućeg čelika-otvrdnjavanja taloženjem unutar nehrđajućeg čelika složene faze. Njegova primarna svrha je stvoriti taložnu-fazu otvrdnjavanja unutar strukture martenzita ili austenita odgovarajućim dodavanjem legirajućih elemenata i toplinskom obradom, što rezultira nehrđajućim čelikom ultra{16}}visoke-čvrstoće.
Ploča i traka od nehrđajućeg čelika za tlačnu opremu
Nehrđajući čelik posebno dizajniran za tlačne posude ima jasne zahtjeve za klasifikaciju i označavanje, dimenzije, oblik, tolerancije, tehničke zahtjeve, metode ispitivanja, pravila inspekcije, pakiranje, označavanje i certifikaciju kvalitete proizvoda. Uobičajene kvalitete uključuju 06Cr19Ni10 i 022Cr17Ni12Mo2, s numeričkim kodovima kao što su S30408 i S31603. Prvenstveno se koristi u sanitarnoj opremi kao što su strojevi za preradu hrane i farmaceutske strojeve.
