233 Zavrsni Rad

Univerzitet u Nišu

Mašinski fakultet

Nenad G. Tričković

ZAVRŠNI RAD

Niš, 2011.

ZAVRŠNI RAD NERĐAJUĆI ČELICI

Strana 2

Univerzitet u Nišu

Mašinski fakultet

Nerđajući čelici

-Završni rad- Osnovne akademske studije

Kandidat: Predmetni nastavnik: Nenad G. Tričković 233/08 dr Goran Radenković vanredni prof.

Niš, Jul 2011.


Strana 3

NERĐAJUĆI ČELICI

Rezime: Opis nerđajućih čelika, njihove otpornosti prema koroziji, podele po sastvu i strukturi, njihova svojstva, sastav i njihova raznolika primena. Mogućnost recikliranja i uticaj na životnu sredinu. Ključne reči: Nerđajući, čelik, otpornost, korozija, primena, životna sredina.

Sadržaj

1. Uvod ..........................................................................................................................................................4

1.1 Podela čelika .......................................................................................................................................5

2. Nerđajući čelici..........................................................................................................................................6

2.1 Hrom - nerđajući čelici ........................................................................................................................8

2.1.1 Martezitni čelici ................................................................................................................................9

2.1.2 Poluferitni čelici ........................................................................................................................ 10

2.1.3 Feritni čelici ............................................................................................................................... 10

2.2 Hrom - nikl - nerđajući čellci ........................................................................................................... 11

2.2.1 Austenitni nerđajući čelici ............................................................................................................. 12

2.2.2 Austenitno - feritni nerđajući čelici ............................................................................................... 15

2.2.3 Austenitno - martenzitni - nerđajući čelici .................................................................................... 16

2.3 Nerđajući austenitni čelici sa manganom i azotom .......................................................................... 17

3. Kompatibilnost sa drugim materijalima ................................................................................................. 18

4. Primena nerđajućih čelika ...................................................................................................................... 18

4.1 Kratak pregled nerđajućih čelika ...................................................................................................... 18

4.2 Austenitni nerđajući čelici ................................................................................................................ 19

4.3 Martenzitni nerđajući čelici .............................................................................................................. 20

4.4 Feritni nerđajući čelici ...................................................................................................................... 21

5. Životni ciklus i recikliranje nerđajućih čelika ........................................................................................ 22

6. Zaključak ................................................................................................................................................ 22

7. Literatura ................................................................................................................................................ 23

8. Biografija studenta ................................................................................................................................. 24


Strana 4

1. Uvod

Čelici predstavljaju danas najbrojniju i najčešće korišćenu grupu metala. Razne vrste čelika najviše se upotrebljavaju u mašinskoj industriji, građevinarstvu, poljoprivrednoj mehanizaciji, rudarstvu, hemiji i energetici. Danas je u svetu poznato nekoliko hiljada raznih vrsta čelika dobijenih odgovarajućom kombinacijom sadržaja ugljenika i legirajućih elemenata najrazličitijih osobina.

Primena gvožđa i čelika kroz istoriju našeg društva eksponencijalno je porasla od dana njegovog pronalaska pa sve do sada. Njen razvoj obeležila je industrijska revolucija u XIX veku (s razvojem tekstilne industrije i industrije uglja). Od antičkog doba do srednjeg veka, gvožđe je imalo samo nekoliko namena i to za potrebe vojske i zemljoradnje. Nakon industrijske revolucije primena čelika doživljava bum i postaje svakodnevni element u izgradnji i primeni. Prva visoka peć potiče iz XV veka, ali prva fabrika čelika – Krupova u Esenu, izgrađena je 1815.godine. Postupak prerade čelika u velikoj meri utiče na količinu pratećih elemenata. Najvažniji postupci proizvodnje čelika su: Simens-Martinov, Besemerov, Tomasov i postupak dobijanja u elektro-pećima.

Geografska raspoređenost proizvodnje gvožđa, znatno se promenila od početka XX veka. Iako je 1929.godine bilo 29 država koje su proizvodile čelik, 90% svetskog čelika proizvodio se u Severnoj Americi i Evropi. Šest država gorostasa (SAD, Japan, Francuska, Velika Britanija, Nemačka i SSSR) proizvode 1974.godine – 62,5% svetske proizvodnje čelika, a već 1997.godine (bez Ukrajne) – 52,5% svetske proizvodnje čelika. U XXI veku crna metalurgija postaje mnogo rasprostranjenija industrija (pojavili su se novi proizvođači, koji ponekad prevazilaze i bivše gorostase u sektoru). Kina, kao novi džin crne metalurgije, danas je najveći svetski proizvođač čelika (123 Mt), ispred SAD (97 Mt), i Japana (94 Mt). Brazil, Južna Koreja i Indija, danas zajedno daju 10% svetske proizvodnje čelika. Najveća fabrika nerđajučeg čelika je u Južnoj Africi (130 km od Pretorije).


Strana 5

1.1 Podela čelika

Podela čelika može se vršiti prema:

• sadržaju legirajućih elemenata

• načinu proizvodnje,

• čistoći,

• strukturi,

• stanju isporuke,

• obliku poluproizvoda i

• nameni.

Najznačajnija podela čelika je prema nameni, na konstruktivne, alatne i čelike za posebne svrhe. Oštra granica između njih se ne može povući, jer se navedeni čelici mogu primeniti za različite svrhe.

1.1 slika Podela čelika prema nameni


Strana 6

2. Nerđajući čelici

Koroziono razaranje metala i legura, koje se odvija pod dejstvom spoljašnje sredine (atmosfere, vode, i dr.) je naročito izraženo kod čistog željeza i niskolegiranih čelika. Oksidna skrama, koja se stvara na njihovoj površini, nije dovoljno kompaktna i ne štiti metal od daljeg korozionog razaranja. Dodatkom nekih hemijskih elemenata se mogu dobiti legure otporne na koroziju. Visoka koroziona postojanost nerđajućih ćelika određuje se njihovim svojstvom da se lako pasiviziraju u običnim atmosferskim uslovima koristeći kiseonik iz vazduha. To svojstvo zavisi od hroma (Cr), osnovnog legirajućeg elementa nerđajućeg čelika. Najmanji sadržaj hroma mora biti 12,5 % Cr. Sa povećanjem sadržaja hroma raste koroziona postojanost čelika. Nikl takođe omogućuje pasivizaciju, ali u znatno manjem stepenu.

Koroziona postojanost nerđajućih čelika jako zavisi od sadržaja ugljenika, što se vidi iz slike 10.01. Za povećanje korozione postojanosti nerđajućih čelika, dopunski se legiraju sa: Mo, Cu, Ti, Nb. Nerđajući čelici su visokolegirane i to višekomponentne legure željeza, sa: Cr (više od 12,5 %); Al (više od 11 %); Si (više od 5 %), koji grade:

- kompaktne okside (Cr2O3; SiO2; Al2O3) na površini metalnog elementa, kojim se metal štiti od dalje korozije;

- grade dodatne okside sa željezom ili

- se kao nikl (Ni) ugrađuju u čvrst rastvor.

Slika 10.01. Uticaj ugljenika na brzinu korozije nerđajućeg čelika.

Koroziona postojanost nerđajućih čelika zavisi od strukturnog sastava. Najbolju korozionu postojanost imaju čvrsti rastvori legirani hromom i niklom. Svi faktori koji uvećavaju nejednorodnost strukture nerđajućih čelika sa obrazovanjem karbida, nitrida i intermetalida hroma, dovode do sniženje sadržaja hroma u čvrstom rastvoru, a time snižavaju korozionu postojanost nerđaućih čelika.


Strana 7

Koroziona postojanost nerđajućih ćelika se određuje postojanošću oksidne prevlake na površini metala i zavisi od agresivnosti sredine.

Količina dodatog legirajućeg elementa ima veliki uticaj na korozionu postojanost. Na pr. ako se čeliku doda manje od 12,5 % hroma, ne dobija se nikakva otpornost na koroziju. Sa dodatkom od 12,5 % hroma, čelik ima visoku korozionu postojanost u atmosverskim uslovima - dobija nerđajuća svojstva.

Sa dodatkom od 14 - 17% Cr, dobijaju se legure koje ne oksidišu na vazduhu, vodi, u nizu kiselina, baza i soli, približavajući se skoro plemenitim metalima.

U zavisnosti od sastava, nerđajući čelici se dele na:

- hrom - nerđajući čelici;

- hrom - nikl - nerđajući čelici;

- hrom - mangan - nerđajući čelici i

- hrom - mangan - nikl - nerđajući čelici.

Slika 10.02. Podela hromnih čelika i gvožđa po strukturi.

Slika 10.03. Strukturni dijagram Cr-Ni-čelika sa 0,1 % C, 0,35 % Mn i 0,3 %Si.


Strana 8

Po strukturi se dele na:

- martenzitne; - poluferitne; - feritne; - feritno - austenitne; - austenitne; - austenitno - feritne i - ledeburitne (gvožđa).

Na slikama 10.02. data je podela Cr - nerđajućih čelika, a na slici 10.03. podela Cr - Ni - nerđajućih čelika po strukturi.

2.1 Hrom - nerđajući čelici

Hrom je najvažnijl legirajući element u nerđajućim čelicima. Nerđajuća svojstva čelika zavise od odnosa hroma i ugljenika koji su prisutni u njemu. Prema sadržaju hroma, postoje tri vrste hrom - nerđućih čelika, i to sa: 13% Cr, 17% Cr i 27% Cr.

Čelici sa 13% Cr imaju različit sadržaj ugljenika (od 0,1 - 0,4% C). Čelici sa 17 - 18% Cr i sa 27 – 28% Cr, imaju po nekad i manje dodatke titanijuma (Ti), koji dovodi do usitnjavanja zrna i nikla (Ni), koji poboljšava njihova mehanička svojstva.

Nerđajući hrom - čelici (više od 12,5 % Cr) se po strukturi dele na:

- martenzitne (13 - 17% Cr) - poluferitne i (15-17% Cr) - feritne ( > 18% Cr)


Strana 9

2.1.1 Martezitni čelici

Ovi čelici se mogu poboljšati u zavisnosti od sadržaja ugljenika ( 0,12 – 0,45% C), koji se podešava prema sadržaju hroma. Jer sa njima obrazuju carbide. Na slici 10,04 dat je uticaj ugljenika i hroma na korozionu postojanost ovih čelika u atmosferskim uslovima.

Slika 10.04. Uticaj C i Cr na korozionu postojanost Cr - čelika u atrnosferskim uslovima

Za poboljšanje svojstava i promenu korozione postojanosti u atmosferskim uslovima, često se dodaje nikl (0.3 % Ni).

Koroziona postojanost ovih čelika se povećava kaljenjem sa temperaturi od 850 - 920oC. Radi otklanjanja unutrašniih napona vrši se otpuštanje na 250 - 400°C. Da bi se izbeglo sniženje korozione postojanosti, ne vrši se otpuštanje u temperaturskom intervalu od 450 – 550o C. Na slici 10.05. dat je uticaj temperature otpuštanja na korozionu postojanost Cr - čelika sa 12 % Cr u 5 %-tnoj azotnoj kiselini (HNO3).

Slika 10.05. Uticaj temperature na korozionu postojanost Cr - čelika (12 % Cr) u azotnoj kiselini (5 %).

Ovi čelici se koriste za izradu lopatica turbina, klipova hidrauličnih presa i drugih sličnih elemenata.


Strana 10

2.1.2 Poluferitni čelici

Ovi nerđajući čelici imaju:

- do 0,08% C i 13 – 15% Cr i - 0,1% C i od 15 – 17% Cr.

Mogu se oplemeniti - poboljšati. Manje su krti od feritnih i dolaze u grupu kvalitetnih koroziono postojanih materala. Najbolju korozionu postojanost imaju poluferitni čelici posle zagrevanja od 760 – 800o C, čime se povećava rastvorljivost hroma u željezu. Zagrevanjem na višim temperaturama, materijal postaje krupnozrnast, krt i smanjuje mu se otpornost na koroziju. Krtost im se smanjuje dodatkom manjih količina titana i niobijuma.

Koriste se za delove od kojih se zahteva otpornost na habanje i koroziju, kao što su: ventili, cevni provodnici, aparati za proizvodnju azotne kiseline, itd.

2.1.3 Feritni čelici

Ovi nerđajući čelici sadrže 0,12 % C i više od 18 % Cr. Imaju i ne baš izražena vatrootporna svojstva. Skloni su rastu zrna pri zagrevanju i zavarivanju iznad 800oC. Pri dugotrajnom zagrevanju ili sporom hlađeniu sa visoke temperature (iznad 800oC) čelik postaje krupnozrnast i krt pri sobnoj temperaturi. Može se pojaviti prag hladnolomkosti iznad 20oC.

Feritni čelici su meki zbog malog sadržaja ugljenika i isporučuju se u žarenom stanju. Ne mogu se kaliti niti oplemenjavati. Imaju veliku otpornost na oksidirajuće kiselihe i baze, kao i u rečnoj i u morskoj vodi. Ne korodiraju u dodiru sa hranom. Otporni su prema gasovima u kojima ima sumpora do 1100O C. Otporni su na atmosfersku koroziju, a neotporni u razblaženim rastvorima sone i sumporne kiseline, kao i zagrejane fosforne kiseline.

Najčešće se upotrebljavaju za oblaganje predmeta u građevinarstvu.

Na slici 10.06. prikazana je tipična struktura feritnog nerđajućeg čelika.

Slika 10.06. Tipična mikrostruktura feritnog nerđajućeg čelika, x400.


Strana 11

2.2 Hrom - nikl - nerđajući čellci

Hrom - nikl - nerđajući čelici, koji imaju dobra koroziona svojstva, dobijaju se unošenjem u Cr – nerđajuće čelike određene količine nikla (Ni). Za poboljšanje korozionih, ali i drugih svojstava, Cr – Ni čilicima se dodaju i drugi legirajući elementi kao što su : Mn, Ti, Mo, Al. Pri uvođenju u Cr – nerđajuće čelik nikla ili mangana, feritni čelici dobijaju austenitnu strukturu.

Ukoliko u čeliku nedostaje Ni ili Mn, da bi se obrazovala potpuna austenitna struktura, obrazuju se prelazne strukture: austenit + ferit, austenit + martenzit i dr .

Uvođenjem u sastav Cr - Ni čelika različitih elemenata, dolazi do izmene položaja faza: γ, γ + α i α u dijagramu stanja. Porast sadržaja hroma uvođenje Ti, Nb, Si, Al i Mo potpomažu obrazovanje feritne faze. Povećanjem sadržaja nikla i unošenjem N, C i Mn proširuje se oblast austemta i čine ovi čelici austenitno postojanim.

Na slici 10.07. je prikazan trojni dijagram stanja sistema Fe - Cr- Ni, a na slici 10.08. trojni dijagram sistema Fe - Cr - Mn. Poređenjem ova dva dijagrama se vidi, da usled manje efikasnosti Mn u obrazovanju austenitne strukture, više su zastupljene oblasti:

austenit + ferit ili austenit + martenzit.

Slika 10.07. Trojni dijagram sistema Fe - Cr - Ni.

Slika 10.08. Trojni dijagram sistema Fe - Cr - Mn.


Strana 12

Prema strukturi, Cr - Ni - nerđajući čelici se dela na:

- austenitne;

- austenitno - feritne;

- austenitno - martenzitno - feritne;

- martenzitno - feritne i dr.

2.2.1 Austenitni nerđajući čelici

Najvažnija grupa po strukturi su austenitni Cr - Ni - nerđajući čelici. Razlikuju se od feritnih po sledećim svojstvima: nemagnetični su, imaju dobru tvrdoću i čvrstoću, malu granicu razvlačenja, visoka plastična svojstva, malu toplotnu provodljivost, visoku korozionu postojanost i postojanost na dejstvo H2SO4.

Struktura austenitnih čelika sastoji se iz austenitne osnove po kojoj su razbacana zrna karbida, što je prikazano na slici 10.09. Otgonost na koroziju je utoliko veća ukoliko su oni ravnomernije raspoređeni po osnovnoj masi. Ovo se poštiže kaljenjem. Ovi čelici se zagrevaju do austenitnog područja (1050 - 11500C) i brzo hlade, da bi veća količina ugljenika i karbida ostala rastvorena u rešetci austenita, što se vidi na slici 10.10.

Slika 10.09. Tipične mikrostrukture nerđaućih čelika: a - austenitni čelik x200 i b. - prelazna klasa austenit + martenzit, x500.

Slika 10.10. Mikrostruktura Cr - Ni - nerdiajućeg čelika u zakaljenom stanju, austenit x500.


Strana 13

Stablnost austenita je povezana sa promenom rastvorljivosti ugljenika (karbida) u γ – čvrstom rastvoru sa temperaturom, što se vidi iz dijarama prikazanog na slici 10.11. Pri deformaciji u hladnom stanju i pri zagrevanju na 460 – 800OC, dolazi do izlučivanja karbida i povećanja temperature martenzitne transformacije, koja dovodi do mestimičnog strukturnog preobtažaja, što sve pogoduje pojavi međukristalne korozije. Na slici 10.12 prikazana je mikrostruktura Cr – Ni nerđajućeg čelika sa karbidima po granici zrna.

Sklonost ka međukristalnoj koroziji se povećava dugortajnim zagrevanjem na 500 – 700oC, čak i kada su ovi čelici sa vrlo niskim sadržajem ugijenika (0,017 - 0,030 % C). Da bi se to sprečilo, dodaju se čeliku karbidizirajući elementi Ti i Nb, čiji je sadržaj u zavisnosti od sadržaja ugljenika u njemu, tako da vežu ukupni sadržaj ugljenika u obliku karbida TiC i NbC.

Slika 10.11. Rastvorljivost ugljenika (karbida) u austenitu.

Njihov sadržaj se određuje prema empirijskim zavisnostima:

% Ti = 5 • (% C - 0,03) (10.01)

% Nb = (8 - 10) % C (10.02)

Slika 10.12. Mikrostruktura Cr - Ni - nerđajućeg ćelika sa karbidima po granici zrna austenita, x500.


Strana 14

Za povećanje korozivne postojanosti na sonu kiselinu, čelicima se dodaje 2 – 4% Mo.

Pri naglom kaljenju austenitnih nerđajućih čelika javljaju se rekristalizacioni procesi koji odstranjuju posledice plastičnog deformisanja, kome se podvrgavaju ovi čelici. Kao rezultat kaljenja ne povećava se tvrdoća, jer u njima je kaljenje proces omekšavarnja, tako da se mehanička svojstva ovih čelika posle kaljenja karakterišu niskom granicom tečenja, malom čvrstoćom i visokom plastičnošću. Austenitni Cr – Ni – čelici su skloni opštoj koroziji, po celoj površini, tačkasto koroziji po dubini, što se vidi na slici 10.13

Slika 10.13. Tačkasta korozija nerđajućeg čelika: a. - u 0,5 n rastvora NaBr i b. - u rastvoru 0,5 n NaCl + 0,001 n HCl.

Takođe, su skloni i naponskoj koroziji, koja može biti kristalna i međukristalna. Da bi se to izbeglo, podvrgavaju se termičkoj obradi, pri kojoj se uklanjaju unutrašnji naponi uneti plastičnim deformisanjem.

Austenitni nerđajući čelici se veoma mnogo koriste. kako zbog njihovih visokih aritikorozionih svojstava, tako i zbog visokih tehnoloških i mehaničkih svojstava.

Austenitni čelik 18 % Cr i (8 – 10 % Ni) nema postojanu strukturu. Hlađenjem ili plastičnim deformisanjem, može se dobiti martenzit u strukturi, što je ilustrovano na slici 10.14. Ima veliku primenu u izradi proizvoda široke potrošnje, u arhikteturi i izradi skulptura.

Slika 10.14. Mikrostruktura legure 18 % Cr i 8 % Ni posle dugog starenja na 800 °C: delovi ferita, austenit i zrna 0 - faze, x600.

Postojanu austenitnu strukturu ima čelik 18 % Cr sa više od 14 % N. što se vidi na slici 10.15.


Strana 15

Slika 10.15. Mikrostruktura legure 18 % Cr i 14 % Ni posle dugog starenja na 700 °C: austenit, x300.

2.2.2 Austenitno - feritni nerđajući čelici

Ovi čelici imaju strukturu α + γ. Austenit u ovim čelicima može biti postojan i nepostojan. Oblasti prostiranja sve tri vrste Cr - Ni - čelika se vide na dijagramu, prikazanom na slici 10.16.

Ekvivalent hroma = % Cr + % Mo + 1,5 • % Si + 0,5 • % Nb

* Ekvivalent nikla = % Ni + 30 • % C + 0,5 • % Mn

Slika 10.16. Strukturni dijagram nerđajućih čelika

U ovu grupu dolaze čelici sa (17 - 25% Cr), 0,1 % C i dodatkom Ni ( 4 - 6 %) ili Mn u količini da obrazuju datu dvofaznu strukturu. Postojanost na atmosfersku koroziju zavisi od atmosferskih uslova. Mogu se koristiti kao nerđajući imaju veliki sadržaj Cr i po svojstvima su bliski Cr - Ni - čelicima sa 18 % Cr i 9 % Ni, ali su podložniji koroziji u odnosu na austenitne. Ne mogu se kaliti i više spadaju u vatrootporne čelike za radne temperature do 1050° C.


Strana 16

2.2.3 Austenitno - martenzitni - nerđajući čelici

Hrom - nikl - nerđajući čelici (15 - 17 % Cr), koji sadrže aluminijum i molibden, su čelici austenitno - martenzitne grupe. Posle kaljenja imaju najveću plastičnost, jer se pri preobražaju austenita može vršiti duboko izvlačenje i presovanje u zakaljenom stanju.

Visoka čvrstoća austenitno martenzitnih nerđajućih čelika, čija je tipična struktura prikazana na slici 10.17., se dobija bez naknadnog kaljenja, samo obradom plastičnim deformisanjem u hladnom stanju. Ovim se izbegava krivljenje elemenata do koga može doći pri termičkoj obradi.

Slika 10.17. Tipična struktura austenitno - martenzitnog nerđajućeg čelika.

Na slici 10.18. prikazan je uticaj stepena deformcije na mehanička svojstva nerđajućeg čelika.

Slika 10.18. Uticaj stepena deformacije na mehanička svojstva nerđajućeg čelika.

Pri obradi u hladnom stanju dolazi do preobražaja austenita u martenzit, zbog čega se i povećava čvrstoča. Pri naknadnom starenju dolaži do daIjeg povećanja čvrstoće kao posledice izdvajanja metalnih jedinjenja u disperznom stanju.


Strana 17

2.3 Nerđajući austenitni čelici sa manganom i azotom

Zbog deficitarnosti nikla, on se delimično ili u potpunosti zamenjuje drugim hemijskim elementom koji potpomažu obrazovanje austenita (Mn, N i sl.). Najvažniji su čelici legirni sa Mn i N. Najviše se koristi čelik sa 13% Cr, 4% Ni i 9% Mn sa malim sadržajem ugljenika. Ovi čelici su po svojim svojstvima bliski Cr – Ni čelicima po nizu hemijskih i fizičkih svojstva. Smanjenje međukristalne korozije se postiže dodavanjem Ti i Nb.

Uvođenje azota kao zamene za nikl je veoma uspešno. Tako je čelik sa 25% Cr, 13% Ni i 0,20 - 0,25% N analogan po svojim svojstvima čeliku sa 25% Cr i 20% Ni, a čelik 18% Cr, 5% Ni i 0,20 - 0,25% N analogan čeliku sa 18% Cr i 9% Ni.

Čelik koji je objedinio uticaj Mn i N je: 20 - 25% Cr, 3,5% Ni, 3,5% Mn i 0,2% N. Ovaj čelik je blizak hrom - nikl čelicima sa povećanim sadržajem hroma.

Nedostatak čelika koji sadrže azot je nemogućnost uvođenja Ti, radi ublažavanja međukristalne korozije (titan se vezuje u TiN).


Strana 18

3. Kompatibilnost sa drugim materijalima

U praksi se često javlja potreba za kombinovanjem nerđajućeg čelika sa drugim metalnim materijalima. Ukoliko postoji kontakt koji omogućava prenos elektropotencijala, javlja se površinska korozija, a površina koja brže korodira je ona koja ima ulogu anode u ovakvom spoju. Jedna od najčešće pominjanih karakteristika nerđajućih čelika jeste njihova nemagnetičnost. Ovde treba praviti razliku između feritnih i martenzitnih struktura s jedne i austenitnih čelika sa druge strane. Samo austenitni nerđajući čelici pokazuju svojstvo nemagnetičnosti. Međutim, hladne deformacije nad austenitnim čelicima dovode do promena u njihovoj strukturi što za rezultat daje svojstvo slabe magnetičnosti. Sa povećanjem količine nikla u nerđajućim čelicima, smanjuje se njihova magnetičnost.

4. Primena nerđajućih čelika

4.1 Kratak pregled nerđajućih čelika

Ovi čelici su otporni na dejstvo blažih korozionih sredina na sobnoj temperaturi. Blažim uslovima korozionog dejstva se smatraju vlažan vazduh, voda, blagi rastvori kiselina i baza i sl. Osnovni legirajući element koji obezbeđuje korozionu postojanost čelika je hrom. Pored njega često se dodaje nikl, molibden, bakar i azot. Neki nerđajući čelici sadrže i mangan i/ili silicijum kao dodatne legirajuće elemente. Pošto hrom i nikal ulaze u sastav nerđajućih čelika sa najvećim procentom, kada se pravi njihova podela po hemijskom sastavu oni se dela na čelike legirane hromom i niklom. Grupa nerđajućih čelika legiranih hromom i manganom ne nalazi veliku primenu. Iz grupe čelika legiranih hromom najveću primenu imaju martenzitni i feritni čelici a iz grupe čelika legiranih hromom i niklom austenitni i austenitno-feritni. Za njihovu vrednosnu cenu uopšte, funkcija koju oni obavljaju ne može biti kopirana od strane drugih materijala. Razvoj ovih legura je omogućio napredak i rast hemijskih obrada i termoenergetskih sistema na kojima se zasniva naše tehnološko društvo.

U sledećem prilogu data je primena nerđajućih čelika pomenutih u predhodnom pasusu. Takođe su data njihova pojedina svojstva i kratak opis.


Strana 19

4.2 Austenitni nerđajući čelici

Austenitni čelici legirani hromom i niklom predstavljaju najveći deo koroziono postojanih čelika. Imaju najveću deformabilnost, malu čvrstoću i veoma dobru zavarljivost. Takođe se mogu ojačati deformacijom u hladnom stanju. Ovi čelici imaju široku primenu u različitim granama industrije. Nedostatak austenitnih nerđajućih čelika je sklonost ka interkristalnoj i naponskoj koroziji i slabija koroziona postojanost u sredima gde sadrže hloride. Problem interkristalne korozije se može rešiti dodavanjem titana ili niobijuma u količini koja je potrebna za vezivanje ugljenika, zatim smanjivanjem sadržaja ugljenika i odgovarajućom termičkom obradom.

Tip 304 (EN X 6 CrNi 18-10)

Najčešće korićeni iz austenitne grupe, koji sadrži oko 18% hroma i 8% nikla. Koristi se kod hemijske procesne opreme, u prehrambenoj industriji, industriji mleka i pića, kod izmenjivača toplote, kao i kod dejstva slabijih hemikalija.

Tip 316 (EN X 6 CrNiMo17-12-2)

Sadrži 16% do 18% hroma i 11% do 14% nikla. Takođe je dodat molibden uz nikl i hrom kod 304. Molibden se koristi za kontrolu napada tipa šupljina. Tip 316 se koristi u hemijskoj obradi, industrijskoj obradi celuloze i papira, za proizvodnju i izdavanje hrane i pića i u više korozivnim sredinama. Sadržaj molibden mora biti najmanje 2%.

Tip 321 (EN X 6 CrNiTi 18-10), Tip 347 (EN X 7 CrNiNb 18-11)

Ovi tipovi su razvijeni za korozivne otpornosti za ponovljeno izlaganje sa prekidima na temperaturi iznad 425o C. Tip 321 je napravljen dodavanjem titanijuma i Tip 347 je napravljen dodavanjem tantal / kolumbijum. Ove vrste se pre svega koriste u izradi delova motora kod avio industrije.


Strana 20

4.3 Martenzitni nerđajući čelici

Ovi čelici se odlikuju velikom čvrstoćom, naponom tečenja, otoprni su na habanje i ravnomernu koroziju. Nedostaci su mala žilavost i nisu otporni na neke vidove lokalne korozije i naponsku koroziju. Sa povećanjem sadržaja ugljenika raste čvrstoća ali opada postojanost prema koroziji.

Tip 410 (DIN X12Cr13)

Osnovni predstavnik iz grupe martenzitnih čelika, koji sadrži najmanje leguru sadržaja od tri osnovnih tipa nerđajućih čelika (304, 430, i 410). Niska cena, opšta namena, toplotno sposoban nerđajući čelik su karakteristike tipa 410. Široko korišćen gde korozija nije ozbiljna (vazduh, voda, neke hemikalije, kiseline). Tipične upotreba uključujući kao delove pod visokim pritiskom kojima je potrebna kombinacija snage i otpornosti na koroziju, kao što su lopatice turbina, disk kočnice.

Tip 416 (EN X12CrS13)

Sadrži dodatke fosfora i sumpora za bolju obradljivost. Tipične primene u izradi šrafova mašina.

Tip 420 (EN X20Cr13)

Sadrži povećan % ugljenika za poboljšanje mehaničkih osobina. Tipična upotreba kod izrade hirurških instrumenata kao što su makaze, skalpeli i noževi.

Tip 431 (EN X20CrNi172)

Sadrži povećan % hroma za veću otpornost na koroziju i dobre mehaničke osobine. Tipična upotreba u izradi delova visoke čvrstoće kao što su ventili i pumpe.


Strana 21

4.4 Feritni nerđajući čelici

Ovi čelici imaju feritnu strukturu i zbog toga manju čvrstoću od martenzitnih. Primenjuju se za izradu delova izloženih dejstvu slabijih kiselina ili blažih rastvora jakih kiselina. Nedostaci feritnih čelika su smanjena sposobnost obrade plastičnim deformisanjem i mogućnost pojave nekih vidova lokalizovane korozije kao što su pitnig (tačkasta) korozija, interkristalna korozija i sl. Takođe postoji mogućnost pojave krte faze ukoliko se ovi čelici zagreju na 400 do 550o C. Feritni čelici sa 20 do 30% hroma su vatrostalni i otporni na kiseline.

Tip 430 (EN X 6 Cr 17)

Osnovni predstavnik iz feritne grupe nerđajućih čelika, sa malo manje otpornosti na koroziju u odnosu Tip 304. Ovaj tip kombinuje visoku otpornost na takve vidove korozija kao što su azotna kiselina, gasovi sumpora, kao i mnogim organskim kiselinama. Koristi se kod kamionskih cisterni za prevoz mleka ili goriva.

Tip 405 (EN X 6 CrAl 13)

Sadrži manje hroma i dodatak aluminijuma da bi se sprečilo kaljenje kada se hladi sa visokih temperaturama. Tipične primena kod izmenjivača toplote.

Tip 409 (EN X 5 CrTi 12)

Sadrži najniži nivo % hroma od svih nerđajućih čelika, a takođe je najjeftiniji. Prvobitno dizajniran za prigušivanje a takođe za korišćenje kao spoljašnje delove u ne kritičnim korozivnim sredinama.

Tip 434

Sadrži dodatni % molibdena za bolju otpornost na koroziju. Pored ostalih upotreba, jedna od njih je i izrada zaštitnog znaka kod Rolls-Royce automobila.


Strana 22

5. Životni ciklus i recikliranje ner đajućih čelika

Da bi se obezbedio visok kvalitet života, materijale koje koristimo kao potrošači i proizvođači, treba da zadovolje ne samo tehničke standarde i performanse, već i dug vek trajanja, korišćenja, i da ekološki ne zagađuju sredinu. Posle njihovog potpunog iskorišćenja, oni trebaju biti 100% reciklirajući, što će time okončati životni ciklus, čime će se zatim koristiti ponovo. Nerđajući čelik se može reciklirati 100%. Tipičan iznos od recikliranog nerđajućeg čelika "ostaci" koji se koristi za pravljenje novih zaliha je između 65 i 80%. Istraživanja u Evropi i SAD-u kažu da kada posmatrate ukupne troškove tokom 100 i 120 godina životnog ciklusa, iako je cena nerđajućeg čelika znatno veća od alternativnih proizvoda otpornih na korozije, jeftinije je na samom početku dati više novca za nerđajući čelik jer veruju da je nerđajući čelik najbolje dugoročno rešenje za kritične visokokorozivne primene.

6. Zaključak

Nerđajući čelici imaju najširi spektar primene. Od industrijskih elemenata koji rade u prisustvu vode, vodene pare ili nagrizajućih supstanci, preko petrohemijskih postrojenja i industrije hrane i pića, do građevinskih konstrukcija i dizajna enterijera. Koriste se za izradu konstrukcionih elemenata, osovina, ležajeva, reznog i drugog alata, opruga, žice i vijaka. Nezaobilazan su materijal za izradu hiruških instrumenata, sečiva, noževa, brijača, kazana za bojlere, sudopera, šerpi i lonaca. Argumente teba koristiti na čistoći, higijeni, dug život, snagu, čvrstinu i lakoću recikliranja. Sposobnost njegovog recikliranja bez stvaranja dodatnih problema po okolinu je važan factor. Po pravilu, dizajni od nerđajućeg čelika treba da prenesu utisak elegancije, čvrstine i moderan stil života.

Postoji generalna težnja da se generalno čelik zameni u većini mesta gde se trenutno primenjuje,a razlog je njegova velika specifična težina. Težnja da se upotrebe metalni materijali kao što su Aluminijum, Magnezijum, Titan i njihove legure ili kompozitni materijali (većinom na bazi ugljeničnih vlakana) otežana je činjenicom da ni jedan (za sada) poznati materijal nema tako neverovatan raspon i fleksibilnost osobina (uz pomoć legiranja, termičke obrade i plastične prerade) kao i relativno nisku cenu proizvodnje kao čelik. Ako je suditi po trenutnom stanju na tržištu, sada i u bližoj budućnosti, nerđajući čelik je (i biće) superioran materijal za najširu upotrebu.


Strana 23

7. Literatura

Prof. dr Goran Radenković, Tehnički materijali, 2008.

Prof. dr Dušanka M. Vukićević, Mašinski materijali, 1994.

http://en.wikipedia.org/wiki/Stainless_steel

http://www.wasi.rs/Nerdjajuci%20celici.htm

http://www.ssina.com/overview/history.html

http://www.ssina.com/overview/features.html

http://www.sppusa.com/reference/white_paper/wp_ss.pdf

http://www.engineeringtoolbox.com/stainless-steel-standards-d_445.html

http://www.westyorkssteel.com/Steel_Specifications/ssintstd.htm

http://www.tenhiko.com/search/zairyou/stainless/martensite.html

http://www.gradjevinarstvo.rs/TekstDetalji.aspx?tekstid=1821


Strana 24

8. Biografija studenta

Ime i prezime Nenad T. Tričković

Adresa Ul. Radnička 18/5, 16000 Leskovac, Srbija

Datum rođenja: 3. Jun 1989. Pol: Muški

Nacionalnost Srpska

E-mail [email protected] Telefon 00381 16 280347 Mobilni: 00381 65 5243610

Edukacija i treninzi

Datum

Polje studija

Ime institucije

Datum

Kvalifikacija

Polje studija

Ime institucije

2004-2008.

Mašinski tehničar za kompjutersko konstruisanje

Srednja Tehnička škola “Rade Metalac”, Leskovac

2008-2011

Informaciono-proizvodne tehnologije i industrijski menadžment

Mašinsko inženjerstvo, Osnovne akademske studije

Mašinski Fakultet, Univerzitet u Nišu, Srbija

Maternji jezik Srpski

Drugi jezik

Engleski Razumevanje Pričanje Pisanje

Procena Slušanje Čitanje Interakcija Produkcija

Odlično Odlično Odlično Odlično Vrlo dobro

Tehničke veštine i

kompetence

Slepo kucanje, veliko iskustvo u radu na računarima i primena više vrsta hardwera i softwera,

Documents

233 Zavrsni Rad