Co je to martenzitická ocel?

Odolnost proti korozi, vysoká pevnost, tepelná odolnost a hygienické vlastnosti patří k mnoha dobře známým vlastnostem nerezové oceli. Rozdíly mezi pěti hlavními kategoriemi korozivzdorných ocelí vyplývají z jejich odlišného chemického složení.

Obrázek: Ulbrich Stainless Steels & Special Metals.

Co je to martenzitická ocel?“

Martenzitická nerezová ocel je díky své trvanlivosti, pevnosti a odolnosti proti korozi vhodnou volbou pro různé aplikace. Složení a vlastnosti martenzitické oceli jí dávají výhody oproti jiným typům oceli v různých průmyslových funkcích.

Vzhledem k jejímu chemickému složení může tepelné zpracování a stárnutí vést ke zpevnění a zpevnění martenzitické oceli. Díky těmto úpravám je martenzitická ocel ideální volbou při výrobě mechanických ventilů a nástrojů, součástí turbín, lékařských nástrojů a dalších aplikací a výrobků.

Složení martenzitické oceli

Chrom obvykle tvoří 11,5-18 % složení martenzitické oceli spolu s 1,2 % uhlíku a niklu. Zatímco nižší obsah niklu ji činí méně odolnou proti korozi ve srovnání s jinými typy korozivzdorných ocelí, vysoký podíl uhlíku vede k tomu, že ocel má molekulární strukturu, která je obzvláště pevná.

Mangan, nikl a molybden patří mezi další legující prvky martenzitické oceli.

Zpracování martenzitických nerezových ocelí

Rychlé chlazení martenzitických ocelí

Nerezové oceli typu 410, 420 a 440A patří mezi nejběžnější typy martenzitických ocelí. Tyto martenzitické korozivzdorné oceli reagují na tepelné zpracování podobně jako slitiny oceli s vysokým obsahem uhlíku. Obsah uhlíku určuje maximální kalenou tvrdost korozivzdorné oceli.

Zahříváním oceli na vysoké teploty, po nichž následuje rychlé ochlazení, dochází k jejímu kalení. Díky vysoké kalitelnosti martenzitických slitin se tento postup často nazývá „kalení na vzduchu“.

Materiál se obvykle znovu zahřívá při nízkých teplotách, aby se obnovila mikrostruktura pod napětím, nebo se zahřívá na mírně vyšší teploty, aby se materiál temperoval (změkčil) a dosáhlo se mezistupně tvrdosti. Důvodem je křehká struktura kaleného martenzitického materiálu.

Při zahřívání slitiny na teplotu těsně pod její kritickou hodnotou dochází k procesnímu žíhání. Naopak delší ochlazování po zahřátí slitiny na teplotu těsně nad kritickou teplotou má za následek úplné žíhání.

Typy martenzitických ocelí

Obsah uhlíku v martenzitické oceli znamená, že ji lze dále rozdělit na dva různé typy.

Malouhlíkové martenzitické oceli

S nízkým obsahem uhlíku mezi 0,5 % a 0,5 % je martenzitická ocel velmi tvrdá.05 % až 0,25 % mají nízkouhlíkové verze martenzitické oceli větší potenciál pro výrobu, nabízejí vyšší odolnost proti korozi a jsou obecně pevnější.

Vysokouhlíková martenzitická ocel

Vysokouhlíková martenzitická ocel má obvykle vyšší obsah uhlíku: mezi 0,61 % a 1,50 %. Zvýšený obsah uhlíku činí ocel pevnější, protože uhlík zpevňuje molekulární strukturu. Je obtížné ocel svařovat nebo snadno tvarovat do jiných tvarů, protože je křehčí.

Nerezová ocel typu 410

Nerezová ocel typu 410 je martenzitická nerezová ocel, která se považuje za martenzitickou ocel pro všeobecné použití. Lze ji použít při výrobě pístů a ventilů, ale také spojovacího materiálu, pružin, čepů, příborů, železářského zboží, spon na zbraně, mikrometrických součástí, lopatek turbín, tyčí čerpadel, uhelných sít, matic a šroubů, armatur, kuličkových ložisek, oběžných kol a hřídelí.

Změny v tepelném zpracování kalením a popouštěním dávají různé stupně tvrdosti.

Typ 410 se obvykle dodává v žíhaném stavu, avšak typ 410 lze dodat i s minimální tvrdostí RC35 pro rozměry menší než 0,040″. Další možností dodávky je verze válcovaná za studena s minimální pevností v tahu 110000 psi.

Nerezová ocel typu 420

Nerezová ocel typu 420, která pokrývá poměrně široký rozsah stupňů tvrdosti v kalené i popouštěné formě, má obsah uhlíku od 0,15 % do 0,45 %.

Tepelné zpracování, včetně válcování za studena s minimální pevností v tahu 120000 psi, znamená, že nerezová ocel typu 420 může být dodávána v různých úrovních obsahu uhlíku, aby splňovala specifické požadavky na tvrdost nebo mechanické vlastnosti

Různých tvrdostí lze dosáhnout prostřednictvím cyklů tepelného zpracování, což činí typ 420 žádoucím tam, kde jsou pro specifické aplikace nutné temperované výrobky. Tuto ocelovou slitinu lze kalit v rozmezí RC40-50.

Nerezová ocel typu 420 se může používat v různých aplikacích, včetně spojovacího materiálu, nožířských výrobků, chirurgických nástrojů, strojních součástí, střelných zbraní, pouzder a obložení ventilů.

Nerezová ocel typu 440

Ačkoli má v žíhaném stavu omezenou tvářitelnost, má nerezová ocel typu 440A větší kalitelnost než oceli typu 410 nebo 420.

Protože je tato jakost nerezové oceli kalitelná až na hodnotu vyšší než RC50, je mimořádně vhodná pro zaslepování do ostří. Čepele zůstanou díky vysoké tvrdosti této třídy ostřejší a po delší dobu.

Mezi typická použití patří:

• Nosiče
• Řezné nástroje
• Chirurgické nástroje

V aplikacích, kde je důležitá odolnost proti korozi a vysoká tvrdost, se používá také typ 440A.

Jiné martenzitické třídy

Na trhu jsou k dispozici i méně běžné martenzitické třídy se zvláštními požadavky na chemické složení a/nebo mechanické vlastnosti, než jsou výše uvedené. Nejčastěji uváděné martenzitické oceli jsou však typy 410, 420 a 440.

Vlastnosti martenzitických ocelí

Martenzitická ocel má více vlastností (kromě pevnosti), které ji odlišují od ostatních typů korozivzdorných ocelí. Pokrývají širokou škálu aplikací, třídy martenzitických korozivzdorných ocelí se používají pro boj s poměrně mírnými korozními podmínkami nebo pro vytvoření maximální tuhosti a pevnosti dílů tvářených za studena.

Protože mají mnoho společných vlastností, jsou třídy martenzitických ocelí při specifikaci ocelových slitin výrobci seskupovány dohromady.

Svařitelnost

Většina forem martenzitických ocelí nereaguje příznivě na svařování, protože jsou obvykle křehké. Při kalení a popouštění je to právě křehkost martenzitické oceli, která zvyšuje možnosti jejího použití.

Proces kalení a popouštění zahrnuje zahřátí kovu a jeho následné ochlazení, aby se rychle usadil. Martenzitické korozivzdorné oceli s vysokým obsahem uhlíku se obecně nedoporučují pro svařování, avšak nerezové oceli typu 410 lze svařovat poměrně snadno.

Magnetismus

Krystalická molekulární struktura může být magnetická, pokud je ve slitině martenzitické oceli přítomno železo. Mnoho typů martenzitických ocelí je magnetických. To může usnadnit třídění kovů, ale může to ztížit výrobní a svařovací procesy. Martenzitické oceli jsou magnetické v kaleném i žíhaném stavu.

Tvarovatelnost

Schopnost kovu vytvářet různé tvary bez porušení nebo prasknutí se označuje jako jeho tvarovatelnost. S rostoucím obsahem uhlíku klesá tvářitelnost martenzitické oceli. I když je to možné, tvary s nízkým obsahem uhlíku nejsou pro tvarování ideální.

Vysoká pevnost

Martenzitické korozivzdorné oceli se často, i když ne vždy, používají v případě, že jsou nutné vysoké mechanické vlastnosti. Stupeň jejich odolnosti proti korozi omezuje jejich použití více než u jiných slitin ze skupiny korozivzdorných ocelí.

Na jejich povrchu se často mohou objevit povrchové skvrny od rzi. Mohou být použity v žíhaném stavu, pokud je požadována pouze omezená odolnost proti korozi nebo odolnost proti usazování vodního kamene při zvýšených teplotách. Nejvyšší korozní odolnosti dosahují v kaleném nebo popouštěném stavu.

Žíhané martenzitické korozivzdorné oceli

Protože poskytují nejlepší tvářecí vlastnosti, dodávají se martenzitické třídy výrobcům obvykle v žíhaném stavu. Kalení tepelným zpracováním obvykle následuje po tvářecích operacích.

V porovnání s řadou 300 lze austenitické korozivzdorné oceli jakostí 410 a 420 dosáhnout také ve stavu zpracovaném za studena při relativně nízké úrovni pevnosti v tahu.

Jak se martenzitická ocel liší od ostatních druhů korozivzdorných ocelí?

Různé druhy korozivzdorných ocelí se liší svou chemickou strukturou a složkami. Tyto faktory určují chování oceli a možnosti jejího použití.

Austenitická korozivzdorná ocel

Tento druh korozivzdorné oceli je vysoce odolný proti korozi a je jedním z nejpoužívanějších druhů korozivzdorné oceli, protože ve srovnání s ostatními druhy korozivzdorných ocelí má vysoký obsah chromu. Tyto oceli obsahují také dusík, mangan a nikl.

Austenitická ocel je svařitelná (na rozdíl od martenzitické oceli), tvářitelná a obvykle nemagnetická. Není tepelně zpracovatelná – lze ji kalit pouze obráběním za studena.

Feritická nerezová ocel

Feritická ocel má vysoký obsah chromu a nízký obsah uhlíku. To znamená, že feritická ocel není tak pevná jako martenzitická (v důsledku nízkého obsahu uhlíku), ale je velmi odolná proti korozi a je magnetická.

Nejčastěji se používá v kuchyňském nádobí, pro konstrukci průmyslových strojů a v automobilovém průmyslu, feritické oceli také nejsou tepelně zpracovatelné. Zpracovávají se téměř výhradně v žíhaném stavu.

Precipitačně kalená (PH) nerezová ocel

PH nerezová ocel se vyrábí přidáním mědi, molybdenu, hliníku a titanu, a to buď samostatně, nebo v libovolné kombinaci. Tyto kovy mohou být třikrát až čtyřikrát pevnější než austenitická ocel a mají relativně nízkou houževnatost.

Díky své jedinečné kombinaci pevnosti a dobré tvařitelnosti se PH ocel obvykle používá v ropném a plynárenském, leteckém a jaderném průmyslu.

Kalená martenzitická nerezová ocel

Martenzitická ocel se po tepelném zpracování stává pevnější a tvrdší, což patří mezi její hlavní výhody. Při zahřátí a rychlém ochlazení se atomy stávají tzv. tělesově centrovanými tetragonálními, což je deformovaná poloha, díky níž je ocel tvrdší a pevnější. K zakalení martenzitické oceli lze využít řadu procesů.

Kalení ve stáří

Zahřátím za vzniku precipitátů, které zabraňují pohybu defektů v molekulární struktuře oceli, se ocel zakalí. Zadržením těchto vad se kov stává tvrdším a pevnějším. Po zahřátí se pak několik hodin skladuje při zvýšené teplotě, dokud není proces, který se často používá ke zvýšení pevnosti martenzitické oceli, dokončen.

Žíhání

Žíhání zahrnuje zahřátí oceli, aby se její molekulární struktura stala homogennější a odstranilo se napětí. Výsledkem je měkčí ocel, se kterou se lépe manipuluje.

Kalení a popouštění

Kalení a popouštění je proces, při kterém se ocel zpevňuje zahřátím, rychlým ochlazením a opětovným zahřátím kovu. Po prvním zahřátí a ochlazení je kov tvrdý, ale velmi křehký, ale cílem druhého zahřátí je uvést ocel zpět na teplotu, při které je tvárná.

Shrnutí

Existuje více druhů a tříd korozivzdorných ocelí, které spadají do pěti hlavních kategorií. Díky mnoha charakteristickým vlastnostem je nerezová ocel ideální pro širokou škálu různých aplikací. Martenzitická nerezová ocel je univerzální ocel, která má mnoho praktických využití v různých průmyslových odvětvích.

Martenzitická nerezová ocel velmi dobře reaguje na různé formy tepelného zpracování, které mohou zvýšit tvrdost, pevnost a odolnost proti korozi. Pevnost a odolnost proti korozi martenzitické nerezové oceli jsou ideální pro námořní, průmyslové a lékařské aplikace, zatímco její všestrannost z ní může učinit řešení řady problémů.

Tyto informace byly získány, přezkoumány a upraveny z materiálů poskytnutých společností Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

Další informace o tomto zdroji naleznete na stránkách Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

Citace

.