Hvad er martensitisk stål?

Korrosionsbestandighed, høj styrke, varmebestandighed og hygiejniske egenskaber er blandt de mange velkendte egenskaber ved rustfrit stål. Forskellene mellem de fem hovedkategorier af rustfrit stål kommer fra den forskellige kemiske sammensætning af hver af dem.

Image Credit: Ulbrich Stainless Steels & Special Metals.

Hvad er martensitisk stål?

Martensitisk rustfrit stål er et godt valg til en række forskellige anvendelser på grund af dets holdbarhed, styrke og korrosionsbestandighed. Sammensætningen og egenskaberne af martensitisk stål giver det fordele i forhold til andre typer stål i forskellige industrielle funktioner.

På grund af dets kemiske sammensætning kan varme- og ældningsbehandlinger føre til, at martensitisk stål hærdes og forstærkes. Disse behandlinger gør martensitisk stål til en ideel mulighed ved fremstilling af mekaniske ventiler og instrumenter, turbinedele, medicinske instrumenter og andre anvendelser og produkter.

Sammensætning af martensitisk stål

Krom udgør normalt 11,5-18 % af sammensætningen af martensitisk stål sammen med 1,2 % kulstof og nikkel. Mens det lavere nikkelindhold gør det mindre korrosionsbestandigt i forhold til andre typer rustfrit stål, resulterer den høje procentdel af kulstof i, at stålet har en molekylær struktur, der er særlig robust.

Mangan, nikkel og molybdæn er blandt de andre legeringselementer i martensitisk stål.

Fremstilling af martensitisk rustfrit stål

Rapid Cooling Martensitic Steel

Type 410 rustfrit stål, 420 rustfrit stål og 440A rustfrit stål er blandt de mest almindelige typer af martensitisk stål. Disse martensitiske rustfri ståltyper reagerer på varmebehandling på samme måde som stållegeringer med højt kulstofindhold. Kulstofindholdet definerer den maksimale hærdhed i det rustfri stål.

Varme stålet op til høje temperaturer, som derefter efterfølges af en hurtig afkølingsproces, resulterer i hærdning. Den høje hærdningsevne i martensitiske legeringer betyder, at dette ofte kaldes “lufthærdning”.

Materialet genopvarmes normalt ved lave temperaturer for at afspænde mikrostrukturen, eller det genopvarmes til lidt højere temperaturer for at anløbe (blødgøre) materialet for at opnå mellemliggende hårdhedsniveauer. Dette skyldes den sprøde struktur i det hærdede martensitiske materiale.

Varme legeringen op til lige under dens kritiske temperatur resulterer i procesglødning. Derimod resulterer en længere afkøling efter opvarmning af legeringen til lige over den kritiske temperatur i fuld udglødning.

Typer af martensitisk stål

Kulstofindholdet i martensitisk stål betyder, at det igen kan opdeles yderligere i to forskellige typer.

Lavt kulstof martensitisk stål

Med sit lave kulstofindhold på mellem 0.05% til 0,25% har de lavt kulstofholdige versioner af martensitisk stål større potentiale for fremstilling, giver højere korrosionsbestandighed og er generelt stærkere.

Højt kulstofindhold martensitisk stål

Højt kulstofindhold martensitisk stål har normalt et højere kulstofindhold: mellem 0,61% og 1,50%. Et højere kulstofindhold gør stålet stærkere, da kulstof styrker den molekylære struktur. Det er svært at svejse stålet eller nemt at forme det til andre former, fordi det er mere skørt.

Type 410 rustfrit stål

Type 410 rustfrit stål er en martensitisk rustfrit stålkvalitet, der betragtes som en martensitisk stålkvalitet til generelle formål. Den kan anvendes til fremstilling af stempler og ventiler samt til fastgørelseselementer, fjedre, stifter, bestik, hardware, pistolclips, mikrometerdele, turbineblade, pumpestænger, kulskærme, møtrikker og bolte, fittings, kuglelejer, løbehjul og aksler.

Ændringer i hærdnings- og anløbsvarmebehandlingerne vil give forskellige hårdhedsgrader.

Type 410 leveres normalt i udglødet form, men type 410 kan også leveres med en minimumshårdhed på RC35 for tykkelser på mindre end 0,040 “. En koldvalset version med en mindste trækstyrke på 110000 psi er en anden leveringsmulighed.

Type 420 rustfrit stål

Type 420 rustfrit stål dækker et ret bredt spektrum af hårdhedsniveauer i både hærdet og anløbet form og har et kulstofindhold fra 0,15 % til 0,45 % kulstofindhold.

Varmebehandling, herunder koldvalsning med en mindste trækstyrke på 120000 psi, betyder, at rustfrit stål af type 420 kan leveres med forskellige kulstofniveauer for at opfylde specifikke krav til hårdhed eller mekaniske egenskaber

Differente hårdheder kan opnås via varmebehandlingscyklusser, hvilket gør type 420 ønskværdig, hvor hærdede produkter er nødvendige til specifikke anvendelser. Denne stållegering kan hærdes til mellem RC40-50.

Type 420 rustfrit stål kan anvendes i en række forskellige anvendelser, herunder fastgørelseselementer, bestik, kirurgisk værktøj, maskindele, skydevåben, bøsninger og ventilbesætning.

Type 440 rustfrit stål

Selv om det har begrænset formbarhed i udglødet tilstand, har type 440A rustfrit stål en større hærdningsevne end type 410 eller type 420.

Da denne kvalitet af rustfrit stål kan hærdes til over RC50, er den yderst velegnet til stansning til klingeanvendelser. Klinger forbliver skarpere og i længere tid på grund af denne kvalitets høje hårdhed.

Typiske anvendelser omfatter:

• Lagre
• Bestik
• Bestik
• Kirurgiske instrumenter

I anvendelser, hvor korrosionsbestandighed og høj hårdhed er vigtige, anvendes type 440A også.

Andre martensitiske kvaliteter

Mindre almindelige martensitiske kvaliteter med særlige krav til kemisk sammensætning og/eller mekaniske egenskaber end dem, der er anført ovenfor, findes også på markedet. De mest almindeligt refererede martensitiske ståltyper er dog type 410, 420 og 440.

Karakteristika ved martensitisk stål

Martensitisk stål har flere egenskaber (ud over styrken), der adskiller det fra andre typer rustfrit stål. De martensitiske rustfri stålkvaliteter dækker en lang række anvendelsesområder og anvendes til at bekæmpe forholdsvis milde korrosive forhold eller skabe maksimal stivhed og styrke til koldformede dele.

Da de deler mange af de samme egenskaber, grupperes martensitiske stålkvaliteter sammen, når producenterne specificerer stållegeringer.

Svejseevne

De fleste former for martensitisk stål reagerer ikke positivt på svejsning, da de typisk er sprøde. Når de er nedkølet og anløbet, er det sprødheden af martensitisk stål, der øger dets anvendelsesmuligheder.

Afkøling og anløbningsprocessen indebærer opvarmning af metallet og derefter afkøling for at sætte det hurtigt på plads. Martensitisk rustfrit stål med højt kulstofindhold anbefales generelt ikke til svejste anvendelser, men type 410 rustfrit stål kan dog svejses med relativt let.

Magnetisme

Den krystallignende molekylære struktur kan være magnetisk, hvis der er jern til stede i den martensitiske stållegering. Mange typer af martensitisk stål er magnetiske. Dette kan gøre metaller lettere at sortere, men det kan gøre fremstillings- og svejseprocesser vanskeligere. Martensitisk stål er magnetisk i både hærdet og udglødet tilstand.

Formbarhed

Et metals evne til at blive fremstillet i forskellige former uden at knække eller revne kaldes dets formbarhed. Efterhånden som kulstofindholdet stiger, falder det martensitiske ståls formbarhed. Selv om det er muligt, er former med lavt kulstofindhold ikke ideelle til formning.

Høj styrke

Martensitisk rustfrit stål anvendes ofte, men ikke altid, når der er behov for høje mekaniske egenskaber. Deres grad af korrosionsbestandighed begrænser deres anvendelse mere end andre legeringer i familien af rustfrit stål.

Overfladiske rustpletter kan ofte forekomme på deres overflader. De kan anvendes i udglødet tilstand, når der kun er behov for begrænset korrosionsbestandighed eller modstandsdygtighed over for skældannelse ved forhøjede temperaturer. Deres højeste korrosionsbestandighed opnås i hærdet eller anløbet tilstand.

Glødet martensitisk rustfrit stål

Da de martensitiske kvaliteter giver de bedste formningsegenskaber, leveres de martensitiske kvaliteter normalt til fabrikanterne i udglødet tilstand. Hærdningsvarmebehandling følger normalt efter formningsoperationer.

Ved sammenligning med 300-serien kan austenitiske rustfri stålkvaliteter 410 og 420 også opnås i koldbearbejdet tilstand ved relativt lave trækstyrkeniveauer.

Hvordan er martensitisk stål forskelligt fra andre typer rustfrit stål?

De forskellige typer rustfrit stål adskiller sig fra hinanden i deres kemiske struktur og komponenter. Disse faktorer bestemmer stålets opførsel og dets mulige anvendelser.

Austenitisk rustfrit stål

Denne type rustfrit stål er meget modstandsdygtig over for korrosion og er en af de mest anvendte typer af rustfrit stål, da det har et højt kromindhold sammenlignet med andre typer rustfrit stål. Disse ståltyper består også af kvælstof, mangan og nikkel.

Austenitisk stål kan svejses (i modsætning til martensitisk stål), kan formes og er typisk ikke-magnetisk. Det kan ikke varmebehandles – det kan kun hærdes ved koldbearbejdning.

Ferritisk rustfrit stål

Ferritisk stål har et højt indhold af krom og et lavt indhold af kulstof. Det betyder, at ferritisk stål ikke er lige så stærkt som martensitisk stål (som følge af det lave kulstofindhold), men det er meget modstandsdygtigt over for korrosion og er magnetisk.

Ferritisk stål anvendes oftest i køkkenudstyr, til konstruktion af industrimaskiner og i bilindustrien, og ferritisk stål kan heller ikke varmebehandles. De forarbejdes næsten udelukkende i den udglødede tilstand.

Udfældningshærdet (PH) rustfrit stål

PH rustfrit stål fremstilles ved at tilsætte kobber, molybdæn, aluminium og titan, enten alene eller i en hvilken som helst kombination. Disse metaller kan være tre eller fire gange stærkere end austenitisk stål og har en relativt lav sejhed.

På grund af den unikke blanding af styrke og god formbarhed anvendes PH-stål typisk i olie- og gasindustrien, luftfartsindustrien og atomindustrien.

Hærdet martensitisk rustfrit stål

Martensitisk stål bliver stærkere og hårdere efter varmebehandling, hvilket er blandt dets vigtigste fordele. Når de opvarmes og afkøles hurtigt, bliver atomerne det, der er kendt som kropscentreret tetragonalt, en forvrænget position, der gør stålet hårdere og stærkere. Der kan anvendes adskillige processer for at hærde martensitisk stål.

Age Hardening

Ved opvarmning for at danne udfældninger, der forhindrer bevægelse af defekter i stålets molekylære struktur, hærdes stålet. Inddæmningen af disse defekter gør metallet hårdere og stærkere. Efter opvarmning opbevares det derefter i timer ved en forhøjet temperatur, indtil processen, som ofte bruges til at øge det martensitiske ståls styrke, er afsluttet.

Glødning

Glødning indebærer opvarmning af stål for at gøre stålets molekylære struktur mere homogen og fjerne spændinger. Dette resulterer i blødere stål, der er nemmere at manipulere.

Skiftning og hærdning

Skiftning og hærdning er en proces, der hærder stål ved opvarmning, hurtig afkøling og derefter opvarmning af metallet igen. Metallet er hårdt, men meget skørt efter den første opvarmning og afkøling, men den anden opvarmning har til formål at bringe stålet tilbage til en temperatur, hvor det er duktilt.

Summarum

Der findes flere typer og kvaliteter af rustfrit stål, som passer ind i fem hovedkategorier. Rustfrit ståls mange karakteristiske egenskaber gør det ideelt til en lang række forskellige anvendelser. Martensitisk rustfrit stål er et alsidigt stål, der har mange praktiske anvendelser i forskellige industrier.

Martensitisk rustfrit stål er meget modtageligt over for flere former for varmebehandling, som kan øge hårdhed, styrke og korrosionsbestandighed. Martensitisk rustfrit ståls styrke og korrosionsbestandighed er ideelt til marine, industrielle og medicinske anvendelser, mens dets alsidighed kan gøre det til løsningen på en række problemer.

Denne information er hentet, gennemgået og tilpasset fra materialer leveret af Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

For yderligere oplysninger om denne kilde kan du besøge Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

Citationer