Mikä on martensiittinen teräs?

Korroosionkestävyys, korkea lujuus, lämmönkestävyys ja hygieniaominaisuudet kuuluvat ruostumattoman teräksen moniin tunnettuihin ominaisuuksiin. Ruostumattoman teräksen viiden pääluokan väliset erot johtuvat kunkin luokan erilaisesta kemiallisesta koostumuksesta.

Image Credit: Ulbrich Stainless Steels & Special Metals.

Mitä on martensiittinen teräs?

Martensiittinen ruostumaton teräs on hyvä valinta erilaisiin sovelluksiin kestävyytensä, lujuutensa ja korroosionkestävyytensä vuoksi. Martensiittisen teräksen koostumus ja ominaisuudet antavat sille etuja muihin terästyyppeihin verrattuna erilaisissa teollisissa toiminnoissa.

Kemiallisesta koostumuksestaan johtuen lämpö- ja ikääntymiskäsittelyt voivat johtaa martensiittisen teräksen kovettumiseen ja lujittumiseen. Nämä käsittelyt tekevät martensiittiteräksestä ihanteellisen vaihtoehdon valmistettaessa mekaanisia venttiilejä ja instrumentteja, turbiinien osia, lääketieteellisiä instrumentteja ja muita sovelluksia ja tuotteita.

Martensiittiteräksen koostumus

Kromin osuus martensiittiteräksen koostumuksesta on tavallisesti 11,5-18 % yhdessä 1,2 % hiilen ja nikkelin kanssa. Vaikka alhaisempi nikkelipitoisuus tekee teräksen korroosionkestävyydestä heikompaa muihin ruostumattomiin terästyyppeihin verrattuna, suuri hiilipitoisuus johtaa siihen, että teräksen molekyylirakenne on erityisen kestävä.

Mangaani, nikkeli ja molybdeeni ovat martensiittisen teräksen muita seosaineita.

Martensiittisen ruostumattoman teräksen jalostus

Pikajäähdytetty martensiittinen teräs

Tyypin 410 ruostumaton teräs, 420 ruostumaton teräs ja 440A ruostumaton teräs ovat yleisimpiä martensiittisten terästen tyyppejä. Nämä martensiittiset ruostumattomat teräkset reagoivat lämpökäsittelyyn aivan kuten runsashiiliset terässeokset. Hiilipitoisuus määrittelee ruostumattoman teräksen suurimman sammutetun kovuuden.

Teräksen lämmittäminen korkeisiin lämpötiloihin, jota seuraa nopea jäähdytysprosessi, johtaa kovettumiseen. Martensiittiseosten suuren kovettuvuuden vuoksi tätä kutsutaan usein ”ilmakarkaisuksi”.

Materiaali kuumennetaan yleensä uudelleen matalissa lämpötiloissa mikrorakenteen jännityksen lieventämiseksi, tai se kuumennetaan uudelleen hieman korkeampiin lämpötiloihin materiaalin karkaisemiseksi (pehmentämiseksi), jotta saavutetaan välivaiheen kovuudet. Tämä johtuu karkaistun martensiittisen materiaalin hauraasta rakenteesta.

Seoksen lämmittäminen hieman sen kriittisen lämpötilan alapuolelle johtaa prosessihehkutukseen. Sitä vastoin pidempi jäähdytys sen jälkeen, kun seos on kuumennettu hieman kriittisen lämpötilan yläpuolelle, johtaa täydelliseen hehkutukseen.

Martensiittisen teräksen tyypit

Martensiittisen teräksen hiilipitoisuus tarkoittaa sitä, että se voidaan puolestaan jakaa edelleen kahteen eri tyyppiin.

Matalahiilinen martensiittinen teräs

Matalalla hiilipitoisuudellaan, joka on välillä 0.05 % – 0,25 %, martensiittisen teräksen matalahiiliset versiot soveltuvat paremmin valmistukseen, tarjoavat paremman korroosionkestävyyden ja ovat yleensä vahvempia.

Korkeahiilinen martensiittinen teräs

Korkeahiilisen martensiittisen teräksen hiilipitoisuus on yleensä korkeampi: 0,61 % – 1,50 %. Suurempi hiilipitoisuus tekee teräksestä vahvemman, koska hiili vahvistaa molekyylirakennetta. Terästä on vaikea hitsata tai helposti muotoilla muuhun muotoon, koska se on hauraampi.

Tyypin 410 ruostumaton teräs

Tyypin 410 ruostumaton teräs on martensiittinen ruostumaton teräslaatu, jota pidetään yleiskäyttöisenä martensiittisena. Sitä voidaan käyttää mäntien ja venttiilien sekä kiinnittimien, jousien, tappien, ruokailuvälineiden, rautatavaroiden, aseiden pidikkeiden, mikrometriosien, turbiinien lapojen, pumppujen tankojen, hiiliseulojen, muttereiden ja pulttien, liitososien, kuulalaakereiden, juoksupyörien ja akseleiden valmistuksessa.

Karkaisu- ja karkaisulämpökäsittelyjen muutokset johtavat erilaisiin kovuustasoihin.

Tyyppi 410 toimitetaan tavallisesti hehkutettuna, mutta tyyppi 410 voidaan kuitenkin toimittaa myös vähimmäiskovuudella RC35 alle 0,040 ”:n mittoihin. Kylmävalssattu versio, jonka vähimmäisvetolujuus on 110000 psi, on toinen toimitusvaihtoehto.

Tyypin 420 ruostumaton teräs

Tyypin 420 ruostumattoman teräksen hiilipitoisuus vaihtelee 0,15 %:sta 0,45 %:iin ja kattaa melko laajan kovuusluokan sekä karkaistussa että karkaistussa muodossaan.

Lämpökäsittely, mukaan lukien kylmävalssaus, jonka vähimmäisvetolujuus on 120000 psi, tarkoittaa, että tyypin 420 ruostumatonta terästä voidaan toimittaa eri hiilipitoisuuksilla erityisten kovuus- tai mekaanisten ominaisuuksien vaatimusten täyttämiseksi

Lämpökäsittelyjaksojen avulla voidaan saavuttaa erilaisia kovuuksia, mikä tekee tyypin 420 haluttavaksi silloin, kun karkaistut tuotteet ovat välttämättömiä tiettyihin sovelluksiin. Tämä terässeos on karkaistavissa välillä RC40-50.

Tyypin 420 ruostumatonta terästä voidaan käyttää erilaisissa sovelluksissa, kuten kiinnittimissä, ruokailuvälineissä, kirurgisissa työkaluissa, koneenosissa, ampuma-aseissa, holkeissa ja venttiilien heloissa.

Tyypin 440 ruostumaton teräs

Tyypin 440A ruostumattomalla teräksellä on hehkutetussa tilassa rajoitettu muovattavuus, mutta sen karkaisukyky on suurempi kuin tyypin 410 tai 420.

Karkaistavana yli RC50:een, tämä ruostumattoman teräksen laatu soveltuu erittäin hyvin teräsovelluksiin. Terät pysyvät terävämpinä ja pidempään tämän laadun korkean kovuuden ansiosta.

Tyypillisiä käyttökohteita ovat:

• Laakerit
• Veitset
• Kirurgiset instrumentit

Sovelluksissa, joissa korroosionkestävyydellä ja korkealla kovuudella on suuri merkitys, käytetään myös 440A-tyyppiä.

Muut martensiittiset laadut

Markkinoilla on saatavana myös vähemmän yleisiä martensiittisia laatuja, joilla on erityisiä kemiallisia koostumusvaatimuksia ja/tai mekaanisia ominaisuuksia kuin edellä luetellut. Yleisimmin viitattuja martensiittisia teräksiä ovat kuitenkin tyypit 410, 420 ja 440.

Martensiittisen teräksen ominaisuudet

Martensiittisella teräksellä on useita ominaisuuksia (lujuuden lisäksi), jotka erottavat sen muista ruostumattomista terästyypeistä. Martensiittisen ruostumattoman teräksen laadut kattavat monenlaisia sovelluksia, ja niitä käytetään torjumaan suhteellisen lieviä korroosiota aiheuttavia olosuhteita tai luomaan maksimaalista jäykkyyttä ja lujuutta kylmämuotoiltuihin osiin.

Koska niillä on monia samoja ominaisuuksia, martensiittisen teräksen laadut ryhmitellään yhteen, kun valmistajat määrittelevät terässeoksia.

Hitsautuvuus

Vähäisimmän osan martensiittisen teräksen muodoista hitsaukseen ei suhtauduta suotuisasti, koska ne ovat tyypillisesti hauraita. Karkaistuna martensiittisen teräksen hauraus lisää sen käyttökohteita.

Karkaisuprosessissa metallia kuumennetaan ja sitten jäähdytetään, jotta se saadaan nopeasti paikoilleen. Korkeahiilisiä martensiittisia ruostumattomia teräksiä ei yleensä suositella hitsattavaksi, mutta tyypin 410 ruostumatonta terästä voidaan kuitenkin hitsata suhteellisen helposti.

Magnetismi

Kiteinen molekyylirakenne voi olla magneettinen, jos martensiittisessa terässeoksessa on rautaa. Monet martensiittiterästyypit ovat magneettisia. Tämä voi helpottaa metallien lajittelua, mutta se voi vaikeuttaa valmistus- ja hitsausprosesseja. Martensiittiset teräkset ovat magneettisia sekä karkaistussa että hehkutetussa tilassa.

Muovattavuus

Muovattavuudeksi kutsutaan metallin kykyä muotoutua erilaisiin muotoihin rikkoutumatta tai halkeilematta. Hiilipitoisuuden kasvaessa martensiittiteräksen muovattavuus heikkenee. Vaikka matalahiiliset muodot ovatkin mahdollisia, ne eivät ole ihanteellisia muotoiluun.

Korkea lujuus

Martensiittisia ruostumattomia teräksiä käytetään usein, vaikkakaan ei aina, kun tarvitaan korkeita mekaanisia ominaisuuksia. Niiden korroosionkestävyys rajoittaa niiden käyttöä enemmän kuin muiden ruostumattomien terästen perheeseen kuuluvien seosten.

Pinnalle voi usein syntyä pinnallisia ruostetahroja. Niitä voidaan käyttää hehkutetussa tilassa, kun tarvitaan vain rajoitettua korroosionkestävyyttä tai kestävyyttä korotetussa lämpötilassa tapahtuvaa hilseilyä vastaan. Korkein korroosionkestävyys saavutetaan karkaistussa tai karkaistussa tilassa.

Hehkutettu martensiittinen ruostumaton teräs

Koska martensiittiset ruostumattoman teräksen laadut tarjoavat parhaat muokkausominaisuudet, ne toimitetaan valmistajille yleensä hehkutettuina. Karkaisulämpökäsittely seuraa yleensä muokkaustoimenpiteitä.

300-sarjaan verrattuna austeniittisia ruostumattomia teräslaatuja 410 ja 420 voidaan saavuttaa myös kylmämuokatussa tilassa suhteellisen alhaisilla vetolujuuslukemilla.

Miten martensiittinen teräs eroaa muista ruostumattomien terästen lajeista?

Ruostumattoman teräksen eri lajit eroavat toisistaan kemiallisen rakenteensa ja ainesosiensa osalta. Nämä tekijät määräävät teräksen käyttäytymisen ja sen mahdolliset käyttökohteet.

Austeniittinen ruostumaton teräs

Tämä ruostumattoman teräksen tyyppi kestää erittäin hyvin korroosiota, ja se on yksi käytetyimmistä ruostumattoman teräksen tyypeistä, koska sillä on muihin ruostumattomiin terästyyppeihin verrattuna korkea kromipitoisuus. Nämä teräkset sisältävät myös typpeä, mangaania ja nikkeliä.

Austeniittinen teräs on hitsattavissa (toisin kuin martensiittinen teräs), muovattavissa ja tyypillisesti ei-magneettinen. Se ei ole lämpökäsiteltävissä – sitä voidaan karkaista vain kylmätyöstämällä.

Ferriittinen ruostumaton teräs

Ferriittisessä teräksessä on korkea kromi- ja alhainen hiilipitoisuus. Tämä tarkoittaa, että ferriittinen teräs ei ole yhtä luja kuin martensiittinen teräs (alhaisen hiilipitoisuuden vuoksi), mutta se on erittäin korroosionkestävää ja magneettista.

Ferriittisiä teräksiä käytetään useimmiten keittiövälineissä, teollisuuskoneiden rakentamisessa ja autoteollisuudessa.Ferriittiset teräkset eivät myöskään ole lämpökäsiteltäviä. Niitä käsitellään lähes yksinomaan hehkutettuna.

Precipitations Hardened (PH) Stainless Steel

PH-ruostumatonta terästä valmistetaan lisäämällä siihen kuparia, molybdeeniä, alumiinia ja titaania joko sellaisenaan tai missä tahansa yhdistelmässä. Nämä metallit voivat olla kolme tai neljä kertaa vahvempia kuin austeniittinen teräs, ja niiden sitkeys on suhteellisen alhainen.

Johtuen sen ainutlaatuisesta lujuuden ja hyvän muovattavuuden yhdistelmästä, PH-terästä käytetään tyypillisesti öljy- ja kaasuteollisuudessa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa sekä ydinvoimateollisuudessa.

Karkaistua martensiittista ruostumatonta terästä

Martensiittinen teräs muuttuu lämpökäsittelyn jälkeen vahvemmaksi ja kovemmaksi, mikä on sen tärkeimpiä etuja. Kuumennettaessa ja nopeasti jäähdytettäessä atomit muuttuvat niin sanotuksi kappalekeskeiseksi tetragonaaliseksi, vääristyneeseen asentoon, joka tekee teräksestä kovemman ja vahvemman. Martensiittisen teräksen kovettamiseen voidaan käyttää lukuisia prosesseja.

Karkaisukarkaisu

Karkaisemalla terästä kuumennettaessa muodostuu saostumia, jotka estävät teräksen molekyylirakenteessa olevien vikojen liikkumisen, teräs kovettuu. Näiden vikojen rajoittaminen tekee metallista kovemman ja lujemman. Kuumennuksen jälkeen sitä säilytetään tuntikausia kohotetussa lämpötilassa, kunnes prosessi, jota usein käytetään martensiittisen teräksen lujuuden lisäämiseen, on valmis.

hehkutus

Hehkutus tarkoittaa teräksen kuumentamista teräksen molekyylirakenteen homogeenisuuden lisäämiseksi ja jännityksen poistamiseksi. Tuloksena on pehmeämpi teräs, jota on helpompi käsitellä.

Karkaisu

Karkaisu on prosessi, jossa terästä kovetetaan kuumentamalla, jäähdyttämällä nopeasti ja sitten kuumentamalla metallia uudelleen. Ensimmäisen kuumentamisen ja jäähdyttämisen jälkeen metalli on kovaa mutta hyvin haurasta, mutta toisen kuumentamisen tarkoituksena on saada teräs takaisin lämpötilaan, jossa se on sitkeää.

Yhteenveto

Ruostumatonta terästä on useita eri tyyppejä ja laatuja, jotka mahtuvat viiteen pääluokkaan. Ruostumattoman teräksen monet erityispiirteet tekevät siitä ihanteellisen moniin erilaisiin sovelluksiin. Martensiittinen ruostumaton teräs on monipuolinen teräs, jolla on monia käytännön käyttötarkoituksia eri teollisuudenaloilla.

Martensiittinen ruostumaton teräs reagoi hyvin useisiin lämpökäsittelymuotoihin, joilla voidaan lisätä kovuutta, lujuutta ja korroosionkestävyyttä. Martensiittisen ruostumattoman teräksen lujuus ja korroosionkestävyys ovat ihanteellisia merenkulku-, teollisuus- ja lääketieteellisissä sovelluksissa, kun taas sen monipuolisuus voi tehdä siitä ratkaisun moniin ongelmiin.

Tämä tieto on peräisin, tarkistettu ja mukautettu Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc. toimittamista materiaaleista.

Lisätietoa tästä lähteestä saat osoitteesta Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

Sitaatit

.