Vad är martensitiskt stål?

Korrosionsbeständighet, hög hållfasthet, värmebeständighet och hygieniska egenskaper är några av de många välkända attributen hos rostfritt stål. Skillnaderna mellan de fem huvudkategorierna av rostfritt stål kommer från den olika kemiska sammansättningen i varje kategori.

Bildkredit: Ulbrich Stainless Steels & Special Metals.

Vad är martensitiskt stål?

Martensitiskt rostfritt stål är ett bra val för en mängd olika tillämpningar på grund av sin hållbarhet, styrka och korrosionsbeständighet. Sammansättningen och egenskaperna hos martensitiskt stål ger det fördelar jämfört med andra typer av stål i olika industriella funktioner.

På grund av dess kemiska sammansättning kan värme- och åldringsbehandlingar leda till att martensitiskt stål härdas och stärks. Dessa behandlingar gör martensitiskt stål till ett idealiskt alternativ vid tillverkning av mekaniska ventiler och instrument, turbindelar, medicinska instrument och andra tillämpningar och produkter.

Sammansättning av martensitiskt stål

Krom utgör vanligen 11,5-18 % av sammansättningen av martensitiskt stål, tillsammans med 1,2 % kol och nickel. Medan den lägre nickelhalten gör det mindre korrosionsbeständigt i jämförelse med andra typer av rostfritt stål, resulterar den höga kolprocenten i att stålet har en molekylär struktur som är särskilt robust.

Mangan, nickel och molybden hör till de andra legeringselementen i martensitiskt stål.

Bearbetning av martensitiskt rostfritt stål

Rapid Cooling Martensitic Steel

Typ 410 rostfritt stål, 420 rostfritt stål och 440A rostfritt stål är bland de vanligaste typerna av martensitiska stål. Dessa martensitiska rostfria stål reagerar på värmebehandling ungefär som stållegeringar med högt kolinnehåll. Kolinnehållet definierar den maximala släckta hårdheten hos det rostfria stålet.

Härdning av stålet till höga temperaturer som sedan följs av en snabb kylningsprocess resulterar i härdning. Den höga härdbarheten hos martensitiska legeringar innebär att detta ofta kallas ”lufthärdning”.

Materialet återuppvärms vanligen vid låga temperaturer för att spänningsavlasta mikrostrukturen, eller så återuppvärms det till något högre temperaturer för att härda (mjuka upp) materialet för att uppnå mellanliggande hårdhetsnivåer. Detta beror på den spröda strukturen hos det härdade martensitiska materialet.

Uppvärmning av legeringen till strax under dess kritiska temperatur resulterar i processglödgning. En längre nedkylning efter upphettning av legeringen till strax över den kritiska temperaturen resulterar däremot i fullständig glödgning.

Typer av martensitiskt stål

Kolinnehållet i det martensitiska stålet innebär att det i sin tur kan delas upp ytterligare i två olika typer.

Lågt kolinnehåll i martensitiskt stål

Med sitt låga kolinnehåll på mellan 0.05% till 0,25% har de lågkolhaltiga versionerna av martensitiskt stål större möjligheter till tillverkning, ger högre korrosionsbeständighet och är i allmänhet starkare.

Högkolhaltigt martensitiskt stål

Högkolhaltigt martensitiskt stål har vanligen en högre kolhalt: mellan 0,61% och 1,50%. En ökad kolhalt gör stålet starkare eftersom kolet stärker den molekylära strukturen. Det är svårt att svetsa stålet eller enkelt forma det till andra former på grund av att det är sprödare.

Typ 410 rostfritt stål

Typ 410 rostfritt stål är en martensitisk rostfri stålsort som betraktas som en martensitisk stålsort för allmänna ändamål. Den kan användas vid tillverkning av kolvar och ventiler samt fästelement, fjädrar, stift, bestick, hårdvara, pistolklämmor, mikrometerdelar, turbinblad, pumpstänger, kolsorter, muttrar och bultar, beslag, kullager, pumphjul och axlar.

Förändringar i värmebehandlingarna för härdning och anlöpning ger olika hårdhetsnivåer.

Typ 410 levereras vanligen i glödgad form, men typ 410 kan också levereras med en minimihårdhet på RC35 för mätare mindre än 0,040 ”. En kallvalsad version med en minsta draghållfasthet på 110000 psi är ett annat leveransalternativ.

Typ 420 rostfritt stål

Det rostfria stålet av typ 420, som täcker ett ganska brett utbud av hårdhetsnivåer i både dess härdade och härdade former, har ett kolområde från 0,15 % till 0,45 % kolhalt.

Värmebehandling, inklusive kallvalsning med en minsta draghållfasthet på 120000 psi, innebär att rostfritt stål av typ 420 kan tillhandahållas på olika kolnivåer för att uppfylla specifika krav på hårdhet eller mekaniska egenskaper

Olika hårdheter kan erhållas via värmebehandlingscykler, vilket gör att typ 420 är önskvärd där härdade produkter är nödvändiga för specifika tillämpningar. Denna stållegering kan härdas till mellan RC40-50.

Typ 420 rostfritt stål kan användas i en mängd olika tillämpningar, inklusive fästelement, bestick, kirurgiska verktyg, maskindelar, skjutvapen, bussningar och ventiltrim.

Typ 440 rostfritt stål

Typs 440A rostfritt stål har visserligen begränsad formbarhet i glödgat tillstånd, men har en större härdningsförmåga än typ 410 eller typ 420.

Med en härdningsförmåga på över RC50 är denna typ av rostfritt stål ytterst lämplig för stansning till bladtillämpningar. Bladen förblir vassare och längre på grund av den höga hårdheten hos denna kvalitet.

Typiska användningsområden är bland annat:

• Lager
• Beskärning
• Kirurgiska instrument

I tillämpningar där korrosionsbeständighet och hög hårdhet är viktiga, används även typ 440A.

Andra martensitiska kvaliteter

Mindre vanliga martensitiska kvaliteter med särskilda krav på kemisk sammansättning och/eller mekaniska egenskaper än de som anges ovan finns också på marknaden. De vanligaste martensitiska stålsorterna är dock typ 410, 420 och 440.

Karaktäristika för martensitiskt stål

Martensitiskt stål har flera egenskaper (förutom hållfastheten) som skiljer det från andra typer av rostfritt stål. De martensitiska rostfria stålsorterna täcker ett brett spektrum av tillämpningar och används för att bekämpa jämförelsevis milda korrosiva förhållanden eller för att skapa maximal styvhet och styrka för kallformade delar.

Då de delar många av samma egenskaper grupperas de martensitiska stålsorterna tillsammans när tillverkarna specificerar stållegeringar.

Svetsbarhet

De flesta former av martensitiskt stål reagerar inte gynnsamt på svetsning eftersom de typiskt sett är spröda. När de är släckta och härdade är det sprödheten hos martensitiskt stål som ökar dess användningsområden.

Släckning och härdning innebär att metallen värms upp och sedan kyls ner för att snabbt sätta den på plats. Rostfria martensitiska stål med hög kolhalt rekommenderas i allmänhet inte för svetsade tillämpningar, men rostfritt stål av typ 410 kan svetsas med relativt lätt.

Magnetism

Den kristallliknande molekylära strukturen kan vara magnetisk om det finns järn i den martensitiska stållegeringen. Många typer av martensitiskt stål är magnetiska. Detta kan göra det lättare att sortera metaller, men det kan göra tillverknings- och svetsprocesser svårare. Martensitiska stål är magnetiska i både härdat och glödgat tillstånd.

Formbarhet

En metalls förmåga att formas till olika former utan att gå sönder eller spricka kallas dess formbarhet. När kolhalten ökar minskar det martensitiska stålets formbarhet. Även om det är möjligt är former med lågt kolinnehåll inte idealiska för formning.

Hög hållfasthet

Martensitiska rostfria stål används ofta, men inte alltid, när höga mekaniska egenskaper är nödvändiga. Deras grad av korrosionsbeständighet begränsar deras användning mer än andra legeringar i familjen rostfria stål.

Oppmärksamma rostfläckar kan ofta förekomma på deras ytor. De kan användas i glödgat tillstånd när endast begränsad korrosionsbeständighet eller beständighet mot skalning vid förhöjda temperaturer krävs. Deras högsta korrosionsbeständighet uppnås i härdat eller härdat tillstånd.

Glödgat martensitiskt rostfritt stål

Då de ger de bästa formningsegenskaperna levereras de martensitiska kvaliteterna vanligen till tillverkarna i glödgat tillstånd. Hårdnande värmebehandling följer i allmänhet efter formningsoperationer.

I jämförelse med 300-serien kan de austenitiska rostfria stålkvaliteterna 410 och 420 också uppnås i kallbearbetat tillstånd vid relativt låga draghållfasthetsnivåer.

Hur skiljer sig martensitiskt stål från andra typer av rostfria stål?

De olika typerna av rostfritt stål skiljer sig åt i sin kemiska struktur och sina komponenter. Dessa faktorer bestämmer stålets beteende och dess möjliga användningsområden.

Austenitiskt rostfritt stål

Denna typ av rostfritt stål är mycket motståndskraftig mot korrosion och är en av de mest använda typerna av rostfritt stål eftersom den har ett högt krominnehåll jämfört med andra typer av rostfritt stål. Dessa stål består också av kväve, mangan och nickel.

Austenitiskt stål är svetsbart (till skillnad från martensitiskt stål), formbart och vanligtvis icke-magnetiskt. Det kan inte värmebehandlas – det kan endast härdas genom kallbearbetning.

Ferritiskt rostfritt stål

Ferritiskt stål har hög kromhalt och låg kolhalt. Detta innebär att ferritiskt stål inte är lika starkt som martensitiskt stål (på grund av det låga kolinnehållet), men det är mycket motståndskraftigt mot korrosion och är magnetiskt.

För det mesta används ferritiskt stål i köksartiklar, för konstruktion av industriella maskiner och inom bilindustrin, men ferritiskt stål är inte heller värmebehandlingsbart. De bearbetas nästan uteslutande i glödgat tillstånd.

Precipitationshärdat (PH) rostfritt stål

PH rostfritt stål tillverkas genom att man tillsätter koppar, molybden, aluminium och titan, antingen själva eller i någon kombination. Dessa metaller kan vara tre eller fyra gånger starkare än austenitiskt stål och har en relativt låg seghet.

På grund av sin unika blandning av styrka och god formbarhet används PH-stål vanligtvis inom olje- och gas-, flyg- och kärnkraftsindustrin.

Härdat martensitiskt rostfritt stål

Martensitiskt stål blir starkare och hårdare efter värmebehandling, vilket är en av dess främsta fördelar. Vid upphettning och snabb avkylning blir atomerna så kallade kroppscentrerade tetragonala, en förvrängd position som gör stålet hårdare och starkare. Ett flertal processer kan användas för att härda martensitiskt stål.

Age Hardening

Genom att värma det för att bilda utfällningar som förhindrar att defekter i stålets molekylära struktur rör sig, härdas stålet. Inlåsningen av dessa defekter gör metallen hårdare och starkare. Efter upphettning lagras det sedan i timmar vid förhöjd temperatur tills processen, som ofta används för att öka hållfastheten hos det martensitiska stålet, är avslutad.

Glödgning

Glödgning innebär att stålet upphettas för att göra stålets molekylära struktur mer homogen och avlägsna spänningar. Detta resulterar i mjukare stål som är lättare att manipulera.

Skynkning och anlöpning

Skynkning och anlöpning är en process som härdar stål genom att värma upp, snabbt kyla ner och sedan värma upp metallen igen. Metallen är hård men mycket spröd efter den första uppvärmningen och nedkylningen, men den andra uppvärmningen är avsedd att föra tillbaka stålet till en temperatur där det är duktilt.

Sammanfattning

Det finns flera typer och kvaliteter av rostfritt stål som passar in i fem huvudkategorier. Rostfritt ståls många utmärkande egenskaper gör det idealiskt för ett stort antal olika tillämpningar. Martensitiskt rostfritt stål är ett mångsidigt stål som har många praktiska användningsområden inom olika branscher.

Martensitiskt rostfritt stål är mycket mottagligt för flera former av värmebehandling som kan öka hårdhet, styrka och korrosionsbeständighet. Det martensitiska rostfria stålets styrka och korrosionsbeständighet är idealiskt för marina, industriella och medicinska tillämpningar samtidigt som dess mångsidighet kan göra det till lösningen på ett antal problem.

Denna information har hämtats, granskats och anpassats från material som tillhandahållits av Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

För mer information om denna källa, besök Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

Citat