Spis treści
Tworzywa ze stali mogą mieć rozmaite rodzaje, które różnią się między sobą składem, a tym samym właściwościami i możliwościami ich stosowania. Najprościej rzecz ujmując, stal można podzielić na zwykłą i ulepszoną. W tej drugiej wprowadzane są zmiany strukturalne, które nadają jej specjalnych własności. Dlatego materiały stalowe mają odmienne klasy odporności. Jak kształtuje się wytrzymałość stali nierdzewnej a zwykłej?
Czym jest stal nierdzewna i zwykła?
Żeby zrozumieć występujące różnice pomiędzy poszczególnymi parametrami danego tworzywa, należy zapoznać się z tym, czym ono dokładnie jest. Stal to stop żelaza z węglem oraz innymi pierwiastkami. W przypadku zwykłego materiału udział dodatkowych składników jest niewielki, dlatego często określa się go mianem stali węglowej.
Węgiel odpowiada za wytrzymałość mechaniczną stopu. Im większa jego zawartość, tym wyższy ten parametr. Jednak wzrost udziału karbonu w stali oznacza także większą podatność na korozję. Dlatego produkowana jest również stal nierdzewna, która ma zwiększony udział węgla w składzie, co poprawia jej odporność na uszkodzenia, a jednocześnie jest ona wzbogacana o dodatkowe pierwiastki, których zadaniem jest stworzenie powłoki pasywnej. Dzięki temu stal staje się wytrzymała na szkodliwe działanie wody oraz wilgoci i przestaje być podatna na procesy korozyjne.
Jak uzyskuje się nierdzewne właściwości stali?
Żeby stworzyć materiał, który nie będzie niszczył się w wyniku działania wody, należy wzbogacić stop o chrom. Udział tego dodatku w stali nierdzewnej stanowi min. 10,5% składu. Jak wpływa to na właściwości mechaniczne stali nierdzewnych? Przede wszystkim chroni przed niszczeniem nie tylko w wyniku kontaktu z wilgocią, ale także przed innymi destrukcyjnymi chemicznymi reakcjami, do jakich mogłoby dojść przez reagowanie na rozmaite związki znajdujące się w otaczającym środowisku (np. korozja gazowa lub kwasowa).
Nierdzewność stali może mieć różne stopnie. Żeby poprawić ochronę przed korozją, należy dodać więcej chromu do stopu, a także wzbogacić go o inne pierwiastki. Najlepsze tego typu tworzywa mają w składzie aż 18% chromu oraz 8-11% niklu. Większy udział pierwiastków dodatkowych zmienia mechaniczne właściwości stali nierdzewnych. Są one zatem różne w zależności od jej rodzaju. Żeby je ocenić, należy przeanalizować rozróżnienie typów stali antykorozyjnej.
Najbardziej odporna na korozję jest stal austenityczna, która wytrzymuje nawet działanie kwasów. Jej właściwości mechaniczne są jednak najsłabsze spośród pozostałych typów stali nierdzewnej, czyli: ferrystycznej oraz martenzytycznej. Ta ostatnia dostępna jest w wielu różnych wariantach. Wersje wzmocnione większą zawartością węgla, molibdenem i wanadem wykazują bardzo wysoką twardość i wytrzymałość na rozciąganie.
Twardość stali nierdzewnej a zwykłej
Sprawdzając twardość stali nierdzewnej a zwykłej, można zauważyć, że warianty węglowe są twardsze, a zatem mają również większą wytrzymałość na rozciąganie. Trzeba jednak pamiętać, że nie nadają się one do stosowania w trudnym środowisku, w którym stal narażona będzie na kontakt z wodą, wilgocią, kwasami i innymi czynnikami, które wywołują powstawanie procesów korozyjnych.
W stali węglowej za twardość odpowiada stężenie węgla w składzie. Działa tu zasada, wedle której im więcej tego pierwiastka, tym twardszy materiał. Jednak tak jest tylko do pewnego stopnia. Najlepsze właściwości stal węglowa uzyskuje przy zawartości karbonu na poziomie ok. 0,85%. Twardość stali zbliża się wtedy do wartości 1000 w skali HB, czyli mierzonej tzw. metodą Brinela. Jeżeli udział węgla w stopie wzrasta powyżej tej granicy, zmienia się jego struktura i maleje stopień twardości.
Twardość stali nierdzewnej a zwykłej jest zazwyczaj mniejsza. Najmocniejsze warianty sięgają wartości blisko 610 HB (najmocniejsze węglowe poniżej 1000 HB, ale wśród nich są też wersje o mniejszej wytrzymałości od stali nierdzewnej). Wytrzymałość stali nierdzewnej a zwykłej nie jest jedynym parametrem, który należy jednak brać pod uwagę przy ocenie jej zasadności użycia materiału. Stal węglowa wraz ze wzrostem stopnia twardości, a tym samym wytrzymałości, traci bowiem na innych polach. Staje się ona mniej plastyczna, a także znacznie zmniejszają się jej właściwości technologiczne, a przede wszystkim następuje pogorszenie możliwości spawalności, co często wyklucza jej zastosowanie przy różnych inwestycjach.
Stal nierdzewna dużo lepiej znosi także obróbkę termiczną. Zachowuje ona o wiele większą wytrzymałość przy oddziaływaniu temperatury wyższej od 500 st. C., jak również sztywność w środowisku powyżej 300 st. C. Biorąc pod uwagę wszystkie te informacje, należy stwierdzić, że właściwości mechaniczne stali nierdzewnych są bardzo wysokie.
Podsumowanie
Maksymalna wytrzymałość stali nierdzewnej a zwykłej jest mniejsza, jednak wciąż stoi na wysokim poziomie. Co więcej, często to stal nierdzewna jest wytrzymalsza od wariantów węglowych. Przewaga tego parametru tak wyraźnie uwidocznia się tylko w najlepszych wariantach, czyli tych, w których zawartość węgla kształtuje się na poziomie 0,85%. Stal węglowa, w której występuje mniej karbonu, traci twardość, a tym samym wytrzymałość, która może być dużo niższa, od tej, jaką wykazuje solidna stal nierdzewna. Co więcej, stal nierdzewna jest odporna na korozję i działanie wysokich temperatur, dlatego może być stosowana w ekstremalnym środowisku.
