Pięć rodzin stali nierdzewnej

Jedna definicja, pięć struktur

Stal liczy się jako nierdzewna, gdy zawiera co najmniej około 10.5% chromu, wystarczająco dużo, by utworzyć cienką warstwę tlenku chromu chroniącą powierzchnię. Poza tym wspólnym korzeniem struktura krystaliczna — ustalana głównie przez równowagę niklu i chromu — dzieli stale nierdzewne na pięć rodzin.

Rodzina	Struktura	Magnetyczna?	Wiodące gatunki	Cecha charakterystyczna
Austenityczna	Regularna ściennie centrowana	Nie (po wyżarzaniu)	304, 316, 321	Najlepsza ogólna odporność na korozję i formowalność
Ferrytyczna	Regularna przestrzennie centrowana	Tak	430, 409	Bez niklu, niższy koszt
Martenzytyczna	Hartowalna, tetragonalna po hartowaniu	Tak	410, 420, 440C	Twardość przez obróbkę cieplną
Duplex	Mniej więcej połowa austenitu, połowa ferrytu	Tak	2205, 2507	Wysoka wytrzymałość, odporność na chlorki
Utwardzana wydzieleniowo	Podstawa martenzytyczna lub austenityczna + starzenie	Zazwyczaj tak	17-4PH (630)	Bardzo wysoka wytrzymałość dzięki starzeniu w niskiej temperaturze

Austenityczna — rodzina domyślna

Gatunki 304 i 316 stanowią większość całej produkowanej stali nierdzewnej. Łatwo się formują i spawają, pozostają ciągliwe do temperatur kriogenicznych, a molibden w gatunku 316 dodaje odporności na korozję wżerową w zastosowaniach morskich i chemicznych. Nie można ich hartować obróbką cieplną — tylko obróbką plastyczną na zimno. Słabości: umiarkowana wytrzymałość, podatność na korozję naprężeniową wywołaną chlorkami w podwyższonych temperaturach oraz cena podążająca za rynkami niklu i molibdenu. Są niemagnetyczne po wyżarzaniu, choć intensywna obróbka plastyczna na zimno może uczynić je lekko magnetycznymi.

Ferrytyczna — rodzina ekonomiczna

Z chromem, ale zasadniczo bez niklu, ferrytyki takie jak 430 (dekoracyjne, sprzęt AGD) i 409 (układy wydechowe) kosztują mniej i dobrze opierają się korozji naprężeniowej. Ich ograniczeniami są ciągliwość i spawalność: rozrost ziaren w strefach spoin i niższa plastyczność ograniczają je głównie do cieńszych przekrojów i umiarkowanych warunków korozyjnych.

Martenzytyczna — rodzina hartowalna

Gatunki takie jak 410, 420 i 440C zamieniają odporność na korozję na twardość: po hartowaniu i odpuszczaniu służą w sztućcach, elementach zaworów, wałach i instrumentach chirurgicznych. Ich odporność na korozję jest najniższa spośród rodzin — są „nierdzewne” w stosunku do stali węglowej, a nie w stosunku do 304.

Duplex — wytrzymałość plus chlorki

Gatunki duplex, takie jak 2205, oferują mniej więcej dwukrotnie wyższą granicę plastyczności niż 304 wraz z silną odpornością na wżery chlorkowe i korozję naprężeniową — połączenie, które uczyniło je standardem w przemyśle naftowym i gazowym, odsalaniu i chemikaliowcach. Wytwarzanie wymaga większej staranności (kontrola ciepła wejściowego), a temperatura eksploatacji jest zazwyczaj ograniczona do poniżej około 300 °C przez mechanizmy kruchości.

Utwardzana wydzieleniowo — specjaliści od wytrzymałości

17-4PH i jego krewni są obrabiani w stanie miękkim, a następnie starzeni w temperaturze kilkuset stopni w celu wydzielenia fazy umacniającej, osiągając bardzo wysokie wytrzymałości dla wałów, kół zębatych, sprzętu lotniczego i morskiego.

Uwaga o próbie magnesem

„Stal nierdzewna jest niemagnetyczna” to mit, który co tydzień wprowadza w błąd inspekcję przychodzącą. Magnetyzm wynika ze struktury krystalicznej, a nie jakości: trzy i pół z pięciu rodzin jest magnetycznych, a nawet gatunki austenityczne mogą stać się lekko magnetyczne po obróbce plastycznej na zimno. Do weryfikacji gatunku należy używać badań PMI, a nie magnesu.