Ve světě vysoce legovaných ocelí, kde přesnost a specifické vlastnosti materiálu rozhodují o bezpečnosti a provozu průmyslových zařízení, se termíny „ocel žáruvzdorná“ a „ocel žárupevná“ často používají zaměnitelně. I když se na první pohled může zdát, že jsou stejné, ve skutečnosti popisují dvě různé skupiny materiálů s jedinečnými vlastnostmi. Pochopení těchto rozdílů je klíčové, protože výběr správného druhu nerezové oceli má zásadní význam pro životnost a spolehlivost komponentů pracujících v extrémních podmínkách.

Svět nerezových ocelí je neobyčejně bohatý a rozmanitý. Pod pojmem „nerezová ocel“ se skrývá celá rodina slitin železa, jejichž společným znakem je zvýšená odolnost proti korozi díky obsahu nejméně 10,5 % chromu (Cr). To, co určuje jejich unikátní vlastnosti – od mechanické pevnosti, přes svařitelnost, až po magnetické vlastnosti – je především jejich vnitřní krystalická mikrostruktura.

V tomto článku se zaměříme na tři základní rodiny nerezových ocelí: feritickou, austenitickou a martenzitickou. Pochopení klíčových rozdílů mezi nimi je naprosto nezbytné pro vědomý a optimální výběr materiálu pro konkrétní aplikaci – od jednoduchých dekorativních prvků, přes pokročilé průmyslové instalace, až po přesné chirurgické nástroje.

Ve světě konstrukčních materiálů je nerezová ocel skutečnou hvězdou. Spojujeme si ji hlavně s odolností proti rzi, lesklým vzhledem a použitím в kuchyni nebo architektuře. Pod obecným pojmem "nerezová ocel" se však skrývá celá rodina materiálů s rozmanitými vlastnostmi. Zatímco oblíbené austenitické oceli (jako je slavná "kyselinka") kralují tam, kde se klade důraz především na korozní odolnost, existuje odvětví této rodiny vytvořené pro speciální úkoly – martenzitická ocel.

Je to materiál, který na první místo klade mimořádnou tvrdost a mechanickou pevnost, přičemž se smiřuje s určitým kompromisem v otázce odolnosti proti korozi (byť malým). Co přesně to je a kde se její jedinečné vlastnosti osvědčují nejlépe? Ponořme se do světa oceli se skutečně kaleným charakterem.

Žáruvzdorná ocel je materiál s výjimečnými vlastnostmi, který hraje zásadní roli v mnoha průmyslových odvětvích. Díky své odolnosti vůči vysokým teplotám a korozi se široce používá v prostředích, kde by běžné konstrukční materiály rychle selhaly.

Korozní proces je jedním z nejčastějších nepřátel oceli. Tento proces postupuje v průběhu času a může vážně oslabit konstrukce, instalace nebo spojovací prvky. Pro účinnou ochranu oceli před degradací je klíčové zvolit vhodný materiál a ochranné povlaky — v závislosti na podmínkách, ve kterých bude ocel používána.

Právě z tohoto důvodu byla vytvořena norma PN-EN ISO 12944-2:2018-02, která zavádí třídy korozní agresivity prostředí. Díky ní je snazší posoudit, jak silné je korozní působení v daném prostředí a jaká řešení budou nejvhodnější.

Výběr vhodné nerezové oceli pro práci v korozním prostředí třídy C4 (dle normy ISO 9223) je klíčový. Je nerezová ocel dostatečná, nebo je nutné použít speciální ochranný povlak? Klasifikace atmosférických korozních podmínek se provádí podle norem ČSN EN ISO 12944-2 a ČSN EN ISO 12500. Hodnocení korozivity atmosféry je dále založeno na úrovni depozice znečišťujících látek, jako je SO₂ a Cl⁻, a na měření průmyslového spadu podle norem ČSN ISO 9225, ČSN ISO 9223 a ČSN 67 04010. Korozní prostředí třídy C4 se vyznačuje vysokou korozivní agresivitou. Příklady takových oblastí zahrnují průmyslové zóny a pobřežní oblasti se středním zasolením, stejně jako chemické závody, plavecké bazény, a loděnice zabývající se opravami lodí.

Nerezové oceli

Nerezové oceli jsou slitiny železa vyznačující se obsahem chrómu nejméně 10,5 % hmotnosti a maximálním obsahem uhlíku 1,2 %. Chrom je hlavním legujícím prvkem nerezové oceli a může tvořit až 26 % hmotnosti jejího obsahu – v takovém případě má ocel vužití v agresivním prostředí. Chrom obsažený v oceli má vlastnosti, které blokují oxidaci. Prvek reaguje s kyslíkem a vytváří na povrchu oceli ochrannou vrstvu oxidu chrómu, která chrání ocel proti korozivním činidlům a činí materiál maximálně odolným vůči korozi. Ochranná vrstva se nazývá pasivní. Povlak se po poškrábání rychle regeneruje a ocelový povrch se vrací do své správné formy, přičemž si zachovává svůj lesklý lesk. Vytvoření pasivního stavu závisí především na koncentraci chrómu v oceli, korozní odolnost však zvyšují i další prvky, např. nikl. Nerezová ocel je díky svým antioxidačním vlastnostem jednou z nejoblíbenějších v použití. Jev pasivace lze pozorovat také u jiných kovů, jako je hliník a titan...

Nerezové oceli a mezikrystalická koroze

Třída definovaná (podle evropské normy) jako EN 1.4571 je nerezová ocel typu 316Ti. Lze ji nazvat základní třídou oceli typu 316 (1.4401) se stabilizační přísadou. Touto přísadou je titan. Úloha titanu v této oceli je zásadní. Je to zvláště důležité v procesu zahřívání produktu na maximální teplotu 815 °C. Po použití přídavku titanu se snižuje riziko mezikrystalické koroze. Titan spolu s uhlíkem vytváří odpovídající karbidy, které zabraňují tvorbě karbidů chrómu. Díky tomu je koncentrace chrómu na konstantní úrovni – takže nedochází k jevu mezikrystalické koroze.

Co je mezikrystalická koroze (intergranular corrosion)?
Dochází k ní, pokud roztok napadá hranice zrn, aniž by narušil jejich vnitřek. Jinými slovy jde o selektivní rozpouštění hranic zrn nebo přilehlých oblastí v důsledku procesu koroze. Faktorem způsobujícím tento proces je potenciální rozdíl mezi hranicí zrn ochuzenou o Cr (chrom) v případě karbidů chrómu - anoda a inkluzí, intermetalickou fází nebo nečistotami tvořícími se na hranici zrn. Záleží na chemickém složení a tepelném zpracování...

Nerezové oceli v potravinářském průmyslu a stavebnictví

Nerezové oceli mají své využití rovněž v potravinářském průmyslu. Tyto výrobky se vyznačují velmi dobrou odolností vůči různým korozivním činidlům, což je velmi důležité při přepravě potravin, jak rovněž při jejich zpracování. Je třeba poznamenat, že neexistují žádné jednoznačné normy, které by při tomto druhu činnosti vyžadovaly použití pouze nerezové oceli. Použití těchto ocelí vyplývá především z dlouholetých zkušeností a kladných názorů. Obecné normy stanovují (neukládají), že materiál ve styku s potravinami musí splňovat určité požadavky. Doporučuje se například používat nádoby na potraviny, které jsou odolné vůči působení potravin a zároveň v dobrém stavu – nepraskají, neloupou se atd. Nerezová ocel tyto požadavky dokonale splňuje. Navíc nepřenáší nežádoucí pachy, neovlivňuje chuť výrobků, neovlivňuje barvu...

Martenzitická ocel

Martenzitická nerezová ocel není tak odolná vůči korozi jako dříve popsané austenitické a feritické oceli, ale má výjimečně vysoké pevnostní vlastnosti a vysokou odolnost proti oděru. Obsah chrómu v oceli se pohybuje od 11,5 do 17,5%. Vyznačuje se také relativně vysokým obsahem uhlíku (od 0,08 do 0,5%), který dává vytvrzovací vlastnosti a zvyšuje úroveň tvrdosti, ale také činí materiál poněkud křehkým. Martenzitické nerezové oceli jsou nesvařitelné nebo obtížně svařitelné – výjimkou je třída 1.4006. Tyto slitiny mohou být tepelně zpracovány. Výsledná martenzitická struktura je magnetická.

Martenzitická ocel se používá v málo agresivním prostředí. Používá se pro výrobu částí zařízení vyžadujících tvrdost, jako jsou šrouby, pružiny, čepy, části čerpadel, ventily hydraulických lisů. Kromě toho se z ní vyrábí řezné nástroje, chirurgické nástroje, měřicí nástroje a další.

Feritická ocel

Nerezové oceli s feritickou strukturou mají dobré mechanické vlastnosti. Jsou materiálem s vysokou mezí kluzu, snadněji se řežou a opracovávají, mají dobrou tepelnou vodivost, vykazují větší odolnost vůči koroznímu praskání způsobenému chloridy než austenitické oceli. Základní vlastností této oceli je také magnetičnost. Feritická ocel se vyznačuje nepřítomností niklu v chemickém složení. Obsahuje však minimálně 10,5% chromu. Dalšími prvky, které tvoří slitinu, jsou molybden, hliník a titan. Feritické oceli, když jsou stabilizovány niobem, vykazují vysokou odolnost vůči deformaci.

Nedostatek drahého niklu v obsahu feritické oceli se promítá do její nízké ceny. Díky tomu nachází široké využití v průmyslu. Používá se především v automobilovém a potravinářském průmyslu a také v ropném a koksárenském průmyslu. Kromě toho se používá ke konstrukci některých zařízení v chemickém průmyslu, k vybavení kuchyní a výrobě domácích spotřebičů.

Feritické oceli lze rozdělit do pěti skupin.

Austenitická ocel

Austenitická ocel obsahuje až 0,15% uhlíku a minimálně 16% chrómu. Důležitým doplňkem je také minimálně 6% niklu, který v kombinaci s dalšími prvky zajišťuje oceli odolnost vůči korozi s trvalou austenitickou strukturou, kterou si udrží při všech teplotách. Čím vyšší je obsah legujících přísad, jako je chrom a molybden, tím vyšší je odolnost vůči korozi. Na trhu je pozorována největší světová poptávka po austenitických nerezových ocelích. Tento druh představuje přibližně 70% celkové produkce nerezové oceli. Vlastnosti, díky kterým jsou austenity tak oblíbené, jsou nejvyšší odolnost vůči korozi, dobrá plastická deformovatelnost, tažnost a svařitelnost. Mají jednofázovou strukturu, která vytváří nejpříznivější podmínky pro vznik pasivního stavu a pro zachování jeho trvanlivosti.

Nejběžnější slitiny obsahují 18% chrómu a 10% niklu, běžně označované jako 18/10.

Existuje několik způsobů, jak chemicky ošetřit povrch materiálu. Jejich cílem je získat čistý, kovový povrch.

1. Leptání
Leptání je určeno k odstranění oxidů, zejména barevného povlaku, který vzniká svařováním materiálu, a jiných zabarvení nebo náletů koroze. Efektem leptání je čistý kovový povrch, který umožňuje iniciaci přirozené samopasivace nerezové oceli na kovovém povrchu. Mezi nejběžnější prostředky pro leptání patří kyselina dusičná (HNO3) a kyselina fluorovodíková (HF). Doba potřebná pro správné leptání závisí na teplotě roztoku a stupni jeho koncentrace.

2. Pasivace
Přirozená (samočinná) pasivace nerezové oceli probíhá za přítomnosti kyslíku obsaženého ve vodě nebo ve vzduchu. V přírodních podmínkách je však proces zdlouhavý a může trvat i několik dní, než pasivní vrstva získá vhodnou tloušťku. Chemická pasivace má za cíl urychlit tvorbu pasivní vrstvy a zaručuje její rychlý nárůst až do dosažení optimální pevnosti. Pasivace se provádí ve zředěném roztoku kyseliny dusičné a doba zpracování se pohybuje od několika minut do jedné hodiny....

Hlavním rozdílem mezi žáruvzdornou a nerezovou ocelí je jejich účel. Hlavním provozním znakem nerezových ocelí je odolnost vůči korozi. Použití tohoto typu oceli může probíhat jak v pokojových podmínkách, tak i v prostředí výrazně negativních teplot, a to až do teploty cca 500°C. Takové podmínky diktují úkoly vysoké korozní odolnosti materiálů. Mechanické vlastnosti jsou v tomto ohledu méně důležité. V minulosti se ocel dělila na nerezové oceli a kyselinovzdorné oceli. V současné době se pod pojmem nerez rozumí všechny oceli, které vykazují odolnost vůči korozi a nejsou žáruvzdornou ocelí.

U žáruvzdorných ocelí je základní vlastností materiálu výrazná odolnost vůči korozi při teplotách přesahujících 500 °C. Žáruvzdorné oceli musí mít vysoké mechanické vlastnosti při teplotách nad 500 °C. Souvisí s odolností materiálu proti pomalé deformaci napětí nižších než je mez kluzu materiálu, tzv. odolnost proti tečení.

Do skupiny korozivzdorných ocelí patří kyselinovzdorné a žáruvzdorné nerezové oceli. Označení tříd nerezové oceli se pohybuje v rozmezí od 1.40 .. do 1.45 ... Žáruvzdorné oceli jsou číslovány od 1.47 ... do 1.48 ...

Shrnujíc, do teploty cca 500 °C se používají nerezové oceli. Při teplotách nad 500 °C se však používají žáruvzdorné oceli. Za takových podmínek jsou materiály vystaveny oxidaci a korozi.

Metalurgický sektor je jedním z nejdůležitějších sektorů zpracovatelského průmyslu v Polsku. Největší výrobní střediska se nacházejí ve vojvodství slezském a mazovském. Polská metalurgie ve srovnání se světovou metalurgií vypadá velmi dobře, neboť se jedná o jedno z nejmodernějších odvětví tohoto sektoru v Evropě. Díky tomu je naše země na čele, pokud jde o kvalitu vyráběné oceli a snižování emisí.

Legující prvky v oceli

Vlastnosti oceli jsou dány jejím chemickým složením. K jejímu získání se používají slitiny železa s uhlíkem a dalšími prvky, tedy legovací přísady. Jejich množství by mělo přesáhnout minimální koncentraci, při které nedochází ke změnám vlastností a struktury oceli. Nejčastěji používanými legujícími prvky jsou prvky jako: nikl, titan, vanad, chrom, křemík, molybden, wolfram, kobalt, hliník, měď, niob a mangan...

Elektrolytické leštění je jednou z nejsložitějších technik elektrochemického zpracování oceli. Hlavním účelem použití takového procesu je získat hladký povrch pocházející z reakčních produktů. Kromě základního účelu takové úpravy, tedy vyhlazení povrchu, je výrobek podroben hluboké anodické pasivaci. Díky tomu je výrobek důkladně zajištěn proti korozi. Proces se využívá i při výrobě moderních trubek, jejichž povrchy jsou tímto způsobem vyhlazeny...

DUPLEXNÍ OCEL - CHARAKTERISTIKA

Duplexní ocel (austeniticko-feritická) má vyváženou dvoufázovou strukturu s víceméně stejným podílem austenitu a feritu. Duplexní ocel má vysoký obsah chrómu - od 19 do 32% a molybdenu - až 5%. Pevnostní vlastnosti duplexních ocelí a její odolnost vůči kyselinám nebo chloridům jsou vyšší než u austenitických ocelí. Vyznačuje se také dobrou odolností vůči bodové, štěrbinové a napěťové korozi. Navíc se vyznačuje zvýšenou plasticitou, rázovou houževnatostí a tvrdostí...