Świat materiałów stalowych jest znacznie bardziej złożony, niż się wydaje. Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego niektóre stale nierdzewne są mocne i odporne na korozję, podczas gdy inne są podatne na pękanie? Odpowiedź tkwi w kluczowym czynniku: zawartości ferrytu. Ten artykuł bada "wewnętrzny kod", który rządzi wydajnością stali nierdzewnej, analizując, jak zawartość ferrytu wpływa na właściwości materiału.

Ferryt, struktura krystaliczna w stali nierdzewnej, jest kluczowym wyznacznikiem właściwości fizycznych i mechanicznych stopu. Wyobraź sobie stal nierdzewną jako strukturę zbudowaną z mikroskopijnych "cegiełek" - układ tych cegiełek (mikrostruktura) bezpośrednio determinuje wytrzymałość, udarność i odporność na korozję materiału. Ferryt jest jedną z tych niezbędnych cegiełek.

Dokładniej, ferryt to przestrzennie centrowana sześcienna struktura krystaliczna żelaza, która może rozpuszczać małe ilości węgla i innych pierwiastków stopowych. W stali nierdzewnej obecność ferrytu wiąże się z następującymi cechami:

• Wysoka wytrzymałość: Ferryt przyczynia się do większej wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności.
• Odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe chlorkowe: Stale ferrytyczne dobrze sprawdzają się w środowiskach korozyjnych, takich jak zastosowania morskie lub chemiczne.
• Magnetyzm: W przeciwieństwie do austenitycznej stali nierdzewnej, ferryt jest magnetyczny - właściwość, która może być wykorzystana do wykrywania zawartości ferrytu.

Zawartość ferrytu musi być starannie zbalansowana - ani za wysoka, ani za niska - w zależności od rodzaju stali nierdzewnej. W przypadku stali duplex i super duplex zawartość ferrytu jest kluczowym wskaźnikiem, który wpływa na wytrzymałość, udarność, odporność na korozję i spawalność.

• Spawalność: Optymalna zawartość ferrytu zmniejsza ryzyko pęknięć krzepnięcia podczas spawania, co może pogorszyć integralność połączenia.
• Odporność na korozję: Nadmierny ferryt może zmniejszyć odporność na korozję w niektórych środowiskach.
• Właściwości mechaniczne: Wyższa zawartość ferrytu zwiększa wytrzymałość, ale może zmniejszyć plastyczność i udarność.

Dokładny pomiar zawartości ferrytu jest niezbędny do oceny jakości materiału. Typowe metody obejmują:

• Mikroskopię metalograficzną: Tradycyjna, ale czasochłonna metoda obejmująca badanie mikroskopowe.
• Testowanie magnetyczne: Ferrytoskop mierzy przenikalność magnetyczną w celu oszacowania zawartości ferrytu - szybka, nieniszcząca metoda idealna do testów terenowych.
• Dyfrakcję rentgenowską: Bardzo precyzyjna, ale droga i skomplikowana.

W produkcji stali i spawaniu przewidywanie zawartości ferrytu jest niezbędne. Diagram DeLonga wykorzystuje równoważniki chromu i niklu (Cr _eq i Ni _eq ) do oszacowania tworzenia się ferrytu podczas spawania. Chociaż przydatny, model ten nie jest ostateczny - należy również wziąć pod uwagę rzeczywiste warunki, takie jak szybkość chłodzenia.

Stal nierdzewna 304, szeroko stosowana w przetwórstwie spożywczym, urządzeniach medycznych i budownictwie, zachowuje się inaczej w postaci odlewanej i walcowanej:

• Odlew 304: Zawiera 8–20% ferrytu, aby zapobiec pęknięciom krzepnięcia.
• Wyroby walcowane 304: Zaprojektowane z 1–6% ferrytu, aby zapobiec pęknięciom podczas kucia; większość ferrytu rozpuszcza się po wyżarzaniu.

Wyżarzanie roztwórcze nagrzewa stal nierdzewną powyżej 1000°C, a następnie szybko chłodzi, aby zwiększyć plastyczność i udarność. Chociaż proces ten zmniejsza zawartość ferrytu, odlewana stal nierdzewna zachowuje wyższy poziom ze względu na swój początkowy skład.

W celu uzyskania dokładnych pomiarów laboratoria wykorzystują zaawansowaną mikroskopię lub wysoce czułe instrumenty magnetyczne, osiągając precyzję w zakresie 0,5–1%. Po wyżarzaniu stale austenityczne, takie jak 304, 316L, 309 i 310, zazwyczaj zawierają mniej niż 2% ferrytu.

Super duplex stale nierdzewne łączą fazy ferrytu i austenitu (40–60% ferrytu), aby zapewnić doskonałą wytrzymałość, udarność i odporność na korozję. Stopy te są idealne do wymagających zastosowań w trudnych warunkach.