Témata
Reklama

Korozivzdorné oceli jako konstrukční materiály

Největší skupinu korozivzdorných ocelí tvoří austenitické korozivzdorné oceli. Využívají se zejména v chemickém průmyslu, kde je vyžadována vysoká korozní odolnost v agresivních prostředích

Korozivzdorné austenitické oceli nacházejí aplikace hlavně v chemickém, potravinářském, farmaceutickém a energetickém průmyslu, používají se pro výrobu kuchyňských potřeb, v dopravě a nově ve velkém množství i v architektuře a stavebnictví. Výhodou je i úplný sortiment hutního materiálu (plechy, tyčovina, trubky, dráty, výkovky apod.). Korozní odolnost austenitických korozivzdorných ocelí je uváděna v řadě tabulek, diagramů a sborníků. Volbu těchto ocelí je vždy nutno provádět na základě konkrétního prostředí a pravděpodobnosti vzniku různých druhů korozního napadení s důrazem na možnost vzniku lokálních forem koroze a korozního praskání.
Reklama
Reklama
Reklama

Austenitické korozivzdorné oceli

U austenitických korozivzdorných ocelí nedochází k transformaci při tepelném zpracování, ale pouze při tváření za studena. Optimálního stavu se dosáhne rozpouštěcím žíháním a následujícím rychlým ochlazením ve vodě nebo na vzduchu podle tloušťky výrobku. V tomto stavu při optimálním chemickém složení jsou oceli nemagnetické. Přísada Ni, Mn a N ve vhodně vyváženém množství austenitotvorných a feritotvorných prvků umožňuje udržet austenitickou strukturu i za normálních a záporných teplot. Základním typem je korozivzdorná austenitická ocel obsahující 18 % Cr a 9 % Ni s obsahem uhlíku kolem 0,08 %.
Celková korozní odolnost se zlepší zvýšením obsahu Cr a Ni a legováním Mo, Cu a Si. Vyšší obsah Cr výrazně zvyšuje odolnost v oxidačních prostředích, zatímco vyšší obsah Ni zlepšuje korozní odolnost v redukčních kyselinách. Mo zvyšuje odolnost proti všeobecné korozi s výjimkou vroucích roztoků HNO3, naopak Si v množství 3 až 4 % zvyšuje odolnost proti celkové korozi ve vroucí koncentrované HNO3 s přísadou oxidačních látek a proti korozi v HCl.
Náchylnost k mezikrystalové korozi se snižuje stabilizací austenitických korozivzdorných ocelí legováním Ti nebo Nb, které jako karbidotvorné prvky vážou přednostně uhlík. Snížení obsahu C pod 0,03 % (ELC oceli - Extra Low Carbon) zaručuje homogenní austenitickou strukturu CrNi ocelí a dobrou svařitelnost bez nebezpečí vzniku mezikrystalové a nožové koroze svarových spojů. Náchylnost k mezikrystalové korozi lze snížit i stabilizačním žíháním při 870 °C.
Odolnost proti bodové a štěrbinové korozi se výrazně zvyšuje legováním Mo. Pro méně agresivní podmínky postačuje legování 2 % Mo, pro více agresivní prostředí se leguje 3 až 4,5 % Mo a výše. Odolnost proti bodové a štěrbinové korozi zvyšuje v kombinaci s Mo legování dusíkem. Austenitické korozivzdorné oceli nejsou odolné proti koroznímu praskání za napětí.

Mechanické vlastnosti

Austenitické korozivzdorné oceli mají nízké pevnostní hodnoty a nízký poměr smluvní meze kluzu k mezi pevnosti. Vyznačují se dobrou tvařitelností za tepla a za studena a dobrou svařitelností. Zvýšení pevnostních hodnot se provádí především legováním dusíkem (cca 0,3 %). Také zvýšení obsahu Mn zvyšuje pevnostní hodnoty, ale za cenu částečného snížení odolnosti proti celkové korozi. Další možností je zvýšení pevnostních hodnot deformačním zpevněním za studena, při kterém se austenit částečně transformuje na deformační martenzit, přičemž korozní odolnost není výrazně ovlivňována. Vzhledem k tomu, že austenitické korozivzdorné oceli zpevňují při tváření za studena, mají sníženou obrobitelnost. Zlepšení obrobitelnosti se dosáhne legováním S, Se a Pb, ale za cenu snížení korozní odolnosti.
Základní matrice austenitických korozivzdorných ocelí je tvořena austenitem a podle obsahu dalších legujících prvků se ve struktuře mohou vyskytovat feromagnetické fáze, jako jsou delta ferit a deformační martenzit, dále karbidy a precipitáty různých typů, sigma a chí fáze, nitridy a vměstky. Všechny tyto složky ovlivňují korozní odolnost austenitických korozivzdorných ocelí.

Chromniklové oceli

Chromniklové oceli se vyrábějí jako nestabilizované nebo stabilizované Ti a Nb. Nestabilizované typy se vyrábějí s odstupňovaným obsahem uhlíku max. 0,02 - 0,07 % a max. 0,1 %. Pro specifické použití se zvyšuje obsah uhlíku na 0,12 až 0,2 %. Stabilizované oceli se vyrábějí s obsahem uhlíku max. 0,08 a max. 0,1 %. Oceli s max. 0,03 % C se pro zvýšení pevnostních hodnot vyrábějí rovněž legované dusíkem. Ocel CrNi 18-9 s obsahem 0,2 % C se používá k výrobě nerezavějících pružících elementů. Chromniklové a chromniklmolybdenové oceli jsou nejrozšířenější austenitické korozivzdorné oceli pro všeobecné použití v chemickém průmyslu. Nejvíce používané jsou oceli typu X5CrNi18-9 a X2CrNi18-9, běžně ve světě označované jako 304, resp. 304L. Odolávají dobře v oxidačních prostředích (např. v kyselině dusičné) bez nebezpečí vzniku nožové koroze a organickým kyselinám. Široké použití mají u zařízení na výrobu a zpracování potravin, kde vyhovují z hlediska hygienických předpisů.

Chromniklmolybdenové oceli

Chromniklmolybdenové oceli se vyrábějí rovněž jako stabilizované a nestabilizované s obsahy uhlíku max. 0,03 - 0,07 % a max. 0,1 % a se středními obsahy Mo 2,25 %, 2,75 %, 3,5 % a více. Typy s max. obsahem 0,03 % C se vyrábějí rovněž legované dusíkem. Struktura CrNiMo ocelí je tvořena po rozpouštěcím žíhání austenitem s malými podíly feritu delta, který po dlouhodobé expozici v oblasti kritických teplot (450 - 850 °C) může transformovat na křehkou sigma fázi. Přísada Mo výrazným způsobem zvyšuje odolnost proti bodové a štěrbinové korozi - čím je vyšší obsah Mo, tím je tato odolnost vyšší. S rostoucím obsahem Mo se také zvyšuje odolnost proti rovnoměrné korozi v prostředí neoxidujících minerálních kyselin.
Chromniklmolybdenové korozivzdorné oceli se používají v případech, kde oceli bez molybdenu mají nevyhovující korozní odolnost. Používají se v prostředích obsahujících halogenidy, jako jsou průmyslové vody, média chladicích systémů nebo mořská voda. Tyto oceli odolávají zředěné H2SO4 a organickým kyselinám. Oceli s vysokými obsahy Mo nad 3,5 % se osvědčily na vařáky pro výrobu sulfitové celulózy a na zařízení pro její bělení.
Pro korozně více namáhaná technologická zařízení, např. pro výrobu močoviny (reaktor, striper, kondenzátor, pračky), kde vysoce agresivní látkou je meziprodukt karbaman amonný, se používají speciální CrNiMo oceli typu 03CrNiMo 18-14-3 a 02CrNiMoN 25-22-2 s přísně vyváženým chemickým a strukturním složením. Obsah feritu delta pro tyto tvářené oceli nesmí překročit 0,6 % a musí být zaručena korozní rychlost při zkoušce 5x 48 hodin v 65% vroucí kyselině dusičné na úrovní 0,3 g.m-2.hod-1.

Chrommanganové oceli

V minulosti se používala chrommanganová ocel typu 08CrMnNiN 18-8-5, především z důvodů úspory Ni. Ocel měla vyšší pevnostní hodnoty a používala se pro potravinářský průmysl, chladicí zařízení a části přístrojů, kde agresivita korozního prostředí nebyla příliš vysoká. Vývoj chrommanganových ocelí v posledních letech směřuje ke zvýšení obsahů Cr a Mn za současného zvyšování obsahu dusíku a s případným legováním Mo. Obsah uhlíku je 0,02 - 0,08 % a obsah dusíku 0,2 - 0,3 %. Tím je zajištěna stabilita austenitu a kombinace vysoké pevnosti, tažnosti a odolnosti proti opotřebení s vysokou korozní odolností. Oceli jsou bezpečně nemagnetické i po silném tváření za studena a mají vysokou odolnost proti opotřebení. Uplatňují se i v prostředích s nízkými teplotami. Jsou částečně odolné i proti bodové a štěrbinové korozi. Korozní odolnost je dobrá v mnoha oxidačních a redukčních prostředích. Chrommanganové oceli představují nový a významný trend. V minulých letech vznikla nová generace austenitických korozivzdorných ocelí s Mn a N:
  • CrMnNiN 18-15-5,5 - použití v kryogenních aplikacích;
  • CrMnNiN 20-9-6,5 - pro kryogenní aplikace, proti korozi spalnými plyny automobilů;
  • CrNiMnMoNNb 22-12,5-5-2,25 - armatury a čerpadla pro chemická a potravinářská zařízení, výměníky tepla, námořní vybavení, hřídele a pružiny;
  • CrNiMnMoN 20-18-5-5 - hluboké vrty kyselých rop a plynů, především pro přístrojovou techniku, která musí být zcela nemagnetická a musí vzdorovat vysoce agresivnímu prostředí obsahujícímu chloridy a H2S;
  • CrNiMnSiN 17-8,5-8-4 - pro prostředí s mořskou vodou, odolná proti opotřebení a zadření.
  • Vysokolegované austenitické korozivzdorné oceli

    Mezi trendy vývoje patří zavádění vysokolegovaných typů austenitických korozivzdorných ocelí se zvýšenou korozní odolností proti různým typům koroze, někdy dokonce i pro jediné konkrétní specifické použití. Zlepšení korozní odolnosti se dosahuje zvýšením obsahu Cr na 19 - 23 %, Ni do 30 % a Mo do 7 % a přísadou Cu. Pravidlem je velmi nízký obsah C a přítomnost dusíku. I přes vysoký obsah Ni nelze tyto oceli ještě klasifikovat jako odolné proti koroznímu praskání za napětí. Přísada dusíku do těchto ocelí, kromě zvýšení pevnostních hodnot, celkově zlepšuje strukturu, neboť stabilizuje austenit, potlačuje tvorbu feritu delta a rovněž zvyšuje odolnost proti celkové, bodové a štěrbinové korozi.
    Vysokolegované austenitické korozivzdorné oceli mají v první řadě vysokou odolnost proti celkové a mezikrystalové korozi jak v základním materiálu, tak i ve svarových spojích. Hlavními typy jsou X2CrNiMoCuN 20-25-4,5-1,5 a X2CrNiMoCuN 21-25-7-1, kde vyšší obsah Mo zaručuje i vyšší odolnost proti štěrbinové a bodové korozi. Jsou zvláště dobře odolné proti neoxidačním minerálním kyselinám i znečištěným halogenidům a proti silným organickým kyselinám. Použití nacházejí v zařízeních na výrobu celulózy a papíru, při výrobě chlorovaných derivátů a výměníků ochlazovaných mořskou vodou. Používají se ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu, kde je požadována vysoká čistota produktu. Velmi dobře se uplatňují v odsiřovacích zařízeních s vysokou korozní agresivitou prostředí.
    Superaustenitické oceli
    Superaustenitické oceli jsou vysokolegované typy austenitů s obsahem Ni nad 30 %, obvykle až 42 %, takže tyto oceli již lze považovat za slitiny na bázi Ni. Mají dobrou odolnost proti většině typů koroze. Při nejvyšších obsazích Ni v agresivně mírnějších prostředích již odolávají koroznímu praskání za napětí. Jsou určeny pro nejagresivnější korozní podmínky s vynikající korozní odolností proti celkové, bodové a štěrbinové korozi. Hlavními typy jsou X1CrNiMoCuN 27-31-3,5-1, X3CrNiMoCuNb 23-38-4-1, X3CrNiMoTi 24-38-6 a X3CrNIMoCu 24-38-6-2.

    Vývojové trendy

    Současné trendy ve vývoji austenitických korozivzdorných ocelí lze shrnout do těchto bodů:
  • přechází se na oceli s velmi nízkými obsahy uhlíku 0,015 až 0,02 %;
  • snížení pevnostních hodnot je kompenzováno přísadou dusíku;
  • zvyšuje se počet typů pro specifická použití ve vysoce agresivních prostředích;
  • vznikají oceli s novou konfigurací slitinových prvků (zejména zvyšování obsahu Mo zvyšuje odolnost proti bodové a štěrbinové korozi).
  • Pokračování příště
    Reklama
    Vydání #6
    Kód článku: 30613
    Datum: 18. 06. 2003
    Rubrika: ČNI / Automatizace
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Co přinese rok 2024 v oblasti automatizace?

    Řada otřesů v posledních několika letech předznamenala novou éru zvýšených geopolitických a ekonomických rizik. Výrobci jsou nuceni k tomu, aby do obchodních modelů začlenili odolnost a flexibilitu a aby přehodnotili globální dodavatelské řetězce a vztahy. Zároveň stoupá tlak na začlenění principů ESG do rozhodování o provozu (tato zkratka z anglických slov environment, social a governance označuje vliv firmy na životní prostředí, pracovní podmínky ve firmě a její vliv na společnost, celkové fungování firmy uvnitř i navenek a její transparentnost).

    Automatizace plug and play bez programování

    Automatizace má za úkol usnadnit život lidem pracujícím u obráběcích center a samozřejmě zvýšit produktivitu, zajistit stabilní kvalitu výroby a stát se úsporným opatřením v nelehkých časech. Pokud se podíváte správným směrem, nemusí být robotizace frézky nikterak nedosažitelná, i když jste třeba společnost skromnějších poměrů.

    Přeceňujeme, nebo nedoceňujeme automatizaci?

    Ať už se jedná o jakýkoli proces ve firmě nebo provozovně, má se často za to, že automatizace je tím zázračným nástrojem, který přinese efektivitu do jakékoli činnosti a jistě zajistí prosperitu a rozvoj firmy. Ano i ne, automatizace má své zastánce, ale i odpůrce, a argumenty obou táborů jsou podnětné.

    Související články
    Automatizace masové výroby vs. 3D tisk

    Automatizace ve velkých společnostech je již dlouho běžnou praxí. V posledních letech se však setkáváme s poptávkou po automatizaci i v případech malosériové výroby a u dodavatelů s kusovou výrobou. Mnohdy jde o produkty s vysokou přidanou hodnotou, ať už to jsou výrobky pro automobilový průmysl, nebo pro maloodběratele.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Automatizace v malých a velkých firmách

    Automatizace přináší velké výzvy a příležitosti, ale má i svá úskalí. Jedním z nich je otázka návratnosti investic. Velké a globální společnosti mají v tomto ohledu vždy velkou výhodu oproti malým, lokálním firmám. I menší firmy však mají šanci uspět.

    Automatizace výroby a kontrola kvality

    Stejně jako rostou požadavky na přesnější a efektivnější výrobní procesy, rostou velmi výrazně i požadavky na kvalitu produktu. Kvalita produktu je sledována již od prvopočátku, kdy je za každý vstupní komponent zodpovědný výrobce a dodavatel.

    Vzdělávání a rozvoj v provozech s automatizací

    Moderní technologie s sebou přinášejí nejen vyšší stupeň automatizace, ale i velkou míru zodpovědnosti v oblasti obsluhy těchto technologií a obecně v oblasti spolupráce mezi lidskou obsluhou a strojem. I když jsou moderní technologie na vysoké automatizované úrovní a např. koboty se dnes vyrábějí s cílem až osmiletého bezúdržbového provozu, je velmi důležité mít na paměti, že i ta nejlepší technologie na světě stále vyžaduje lidský faktor. Další díl seriálu Fenomén automatizace pojednává o přístupu ke vzdělávání a rozvoji zaměstnanců.

    Technologie stárnou stejně jako lidé

    V minulém díle našeho seriálu Fenomén automatizace jsme uvedli, jak správně vybrat dodavatele automatizace. S úspěšným výběrem dodavatele přichází na řadu výzkum a vývoj technologie, která bude zajišťovat výrobu, montáž a všeobecně zisky. Takové technologie jsou poptávány s úmyslem sloužit celé roky, jen ve výjimečných případech se staví linky pro krátkodobé použití. Automatizace má pomoci s dlouhodobými plány na celé dekády, ovšem mnohdy s sebou nese velké náklady a trvá roky, než si na sebe začne vydělávat. A pak se často začne hlásit ke slovu potřebná modernizace či únava materiálu vyžadující investice a náklady jsou opět velkým strašákem. S výběrem dodavatele jde v ruku v ruce i výběr partnera na dlouhá léta.

    Výběr správného partnera má zásadní význam

    Při výběru dodavatele automatizace pro velký závod či malou dílnu je nutné nejprve důsledně definovat požadavky na očekávané aplikace, včetně základních parametrů řízení a případné škálovatelnosti do budoucna. Benefity automatizace jsou již z předchozích dílů seriálu Fenomén automatizace jasné – šetření nákladů, minimalizace lidské chyby, urychlení procesů a zvýšení jejich efektivity. Kolik času však zabere dostat se ke kýžené vizualizaci a implementaci plánu a vize? Úspěch není vždy jen o dodavateli a technologiích, důležité je také připravit klíčové lidi ve firmě na to, co je čeká, a dát jim prostředky pro pochopení představených plánů.

    Automatizace není odpovědí na všechny otázky

    Primárním cílem zavádění automatizace a robotizace je nejen zajistit více času, jak jsme si řekli v minulém díle, ale jejím účelem je také usnadnit lidstvu složité a zdraví škodlivé úkoly. Automatizace se nasazuje v oblastech stereotypní a nebezpečné práce. Motivací firem může být i škálovatelnost, maximalizace zisku a v neposlední řadě nižší počet lidských selhání. Tento díl našeho seriálu Fenomén automatizace se zamýšlí nad tím, proč, kde a jak automatizovat, a dalšími otázkami.

    Velké výzvy pro malé společnosti

    Automatizace je fenomén, který je výsledkem přirozené lidské touhy posouvat technologický pokrok kupředu ve snaze ulehčit si vlastní život. Byť je automatizace skloňována v mnoha odvětvích, je stále v počátcích svého vývoje. To, co určuje stupeň technologické evoluce, je náročnost člověka jako uživatele a zákazníka. Automatizovat se dá prakticky jakýkoli proces. Například i koupě chytrého telefonu je ve své podstatě automatizace určitého procesu. Chytrý telefon dokáže nahradit běžný telefon, diář, hudební přehrávač a mnoho dalších aplikací. To vše lze nosit v jedné malé krabičce, která se vejde do kapsy.

    Automatizace je neskutečný fenomén

    Když se na nás František Zimmermann poprvé obrátil jako věrný čtenář, myslela jsem, že jde jen o milou pochvalu a zpětnou vazbu, která vždy potěší a kterých si velmi vážíme. V naší vzájemné komunikaci však byla schovaná také nabídka na pomoc se zpracováním aktuálních témat z naší branže. Poté, co jsem pana Františka vyzpovídala, vyšlo najevo, že má opravdu bohaté zkušenosti nejen v oblasti vývoje, zavádění automatizace a robotizace, ale také s vedením týmů operátorů i vývojových pracovníků. V průběhu roku se s vámi, čtenáři, bude dělit o vlastní zkušenosti formou desetidílného seriálu o různých aspektech zavádění automatizace. Prosím, seznamte se s Františkem Zimmermannem.

    Platforma pro edgecomputing a průmyslový internet věcí

    Systém FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive) je platforma určená pro propojení provozních zařízení, která umožňuje rychlý a spolehlivý přístup k výrobním datům s cílem využít je k naplnění koncepce chytré, propojené výroby. Dovoluje realizovat edge computing, tedy shromažďovat a zpracovávat data přímo v provozu, nikoliv až v cloudu, a umožňuje tak činit rozhodnutí, která se týkají jednotlivých strojů a zařízení, mnohem rychleji než u cloudových aplikací. Přitom zůstává zachována možnost, nikoliv povinnost, předem zpracovaná data přenášet k centralizovanému zpracování v informačním systému podniku nebo v cloudu. Účelem je nejen monitorovat, ale i aktivně zasahovat do výrobního procesu ve smyslu regulační smyčky se zpětnou vazbou.

    Školní robot pro výuku automatizace

    Vzdělávání žáků pro život v první polovině 21. století, v naší tzv. industriální civilizaci.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit