Sprężyste Kołki Zwijane typu 316 ze stali nierdzewnej

W tabeli 1 porównano skład chemiczny rodzajów austenitycznej stali nierdzewnej stosowanych do produkcji sprężystych kołków zwijanych. Termin „austenityczna” odnosi się do struktury metalu i klasyfikuje stal nierdzewną jako niepodatną na obróbkę cieplną, niemagnetyczną w stanie całkowicie wyżarzonym oraz posiadającą zdolność do utwardzania przez zgniatanie.

Zanim przejdziemy do szczegółów dotyczących typu 316, warto najpierw krótko wyjaśnić, w jaki sposób stopowane są typy 302 i 304 oraz co pozwala każdemu z nich osiągnąć swoją odporność na korozję.

*Pojedyncze wartości są wartościami maksymalnymi

Tabela 1
Skład chemiczny (%) gatunków stali nierdzewnej austenitycznej stosowanych w sprężystych kołkach zwijanych SPIROL

Każda ze stali nierdzewnych serii 300 przedstawionych w tabeli 1 zawiera więcej niklu niż stal nierdzewna typu 420 oraz ma wyższą zawartość chromu. (Stal nierdzewna typu 420 zawiera 0,5% niklu i 12–14% chromu.) Dzięki temu stal nierdzewna serii 300 charakteryzuje się wyższą odpornością na korozję, a mianowicie na korozję wżerową i korozję naprężeniową. Ponadto stale nierdzewne serii 300 mają mniejszą zawartość węgla niż niektóre inne rodzaje stali nierdzewnej, co pomaga im osiągnąć wyższą odporność na korozję poprzez ograniczenie możliwości tworzenia się węglików na granicach ziaren, co ostatecznie powoduje korozję międzykrystaliczną (znaną jako uczulenie).

Główną różnicą w składzie chemicznym między typem 316 a typem 302/304 jest to, że typ 316 jest stopiony z 2–3% molibdenu, co zwiększa odporność na korozję wżerową poprzez poprawę trwałości warstwy pasywacyjnej. Warstwa pasywacyjna, zazwyczaj tlenek, to „przezroczysta, niewidoczna” warstwa na powierzchni metalu, która poprawia ochronę przed korozją. Dodatek molibdenu zwiększa również naprężenie w strukturze sieci krystalicznej, zmuszając cząsteczki do zbliżenia się do siebie, a tym samym zwiększając energię potrzebną do rozpuszczenia się atomów żelaza i dotarcia do powierzchni. Molibden ma podobny wpływ na mikrostrukturę jak chrom, dlatego typ 316 nie wymaga tak dużej ilości chromu jak typ 302/304. Aby zachować strukturę austenityczną w stalach nierdzewnych zawierających molibden, należy zwiększyć zawartość niklu. Jak widać w tabeli 1, zakres zawartości niklu dla typu 316 wynosi 10–14% w porównaniu z 8–10,5% dla typu 304 i 8–10% dla typu 302.

Pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC) to proces pękania, który może wystąpić wyłącznie wtedy, gdy materiał znajduje się w środowisku korozyjnym i poddany jest długotrwałym naprężeniom rozciągającym. Bez spełnienia jednego z tych dwóch warunków SCC nie może wystąpić. W przypadku stali nierdzewnych serii 300, wytrzymałość, MPa (ksi) twardość, maks. (HRB) 515 (75) 515 (75) 515 (75) 205 (30) 88 pękanie korozyjne pod wpływem naprężeń w środowisku chlorkowym jest jednym z bardziej powszechnych rodzajów i wiadomo, że wpływa na integralność strukturalną materiału. Istnieje wiele czynników, które mogą wpływać na SCC, w tym naprężenia przyłożone i szczątkowe, temperatura oraz cykliczne warunki zastosowania.

Istnieje wiele raportów i badań, które zostały przeprowadzone w celu analizy wpływu SCC na austenityczne stale nierdzewne, ale ze względu na wiele zmiennych i czynników, takich jak naprężenia, skład chemiczny i warunki środowiskowe, trudno jest zastosować uniwersalną korelację między różnymi rodzajami stali nierdzewnej i ich reakcjami. Dlatego ważne jest przeprowadzenie badań pod kątem konkretnych wymagań zastosowania.

Oto lista kilku roztworów chlorków, które mogą powodować korozję międzykrystaliczną (SCC) stali nierdzewnej serii 300²:

• Chlorek amonu
• Chlorek wapnia
• Chlorek kobaltu
• Chlorek litu
• Chlorek magnezu
• Chlorek rtęci
• Chlorek sodu
• Chlorek cynku

Ten rodzaj korozji zazwyczaj nie stanowi problemu w przypadku stali nierdzewnej serii 300, ponieważ wymaga utrzymywania kołków w wysokiej temperaturze (powyżej 800ºF/430ºC) przez dłuższy czas. Jest to jednak problem w przypadku innych produktów wytwarzanych ze stali nierdzewnej serii 300, które wymagają spawania lub poddania działaniu wysokich temperatur. Sprężyste kołki zwijane ze stali nierdzewnej serii 300 nie są poddawane obróbce cieplnej i nie są zalecane do spawania, dlatego korozja międzykrystaliczna występuje rzadko, ponieważ nie są one narażone na działanie wysokich temperatur.

Ponieważ stale nierdzewne serii 300 (i wszystkie austenityczne) mogą ulegać utwardzeniu w wyniku obróbki na zimno, wykazują one szeroki zakres właściwości mechanicznych. Obróbka na zimno zmienia twardość i magnetyzm stali nierdzewnych serii 300. Tabela 4 poniżej przedstawia właściwości mechaniczne austenitycznych stali nierdzewnych typu 302, 304 i 316 w stanie wyżarzonym.

Tabela 4
Minimalne właściwości w temperaturze pokojowej, stan wyżarzony³

Gdy dowolna ze stali nierdzewnych serii 300 jest w pełni wyżarzona, jest niemagnetyczna, a jej magnetyzm wzrasta w miarę utwardzania przez obróbkę. Typ 302/304 wykazuje większą przenikalność magnetyczną w wyniku utwardzania przez zgniatanie.

W przypadku kołków sprężystych typ 302/304 jest najczęściej stosowaną austenityczną stalą nierdzewną i z tego powodu są one zazwyczaj zamawiane w większych ilościach w porównaniu z typem 316. W związku z tym kołki sprężyste ze stali nierdzewnej typu 302/304 zazwyczaj kosztują mniej i są łatwo dostępne.

Istnieje wiele zastosowań, które mogą wymagać wyższej odporności na korozję niż zapewnia typ 302/304. Niektóre z nich zostały szczegółowo opisane w tabeli 5. Sprężyste kołki zwijane ze stali nierdzewnej typu 316 ograniczają korozję wżerową występującą w tych zastosowaniach, ponieważ są one narażone na działanie różnych agresywnych chemikaliów (patrz tabela 3).

Tabela 5
Zastosowania i branże przemysłu wykorzystujące sprężyste kołki zwijane ze stali nierdzewnej typu 316 (Uwaga: typ 302/304 może być wystarczający)