Ferriittisen ja martensiittisen ruostumattoman teräksen lämpökäsittelyominaisuudet ja suorituskykyominaisuudet
3. Ferriittistä ruostumatonta terästä
Ferriittisen ruostumattoman teräksen pääalkuaine on kromi, jonka Cr-pitoisuus on 12-30 %. Tämäntyyppisellä teräksellä on yksivaiheinen-vaiherakenne, ei vaihemuutosta ja vahvat magneettiset ominaisuudet. Sen yleinen teräslaji on 430. USA:ssa kehitettiin halvempi ruostumaton terästyyppi 409 1960-luvulla alentaakseen ruostumattoman teräksen kustannuksia. Sitä käytetään laajasti autojen ja moottoripyörien äänenvaimentimissa ja viemäriputkissa, ja se kuuluu myös ferriittisen ruostumattoman teräksen luokkaan.
Tämäntyyppinen teräs on alhainen lujuus, eikä sitä voida austeniittisten terästen tapaan vahvistaa lämpökäsittelyllä. Lisäksi lämpökäsittelyn aiheuttama raekasvu on nopeampaa kuin austeniittisen teräksen ja raekoko on suurempi. Siksi lämpötilan ei tulisi olla liian korkea, jotta vältetään rakeiden kasvu ja austeniittifaasimuutos lämpökäsittelyn aikana. Yleensä lämpökäsittelyn maksimilämpötila ei ylitä 850 astetta. Taulukossa 4 on esitetty ferriittisten ruostumattomien terästen lämpötila-alue.
Taulukko 4: Ferriittisten ruostumattomien terästen lämpötila-alueet
Kun käsitellään ferriittistä ruostumatonta terästä, on välttämätöntä pitää viipymäaika 370 - 550 asteen lämpötilassa, erityisesti korkea-kromiferriittinen ruostumaton teräs. Jos materiaalia pidetään pitkään lämpötila-alueella 370-550 astetta, syntyy helposti 475 asteen murtuma, eli kovuus kasvaa, venymä pienenee merkittävästi tai muuttuu nollaan ja materiaalin korroosionkestävyys myös laskee. Kokeet ovat osoittaneet, että kun 27Cr terästä on kuumennettu 475 asteeseen 100 tuntia, materiaalin vetolujuus huoneenlämpötilassa kasvaa 50 %, myötöraja kasvaa 150 % ja venymä nollaa. Lisäksi tämän teräksen hitsausteho ei ole hyvä (hitsin lämmön{14}}vaikutusvyöhykkeen rakeet ovat vaikuttavia ja hauraita).
4. Martensiittista ruostumatonta terästä
Martensiittisen ruostumattoman teräksen ominaisuudet eroavat suuresti kahdesta ensimmäisestä ruostumattoman terästyypistä. Tämän tyyppisellä ruostumattomalla teräksellä on erilainen faasimuutospiste ja se voidaan karkaista karkaisemalla. Lisäksi sen korkean kromipitoisuuden ja hyvän sitkeyden ansiosta sen lujuutta ja sitkeyttä voidaan säätää laajalla alueella karkaisun aikana. Siksi martensiittista ruostumatonta terästä voidaan käyttää rakenneteräksenä ja työkaluteräksenä.
Kun martensiittista ruostumatonta terästä käytetään työkaluteräksenä, se on sammutustilassa. Karkaisua varten lämpötila on nostettava kriittisen pisteen yläpuolelle, jotta karbidit voivat muuttua austeniitiksi. Kun lämpötiloja nostetaan karbidien sulamiseksi, hiilen diffuusionopeus hidastuu. Tasaisen austeniittirakenteen saamiseksi kuumennuslämpötila on yleensä 50 astetta kriittistä lämpötilaa korkeampi, ja tarvitaan tietty pitoaika, jotta karbidit sulavat täydellisesti ja tasaisesti. Tietenkin liian pitkä tai liian korkeassa lämpötilassa kuumentaminen aiheuttaa epätasaista martensiitin muodostumista ja lisää jäännösausteniitin rakennetta, mikä synnyttää materiaaliin sisäisiä jännityksiä johtuen laajenemiserosta. Martensiittiteräs on teräslaji, joka on herkkä lämpöhalkeilulle. Sillä on alhainen lämmönsiirto alhaisissa lämpötiloissa ja se on erittäin altis halkeilulle, kun sitä kuumennetaan nopeasti. Siksi käytettäessä materiaaleja, joissa on suuria osia, se tulee esilämmittää ja sitten jäähdyttää nopeasti. Taulukossa 5 on esitetty martensiittisten ruostumattomien terästen karkaisulämpötilat.
Taulukko 5: Martensiittisten ruostumattomien terästen karkaisulämpötilat
Rakenneteräksenä käytettynä karkaisu (karkaisu ja hehkutus) tulee suorittaa karkaisun mukaisesti. Martensiittinen ruostumaton teräs on haurautta, ja lämpötilan ei tulisi olla alle 580 astetta. Karkaisulämpötiloista jäähdytettäessä käytetään usein öljykarkaisua hauraan lämmön välttämiseksi; On huomattava, että martensiittista ruostumatonta terästä tulee hehkuttaa pian sammutuksen jälkeen.
5. Säänkestävä-karkaistu ruostumaton teräs
Vaikka austeniittisia, ferriittisiä ja martensiittisia ruostumattomia teräksiä käytetään laajalti, niillä on silti joitain vaikeuksia käyttää rakenneteräksinä. Austeniittisen ruostumattoman teräksen myötöraja on alhainen, vain noin 200 N/mm2, eikä se vielä sovellu käytettäväksi rakenneteräksenä. Vaikka martensiittista ruostumatonta terästä voidaan saavuttaa korkea myötöraja lämpökäsittelyllä, kuten hehkutuksella ja karkaisulla, sen korroosionkestävyys on heikko. Korkeaa korroosionkestävyyttä ja lujuutta vaativiin sovelluksiin on kehitetty uudenlainen Cr-Ni-ruostumaton teräs, - säänkestävä-karkaiseva ruostumaton teräs (kutsutaan myös PH-ruostumattomaksi teräkseksi).
Uuden tyyppisen ruostumattoman teräksen lämpökäsittely sisältää hehkutuksen, täyshehkutuksen, liuoshehkutuksen, vanhentamishehkutuksen ja transformaatiokarkaisun. Sen ominaisuudet ovat:
• Se on kypsänä pehmeä ja sitä voidaan helposti muokata.
• Tarvittavat ominaisuudet saadaan aikaan asianmukaisella vanhentamiskäsittelyllä.
• Sillä on sama korroosionkestävyys kuin vastaavilla ruostumattomilla teräksillä, ja se kestää paremmin jännityskorroosiohalkeilua.
• Transformaatiosammutus on prosessi, jossa sammutetaan tietyn lämpötilan alapuolella. Sadekarkaisussa yleisimmin käytetty ruostumaton teräs on martensiittista ja sen teräslaatu on 631 (0Crl7Ni7A1). Tämän tyyppisen teräksen karkaisussa käytetään ensin liuosta, materiaali kuumennetaan 1000-1100 asteeseen ja sitten jäähdytetään nopeasti, minkä jälkeen suoritetaan vanhentamiskäsittely eri lämpötiloissa työstökoneen eri vaatimusten mukaan, kuten 621 astetta, 565 astetta ja 510 astetta vanhentamalla.
Yllä olevasta analyysistä voidaan nähdä, että ruostumattoman teräksen hehkutus on monimutkaista. Erilaisia hehkutusmenetelmiä tulisi käyttää eri teräslaatujen ominaisuuksien mukaan käyttäjien erilaisten vaatimusten täyttämiseksi.
