Rezervor capac flotant - tminox.com.ro · PREWRI PROMOTIONALE INOX -inox.ro
Inox Austenitic
-
Upload
mihaela-veca -
Category
Documents
-
view
575 -
download
0
description
Transcript of Inox Austenitic
1
I. OTELURI INOXIDABILE Conventional, au fost denumite oteluri inoxidabile, aliajele Fe-C-Cr, care contin cel
putin 12% Cr si au o participare sub 0,1% C. Continutul de 12% Cr confera otelurilor
proprietatea de a se acoperi de un strat pasiv alcatuit in principal, din oxizi de crom si este
aderent, dens, impermeabil si putin solubil, fapt care-l face rezistent in multe medii agresive.
Otelurile inoxidabile isi datoreaza proprietatea de baza, rezistenta la coroziune,
fenomenului de pasivare bazat pe formarea unui film protector pe suprafata produselor.
Acest film aderent, continuu si implicit, protector (un oxid in majoritatea cazurilor) este stabil
si se pastreaza timp indelungat in multe medii. Aceasta stare de pasivitate a otelurilor
inoxidabile, se datoreaza prezentei cromului si se obtine la o concentratie de 12% Cr,
concentratie de la care otelul devine inoxidabil feritic (martensitic), in functie de continutul
de carbon.
S-au creat diverse marci de oteluri inoxidabile, adaugand aliajelor Fe-C-Cr diverse
elemente de aliere ca: nichel, molibden, mangan, cupru, titan, niobiu, siliciu, bor, aluminiu,
care au ca scop marirea rezistentei la coroziune si imbunatatirea proprietailor mecanice si
fizice.
I.1. CLASIFICAREA OTELURILOR INOXIDABILE
Elementele de aliere ale otelurilor au ca scop principal marirea rezistentei la
coroziune si imbunatatirea proprietatilor mecanice si fizice. Aceste elemente de aliere pot fi
alfagene (Cr, Mo, Si, Ti, Nb), care maresc domeniul de existenta al solutiei solide (α) si
gamagene (C, Ni, Mn, N) care maresc domeniul de existenta al solutiei (γ).
Structura otelurilor depinde de participarea elementelor cu caracter alfagen si
gamagen din compozitia lor. Cromul si nichelul sunt elemente reprezentative pentru
elementele alfagene, si respectiv gamagen, structura otelurilor inoxidabile fiind afectata de
raportul dintre echivalentul in crom si echivalentul in nichel: ECr si ENi.
ECr = Cr + Mo + 1,5 Si + 0,5 Nb
ENi = Ni + 30 C + 0,5 Mn + 30 Ni
unde: - Cr, Mo, Si, Nb - reprezinta continutul procentual al acestor elemente;
- Ni, C, Mn, N - reprezinta continutul procentual al acestor elemente;
2
Tinand cont de aceste relatii de calcul ale echivalentelor, structura otelurilor
inoxidabile, in cazul racirii rapide, va fi cea prezentata in diagrama Schaeffler.
Fig.1.1. Diagrama Shaeffler
Daca se tine seama si de influenta temperaturii de laminare a otelurilor, relatiile de
calcul ale echivalentelor ENi si ECr vor fi :
ECr = Cr + 3 Si + Mo
ENi
= Ni + 21 C + 0,5 Mn + 11,5 N
si diagrama Schaeffler se va transforma si va avea aspectul din figura de mai jos:
% ENi
32
24
16
8
0 0 8 16 24 32 40 %ECr
A
A+M
0%F
5%F
10%F
20%F A+F
% ENi
32
24
16
8 0 8 16 24 32 40 %ECr
A A+M
F+M
0%F
5%F 10%F
20%F
40%F 80%F
100%F
3
Fig.1.2. Diagrama Schaeffler
In cazul microalierii cu titan si niobiu se recomanda folosirea relatiilor:
ECr = Cr + 3 Si + Mo +10 Ti’ (sau + Nb’)
ENi = Ni + 0,5 Mn + 21 C’
unde:
- C’ = 0,03%
- Ti’= Ti - 4[(C-0,03)+N];
- Nb’= Nb - 8[(C-0,03%)+N].
In functie de raportul ECr/ENi
E
, se pot obtine diverse structuri ale otelurilor inoxidabile.
Cr/E STRUCTURA Ni F M A F+M M+F A+F A+M A+M+F
0,04÷1,6 0,1÷2 0,1÷8 1,6÷4 2÷12 4÷13 4÷18 4÷25
Clasificarea otelurilor inoxidabile se face in functie de matricea structurala[16]:
1. Oteluri inoxidabile martensitice
2. Oteluri inoxidabile feritice
3. Oteluri inoxidabile austenitice.
1. Oteluri inoxidabile martensitice se caracterizeaza printr-un continut ridicat de
crom, 12÷17% si continut mai mare de carbon, peste 0,1%C. In unele cazuri procentul de
carbon atinge valorile 0,4÷0,5 si mai rar valoarea 1,0. Pentru a le mari rezistenta la oxidare
la cald, li se adauga siliciu, iar pentru marirea tenacitatii sunt aliate cu 2÷4% Ni. Unele
calitati ale otelurilor martensitice contin si adaosuri de titan. In functie de continutul de
carbon si crom, aceste oteluri se clasifica in mai multe grupe.
4
2. Oteluri feritice se caracterizeaza printr-un continut de 0,1÷0,35% C si 15÷30%
Cr. Acestea sunt oteluri monofazice si deci nu sufera transformari structurale la incalzire si
racire. La anumite concentratii de carbon si crom, pot aparea partial transformari structurale
martensitice.
Otelurile inoxidabile feritice prezinta o rezistenta la coroziune superioara celor
martensitice si un pret de cost mai mic decat cele austenitice.
Prin asocierea diverselor elementelor de aliere ale otelurilor feritice, s-au creat
diverse marci de oteluri, care prezinta o structura pur feritica, sau o structura feritico-
martensitica. Prin adaugarea diverselor elemente de aliere ca: Ni, Cu, Al, Mo, Ti, Nb si
reducerea continutului de carbon se imbunatateste comportarea metalurgica la sudare si
permite prelucrarea lor prin presare la rece.
3. Oteluri inoxidabile austenitice se caracterizeaza printr-un continut scazut de
carbon (C<0,1%), un continut de 12÷25%Cr si 8÷30% Ni, avand o anumita proportie de
echivalent in elemente alfagene si gamagene si o stabilitate a austenitei pana la temperaturi
foarte scazute. Aceste oteluri prezinta performante mari, dar si un pret de cost ridicat si au
caracteristici mecanice deosebite: rezistenta buna la coroziune, se prelucreaza usor prin
deformare plastica si o comportare buna la sudare. Utilizarea otelurilor austenitice este
limitata uneori de slaba rezistenta la coroziune sub tensiune, mai ales in medii formate din
solutii de cloruri si la temperaturi ridicate.
2. CLASIFICAREA OTELURILOR INOXIDABILE AUSTENITICE
1. Oteluri austenitice Cr-Ni se caracterizeaza printr-un continut scazut de carbon si
o proportie de 8÷18% Cr si Ni. Se fabrica oteluri austenitice cu proportia Cr-Ni de : 12-12;
18-2; 18-10; 18-8; 20-12; 25-12; 25-20.
Pentru a le mari rezistenta la oxidare la temperaturi ridicate, acestor oteluri li se
adauga siliciu, fapt care contribuie la suprimarea sensibilitatii la coroziune sub tensiune si
ameliorarea comportarii in medii nitrice foarte oxidate.
Combaterea coroziunii intercristaline se realizeaza si prin adaosuri de titan, niobiu in
proportie de 5× %C. Cresterea prelucrabiliatii prin aschiere se realizeaza prin adaosuri de
sulf sau seleniu. Reducerea pretului de cost al acestor oteluri se poate face prin inlocuirea
partiala a nichelului, care este scump, cu mangan sau azot.
5
2. Oteluri austenitice Cr-Ni-Mo sunt oteluri austenitice 18-8 Cr-Ni carora li se
adauga 2÷4% Mo, cu scopul de a mari rezistenta la coroziune in solutii de acid sulfuric,
cloruri sau acizi organici.
Cresterea rezistentei la coroziune a otelurilor Cr-Ni-Mo se poate face prin adaos de
1÷2% Cu sau 2÷4% W si a stabilizatorilor Ti si Nb. Continutul de carbon al acestor oteluri
trebuie sa fie foarte mic (C<0,03%).
3. Oteluri austenitice Cr-Ni-Mn-N sunt caracterizate de un adaos de mangan, care
provoaca modificari ale vitezei critice de racire, dar mentine structura austenitica la
temperatura ambianta.
Otelurile austenitice Cr-Mn sunt sensibile la coroziunea intercristalina, rezistenta la
coroziune neputand fi imbunatatita, deoarece nu se admita peste 15% Cr si nu se pot folosi
adaosurile de titan si niobiu, deoarece s-ar restrange domeniul de existenta al austenitei.
Alierea cu 2÷6% Ni a otelurilor Cr-Mn conduce la obtinerea unei austenite stabile,
chiar daca creste Cr la 20%, si conduce totodata la cresterea rezistentei la coroziune.
Azotul poate fi folosit ca element austenitizant in otelurile Cr-Mn si amelioreaza
proprietatile mecanice ale otelurilor Cr-Mn. Adaosurile de azot inlocuiesc o parte din nichel,
contribuind la reducerea pretului de cost al otelului inoxidabil austenitic.
4. Oteluri austenito-feritice. Stuctura lor este deteminata de echilibrul intre
elementele alfagene (Cr, Mo, W, Si, Al, Ti, Nb) si elemente gamagene (C, Ni, Cu, Mn, N).
In functie de echivalentul in Cr si Ni se constata separarile domeniului austenitic de
cel austenito-feritic.
La valorile ENi =12% si ECr =19% se obtine o structura austenito-feritica, deci prin
reglarea continutului in elemente alfagene si gamagene se obtin structuri mixte de austenita
si ferita.
Aceste structuri prezinta dificultati de prelucrare la cald, iar multe dintre ele au o
anumita sensibilitate la coroziunea intergranulara si li se pot modifica proprietatile prin
durificare structurala.
Otelurile inoxidabile austenito-feritice se caracterizeaza prin continut scazut in
carbon (C ≅ 0,05%), continut de 8% Ni si 20÷22% Cr.
Se aliaza cu 2÷2,5 % Mo; 1,5% Cu; 3% Mn, reducand la 2÷3% nichelul.
3. INFLUENTA ELEMENTELOR DE ALIERE
6
INFLUENTA CROMULUI
Cromul este un element alfagen care adaugat in fier, contribuie la reducerea
domeniului γ, care se restrange sub forma unei bucle. Participarea cromului in otelurile
inoxidabile este de minim 12%.
Fig.3.3.1. Diagrama Fe-Cr
Analizand diagrama Fe-Cr rezulta ca sub temperatura de 1400°C, in functie de %Cr,
pot fi delimitate doua domenii:
- Cr < 13% - aliaje cu structura partiale sau totala γ, care pot suferi transformarea
γ→α, prin racire lenta sau rapida;
- Cr > 13% - peste aceasta limita, aliajele sunt feritice si nu pot fi supuse
tratamentelor termice..
Trebuie mentionat ca in aliajele, care au o compozitie de 45% Cr, poate apare faza σ,
care precipita pe limita grauntilor de ferita, conferindu-i aliajului fragilitate.
In aliajele Fe-C-Cr, influenta cromului este de maniera asemanatoare cu cea
prezentata la aliajele Fe-Cr, dar cu alte domenii de existenta ale fazelor α, γ si in plus apar
si carburi de crom de tipul cementitei aliate (FeCr)3C si carbura aliata CrxCy.
7
Cromul mareste rezistenta otelurilor la coroziune atat la temperatura ambianta, cat si
la temperaturi inalte, acesta crescand odata cu cresterea continutului de Cr; de la 12 % Cr
in sus, otelurile in prezenta unui mediu oxidant se pasiveaza spontan.
Cromul mareste si rezistenta otelurilor la temperaturi inalte; cu cat continutul de Cr
este mai ridicat cu atat mai mare este rezistenta otelurilor la oxidare la temperaturi ridicate.
Deoarece cromul formeaza carburi (Cr23C6) in oteluri, sub forma de solutii solide,
creste duritatea si fragilitatea otelurilor.
INFLUENTA NICHELULUI
La otelurile inoxidabile austenitice si la unele oteluri inoxidabile martensito-feritice,
nichelul este alaturi de crom, principal element de aliere. Participarea nichelului in otelurile
inoxidabile este de minim 8%, pentru cele cu structura austenitica (clasa Cr-Ni) sau de
4÷6%, pentru otelurile cu structura martensitica sau martensito-feritica.
Nichelul se dizolvain Fe γ si-i extinde domeniul de existenta, actionand asupra
coborarii temperaturilor punctelor critice de transformare.
Nichelul provoaca un important histerezis de transformare la incalzire-racire, fapt ce
conduce la aparitia domeniului bifazic α+γ. La concentratii de 60÷80% Ni, apare
suprastructura FeNi3
Aceasta suprastructura se dizolva in faza γ la temperaturi mai mari de 773K.
a carei prezenta nu s-a constatat in otelurile aliate cu nichel.
8
Fig.3.3.2. Diagrama de echilibru Fe-Ni.
In aliajele Fe-C-Ni, influenta nichelului este asemanatoare cu cea de la aliajele Fe-Ni,
in plus favorizand descompunerea cementitei si aparitia grafitului.
Adaugarea de nichel in otelurile cu peste 12% Cr, are ca efect aparitia unor structuri
diferite, ca urmare a actiunii gamagene a nichelului, dar caracterul inoxidabil se pastreaza.
In conditii speciale (respectiv, prin racire rapida) este suficient ca la otelurile cu 18%
Cr si mai putin de 0,5% C, adaugarea de 4% Ni sa conduca la obtinerea unei structuri
primare austenitice la temperatura ambianta.
Efectul gamagen al nichelului este si mai pronuntat daca % Ni creste la 8%. In
sistemul Fe-C-Cr-Ni, la 18% Cr si 8% Ni, domeniul γ are o extindere completa pana la
temperatura ambianta, chiar la racire lenta, daca se mentine continutul de carbon sub
0,02%.
Proprietatile de rezistenta ale otelurilor Ni austenictice scad la cresterea continutului
de nichel insa plasticitatea si tenacitatea se maresc foarte mult, au o mare capacitate de
ecruisare, influenteaza puternic coeficientul de dilatare liniara α a fierului.
Nichelul mareste rezistenta otelurilor la coroziunea in aer, apa de mare si acizi.
Se poate aprecia ca nichelul, provoaca in otelurile inoxidabile Cr-Ni doua fenomene
importante:
a. extinderea domeniului austenitic si marirea stabilitatii austenitei;
b. stabilizarea fazei σ (FeCr) la temperaturi ridicate si aparitia ei la concentratii mai
mici in crom, comparativ cu otelurile inoxidabile aliate numai cu crom.
In acest fel, a luat nastere clasa otelurilor inoxidabile austenitice Cr-Ni.
Cresterea continutului in crom si nichel va produce marirea tenacitatii si
prelucrabilitatii, prin deformare plastica si la cresterea rezistentei la rupere.
9
Rezistenta la coroziune a otelurilor inoxidabile Cr-Ni depinde in special de prezenta
in structura a carburilor de crom, respectiv de faptul daca exista o austenita cu un grad
mare de omogenizare. Daca carburile de crom se separa la limita grauntilor austenitici,
rezistenta la coroziune se va inrautati.
Pentru a obtine oteluri rezistente la coroziune se evita separarea carburilor de crom,
fie prin aliere cu titan sau niobiu, fie prin modificarea elementelor feritizante, lucru care duce
la aparitia unei cantitati de 1÷8% ferita, pe langa austenita.
Otelul sensibilizat, care are in structura si carburi de crom precipitate la limitele de
graunti, prezinta o mica rezistenta la coroziune, in comparatie cu otelul stabilizat cu titan
sau niobiu.
INFLUENTA MANGANULUI
• element gamagen;
• influenteaza puternic diagrama Fe-C, coborand domeniile care corespund punctelor A1
si A3
• otelurile aliate cu Mn prezinta o mare susceptibilitate de crestere a grauntilor de
austenita la incalzire;
;
• favorizeaza aparitia fragilitatii de revenire; creste temperatura de tranzitie ductil - fragil;
• influenteaza puternic comportarea otelurilor la tratamentul termic de calire si de revenire;
creste calibilitatea, creste susceptibilitatea la supraincalzire a grauntilor de austenita si
creste susceptibilitatea la fragilitatea de revenire;
• dupa calire si revenire inalta cresc proprietatile de rezistenta si se micsoreaza
plasticitatea;
• mareste coeficientul de dilatare termica liniara si micsoreaza conductibilitatea termica si
electrica;
• nu mareste rezistenta la coroziune.
AZOTUL: • in otelurile Cr-Ni duce la diminuarea continutului de Ni conferindu-le aceeasi structura
austenitica;
• contribuie la durificarea austenitica, otelurile Cr-Mn-Ni-N prezinta proprietati mecanice
mai ridicate;
10
• nu se poate administra azot peste 0,4% deoarece apar tendinte spre fragilizare, datorita
nitrurilor de fier ce se pot separa in timpul exploatarii otelurilor inoxidabile;
MOLIBDENUL in otelurile Cr-Ni, adaugat in proportie de 1-3% contribuie la ridicarea
proprietatilor mecanice la cald. Este un element alfagen, care stabilizeaza ferita. Molibdenul
mareste rezistenta chimica a otelurilor inoxidabile in acizi reducatori si in prezenta ionilor de
clor.
WOLFRAMUL este un element alfagen si provoaca o crestere a proprietatilor mecanice la
temperaturi joase si inalte otelurilor inoxidabile austenitice. Wolframul nu modifica rezistenta
la coroziune a otelurilor inoxidabile.
CUPRUL amelioreaza rezistenta la coroziune a otelurilor inoxidabile in unii reactivi. Se
adauga otelurilor inoxidabile pentru a mari efectul austenitizant al Ni.
TITANUL SI NIOBIUL au rol alfagen si, datorita afinitatilor fata de carbon, impiedica
formarea carburilor de crom si saracirea austenitei in acest element. Au rol de stabilizator,
respectiv de a impiedica precipitarea carburilor de crom in cazul incalzirii de lunga durata a
otelurilor inoxidabile in intervalul temperaturilor de 673...973K. Se recomanda ca, continutul
in Ti si Nb sa fie stabilit in functie de continutul in carbon (%Ti=8⋅%C, %Nb=5⋅%C).
SULFUL, SELENIUL SI FOSFORUL se adauga uneori otelurilor inoxidabile, pentru a le
usura prelucrabilitatea prin aschiere.
Pentru a mari rezistenta otelurilor austenitice Cr-Ni la temperaturi ridicate li se
adauga SILICIU. Adaosurile de siliciu contribuie la suprimarea sensibilitatii la coroziune sub
tensiune si la ameliorarea comportarii in medii nitrice foarte oxidante.
4.TRANSFORMARI STRUCTURALE SI PROPRIETATILE OTELURILOR
INOXIDABILE AUSTENITICE
11
Modificarile structurale ce se pot realiza in otelul austenitic, prin incalziri si raciri in
domeniul cuprins intre temperatura ambianta si punctul de inceput de topire, sunt destul de
nesemnificative cantitativ.
Incalzirea in domeniul austenitic este insotita de dizolvarea carburilor de crom, peste
limita de solubilitate, variabila cu temperatura (solvul) si de ulterioara crestere ireversibila a
grauntelui austenitic. Aceasta crestere nu este atat de accentuata si de periculoasa, ca in
cazul otelurilor feritice.
Racirea rapida din domeniul austenitic, mentine structura austenitica metastabila la
temperatura ambianta, fara sa sufere imbatranirea naturala. Acest tratament cunoscut sub
denumirea de calire de punere in solutie faciliteaza extinderea domeniului procentului de
carbon din aceste oteluri la 0,05÷0,15%C.
Reincalzirea otelurilor in domeniul 500÷800°C duce la precipitarea carburilor de
crom, cauza cunoscutului fenomen de coroziune intercristalina.
Atfel, folosirea otelurilor inoxidabile austenitice trebuie facuta deseori cu prudenta,
datorita metastabilitatii austenitei. Astfel, in anumite conditii, austenita se poate transforma
in martensita, ceea ce poate provoca modificari insemnateale proprietatilor otelului. In
conditii severe de functionare sunt necesare tolerante dimensionale stricte, absenta fazei
feromagnetice, tenacitatea ridicata a cusaturii sudate (atat in metalul de baza, cat si in zona
influentata termic), cerinte care nu pot fi satisfacute de o austenita metastabila.
Este cunoscut faptul ca in materialele metalice, martensita se poate forma:
♦ la racire rapida (de la temperatura de austenitizare, la temperatura ambianta),
obtinandu-se martensita de racire;
♦ sub actiunea unor tensiuni, odtinandu-se martensita de tensiuni;
♦ in timpul deformarii plastice, obtinandu-se martensita de deformare plastica;
♦ in timpul hidrogenarii catodice.
In aliajele Fe-Cr-Ni, in urma transformarii martensitice, din austenita metastabila
(CFC), se formeaza fie faza martensitica α’ (CVC), fie faza martensitica ε (HC). Compozitia
chimica a otelului poate influenta aparitia uneia sau alteia din aceste faze, cat si a diferentei
de energie dintre aceste doua faze.
Studiile lui Eichelman si Hull au aratat ca nichelul, cromul, manganul, carbonul
azotul, siliciu si cobaltul (la care s-a adaugat aluminiu, toriu, vanadiu, wolfram) deplaseaza
la temperaturi mai joase MS
S-a aratat ca cele doua faze martensitice ε si α’ sunt faze metastabile, care la
temperaturi inalte se transforma in faza γ. Analiza prin raze X a aratat ca transformarea
, acesta depinzand liniar de compozitia chimica.
12
inversa martensita ε→γ are loc in intervalul de temperaturi 150÷400°C, in timp ce
transformarea martensitei α’→γ, din otelul 18Cr-8Ni, deformat plastic la rece cu un grad de
reducere 50%, are loc in intervalul 400÷800°C, cu un timp de recoacere de 20 de ore. Dar,
in functie de compozitia chimca a otelului s-au identificat si alte temperaturi de transformare
ale α’→γ: fie intre 500÷600°C, fie intre 570÷850°C.
Otelurile inoxidabile austenitice Cr-Ni, au o capacitate de ecruisare prin deformare
plastica la rece, diferita de cea a celorlalte oteluri inoxidabile, in sensul ca suporta
deformatii mari, pana la rupere, simultan cu cresterea de circa 2,5 ori a tensiunii.
Durificarea prin ecruisare depinde de stabilitatea austenitei care, in functie de
compozitia, stare initiala si conditiile de deformare, poate sa se transforme partial in
martensita, fapt ce pare sa explice comportarea deosebita a acestor oteluri in cursul
deformarii plastice.
O caracteristica mecanica foarte importanta a otelurilor austenitice o constituie
pastrarea ductilitatii ridicate, la temperaturi foarte joase, apropiate de zero absolut. Aceasta
proprietate este starns legata de stabilitatea austenitei, care nu trebuie sa sufere
transformarea martensitica in cursul racirii, ceea ce presupune un continut de nichel cu atat
mai ridicat, cu cat otelul are mai putin carbon.
In stare calita, la austenita otelurilor 18-8 cu 0,05÷0,1%C, poseda, alaturi de
rezistenta la coroziune si proprietati mecanice relativ ridicate:
• R=55÷65 daN/mm2
• R
;
p o,2=20÷30 daN/mm2
• A
;
5
• KCU=10÷30 daJ/cm
=40÷60%;
• E=2×10
2 5 daN/mm2
Aceste caracteristici sunt foarte sensibile la microstructura, in sensul ca precipitarea
intercristalina a carburilor de crom reduce brusc caracteristicile de rezistenta si ductibilitate.
5. OTELURI AUSTENITICE PENTRU IMPLANTURI Necesitatea utilizarii in chirurgia ortopedica a materialelor metalice din oteluri
inoxidabile austenitice a condus la stabilirea si intocmirea unor norme specifice.
.
Specificatiile de compozitie chimica ale acestor oteluri se situeaza in general in
limitele valorilor prezentate in tabelul 5.1. Clasa A se refera la otelurile inoxidabile avand o
13
proportie de maxim 0.08% C, iar clasa B se refera la cele care au un continut in carbon de
maxim 0.03%.
Echilibrarea compozitiei chimice pentru a obtine o structura complet austenitica, fara
separari de ferita, impune orientarea continuturilor de Cr, Ni, Mn, Si, Mo in anumite limite.
Totodata aceasta orientare tine cont si de celelalte efecte pe care compozitia chimica le are
asupra caracteristicilor mecanice si fizice ale otelurilor inoxidabile austenitice.
Tabel 5.1. Specificatiile de compozitie chimica a doua oteluri
inoxidabile, din clasa A, respectiv clasa B
Element Clasa A (%)
(316)
Clasa B (%)
(316L)
Carbon max. 0.08 max. 0.03
Mangan max. 2.00 max. 2.00
Siliciu max. 1.00 max. 1.00
Fosfor max. 0.025 max. 0.025
Sulf max. 0.015 max. 0.015
Crom 16.0-19.0 16.0-19.0
Nichel 12.0-16.0 12.0-16.0
Molibden 2.0-3.5 2.0-3.5
Cupru max. 0.5 max. 0.5
Fier rest rest
Comitetul ASTM F-4, care se ocupa cu studiul materialelor pentru implant chirurgical,
a precizat specificatii standard pentru cele 3 sisteme de materiale folosite:
* otelurile inoxidabile austenitice,
* aliajele Co-Cr,
* titanul pur si aliajele de titan.
In tabelul 5.2. sunt date compozitiile a 3 tipuri de oteluri inoxidabile folosite la
fabricarea implanturilor chirurgicale: 316, 316L, 317 comparate cu specificatiile standard
ASTM F 55-66 si F 56-66.
14
Se observa ca, in general, compozitiile chimice ale celor trei oteluri se incadreaza in
limitele standard specificate de Societatea Americana pentru Testare si pentru Materiale
(ASTM).
Tabel.5.2. Compozitiile a 3 tipuri de oteluri inoxidabile: 316, 316L,
317 comparate cu specificatiile standard ASTM F 55-66 si F 56-66.
Element Compozitie
chimica
ASTM (%)
Compozitie
chimica 316
Compozitie
chimica 316L
Compozitie
chimica 317
C max. 0.08 max. 0.10 max. 0.03 max. 0.08
Mn max. 2.0 max. 2.0 max. 2.0 max. 2.0
P max. 0.03 max. 0.04 - -
S max. 0.03 max. 0.03 - -
Si max. 0.75 max. 1.0 max. 1.00 max. 1.00
Cr 17-20 16-18 16-18 18-20
Ni 10-14 10-14 10-14 11-15
Mo 2.0-4.0 2.0-3.0 2.0-3.0 3.0-4.0
Proprietatile mecanice selectate ale otelurilor inoxidabile 316, 316L, 317, comparate
cu specificatiile standard ASTM F 56 – 66 sunt prezentate in tabelul 5.3.
Tabel 5.3. Proprietatile mecanice selectate ale oteluri inoxidabile:
316, 316L, 317 comparate cu specificatiile standard ASTM F 56-66.
PROPRIETATE PRESCRIPTII ASTM TIP DE OTEL INOX
Recopt Finisat
la rece
Prelucrat
la rece
316
recopt
316L
recopt
317
recopt
Rrupere la tractiune 75000 (psi) 90000 125000 85000 78000 90000
Limita de curgere (psi) 80000 45000 100000 35000 30000 40000
Alungire (%)
40 35 12 55 55 50
15
Duritate Rockwell B95 - - B80 B76 B85
Otelul inoxidabil de calitate 316L intruneste atat cerintele stabilite de Societatea
Americana pentru Testare si pentru Materiale (ASTM) cat si cele stabilite de Organizatia
Internationala pentru Standardizare (ISO), dar trebuie sa intruneasca si specificatiile interne
ale firmelor producatoare privind compozitia chimica, uniformitatea microstructurii si
proprietatile mecanice.
Anumite implanturi, cum ar fi: firul pentru cerclaj, benzile pentru sustinere sunt
produse din otel inoxidabil 316L prin deformare plastica la rece. Acest lucru necesita
aplicatii care presupun un maxim de stabilitate a formei.
Unele implanturi de diametre mici, cum ar fi: firele Kirschner, acele Steinmann si
suruburile Schantz se pot prelucra la rece pentru a rezista la deformatiile permanente la
incovoiere.
Otelul inoxidabil 316L este complet nemagnetic, indiferent de conditiile de obtinere.
Otelurile inoxidabile austenitice cu maxim 0.08 % C, si cu continut de azot intre
limitele 0,04-0,06, se pot elabora in cuptoare electrice cu arc, eventual retopite electric sub
zgura sau cu arc in vid.
Elaborarea otelurilor inoxidabile austenitice cu maxim 0,03% C se va realiza in
cuptoare cu inductie in vid, eventual retopite electric sub zgura sau cu arc in vid, urmarindu-
se in principal asigurarea calitatii superioare a produsului.
Gradul de durificare, la prelucrarea la rece, este legat de compozitia chimica a
materialului.
Printr-un continut de nichel crescut pana la limita superioara permisa de specificatia
data pentru un anumit material, otelul devine mult mai stabil si prezinta un grad mai scazut
de ecruisare, pana la o anumita limita. Un continut de Cr de 17-20% si o proportie de
aproximativ 7% Ni vor conduce la o scadere a gradului de ecruisare.
In tabelul 5.4 este prezentat efectul prelucrarii la rece, prin gradele de reducere
realizate, asupra rezistentei la rupere in otelul inoxidabil austenitic tip 316.
Molibdenul determina o crestere a rezistentei la curgere a otelurilor inoxidabile
austenitice. Daca tragerea se executa la grade ridicate de reducere, se vor obtine
proprietati slab magnetice. Totusi, din analiza valorilor obtinute pentru permeabilitatea
magnetica se accepta ca aceste oteluri sunt nemagnetice.
16
Tabelul 5.4. Efectul prelucrarii la rece prin gradele de reducere realizate asupra
rezistentei la rupere in otelul inoxidabil 316
(%Cr =17.5, %Ni=13.4, %Mo=2.4)
GRAD DE REDUCERE (%) 0 20.8 45.0 60.8 81.0
Rezistenta la rupere (N/mm2 836.0 ) 1178.0 1599.0 1780.0 1941.0
Se observa ca rezistenta la rupere creste cu cresterea gradului de reducere, dar
scade usor odata cu cresterea continutului de nichel.
In general, rezistenta la curgere a otelurilor inoxidabile austenitice recoapte utilizate
frecvent (AISI 304 si AISI 316) este scazuta. Alierea cu azot a devenit o metoda frecvent
utilizata pentru a mari rezistenta la curgere in astfel de materiale si de aceea a aparut o nou
generatie de oteluri inoxidabile cu azot. Efectele de durificare obtinute prin adaosuri de azot
sunt considerate a fi, in general, rezultatul unei durificari puternice a solutiei solide datorita
azotului.
6.COMPORTATREA LA COROZIUNE A OTELURILOR INOXIDABILE
AUSTENITICE
Rezistenta deosebita (fata de alte clase structurale de oteluri inoxidabile si/sau
materiale metalice) este datorata, evident, formarii si mentinerii pe suprafata metalului, a
unei pelicule de protectie, care, in anumite conditii de mediu si exploatare, poate fi
rezistenta chimic si mecanic.
In conditii deosebite, referitoare la mediu, la materialul metalic si conditiile de
solicitare, in care pelicula protectoare se poate rupe, apare un fenomen de atac localizat,
care duce la distrugerea materialului metalic.
Considerand mediile apoase, otelurile inoxidabile austenitice prezinta urmatoarele
forme de rezistenta, la diferitele tipuri specifice de coroziune electrochimica : generala,
localizata, sub sarcina (tenso-fisuranta).
17
6.1.Comportarea la coroziune generala
Coroziunea generala se manifesta la contactul otelurilor inoxidabile austenitice cu
diferite medii agresive pe intreaga suprafata. Mecanismul se bazeaza pe schimbarea
continua a rolului de anod si catod a diferitelor portiuni de material. Este coroziunea cel mai
usor de detectat, fie prin pierderea masica (g/m2h), fie prin subtierea peretilor de material
(mm/an).
Otelurile inoxidabile austenitice sunt in general rezistenta in medii acide si alcaline,
cu viteze de coroziune mai mici de 0,1 mm/an. In literatura pentru evaluarea comportarii la
coroziune generala a otelurilor inoxidabile austenitice se dau tabele de rezistenta la
coroziune, in care se indica clasa de rezistenta a diferitelor marci de otel inoxidabil, (cu
conditiile de temperatura, presiune, concentratie a mediului) fie se redau diagrame de
izocoroziune, care delimiteaza domeniul in zone puternic corodabile si zone imune
(diagrame construite la viteze de coroziune constante la modificarea parametrilor mediului
de contaminare).[17].
Acidul azotic este un mediu care functie de concentratia sa poate deveni puternic
oxidant. Otelurile inoxidabile austenitice sunt utilizate la concentratii scazute (sub 65%
HNO3) pana la temperatura de fierbere. La concentratii ridicate si in prezenta agentilor
contaminati acidul azotic devine mult mai coroziv.
Acidul sulfuric este un mediu care pune probleme deosebite otelurilor inoxidabile
austenitice. Acidul in sine nu este nici foarte oxidant, nici foarte reducator, astfel incat
otelurile inoxidabile sunt pasivate sau activate in masura in care solutia contine agenti
oxidanti sau reducatori chiar in cantitati mici.
Un otel inoxidabil este apt sa rezite in acid sulfuric daca reuseste sa-si construiasca
rapid pelicula sa pasivanta. Cand rezistenta este datorata in intregime unei pelicule
preexistente exista pericolul ca o depasivare accidentala sa provoace un atac pe care nici
chiar mediul sau acid nu-l mai poate opri. De aici rezulta importanta aerarii mediului,
deoarece prezenta oxigenului stabilizeaza conditiile de pasivare, marind intervalul de
temperaturi si concentratii. Datorita acestui fapt s-au obtinut rezultate diferentiate in
literatura privind rezistenta la coroziune, in special la temperatura ambianta, la care
solubilitatea oxigenului este foarte ridicata.
Rezistenta la coroziune generala in alti acizi, fie organici, fie anorganici este buna
pentru otelurile inoxidabile austenitice, putandu-se utiliza fara restrictii marcile clasice la
temperaturi si concentratii ridicate ale mediilor de lucru.
18
6.2.Comportarea la coroziune intercristalina
Dezvoltarea initiala deosebita a otelurilor inoxidabile austenitice a fost la un moment
dat stopata datorita susceptibilitatii puternice a acestor tipuri de oteluri fata de coroziunea
intercristalina. Spectaculoasele fenomene de coroziune intercristalina care s-au depistat in
exploatare au fost insa rapid anihilate prin diferite mijloace metalurgice. Ca mod de
manifestare aceasta coroziune duce la distrugerea selectiva a limitelor de graunti, fara ca
matricea sa fie atacata.
In cazul otelurilor austenitice crom-nichel calite, mentinerea izoterma la o
temperatura cuprinsa in domeniul 500...800°C conduce la precipitarea carbonului sub forma
de carburi (Cr23C6) la limita grauntilor si astfel se produce sensibilizarea otelurilor la
coroziune intercristalina .
Precipitarea acestor carburi determina scaderea continutului de crom din masa de
baza adiacenta (uneori sub 12%Cr) si deci o capacitate de pasivare diminuata. Efectul este
cu atat mai pronuntat cu cat continutul carbonului in otel este mai mare si el poate fi
diminuat fie prin scaderea continutului de carbon, fie prin aliere suplimentara cu titan,
niobiu, molibden, elemente care formeaza carburi.
De asemenea, cresterea temperaturii si a duratei de incalzire actioneaza in acelasi
sens, adica favorizeaza precipitarea. Acest aspect este prezentat in figura 6.1 in care,
curbele includ domeniile de sensibilizare la coroziune intercristalina intr-o solutie de
CuSO4+H2SO4
, la fierbere (test Strauss).
Nu toate mediile corosive conduc la un atac intergranular la aceste oteluri
susceptibile la acest tip de coroziune.
Fenomenul de sensibilizare poate sa apara si in timpul sudarii otelurile austenitice in
zona de influenta termica, in care temperatura atinge zona intervalului critic de
sensibilizare.
T[°C]
1000
900
800
700
600
500
1 2
3
Otel inox austenitic sensibilizat Otel inox austenitic stabilizat Otel inox austenitic
19
Fig.6.1. Diagrama temperatura - timp - sensibilitate pentru trei oteluri
austenitice Cr-Ni, calite de la 1050°C
Un tratament termic de calire de punere in solutie permite dizolvarea carburilor de
crom si deci reduce sensibilizarea la coroziune intercristalina.
Mediile care determina manifestarea coroziunii intergranulare sunt numeroase, cele
mai importante fiind :
a) solutiile sulfurice in prezenta sarurilor cuprice;
b) amestecurile sulfo-nitrice,
c) amestecurile fluoro-nitrice;
d) solutiile de acid azotic, cu diferite concentratii.
Coroziunea intercristalina a fost observata si in prezenta apei de mare, a petrolului
brut, a solventilor de cloruri si chiar a diferitelor medii alimentare (sosuri, condimente,
vinuri).
Mijloacele metalurgice cele mai sigure si cu aplicatie intensiva la scara industriala,
pentru evitarea coroziunii intergranulare a otelurilor inoxidabile austenitice sunt :
◊ scaderea continutului de carbon si azot;
◊ folosirea elementelor stabilizatoare;
◊ realizarea tratamentelor termice de calire de punere in solutie si / sau stabilizare;
◊ alierea suplimentara cu diferite elemente, in functie de agresivitatea mediului;
◊ folosirea unor inhibitori pentru micsorarea agresivitatii mediilor de lucru.
Principalele dificultati privind tratamentul de punere in solutie (de exemplu, dupa
sudura), sunt :
20
temperatura prea ridicata ce trebuie atinsa pentru punerea in solutie a
carburilor de crom si pentru favorizarea difuziei cromului in zonele saracite de la
limitele de graunte, ca urmare a precipitarii intergranulare, cu deformarile
ulterioare ale pieselor;
racirea rapida necesara tratamentului;
oxidarea suprafetei in timpul tratamentului (cu necesitatea de a reface starea
suprafetei prin procedee de decapare, sablare);
imposibilitatea efectuarii tratamentelor termice, datorita dimensiunilor globale
ale piesei imbinate prin sudura.
6.3.Comportarea la coroziune sub tensiune
Coroziunea sub tensiune este un atac care se produce datorita actiunii simultane a
mediului coroziv si a tensiunilor (care pot fi interne sau externe) si supun la tractiune
materialul respectiv. Acesta forma de corziune se manifesta in cazul otelurilor inoxidabile
austenitice prin fisuri transgranulare, de regula perpendiculare pe directia solicitarilor, restul
suprafetei expuse fiind practic neatacata.
Comportarea la coroziune sub tensiune depinde de trei factori :
1. factori metalurgici (compozitia chimica si starea materialului metalic);
2. factori legati de mediu;
3. tensiunea de solicitare.
Mediul coroziv are un rol predominant in aparitia si propagarea fisurilor.Cele mai
agresive medii care determina coroziunea sub tensiune a otelurilor inoxidabile austenitice
sunt : medii clorurate, medii caustice si hidrogenul sulfurat.
Actiunea mediilor clorurate se explica prin distrugerea filmului protector pasiv de pe
suprafata otelului, determinand aparitia coroziunii locale (in puncte). Susceptibilitatea la
coroziune sub tensiune cauzata de prezenta clorurilor apare in domeniul de pH = 3...8.
Susceptibilitatea otelurilor inoxidabile austenitice la coroziune sub tensiune, in medii
clorurate este redata sugestiv in figura de mai jos :
Tensiune
[MPa]
560
310-314
21
Fig.6.2. Curbe σ=f(τ) pentru diferite marci de oteluri inoxidabile
supuse la coroziune sub tensiune.
6.4.Coroziunea pitting (in puncte)
Metalele a caror rezistenta buna la coroziune se datoreaza prezentei unui film subtire
pasiv sau unui film protector pe suprafata pot fi susceptibile la atacul pitting cand filmul se
rupe local si nu se mai reface.
Pittingul poate fi definit ca un caz limita de coroziune localizata, in care o zona mica
este atacata in timp ce suprafata metalica ramane neafectata; aceasta definitie este
aplicabila si in cazul altor procese implicate: dezincarea, coroziunea in crevasa sau atacul
selectiv, care pot conduce la coroziunea pitting, desi mecanismele acestor trei procese sunt
diferite.
Desi multe forme de atac puternic localizat, inclusiv pittingul pot fi deseori in legatura
cu anumite heterogenitati asociate sistemului metal-mediu, pittingul se poate produce si in
sistemele care aparent sunt lipsite de heterogenitati, dar mediul agresiv contine anumiti ioni,
cum este Cl-. Se poate considera ca, in timp ce coroziunea in crevasa poate aparea in cele
mai multe solutii de electrolit, pittingul va aparea pe suprafata metalului expusa solutiei
agresive numai daca anumiti ioni sunt prezenti in solutie. Astfel, otelul inoxidabil 18-8, daca
nu prezinta coroziune in crevasa, va prezenta pitturi in solutie stagnanta de clorura de
sodiu, care apar dezordonat pe suprafata metalului; daca ele prezinta coroziune in crevasa,
22
pittingurile vor fi localizate in interiorul crevasei, iar viteza de dezvoltare a pittingului va fi
mai mare decat in cazul precedent. Pe de alta parte, pe suprafata otelului nu va aparea
coroziunea pitting daca acsta este introdus de exemplu, in solutii de sulfat de sodiu.
Coroziunea in crevasa si pittingul au o serie de caracteristici comune, pittingul fiind
considerat frecvent ca o coroziune in crevasa in care pittul isi formeaza propria lui crevasa;
totusi, in timp ce heterogenitatile macroscopice cauzeaza atacul preferential pentru
coroziunea in crevasa, pittingul este determinat de particularitati microscopice sau
submicroscopice ale filmului pasiv. Astfel, otelul austenitic, aliajele de Al, Ni, Cu pot fi toate
susceptibile la atacul pitting in anumite conditii de mediu si coroziune. Aparitia pittingului
demonstreaza foarte bine modul in care defectele cristaline pot afecta integritatea filmului
superficial si astfel comportarea la coroziune.
In figura 6.3 sunt prezentate diferite tipuri de coroziune in puncte, care pot varia de
la semisfera intr-o suprafata polizata, in care atacul cristalografic este complet suprimat,
pana la puncte de atac pe planele cristalografice care se corodeaza cu viteza cea mai mica.
Fig. 6.3. Aspecte ale coroziunii pitting.
O mare parte dintre factorii considerati la coroziune in crevasa se afla in aceeasi
relatie si cu coroziunea pitting, adica: suprafata anodica mica - suprafata catodica mare,
diferente in concentratia reactantului catodic, formarea catalitica de acid in interiorul cavitatii
etc., dar sunt si alte diferente distincte care trebuie considerate.
Pittingul poate aparea intr-un numar mare de metale si aliaje. Astfel, otelul inoxidabil
Fe-17Cr este mai susceptibil la coroziunea pitting in solutie de cloruri decat Fe-18Cr-8Ni,
care la randul sau este mai susceptibil decat Fe-18Cr-8Ni-3Mo, iar titanul este superior
tuturor acestor oteluri. Totusi, nu se poate generaliza tendinta unui aliaj la coroziune pitting
si fiecare sistem trebuie analizat individual. Astfel, coroziunea pitting a unor oteluri
inoxidabile va aparea in solutii care contin anioni de Cl, B (dar nu si de I, F), in schimb nu
apare in prezenta unui oxianion ca NO3-, SO4
2-
Pittingul se poate produce intr-un domeniu larg de pH si de potential; totusi, in toate
cazurile, potentialul metalului trebuie sa fie in interiorul regiunii pasive, astfel incat cea mai
.
23
mare parte a suprafetei sa se afle in zona pasiva. Mai mult, potentialul redox al solutiei
trebuie sa depaseasca o anumita valoare critica pentru ca pittingul sa se initieze. In solutii
neutre, acest potential este atins prin prezenta oxigenului dizolvat, dar cationii metalici
oxidanti, FeCl2, CuCl2, HgCl2 cu potential redox mai mare decat potentialul critic conduc
mai rapid la atacul pitting decat oxigenul dizolvat. Din acest motiv, FeCl3
Influenta pH-ului solutiei asupra potentialului critic de pitting (E
este utilizat in
testele de acest gen. De asemenea, solutiile stagnante favorizeaza formarea pittingurilor in
timp ce solutiile in miscare tind sa-l suprime.
In general, coroziunea pitting se poate imparti in doua stadii: initiere si propagare. In
timpul initierii pitingului, filmul pasiv se rupe si nu se mai reface. In initiere se propaga,
deobicei, foarte rapid. Desi neelucidat, stadiul de initiere pitting pe aliajele de aluminiu are
loc in momentul in care ionii de clor penetreaza filmul de oxid pasiv prin difuzie, pe la
defectele de retea, Mc Bee si Kruger arata ca acest mecanism poate fi aplicabil si la
mecanismul de initiere a pittingului pe fier. Pe de alta parte, Evans sugereaza ca un pitt
este initiat in punctele de pe suprafata in care viteza de dizolvare a metalului este
momentan mare, avand ca rezultat atragerea spre acest punct a anionilor agresivi si
producerea locala a unui mediu favorabil de dizolvare ulterioara, adica un proces auto-
catalitic, similar cu cel care opereaza in stadiul de propagare. Acest punct de vedere a fost
sustinut si de altii, deoarece nu este evident faptul ca un pitt ar fi initiat intr-un defect sau
discontinuitate a filmului pasiv. Acest model, in particular, sugereaza influenta puternica a
structurii metalurgice asupra integritatii filmului pasiv si, astfel, asupra susceptibilitatii la
coroziune in pitting.
O caracteristica a coroziunii pitting pentru un numar mare de metale este potentialul
critic de pitting care este de fapt cel mai negativ potential la care se initiaza si se propaga
unul sau mai multe pittinguri sau cel mai pozitiv potential care are ca rezultat scaderea
curentului datorat pasivarii intregii suprafete. El nu poate fi privit ca un parametru fix,
depinzand de metoda utilizata pentru deteminarea lui.
Potentialul critic de pitting, pentru un anumit tip de aliaj depinde de concentratia in
ioni de clor a solutiei, de concentratia in anioni inhibitori si de temperatura solutiei. Situatia
prezentata se complica insa daca exista o perioada de inducere a pittingului, ceea ce
inseamna ca tendinta la coroziune pitting pentru un aliaj nu poate fi determinata precis pe
baza testelor potentio-statice de scurta durata. Timpul de incubatie va scadea cu cresterea
potentialului si va creste o data cu concentratia ionilor de clor.
c) pare a fi destul de
controversata. S-a observat de catre unii cercetatori, de exemplu, ca Ec creste o data cu
24
cresterea pH-ului in solutiile acide, in timp ce altii nu au observat practic nici o manifestare.
In solutiile alcaline, totusi Ec devine mai pozitiv o data cu cresterea pH-ului datorita pasivarii
induse de ionii OH-.
In schimb, influenta temperaturii solutiei pare a fi mai precisa: la cresterea
temperaturii, se produce scaderea semnificativa a lui Ec
1. calirea de punere in solutie;
.
In practica, multi factori metalurgici par a influenta coroziunea pitting, de exemplu
deformarea plastica la rece cu grade mari creste susceptibilitatea la pitting a otelurilor
inoxidabile austenitice, in timp ce alierea cu Mo o reduce. Pittingul este mai frecvent pe
suprafete rugoase decat pe cele netede. Otelurile austenitice inoxidabile sunt mai
susceptibile la pitting daca ele au fost mentinute un timp scurt in domeniul temperaturii de
sensibilizare. In general, o suprafata metalica, cu cat este mai omogena, cu atat mai buna
este rezistenta filmului la pitting. S-a observat ca pitturile in otelurile inoxidabile austenitice
sunt initiate fie la limita de graunte, fie la anumite incluziuni de sulfuri. Aceste efecte sunt
generate de defecte cristaline, de structura metalurgica si compozitia si afecteaza grosimea,
rezistenta, solubilitatea, porozitatea filmului pasiv si deci susceptibilitatea acestor filme la
pitting.
7.TRATAMENTE TERMICE SPECIFICE OTELURILOR INOXIDABILE
AUSTENITICE
Otelurile inoxidabile austenitice au un anumit raport intre echivalentul elementelor
alfagene si echivalentul elementelor gamagene, care determina la temperatura ambianta,
structura formata din austenita stabila. Se precizeaza ca in austenita apar separari fine de
carburi de crom, molibden, titan, niobiu, diverse eutectice, precum si cantitati mici de ferita
δ.
Tratamentele termice specifice otelurile inoxidabile austenitice sunt:
2. recoacerea de detensionare;
3. recoacerea de sensibilizare la coroziune.
Toate acestea au ca scop principal, cresterea rezistentei la coroziune a otelului
austenitic sau cunoasterea temperaturilor critice la care apar sensibilizari la coroziune.
7.1.Calirea de punere in solutie
25
Este un tratament termic cu aplicatie larga si are ca scop principal, marirea
rezistentei la coroziune a otelurilor inoxidabile austenitice.
Temperaturile de incalzire sunt cuprinse intre 900÷1200°C, frecvent utilizate fiin
valorile de 1000÷1100°C, care asigura si cele mai bune proprietati mecanice acestor oteluri.
Durata de mentinere la temperatura de incalzire, depinde de natura si dimensiunile
pieselor. Orientativ, se recomanda durate de mentinere de 3÷5 min/mm din grosimea piesei.
Racirea pieselor se face cu viteza mare (in apa), fapt care evita precipitarea
carburilor si permite obtinerea austenitei cu grad mare de omogenizare. Pentru piese cu
grosimea de perete mai mica de 2 mm, se poate face o racire rapida in aer.
7.2. Recoacerea de detensionare
Are ca scop reducerea tensiunilor interne si marirea rezistentei la coroziune, in
special coroziunea sub tensiune.
In principiu, recoacerea de detensionare se face la temperaturi mai mici sau egale cu
450°C sau la temperaturi mai mari de 850°C, cu durate de mentinere stabilite in functie de
dimensiunile si natura materialului (10 min/mm), urmate de raciri lente. Se va avea grija ca
parametrii tehnologici ai acestei recoaceri sa nu favorizeze separarea carburilor de crom,
deoarece se inrautateste rezistenta la coroziune a otelului.
Se pot aplica variantele tehnologice pentru recoacerea de recristalizare indicate in
figura:
2
4 3
1
1000
480
300 425
T [°C]
1200
1000
800
600
400
200
0
Timp [min]
200
1120
900±20
aer aer
aer aer
26
Fig.7.1. Variantele tehnologice privind recocerea de recristalizare aplicate otelurilor
inoxidabile austenitice.
Recoacerea de detensionare se aplica tinand seama de conditiile si de modul cum
este folosit materialul, cu deosebire la imbinarile sudate.
Otelurile care lucreza in conditii severe (medii puternic corozive, solicitari mecanice
puternice), vor fi supuse unui ciclu de recoaceri dupa variantele 1 si 2, din figura de mai sus
sau dupa varianta 1 urmata de o calire de punere in solutie. La otelurile stabilizate (cu
adaos de titan sau niobiu), se aplica varianta 2 sau varianta 1 ori se aplica una din aceste
variante, urmata de o calire de punere in solutie. Asemenea recoaceri se recomanda a fi
aplicate si intre operatii, pentru refacerea capacitatii de deformare plastica a otelului.
Pentru stabilitate se recomanda varianta 4 din figura 7.1.
Pentru detensionarea partiala a otelurilor nestabilizate se recomanda recoacerea
dupa varianta 3, iar pentru otelurile stabiliate se aplica varianta 4.
Se mentioneaza ca recoacerile dupa variantele 3 sau 4, conduc la cresterea limitei
de elasticitate.
Incalzirea la temperaturi ridicate (variantele 1 si 2), asigura recristalizarea,
detensionarea si dizolvarea carburilor de crom, obtinandu-se o austenita cu grad mare de
omogenitate. Exista pericolul cresterii granulatiei si a formarii feritei δ si in consecinta, vor
trebui alese temperatura si durata de mentinere in functie de compozitia chimica a otelului.
Temperetura si gradul de deformare aplicat influenteaza marimea grauntelui
austenitic (fig.7.2).
1100
1200
1300
5 10 25 ε%
Temp [°C]
Marime graunte
x103 [µm2]
4
3,2
2,4
1,6
0,8
27
Fig.7.2. Influenta temperaturii si gradului de deformare plastica asupra recristalizarii
unui otel inoxidabil austenitic.
7.3. Recoacerea de sensibilizare
Acest tip de tratament termic se aplica otelurilor inoxidabile austenitice, cu scopul de
a determina intervalul critic de temperaturi, in care se prezinta sensibilizare la coroziune, in
special cea intercristalina.
Pentru toate otelurile din aceasta categorie, recoacerea de lunga durata in intervalul
450÷800°C, cu racire in aer sau in apa, provoaca separari ale carburilor de crom la limita
grauntilor austenitei si creste pericolul aparitiei coroziunii intergranulare si eventual, scad si
proprietatile mecanice.
Recoacerea de detensionare se aplica tinand seama de conditiile si modul cum este
folosit materialul, cu deosebire la imbinarile sudate.
Pentru fiecare marca de otel inox austenitic sunt contruite diagrame TTS
(temperatura, timp, sensibilizare) care arata intervalul de temperaturi critice si duratele de
mentinere, in care apare o sensibilizare mai mare la coroziunea intercristalina. Diagrama
TTS a unui otel 18%Cr-10%Ni-0,1%C (fig 7.3) arata ca tratamentele termice efectuate in
stanga curbei 1, maresc rezistenta la coroziune intercristalina.
T[°C]
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
Dezagregarea grauntelui
Precipita M23C6
T1
T2
28
Fig.7.3. Diagrama TTS pentru otelul austenitic 18%Cr-10%Ni-0,1%C.
Temperatura maxima la care apare coroziunea intercristalina este T1=900°C, iar
temperatura la care apare dezagregarea grauntelui este T2=720°C.
Timpul minim pentru aparitia precipitarii carburilor M23C6
este de circa 0,03 ore, la
temperatura de 660°C. De aceste date se tine seama la aplicarea regimurilor de tratamente
termice.
Dupa recoacerea de sensibilizare, sunt afectate si proprietatile mecanice ale
otelurilor inox austenitice. In figura 7.4, se remarca cresterea duritatii si o scadere a
rezilientei otelului sensibilizat prin tratament termic.
KCU [daJ/cm2]
40
30
20
10
Duritate [HB] 220 200 180 160
400 500 600 700 800 900 Temperatura [°C]
HB
KCU
29
Fig.7.4. Influenta recoacerii de sensibilizare asupra duritatii si
rezilientei otelului inox austenitic.
Efectul alterarii duritatii si rezilientei va fi mai mare, pe masura cresterii continutului
de carbon in otel.