Cel mai frecvent utilizat metal în industrie este fierul. Proprietățile fierului pur nu sunt cele mai bune, deoarece este moale, cu rezistență scăzută. În schimb, este un material elastic, tenace, ușor de prelucrat prin deformare și așchiere, bun conducător electric și termic, precum și magnetizabil. În aer umed sau în apă se oxidează rapid. Oxidul de fier are o structură poroasă și nu formează pe suprafața metalului un strat pasiv continuu, asemănător oxidului de aluminiu. Astfel, fierul se oxidează pe întreaga secțiune transversală, în urma cărui fapt obiectele făcute din fier dispar în timp, dacă nu ne protejăm împotriva acestui proces.
Există diferite straturi de protecție care oferă o protecție eficientă împotriva coroziunii, atât timp cât stratul rămâne intact. Acum va fi vorba despre cealaltă metodă fundamentală de protecție împotriva coroziunii, alierea, datorită căreia au luat naștere și oțelurile inoxidabile și rezistente la acizi.
Scopul alierii
Alierea nu este altceva decât amestecarea elementelor metalice și nemetalice în scopul îmbunătățirii diferitelor proprietăți ale metalelor. Prin aliere se pot îmbunătăți, printre altele, rezistența, duritatea și rezistența la coroziune.
Aliajele fier-carbon
Cel mai important element de aliere al fierului este carbonul. Carbonul crește rezistența fierului, dar îi reduce deformabilitatea și tenacitatea. Fierul nu poate fi aliat nelimitat cu carbon. Maximul este de 6,67%. Aliajele de fier care conțin mai puțin de 2,06% carbon se numesc oțel. În cadrul acestora distingem oțelurile de construcție care conțin 0,1-0,6% carbon, care sunt rezistente și ușor de prelucrat, precum și oțelurile de scule cu un conținut de carbon de până la 0,6-2,06%, care sunt aliaje dure, rezistente la uzură. Aliajul fier-carbon cu un conținut de carbon peste 2,06% se numește fontă. Tocmai pentru că este un material atât de greu de deformat, fragil și casant, singurul mod de prelucrare este turnarea în formă în stare topită. Oțelurile care nu conțin alte elemente de aliere în afară de carbon se numesc oțeluri carbon. Oțelurile carbon nu sunt rezistente la coroziune și, pentru anumite scopuri, nu sunt nici suficient de tenace. Pentru rezistența la coroziune, oțelurile carbon trebuie aliate și cu alte metale.
Oțeluri rezistente la coroziune
Primul aliaj de oțel inoxidabil, care a pus bazele dezvoltării ulterioare și a oțelurilor rezistente la acizi, îl datorăm Uzinelor Krupp. Pentru realizarea sa a trebuit să se aștepte până la începutul secolului al XX-lea, dar pe scară largă produsele din oțel inoxidabil au început să fie utilizate în industrie abia în anii cincizeci. Însă de atunci succesul lor este neîntrerupt. Condiția rezistenței la coroziune este ca pe suprafața oțelului să se formeze un strat pasiv stabil și continuu. Condiția pentru aceasta este ca aliajul de oțel inoxidabil să aibă un conținut de carbon de maximum 1,2% și să conțină minimum 12% crom. Pasivitatea este asigurată de stratul de oxid de crom care se formează pe suprafața oțelului, în care cromul se îmbogățește față de materialul de bază. Condiția inoxidabilității este ca structura aliajului să fie omogenă, nicăieri să nu se formeze o zonă mai săracă în crom. Un astfel de aliaj are proprietatea că, dacă stratul de oxid de crom se deteriorează, atunci în locul său se formează un nou strat de oxid de crom.
Oțelurile rezistente la coroziune, precum oțelurile inoxidabile și rezistente la acizi, se împart de obicei în două grupe fundamentale:
Oțel inoxidabil (la elementele de fixare A2): Rezistă la efectul coroziv al atmosferei și al apelor naturale, precum și al alimentelor și băuturilor slab acide.
Oțel rezistent la acizi (la elementele de fixare A4): Este rezistent și față de acizi cu efect puternic oxidant și alte medii agresive. Aliajul de oțel care conține 25% crom rezistă și la acizii agresivi. O parte a acestui conținut ridicat de crom poate fi înlocuită și cu nichel. Cel mai frecvent raport este de 18% Cr, 10% Ni, care are avantajul suplimentar că aliajul de fier cu structură feritică devine cu structură austenitică.
Proprietățile oțelurilor rezistente la coroziune
Pentru prelucrarea mecanică a oțelurilor rezistente la coroziune sunt necesare forțe mai mari. Prelucrarea necesită o viteză mai mică și o răcire intensă. În timpul așchierii se deteriorează stratul de oxid de la suprafață, care, venind în contact cu oxigenul din aer, se reface de la sine, dar acest proces necesită timp. Suprafața proaspăt așchiată nu trebuie vopsită imediat și nici lăsată să se murdărească, deoarece acest lucru poate împiedica refacerea stratului de oxid. Procesul poate fi accelerat prin pasivare acidă.
Sudarea oțelurilor rezistente la acizi
Despre oțelurile rezistente la acizi trebuie să știm că își păstrează proprietatea de rezistență la acizi doar în stare complet omogenă, în timp ce la oțelurile inoxidabile pot apărea probleme de altă natură. Anume, austenita care conține crom și nichel poate dizolva la 1000 ºC 0,15% carbon, însă la 600 ºC deja doar maximum 0,02%. Dacă se răcește rapid de la 1000 ºC, atunci conținutul de carbon rămâne dizolvat și aliajul devine rezistent față de acizi. Însă dacă răcirea este lentă, atunci carbonul în exces se separă sub formă de carbură de crom. Pe lângă cristalele de carbură de crom bogate în crom vor exista cristale sărace în crom, ceea ce declanșează coroziunea la limitele cristalelor (coroziune intercristalină). La sudare, pe cele două părți ale cordonului, pe o anumită distanță, această încălzire este inevitabilă. De aceea, oțelurile rezistente la acizi cu un conținut de carbon peste 0,02% în principiu nu ar fi sudabile, dacă după sudare nu s-ar încălzi întreaga structură la 1000 de grade, ceea ce trebuie urmat de o răcire rapidă. Desigur, acest procedeu ulterior de călire de cele mai multe ori nu este realizabil. Din fericire, metalurgia este deja capabilă să reducă conținutul de carbon al oțelului rezistent la acizi sub 0,02%. Astfel de oțeluri rezistente la acizi cu conținut scăzut de carbon pot fi sudate fără probleme. A treia cale practicabilă este alierea oțelului cu un material a cărui carbură este stabilă și nu se dizolvă în austenită nici la temperaturi ridicate. Astfel de materiale sunt niobiul și titanul. Conținutul de titan al unor astfel de aliaje trebuie să fie de cinci ori, iar cel de niobiu de zece ori mai mare decât cantitatea de carbon care trebuie făcută inofensivă. Oțelul care conține o cantitate suficientă de titan sau niobiu se numește oțel stabilizat.
Standardizarea aliajelor
Practic se poate fabrica un număr infinit de aliaje de fier. Această diversitate a fost simplificată prin crearea unei game care satisface toate cerințele industriei. Aceste standarde conțin compoziția chimică a aliajelor de fier standardizate. Deoarece alierea nu poate fi efectuată cu precizie deplină, se prescriu limite inferioare și superioare. Standardele descriu nu doar rețeta de aliere, ci și procedeele de tratament termic dorite. Din păcate, există destul de multe tipuri de standarde. Cele mai frecvent utilizate sunt DIN 17007 și EURONORM. Simbolurile standardului EURONORM indică și rețeta aliajului de oțel. Numărul care urmează după X este de o sută de ori conținutul de carbon, apoi urmează simbolurile chimice ale elementelor de aliere și, în final, proporția procentuală a elementelor de aliere.
În tabelul următor am rezumat simbolurile DIN și EURONORM ale celor mai frecvente oțeluri rezistente la coroziune și cele mai importante proprietăți ale acestora:
Tabelul este departe de a conține toate aliajele rezistente la coroziune disponibile. Astăzi sunt disponibile în comerț și aliaje care rezistă celor mai extreme condiții. Datorită metalurgiei moderne de astăzi, oțelurile inoxidabile și rezistente la acizi au devenit materiale de bază indispensabile ale industriei, învingând efectiv rugina.
Lasă un răspuns