מה זה נירוסטה?
נירוסטה היא למעשה קיצור של "פלדה עמידה בפני חומצות-" המתייחס לסוג של פלדות סגסוגת עם ברזל כחומר הבסיס ותכולת כרום של לא פחות מ-10.5% (במסה). ניתן לשנות מתכת זו על ידי הוספת יסודות סגסוגת כגון ניקל, מוליבדן, מנגן וחנקן כדי להתאים את ההרכב והמאפיינים הפנימיים שלה. לדוגמה, שילוב ניקל בפלדת אל-חלד משפר את עמידותה בפני קורוזיה וסובלנות גבוהה-לטמפרטורות. כתוצאה מכך, חומר מתכת זה מוצא יישומים נרחבים בתעשיות שונות לאחר עיבוד.
סיווג של נירוסטה
בהתבסס על מבנה המיקרו לאחר טיפול בחום, נירוסטה מסווגת בעיקר לחמשת הסוגים העיקריים הבאים.
נירוסטה אוסטינית
ציונים טיפוסיים כוללים 304 ו-316. סוג זה מכיל רמות גבוהות של אלמנטים היוצרים אוסטניט- כגון ניקל, מנגן וחנקן. הוא מאופיין בתכונות לא-מגנטיות, משיכות וקשיחות מצוינות, יכולת ריתוך מעולה ועמידות טובה בפני קורוזיה בדרך כלל. עם זאת, לא ניתן לחזק אותו באמצעות טיפול בחום.
נירוסטה פריטית
פלדת אל-חלד פריטית משתמשת בעיקר בכרום כאלמנט הסגסוג שלה ומציגה מבנה-מעוקב (BCC) בגוף. ציון טיפוסי הוא 430. הוא מאופיין בתכונות מגנטיות וחוזק גבוה, אך מפגין קשיחות-בטמפרטורה נמוכה, נוטה להתגבשות גרגירים באזור המושפע-בחום במהלך הריתוך, ועמידות נמוכה יותר בפני קורוזיה בהשוואה לפלדה אוסטניטית.
פלדת אל חלד מרטנסיטית
ציונים טיפוסיים כוללים 410 ו-420. הם מציגים חוזק וקשיות גבוהים, עם תכונות מכניות הניתנות להתאמה באמצעות חיסום, אך מציעים עמידות נמוכה יחסית בפני קורוזיה.
משקעים-התקשות נירוסטה
על ידי הוספת אלמנטים כגון Cu, Nb ו-Al, ולאחר מכן טיפול בתמיסה והתקשות משקעים ליצירת שלבי חיזוק, פלדות אלו משלבות חוזק גבוה עם עמידות טובה בפני קורוזיה. ציון טיפוסי הוא 17-4PH.
נירוסטה דופלקס
מורכב משלבים אוסטניטיים ופרוטיים כאחד, כגון 2205. משלב את הקשיחות של פלדה אוסטניטית עם חוזקה של פלדה פריטית, ומציע עמידות מצוינת בפני פיצוח קורוזיה במתח.
תכונות של מתכת נירוסטה
| קטגוריית נכסים | פרמטר מפתח | תיאור וערכים טיפוסיים |
|---|---|---|
| מאפיינים מכניים | חוזק מתיחה | בדרך כלל בטווח של 500-1000 MPa, תלוי בדרגה ובמצב. |
| חוזק תשואה | בדרך כלל מ-200 MPa עד למעלה מ-550 MPa (נמוך יותר עבור פלדות אוסטניטיות, גבוה יותר עבור פלדות מרטנזיות ו-משקעים מתקשות). | |
| הַאֲרָכָה | Austenitic steels usually >40%; פלדות פריטיות ומרטנסיות נמוכות יחסית. | |
| קַשִׁיוּת | נמדד על ידי Brinell (HB), Rockwell (HRB/HRC) וכו', המכסה טווח רחב. | |
| מאפיינים פיזיים | צְפִיפוּת | כ-7.7 - 8.0 גרם/ס"מ³. |
| נקודת התכה | תואר 1370 - 1450 בקירוב, תלוי בהרכב. | |
| מוליכות תרמית | נמוך יחסית, בערך 15-30 W/(m·K), שהם 1/3 עד 1/2 מזה של פלדת פחמן. | |
| מקדם התפשטות תרמית | גבוה יותר עבור פלדות אוסטניטיות (למשל, ~17×10⁻⁶/K עבור 304), הדורש תשומת לב למתח תרמי. | |
| מַגנֶטִיוּת | פלדות אוסטניטיות בדרך כלל אינן-מגנטיות (עשויות להיות מעט מגנטיות לאחר העבודה); פלדות פריטיות/מרטנזיות הן מגנטיות. | |
| מאפיינים כימיים | עמידות בפני קורוזיה | כולל עמידות בפני קורוזיה אחידה, חריפות, קורוזיה של חריצים, קורוזיה בין-גרגירית וכו'. |
| מספר שווה ערך להתנגדות בור (PREN) | PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N. ערך גבוה יותר מצביע בדרך כלל על עמידות טובה יותר בבור. | |
| נכסי ייצור | יכולת עיבוד | משתנה באופן משמעותי, מושפע מקשיות, קשיחות, נטייה להתקשות- בעבודה ותוספים (למשל, גופרית). |
| רְתִיכוּת | בדרך כלל טוב לפלדות אוסטניטיות; קשיחות מופחתת ב-HAZ של פלדות פריטיות; פלדות מרטנסיטיות דורשות חימום מוקדם ו-PWHT. | |
| יכולת צורה | פלדות אוסטניטיות מציגות תכונות עבודה קרה מצוינות (הטבעה, ציור עמוק); סוגים אחרים עניים יותר יחסית. |
מהן דרגות הגימור של השטח לנירוסטה?
לאחר שעברו עיבוד CNC בהתאמה אישית, נוצרת נירוסטהחלקי נירוסטה מותאמים אישית. פני השטח שלו יכולים להשיג עוד יותר מראה ופונקציונליות מגוונים באמצעות גלגול, ליטוש וטיפולים כימיים.
משטחים מגולגלים: כגון מס' 1 (חם-מגולגל + חישול), 2B (קר-מגולגל + חישול בהיר), BA (חורג בהיר);
ליטוש מכני: כולל מושחז (HL), גרגר קצר- (SB) ומראה (8K).
נירוסטה לעומת סגסוגות טיטניום
| נֶכֶס | נירוסטה | סגסוגת טיטניום |
|---|---|---|
| צפיפות (g/cm³) | 7.9 | 4.5 בערך |
| חוזק ספציפי | בֵּינוֹנִי | גבוה במיוחד |
| עמידות בפני קורוזיה | מעולה (באמצעי חמצון) | מצוין (במיוחד בסביבות יוני כלוריד) |
| עֲלוּת | נמוך עד בינוני | גבוה מאוד |
| קושי בעיבוד שבבי | בינוני (קושי העיבוד משתנה בהתאם לציון.) | גבוה (בלאי חמור בכלים) |
| יישומים אופייניים | חלקי מבנה, מוצרי-שימוש יומיומי, מיכלים כימיים | תעופה וחלל, שתלים רפואיים, ציוד מי ים |
שאלות נפוצות
ש: באילו תנאים עשויה הנירוסטה עדיין להחליד?
ת: פלדת אל-חלד תתכלה בסביבות שבהן סרט הפסיבציה שלה ניזוק ללא הרף או אינו יכול לתקן-בעצמו, כגון: מדיה עם ריכוזי יוני כלוריד גבוהים (מי ים), סביבות מפחיתות חומצה, מבני חריצים או קורוזיה גלוונית הנגרמת ממגע עם מתכות שאינן-.
ש: איך לבחור בין נירוסטה 304 ל-316?
ת: 304 מתאים לרוב הסביבות האטמוספריות, המים המתוקים והכימיקלים הכלליים. 316, המכילות מוליבדן, מתאים לסביבות עם יוני כלוריד (למשל, מי ים, מפעלים כימיים) או בהן נדרשת עמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה בבור.
ש: מהו "טיפול פסיביות"? מה מטרתו?
ת: טיפול פסיבציה הוא טכניקה כימית שלאחר-עיבוד שבדרך כלל משתמשת בתמיסות חומצה חנקתית או חומצת לימון כדי להסיר חלקיקי ברזל חופשיים ממשטח הנירוסטה (הנובע בעיקר ממגע עם כלי פלדה במהלך הייצור) ולקדם יצירת סרט שלם ואחיד של תחמוצת כרום. מטרתו היא למקסם את עמידות הקורוזיה המובנית של נירוסטה ולמנוע חלודה פני השטח (כתם הנגרם מזיהום ברזל).
ש: כיצד מתפקד נירוסטה בטמפרטורות שונות?
ת: פלדות אל-חלד אוסטניטיות (לדוגמה, 304, 316) מציגות קשיחות-בטמפרטורה נמוכה מעולה, מה שהופך אותן למתאימות לסביבות קריוגניות כמו חנקן נוזלי או חמצן. 304/316 דרגות ניתן להשתמש לסירוגין מתחת ל-925 מעלות (1632 מעלות F) ועמידות מתמשכת מתחת ל-1577 מעלות צלזיוס. עם זאת, חשיפה ממושכת בין 450-850 מעלות מגבירה את הסיכון למשקעי קרביד, מה שמחייב שימוש בדרגות L או יציבות (למשל, 321).