|
CAPITOLUL 1
|
|
Stadiul actual al cercetarilor privind
comportarea la
coroziune a otelurilor inoxidabile supuse deformarii plastice si
nitrurarii ionice.
|
1.1.
|
|
1.2.
|
|
1.3.
|
|
1.4.
|
|
Aparitia otelurilor inoxidabile poate fi considerat un
moment
important al revolutiei industriale. Cu toate ca efectele dezastruoase
ale coroziunii asupra fierului si aliajelor sale au fost cunoscute din
cele mai vechi timpuri, numai la începutul acestui secol s-au
facut evaluarile cantitative ale acesteia.
Speranta de a gasi o metoda de protectie a fierului care
sa-i
redea
într-o maniera eficace si durabila rezistenta la coroziune,
parea, pâna în 1800 de nerealizat.
Istoria otelurilor inoxidabile este marcata de perioada
foarte
mare
care s-a scurs între momentul descoperirii proprietatilor
remarcabile ale fierului aliat cu crom (metal descoperit în1797
de VAUGUELIN si izolat în 1854 de BUNSEN) si momentul în
care s-au început primele studii stiintifice asupra acestui aliaj
si exploatarea lui industriala. Putem compara aceasta situatie cu cea a
penicilinei pe care FLEMING a descoperit-o în 1928, iar
aplicatiile ei terapeutice au început dupa 13 ani adica în
1941. Pentru otelurile inoxidabile aceasta perioada a fost de aproape
90
de ani [161].
Putem spune ca primele observatii aupra proprietatilor
chimice
conferite fierului prin introducerea de crom au fost facute de BERTHIER
în 1821. Primele compozitii de oteluri inoxidabile, datând
de la începutul secolului, au fost semnalate simultan de
GUILLET,CHEVANARD si PORTEVIN, în Franta, GOLDSCHMIDT, GIESEN si
MONARTZ în Germania. Rezulatatele lor au fost strans legate de
descoperirea proprietatilor conferite fierului prin adaugarea unei
cantitati suficiente de crom, care face ca aliajul sa reziste foarte
bine în numeroase medii agresive, ceea ce în mod normal se
numeste pasivitate.
Dupa norma europeana EN100200, otelul inoxidabil este un
aliaj
de
fier, crom si carbon, cu mai mult de 10,5%Cr si mai putin de 1,2%C.
Alte elemente cum sunt nichelul, molibdenul, titanul s.a., pot fi
adaugate pentru a conferi aliajului proprietati particulare.
Denumirea de “OTELURI INOXIDABILE” este foarte
restrictiva, ca
si
cele folosite în engleza (stainless: otel inatacabil) sau cea
în germana (nicht rostende Stahl: otel care nu rugineste),
denumiri care s-au impus la începutul descoperirii lor datorita
rezistentei evidente a acestor oteluri la coroziunea atmosferica.
În zilele noastre când spunem despre un otel ca
este inoxidabil trebuie sa specificam: în raport cu care medii
lichide sau gazoase, în ce limita de temperatura si rezistenta la
coroziune în comparatie cu otelurile ordinare sau cele slab
aliate [18].
1.1.
Caracterizarea
otelurilor inoxidabile
Dupa [220] putem clasifica otelurile inoxidabile,
în
functie
de compozitia lor chimica sau dupa structura lor cristalina (figura
1.1.1 si 1.1.2).
![fig1-1-1](figuri/fig1-1-1.png)
|
Figura 1.1.1. |
![fig1-1-2](figuri/fig1-1-2.png)
|
Figura 1.1.2. |
Având în vedere ca în cadrul tezei se
trateaza
otelurile inoxidabile austenitice, în continuare se vor
face referiri doar la aceste oteluri.
Otelurile austenitice contin în general mai mult
de 16%
crom
dar compozitia lor medie de baza este: 18%Cr si 9%Ni. Proprietatile
lorv ariaza cu continutul acestor doua elemente si bineânteles cu
continutul de carbon. Otelurile austenitice se livreaza astfel
încât sa aiba o rezistenta maxima la coroziune. Dupa [129]
se disting:
- oteluri de tip 18-10 cu 0,02-0,15%C;
- oteluri stabilizate la coroziunea intergranulara prin
adaugarea
de
titan sau niobiu;
- oteluri cu continut scazut denichel pentru a favoriza
durificarea prin ecruisare;
- oteluri cu continut ridicat de nichel pentru a
favoriza
ambutisarea adânca si pentru aplicatii criogenice;
- oteluri cu rezistenta mecanica crescuta prin
adaugarea de
azot
(fig1.1.3);
- oteluri in care manganul este substituit în
parte de
nichel;
- oteluri cu rezistenta la coroziune ameliorata prin
adaugare
de molibden si cupru;
- oteluri rezistente la oxidarea la cald prin adaugarea
de
siliciu;
- oteluri la care comportarea la fluaj este ameliorata
datorita
adaugarii de N, Mo, W, V, Ti, Nb si B;
- oteluri pentru electrozi de sudura;
- oteluri a caror uzinabilitate estea meliorata prin
adaugarea de
sulf,seleniu, cupru, etc.
![fig1-1-3](figuri/fig1-1-3.png)
|
Figura 1.1.3. |
Figura 1.1.4 reprezinta curbele de început de
precipitare
a
carburilor în functie de timpul de mentinere dupa
încalzirea
de punere în solutie la temperatura ridicata pentru
diferite concentratii ale carbonului. Asfel ca dupa punerea în
solutie este indispensabila o racire rapida pentru a evita precipitarea
în cursul racirii. Cu cât continutul decarbon este mai mic,
cu atât durata de mentinere pâna la aparitia precipitatelor
este mai mare.
![fig1-1-4](figuri/fig1-1-4.png)
|
Figura 1.1.4. |
Principalii componenti ai structurii otelurilor
inoxidabile
sunt:
matricea si constituentii minori (fig 1.1.5).
![fig1-1-5](figuri/fig1-1-5.png)
|
Figura 1.1.5. Structura otelurilor
inoxidabile [238, 227] |
Matricea este formata din solutii solide α si γ
continând
elemente de aliere aflate în pozitie interstitiala (de exemplu C
si N) sau în pozitie de substitutie (de exemplu Cr, Ni, Ti).
Constituentii minori sunt formati din fazele
interstitiale si
intermetalice si din incluziuni.
Fazele interstitiale: tipurile de carburi cele mai
frecvente
sunt M23C6.
Mai pot exista Cr23(B,C)6 si Cr23C6.
Carbura Cr23C6 poate dizolva elemente ca Mo, W,
V si Ni. Se pot forma sialte carburi de crom: Cr7C3, Cr6C,
precum si nitruri de tip CrN si Cr2N. Prezenta elementelor
caTi, Nb sau Zr conduc la formarea de carburi, nitruri sau carbonitruri
de tip MX având structuracubica cu fete centrate.
Fazle intermetalice sunt urmatoarele:
- faza sigma (σ) cu retea cristalina complexa în
care
compozitia poate merge de la tipul B4Ala tipul BA4;
- faza de tipul AB2 si faza Laves (n),
în
prezenta
molibdenului (Fe2Mo), titanului, niobiului,volframului, etc.
- faza intermetalica cu caracter electronic, de tip
Hume-Rothery,
cum sunt faza χ cu retea cristalografica izomorfa.
Otelurile inoxidabile pot suferi modificari de structura
sub
actiunea:
- unui tratament termic (impus de procesul de
fabricatie);
- unei deformari plastice la rece (oteluri austenitice);
- unei recoaceri dupa deformare la rece;
- unui tratament termomecanic la temperatura
înalta
(impus de
exemplu otelurilorlaminate la cald sau supuse solicitarilor mecanice la
temperatura înalta).
În fig.1.1.6 se prezinta exemple de structuri
tipice
pentru
cele patru categorii de oteluriinoxidabile [129, 142].
![fig1-1-6](figuri/fig1-1-6.png)
|
Figura 1.1.6. Exemple tipice de
structuri de oteluri inoxidabile:
a) otel cu structurã feriticã;
b) otel cu structurã martensiticã;
c) otel cu structurã austeniticã;
d) otel cu structurã austenito-feriticã [129]. |
Metode de examinare, identificare si microanaliza a
constituentilor otelurilorinoxidabile. Aceste analize În
domeniul metalurgiei, multa vreme au fost limitate de microscopia
optica si chimia clasica. Metodele fizico-chimice care au aparut
recent au revolutionat tehnicile de caracterizare si mai cu seama pe
cele de microcaracterizare a materialelor. Cele mai multe dintre aceste
metode fac apel la fotoni, raze X, electroni, ioni sau alte particule
[211, 57, 212, 3, 65, 64, 149,25, 134].
Tratamente termice aplicate otelurilor inoxidabile
austenitice
[148, 142, 152, 177]. Aceste oteluri contin în general mai
putin de 0,15%C, aceasta cantitate este în întregime
solubila în austenita când temperatura este mai mare de 10000C.
Daca aceste oteluri sunt racite lent sau mentinute între 500-9000C,
carburile pot precipita si prin aceasta compromite anumite proprietati
de
utilizare. Pentru a evita acest neajuns se aplica tratamentul de
hipercalire. Dupa [9, 46, 129], hipercalirea este un tratament termic
aplicat otelurilor austenitice care începe printr-o
încalzire de punere în solutie a carburilor la o
temperatura
ridicata, cuprinsa între 10000C si 11500C,urmata
de o racire rapida în apa sau în aer (pentru piesele mici),
pentru a evita precipitarea carburilor la marginea grauntilor.
Carburile
prezente în otelurile inoxidabile austenitice sunt de tipul
(CrFeMo)23C6 cu continut ridicat în crom,
iar precipitarea lor la marginea grauntilor duce la o saracire în
crom a matricei adiacente, care provoaca o sensibilitate a metalului la
coroziunea intergranulara. O mentinere între 600-10000C
duce la precipitarea fazei sigma, ceea ce constituie un dezavantaj.
Domeniile de aplicare a otelurilor inoxidabile sunt prezentate mai jos
[129, 7, 6, 234, 191, 109, 10, 4].
![fig1-1-7](figuri/fig1-1-7.png)
|
Figura 1.1.7. Domenii de aplicare a
otelurilor inoxidabile. |
|