Przeczytaj
Stal nierdzewna to grupa stalistali o charakterystycznych właściwościach fizykochemicznych. Obecne w niej chrom i nikiel sprawiają, że jest odporna na warunki atmosferyczne, a także na działanie rozcieńczonych kwasów oraz zasad. Nikiel nadaje stali dużą wytrzymałość, a dodatek chromu zwiększa jej twardość, odporność na uderzenia i wysokie temperatury oraz działanie kwasów. Podobne właściwości wykazuje molibden, ale ze względu na wysoką cenę nie jest tak powszechnie używany.
Stal jest stopem żelaza z węglem o zawartości masowej węgla nieprzekraczającej 2,11%. Stal nierdzewna jest natomiast stopem żelaza z węglem z dodatkiem chromu. Jej zawartość masowa węgla nie może przekraczać 1,2%, natomiast zawartość masowa chromu może być większa lub równa 10,5%.
Rys historyczny
Produkcja stali nierdzewnej
Proces produkcji stali nierdzewnej rozpoczyna się podobnie jak w przypadku tradycyjnej stali. Z rudy żelaza i koksu, po stopieniu, otrzymuje się produkt w postaci surówki.
Etap I. Topienie i odlewanie
W pierwszym etapie, odpowiednie komponenty, w zależności od rodzaju stali, są umieszczane w wielkim piecu, następnie rozgrzewane powyżej temperatury ich topnienia (około 1540°C). Aby mieć pewność, że wszystkie uległy stopieniu, proces ten trwa od 8 do 12 godzin. Cała reakcja jest kontrolowana poprzez badania temperatury oraz składu chemicznego.
Po całkowitym stopieniu, otrzymana mieszanina jest rafinowana (oczyszczana z zanieczyszczeń). W piecu umieszczana jest mieszanina argonu i tlenu. Tlen wchodzi w reakcję z zanieczyszczeniami, takimi jak krzem czy nadmiar węgla, przekształcając je w odpowiednie tlenki.
Zanieczyszczenia tworzą żużel, który następnie łatwo usunąć z mieszaniny. W nim są zawarte wszystkie trudno rozpuszczalne w surowej stali niepotrzebne związki (głównie tlenki). Oczyszczona stal jest odlewana w odpowiednie formy, w zależności od następnych zastosowań.
Etap II. Formowanie
W zależności od zastosowania, stal nierdzewna może być formowana na gorąco lub zimno.
a) Formowanie na gorąco
Formowanie na gorąco odbywa się w temperaturze powyżej temperatury rekrystalizacji stali. Otrzymane w poprzednim etapie kawałki stali są walcowane do odpowiedniego kształtu – płyty, drutu lub paska.
b) Formowanie na zimno
W przypadku, gdy końcowy produkt powinien mieć precyzyjne wymiary lub połysk, stosuje się walcowanie na zimno. Odbywa się ono w temperaturze poniżej temperatury rekrystalizacji stali. Finalny produkt ma gładką strukturę.
Etap III. Oczyszczanie powierzchni
Po procesie formowania, powierzchniowa warstwa metalu pokryta jest matową warstwą żużlu. Aby stal miała połysk, należy ją usunąć. W przypadku żużlu, można to zrobić poprzez oczyszczanie chemiczne. Stal zanurza się w roztworze kwasu azotowego(V) i fluorowodorowego. Żużel roztwarza się w mieszaninie kwasów, a następnie wytrawiona stal oczyszczana jest w strumieniu wody pod wysokim ciśnieniem. Po tym etapie pozostaje błyszcząca powierzchnia stali nierdzewnej.
Etap IV. Hartowanie
W tym etapie oczyszczona stal jest hartowana, czyli nadawana jest jej odpowiednia twardość oraz specyficzne właściwości końcowego produktu. Stal nierdzewna jest ogrzewana do odpowiednio wysokiej temperatury, zwanej temperaturą hartowania. Następnie przyjmuje odpowiednią strukturę. Po pewnym czasie, gdy cały materiał osiąga wymaganą temperaturę (w zależności od gatunku stali, od 800 do 1220°C), jest bardzo szybko chłodzony.
Etap V. Etap wykończeniowy
W tym etapie gotowa stal jest odpowiednio przycinana lub wyginana, w zależności od zapotrzebowania.
Stal nierdzewna odgrywa istotną rolę we współczesnym świecie. Wyroby z niej wykonywane możemy odnaleźć w kuchni, na ulicach czy parkach, a także w dziełach sztuki. Jej proces produkcji jest złożony z wielu etapów, a każdy z nich stanowi nieodłączną część otrzymywania tego materiału.
Słownik
stal to stop żelaza z węglem, z dodatkiem innych metali
10% roztwór kwasu octowego (etanowego) w wodzie
usuwanie domieszek i zanieczyszczeń, aby uzyskać odpowiednie właściwości fizykochemiczne
uboczny produkt procesów metalurgicznych
temperatura, w której materiał uzyskuje właściwości, jakie utracił przed przeróbką plastyczną
przywrócenie metalowi jego struktury krystalicznej oraz właściwości fizycznych i mechanicznych
obróbka cieplna materiałów stalowych, nadająca im odpowiednie właściwości, np. twardość i wytrzymałość
Bibliografia
Encyklopedia PWN
Kosińki T., Chemia. Podręcznik dla techników rolniczych, Warszawa 1964.
Penkala T., Podstawy chemii ogólnej, Warszawa 1977.
Siwicki J., Technologia chemiczna ogólna nieorganiczna. Część. 1, Warszawa 1966.