Stal szlachetna - nierdzewna

Informacje ogólne

Wielość unikalnych właściwości stali nierdzewnych powoduje, że stal ta jest bardzo silnym kandydatem pośród różnych gatunków materiałów. Inżynierowie, specjaliści i projektanci często nie doceniają lub nie dostrzegają tych zalet. Pierwszym, co rzuca się im w oczy, jest stosunkowo wysoka cena zakupu stali szlachetnej. Jednakże, biorąc pod uwagę trwałość produktów wykonanych z tego materiału, stal szlachetna jako surowiec jest często najlepszym i najtańszym rozwiązaniem.

Co to jest stal nierdzewna?

Stal nierdzewna jest to stal z obniżoną zawartością węgla, w której przynajmniej 10% wagi stanowi chrom. Właśnie ta zawartość chromu jest czynnikiem zapewniającym nierdzewny charakter stali. Reakcja chromu zawartego w stali z tlenem prowadzi do powstania na powierzchni bardzo cienkiej (ok. 1/1000 mm), trwałej, niewidocznej i odpornej na rdzę warstwy tlenku chromu. Warstwa ta jest pasywna, tzn. nie wchodzi w reakcje z innymi substancjami. W przypadku uszkodzeń fizycznych lub chemicznych warstwa ta samoczynnie się regeneruje, pod warunkiem stałego dostępu choć niewielkiej ilości tlenu. Właśnie dlatego noże wykonane ze stali szlachetnej mogą być ostrzone i szlifowane wiele setek razy i nigdy nie zardzewieją. Unikalne właściwości stali szlachetnej mogą być poprawione przez dodanie większej ilości chromu oraz dodatek innych składników, takich jak: molibden, nikiel. W rzeczywistości jest 60 różnych stopów stali szlachetnej, lecz główny podział obejmuje pięć grup stali:

• chromowe - hartownicze o strukturze martenistycznej: ze względu na martenistyczną budowę ten rodzaj stali hartowany jest poprzez poddanie działaniu wysokiej temperatury, podobnie jak stale konwencjonalne;
• chromowe - niehartownicze o strukturze ferrytycznej: w skład tego stopu oprócz chromu wchodzi tytan lub aluminium. Znajduje zastosowanie głównie w budownictwie;
• chromowo - niklowe niehartownicze o budowie austenitycznej: zawierają mniej węgla niż pozostałe stopy. Ten rodzaj materiału doskonale sprawdza się w zimnych warunkach. Stosowana głównie w produkcji beczek do piwa, wina, w mroźniach i chłodniach;
• chromowo - niklowe o zdolności do zahartowania o budowie martenistycznej, semi-ausenitycznej lub austenitycznej w zależności od zawartości niklu. Zdolna do zachartowania w stosunkowo niskiej temperaturze;
• chromowo - niklowe niehartownicze o budowie w 50% ferrytycznej i w 50% austenitycznej. Bardzo wytrzymała, stosowana w przemyśle chemicznym. W pewnym stopniu zdolna do hartowania pod wpływem zimna.

Odkrycie

Wynalazca stali szlachetnej, Harry Bearleey, urodził się 1871r. w Sheffield w Angli. Jego ojciec był hutnikiem. Ze względu na brak środków do życia, w wieku 12 lat zmuszony był porzucić szkołę by podjąć pracę w laboratorium chemicznym, gdzie zajmował się myciem butelek i pojemników. W ciągu następnych lat uczył się samodzielnie oraz podjął naukę w szkole wieczorowej. Tak też Harry Bearleey stał się ekspertem rozwiązującym problemy związane z metalurgią. Będąc znanym ekspertem w zakresie metalurgii, w 1908 roku Bearley założył Brown Firth Laboratories, które były finansowane przez dwie wiodące w tamtym czasie huty.

W 1912 roku Brealey rozpoczął prace nad mocniejszą stalą, nie erodującą pod wpływem temperatury tak szybko jak stal konwencjonalna. Jednym z eksperymentów, które przeprowadzał, było dodanie do stopu stali domieszki chromu mającego wyższą temperaturę topnienia. Dokonał wielu prób dodając od 6% do 15% chromu w połączeniu z różną zawartością węgla. Tak też dokładnie 13 sierpnia 1913 roku została wyprodukowana pierwsza prawdziwa stal odporna na rdzę. Zawierała wtedy 0,24% węgla oraz 12,8% chromu. Jednak twórca nie był jeszcze dokładnie świadom swego sukcesu. Dopiero podczas następnych eksperymentów, kiedy Bearley badał strukturę cząsteczkową stali poddając ją działaniu silnie żrących kwasów, okazało się, że nowa stal nie zmienia struktury pod wpływem tych związków. W ciągu roku od odkrycia Breadleya, przedsiębiorstwo Krupp w Niemczech przeprowadzało eksperymenty na stopach metali, dodając nikiel. W ten sposób stworzono stal łatwiejszą w obróbce, bardziej odporną na działanie kwasów. Właśnie te dwa odkrycia dały początek stali szlachetnej. Lecz dopiero po I Wojnie Światowej zaczęto eksperymentować, dodając do stopów przeróżne kombinacje chromu i niklu.

Większość z dzisiejszych odmian stali została odkryta między 1913 a 1935 rokiem w Anglii, Niemczech, Francji i Ameryce. Po II wojnie światowej produkcja stali szlachetnej stawała się coraz wydajniejsza, powstawać zaczęły coraz to nowe odmiany, bardziej odporne na działanie kwasów, z lepszymi współczynnikami wytrzymałości do masy. Walory stali szlachetnej stają się dostrzegane coraz częściej i znajduje ona coraz więcej zastosowań.

Zalety stali szlachetnej

• Odporność na korozję - stopy ze stosunkowo niewielkim dodatkiem chromu (10%) mogą być stosowane jako surowiec do produktów mających przebywać w wilgoci, w bezpośrednim kontakcie z wodą. Stopy ze zwiększona zawartością chromu odporne są na działanie większości kwasów, zasad, roztworów chloru i innych związków;
• Odporność na temperaturę i ogień - stale z podwyższona zawartością chromu i z dodatkiem niklu nie zmieniają struktury i zachowują wytrzymałość nawet pod wpływem wysokich temperatur;
• Higiena - łatwość usuwania zanieczyszczeń i odporność na silnie żrące substancje powodują, że stal nierdzewna jest bezkonkurencyjnym materiałem do wykorzystania w pomieszczeniach, tj.: kuchniach, halach produkcyjnych w przetwórstwie spożywczym itd.;
• Estetyczny wygląd - jasna, błyszcząca powierzchnia nadaje atrakcyjny, nowoczesny i szlachetny wygląd. Dopełnieniem estetyki może być powierzchnia szlifowana, piaskowana lub mazerowana;
• Stosunek wytrzymałości do wagi - dzięki różnorodności stopów stali szlachetnych bez trudu można wybrać materiał bardzo wytrzymały, zarówno w wysokich jak i niskich temperaturach. Mocna struktura pozwala na stosowanie konstrukcji delikatniejszych w stosunku do konwencjonalnych materiałów, co niesie ze sobą pewne oszczędności;
• Łatwość obróbki - dzięki nowoczesnym technologiom stal szlachetna może być obrabiana podobnie jak stal konwencjonalna;
• Długowieczność - dzięki swoim właściwościom stal szlachetna jest o wiele bardziej trwała od konwencjonalnych materiałów. Dlatego, mimo wyższych kosztów zakupu, w perspektywie wielu lat wyroby ze stali szlachetnej są często najtańszym rozwiązaniem;
• Prestiż - stal szlachetna to materiał wysokiej klasy, nowoczesny, o wartości niewspółmiernej w stosunku do stali konwencjonalnych i tworzyw sztucznych. Nadaje wyrobom niepowtarzalny styl, stwarza wrażenie solidności, wysokiej jakości i profesjonalizmu;
• Wartość - stal nierdzewna jest droższa w zakupie ale i droższa w odsprzedaży. Ceny złomu stali szlachetnej są o wiele wyższe od cen złomu stali czarnej;
• Ochrona środowiska - nie ma problemów z pozbyciem się odpadów ze stali szlachetnej. Aż 50% stali będącej w sprzedaży pochodzi z przetopu odpadów.