Dodatki stopowe
Czy zastanawiałeś się kiedyś nad tym, co powoduje, że zwykłe żelazo, do wytopu którego potrzebna jest brzydka, szarobura ruda, zamienia się w błyszczącą, zawsze nienagannie wyglądającą stal, której nie ima się korozja ?. Czy wystarczy tak jak muzycy z Pink Floyd wypowiedzieć formułę: „Świeć, szalony diamencie !”, czy jednak szukać, błądzić, dodać szczyptę czegoś, jak alchemik z rumieńcem na twarzy i wreszcie znaleźć „to coś” ?.
Historia wytopu żelaza z rudy żelaza sięga roku 2000 p.n.e. Prymitywne metody pozyskiwania żelaza były na przełomie wieków stopniowo udoskonalane. Prawdziwy, niezwykle dynamiczny rozwój metalurgii przypadł na czasy pierwszej rewolucji przemysłowej na początku XVIII wieku. W połowie XIX wieku ludzkość potrzebowała już znacznie lepszego materiału niż zwykłe żelazo. Przede wszystkim materiału, który odznaczałby się znacznie większą twardością i wytrzymałością. Tak zrodziła się stal, czyli żelazo o małej zawartości węgla, wolne od niepożądanych związków i pierwiastków chemicznych (fosfor, siarka) i zawierające „to coś” , czyli dodatki stopowe. Nas, producentów i dystrybutorów systemów kominowych, z mnogości gatunków stali, interesują przede wszystkim te, które poddane działaniu agresywnych spalin, charakteryzują się wysoką odpornością na korozję powierzchniową i wżerową. Długie poszukiwania właściwych dodatków stopowych przyniosły spodziewane efekty.
Niech żyje chrom!
Pierwiastek ten jest podstawowym dodatkiem stopowym w stalach kwasoodpornych. Chrom dodany do żelaza w ilości minimum 11% nadaje stali cechy stali nierdzewnej, czyli odpornej na działanie wody i szeroko rozumianych warunków atmosferycznych (kwaśne deszcze). Dalsze zwiększanie zawartości chromu w stali, znacznie podnosi jej kwasoodporność. Większość współcześnie produkowanych stali kwasoodpornych zawiera ok. 17-18% chromu. Chrom jest pierwiastkiem, który bardzo szybko reaguje z tlenem, a jego tlenki tworzą na powierzchni stali niezwykle cienką (1-2 nanometra) warstwę pasywną, odporną na działanie kwasów m. in. azotowego i siarkowego o niezbyt wysokich stężeniach. Warstwa ta ma jeszcze jedną ciekawą cechę. Potrafi się odbudować w przypadku uszkodzeń mechanicznych na powierzchni stali lub po wypłukaniu przez kwasy. Przykładem stali, gdzie chrom jest jedynym dodatkiem stopowym jest stal gatunku 1.4509, stosowana przez firmę MK Sp. z o.o. do budowy płaszcza zewnętrznego kominów dwuściennych, izolowanych. Stal ta niestety nie może być użyta do budowy toru spalinowego przenoszącego spaliny. Jej kwasoodporność jest mimo wszystko zbyt mała. Chromowi potrzebne jest wsparcie w walce z korozją wżerową i powierzchniową. Metalurdzy szybko znaleźli to „drugie coś”, co w połączeniu z chromem dało zadowalające efekty.
Proces pasywacji pokazano na rysunku poniżej.
Molibden, drugą siłą!
Podobnie jak chrom, szybko reaguje z tlenem, tworząc na powierzchni stali warstwę pasywną. Ta „podwójna” warstwa pasywna zapewnia już bardzo dobrą ochronę przed agresywnymi spalinami, będącymi produktami spalania gazu ziemnego, oleju opałowego drewna i pochodnych węgla. Zwykle zawartość molibdenu w stalach kwasoodpornych wynosi ok. 2%. Przykładem stali zawierającej dwa dodatki stopowe, tj. chrom i molibden, jest stal ferrytyczna gatunku 1.4521. Stal ta jest wykorzystywana przez firmę MK Sp. z o.o. jako tory spalinowe dla systemów jednościennych Standard, powietrzno – spalinowych Premium, oraz w systemach dwuściennych, izolowanych MKD i MKKD Standard. Czy koalicja chrom – molibden jest wystarczającą siłą ?. Znany jest powszechnie w metalurgii wskaźnik PRE określający odporność stali na korozję wżerową. Wskaźnik ma postać: PRE = % zawartości Chromu + 3,3 x % zawartości Molibdenu. Widać, że tylko te dwa pierwiastki stanowią o wartości tego wskaźnika. A więc tak !. Koalicja wygrywa ! Czy na pewno ? Co się dzieje ze stalą ferrytyczną 1.4521 w obecności bardzo silnych kwasów i ługów ? Chrom i molibden walczą na pierwszej linii frontu (warstwa pasywna). Czy przerwanie tej linii obrony stanowi o klęsce, czyli zniszczeniu stali ?. Niekoniecznie, ale potrzeba więcej żołnierzy.
Bryłka molibdenu
Nikiel, armia w tle!
Nikiel, wbrew powszechnemu mniemaniu, nie tworzy na powierzchni stali warstwy pasywnej. Rozmieszczony w sposób regularny w siatce strukturalnej stali działa „w tle”, podnosząc kwasoodporność. Ta kompozycja: żelazo-chrom-nikiel nazywana jest stalą austenityczną. Zwykle zawartość niklu w tych stalach wynosi 8-11 %. Nikiel jest też bardzo przyjazny dla producentów, nadając stali plastyczność, za którą idzie łatwość obróbki oraz czyniąc stal łatwo spawalną. Typowym przedstawicielem stali austenitycznej jest stal gatunku 1.4404 używana w systemach Premium MKS i MKD. Dodatki stopowe tej stali to: chrom 17%, molibden 2% i nikiel 11%.
Opracował: Sławomir Wyglądała na zlecenie MK PRO Sp. z o.o.