Austenitick oceli KTOEMO Cvien 1 Tato prezentace je

Austenitické oceli KTO/EMO Cvičení 1 Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Austenit - definice Austenit – fáze ve slitinách železa intersticiální tuhý roztok uhlíku v železe γ přebytečný uhlík se vylučuje ve formě segregátu po hranicích zrn kubická plošně centrovaná mřížka [1] FCC – Face-Centered Cubic Lattice

Systém Fe-Fe 3 C v systému Fe-Fe 3 C je austenit stabilní do teploty 727 ºC přidáním austenito-tvorných prvků – zejména - Ni a Mn se stane austenit stabilní při pokojové teplotě

Austenitická ocel strukturu těchto oceli tvoří převážně železo γ (austenit) základním typem je chrom-niklová austenitická ocel s 18% Cr a 9% Ni pro docílení požadované korozní odolnosti a mechanických vlastností, se přidávají další legující prvky

Austenitická ocel Vliv základních a doprovodných prvků na vlastnosti lze schematicky charakterizovat následovně: - celková korozní odolnost (Cr, Mo, Cu, Si, Ni) mechanické vlastnosti (N) obrobitelnost (S, Se, P, Pb, Cu) odolnost proti bodové a štěrbinové korozi ( Mo, Si, N) odolnost proti obrobení (Ni)

Austenitické oceli - jsou nemagnetické - nepodléhají fázovým přeměnám a proto - nejsou kalitelné - pevnost lze zvyšovat pouze legováním (např. přísadou N) - u ocelí vyznačujících se menší stabilitou austenitu je možnost pevnost zvýšit tvářením za studena (pěchování, tažení)

Austenitické oceli - velmi dobře tvářitelné – tažnost 40% (trvalé prodloužení měřené délky zkušebního vzorku) - korozní odolnost se s narůstajícím procentem legur zvyšuje (Cr, Mo)

Austenitické oceli ocel DIN 1. 4541 s austenitickou strukturou struktura austenitické oceli je tvořena zrny austenitu a vyloučeným uhlíkem ve formě segregátu na hranicích zrn

Austenitické oceli - příklady DE DIN 17 440 W. Nr. DIN 17 441 CZ ČSN 42 0002 USA UK Fr It ASTM BSI AFNOR UNI 6900 ASME BS 1554 NFA 35 -574 UNI 6901 AISI BS 1502 Sweden SIS 1. 4000 X 2 Cr. Ni 19 11 17 249 304 L 304 S 11 Z 3 CN 18 -10 X 2 Cr. Ni 18 11 2352 1. 4311 X 2 Cr. Ni. N 18 10 - 304 LN 304 S 61 Z 3 CN 18 -10 Az X 2 Cr. Ni. N 18 10 2371 1. 4301 X 5 Cr. Ni 18 10 17 240 304 S 31 Z 7 CN 18 -09 X 5 Cr. Ni 18 10 2332 1. 4401 X 5 Cr. Ni. Mo 17 12 2 17 346 316 S 31 Z 7 CND 17 -11 -02 X 5 Cr. Ni. Mo 17 12 2347 1. 4406 X 2 Cr. Ni. Mo. N 17 12 2 - 316 LN 316 S 61 Z 3 CND 17 -11 Az - - 1. 4541 X 6 Cr. Ni. Ti 18 11 17 248 321 S 31 Z 6 CNT 18 -10 X 6 Cr. Ni. Ti 18 11 2337 1. 4571 X 6 Cr. Ni. Mo. Ti 17 12 2 17 348 316 Ti 320 S 17 Z 6 CNDT 17 -12 X 6 Cr. Ni. Mo. Ti 1712 2350

DIN 1. 4541 - austenitická chrómniklová ocel s přísadou titanu (stabilizovaná) - zvýšená odolnost proti korozi, zvláště proti mezikrystalické - svařitelnost je velmi dobrá - odolná do 800°C

DIN 1. 4541 Chemické složení C ≤ 0, 08%, Cr (17 – 19) %, Ni (9 – 12) %, Ti (min. 5 x %C - 0, 70) - vhodná pro stavbu tlakových nádob a svařovaných konstrukcí - svařování dílů větší tloušťky [5] - používá se v energetickém, chemickém a farmaceutickém průmyslu - často je používána jako materiál pro konstrukční prvky v jaderném strojírenství

Porovnání vlastností při pokojové teplotě 1. 1. 1 4 DIN 1 5 9 4 1 1 12 17 0 2 ČSN 5 4 0 8 mi mi n n Rp 0, 2 . . [MPa] 3 2 2 0

DIN 1. 4541 Ocel 1. 4541 má: - silný sklon ke zpevňování za studena - zpevnění vzniká přetvořením austenitu na deformační martenzit, který zvýší pevnost a sníží tažnost - dobrou houževnatost – KV = 60 J (nárazová práce) oproti KV = 25 J ČSN 12050 (C 45 E) - nízkou tepelnou vodivost - 15 W/m. K oproti cca 30 W/m. K [4] pro feritické a martenzitické korozivzdorné oceli a 47 W/m. K pro ocel ČSN 12 050

Austenitické oceli - obrobitelnost - proto ocel DIN 1. 4541, stejně jako celá skupina austenitických ocelí, patří mezi obtížně obrobitelné materiály - pro lepší obrobitelnost je do tavby přidávána síra - obsah síry u skupiny ocelí se zlepšenou obrobitelností se pohybuje v intervalu 0, 015 až 0, 030 % - vedle toho existují automatové austenitické oceli, kde je obsah síry zvýšen na 0, 15 až 0, 3 % - zvýšený obsah síry v oceli způsobí lepší lámavost třísky, hladší povrch obrobku a menší opotřebení nástroje ALE …

Austenitické oceli - korozivzdornost ALE se zvyšujícím se obsahem síry (sulfidů) klesá odolnost proti korozi - proto je hodnota obsahu síry 0, 3% MEZNÍ - odolnost nerezavějících ocelí proti korozi je závislá v první řadě na chemickém složení

Vliv % S a % Cu na obrobitelnost [6] Složení vzorků a naměřený kroutící moment při vrtání konstantní posuvovou silou, vzorek č. 1 je nemodifikovaného složení

Vliv % S a % Cu na obrobitelnost [6] Absolutní obrobitelnost vyjádřená časem řezu

Vliv % S a % Cu na obrobitelnost [6] Závěr modifikované vzorky 2 – 4 se zvýšeným hmotnostním procentem síry dosáhly lepší obrobitelnosti. Obrobitelnost je vyjádřena absolutně velikostí kroutícího momentu a časem řezání při konstantní posuvové síle.

Vliv % S a % Cu na korozivzdornost [6] vzorek č. 1 je nemodifikovaného složení

Vliv % S a % Cu na korozivzdornost [6] Výsledky testu korozní odolnosti (Straussův test) a expozice vzorků ve vroucí 5% H 2 SO 4

Vliv % S a % Cu na korozivzdornost [6] Závěr v méně agresivním prostředí (Straussův test) je úbytek vzorku zanedbatelný pro méně agresivní prostředí je vhodné použít modifikovanou 1. 4541 pro více agresivní prostředí je vhodnější použít nemodifikovanou ocel 1. 4541 (se zvyšujícím se obsahem síry (sulfidů) klesá odolnost proti korozi)

Austenitické oceli – svařitelnost a korozivzdornost Pokud jsou tyto oceli po tepelném zpracování nebo svařování pomalu ochlazovány, dochází v oblasti kritických teplot přibližně v rozmezí 500 až 800° C k vylučováni karbidů po hranících zrn. To způsobuje vznik mezikrystalové koroze v kyselém prostředí vlivem ochuzení zmíněných oblastí o chrom.

Stárnutí austenitických ocelí v jaderném průmyslu [7, 8] Stárnutí oceli – křehnutí houževnatých ocelí, způsobené zejména precipitací karbidu a nitridu železa z přesyceného feritu K nejdůležitějším příčinám procesu stárnutí v jaderných elektrárnách patří: - ozáření - tepelné namáhání - mechanické namáhání - koroze, mechanické a abrazivní opotřebení - kombinace a vzájemné působení uvedených vlivů

Stárnutí austenitických ocelí v jaderném průmyslu [7, 8] Na oceli používané v jaderné technice se kromě požadavků na pevnost a korozní vlastnosti kladou z jaderného hlediska ještě tyto základní požadavky: a/ nízké indukovaná aktivita b/ odolnost proti radiačnímu poškození

Stárnutí austenitických ocelí v jaderném průmyslu [7, 8] S narůstajícím věkem reaktoru se mohou objevit příčiny poruch, které nebyly předem předvídány nebo byly dokonce vylučovány (například vznik trhliny v titanem stabilizované austenitické oceli v důsledku kombinace koroze a namáhání), což prohlubuje problém stárnutí.

Stárnutí austenitických ocelí v jaderném průmyslu [7, 8] – křehnutí v důsledku dávek radioaktivního záření Integrální neutronový tok Ф [nm-2] (počet neutronů, které projdou plochou 1 nm 2 za 1 sekundu) a Re, Rm, δ a ψ

Stárnutí austenitických ocelí v jaderném průmyslu [7, 8] – křehnutí v důsledku dávek radioaktivního záření Vlivem záření se zvyšuje z mechanických vlastnosti: zejména mez kluzu (Re), pevnost (Rm) a tvrdost, současně klesá tažnost (δ), kontrakce (ψ), vrubová houževnatost, tranzitní teplota vrubové houževnatosti se posunuje k vyšším teplotám – materiál křehne. oceli s krystalovou prostorově středěnou mřížkou jsou značně citlivější k účinkům záření než austenitické oceli s krychlovou mřížkou plošně středěnou.

Literatura [1] SKÁLOVÁ, J. : Fyzikálně metalurgický slovník. Plzeň 2001, ISBN 80 -7082 -831 -5 [2] vscht. cz [5] http: //www. strojirny. com/page 26. html [6] HLINIKOVSKÝ, M. , CHMIEL, B. , MÁDL, J. , KOUTNÝ, V. , ŠTROBL, R. : Legování austenitické nerezavějící oceli sírou a mědí. METAL 2005 [7] FROGGATT, A. : Bezpečnostní rizika jaderných reaktorů. Nuclear Power: Myth and Reality, No. 2, December 2005 [8] KOUTSKÝ, J. : Materiály jaderných zařízení. Plzeň 1986 VŠSE Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.