Stal kwasoodporna a nierdzewna - czym się różnią, rodzaje i oznaczenia

Czym różni się stal nierdzewna od kwasoodpornej?

Według obowiązującej normy PN-EN 10088 stal kwasoodporna nie jest osobną kategorią - to część grupy stali nierdzewnych. Podział na „nierdzewną” i „kwasoodporną” pochodzi z wycofanej polskiej normy PN-71/H-86020 i przetrwał w języku handlowym. Różnica praktyczna sprowadza się do składu: stale kwasoodporne zawierają nikiel (i najczęściej molibden), stale nierdzewne w dawnym znaczeniu - głównie chrom.

Definicja stali nierdzewnej według PN-EN 10088

Stal nierdzewna to stop żelaza, który zawiera co najmniej 10,5% chromu i maksymalnie 1,2% węgla. Norma PN-EN 10088 zalicza ją do stali odpornych na korozję, obok stali żaroodpornych i żarowytrzymałych. Chrom tworzy na powierzchni stali cienką warstwę pasywną, która odbudowuje się po uszkodzeniu, jeśli ma dostęp do tlenu. Pasywacja to proces powstawania tej warstwy - zachodzi samoczynnie, a po spawaniu lub obróbce mechanicznej przyspiesza się ją chemicznie. Mechanizm ten opisujemy w artykule dlaczego stal nierdzewna nie rdzewieje.

Skąd wziął się podział na nierdzewną i kwasoodporną (PN-71/H-86020)

Wycofana norma PN-71/H-86020 dzieliła stale odporne na korozję według stopnia i charakteru odporności. „Nierdzewnymi” nazywano stale chromowe o zawartości min. 10,5% Cr - ferrytyczne, martenzytyczne i ferrytyczno-martenzytyczne. „Kwasoodpornymi” - austenityczne stale chromowo-niklowe o zawartości 15-20% Cr i 8-14% Ni (typu 18-8 i 18-10), odporne na kwasy organiczne i większość nieorganicznych.

Według tego podziału stal 1.4301 (dawne oznaczenie 0H18N9), choć nie zawiera molibdenu, była stalą kwasoodporną. Norma PN-EN 10088 nie używa już pojęcia „stal kwasoodporna” - obie dawne grupy weszły do grupy stali nierdzewnych.

Co dziś oznacza „kwasówka” w handlu

Kwasówka to handlowa nazwa stali kwasoodpornej, a nierdzewka - potoczna nazwa stali nierdzewnej w ogóle. Kwasówkę dziś najczęściej rozumie się jako gatunek z molibdenem: 1.4404 (316L) lub 1.4571 (316Ti). Część rynku nadal nazywa kwasówką także stal 1.4301 (304), zgodnie z dawnym podziałem PN.

WAŻNE.

Nazwy „kwasówka”, „nierdzewka” i „V4A” obejmują kilka gatunków o różnej odporności na chlorki i różnych cenach, m.in. 1.4301, 1.4401, 1.4404 i 1.4571. W zapytaniu ofertowym i w dokumentacji zakupowej gatunek podaje się numerem lub znakiem zgodnym z PN-EN 10088 - tylko wtedy oferty od różnych dostawców da się rzetelnie porównać.

Wartości PREN orientacyjne, wyliczone ze wzoru PREN = %Cr + 3,3×%Mo + 16×%N dla typowego składu. Pełne składy chemiczne podajemy w artykułach o poszczególnych gatunkach.

Jakie są rodzaje stali nierdzewnej?

Stal nierdzewna występuje w pięciu rodzajach, które rozróżnia się według struktury krystalicznej: austenitycznym, ferrytycznym, martenzytycznym, austenityczno-ferrytycznym (duplex) i umacnianym wydzieleniowo. Struktura decyduje o magnetyczności, spawalności, wytrzymałości i odporności na korozję. Osobną grupą stali odpornych na korozję są stale żaroodporne, pracujące w temperaturze powyżej ok. 550°C.

Stale austenityczne (1.4301, 1.4404, 1.4571, 1.4541)

Stal austenityczna to stal chromowo-niklowa (potocznie stal chromoniklowa) lub chromowo-niklowo-molibdenowa, która w stanie wyżarzonym ma strukturę austenitu i jest praktycznie niemagnetyczna. To najczęściej stosowana grupa stali nierdzewnych - sama stal 1.4301 (AISI 304) odpowiada za ok. 70% rynku. Odmiany z molibdenem to stal 1.4404 (AISI 316L) i stabilizowany tytanem gatunek 1.4571 (316Ti), a wersją bez molibdenu, stabilizowaną tytanem, jest gatunek 1.4541 (321).

Stale ferrytyczne (1.4016 / 430, 1.4003, 1.4509)

Stal ferrytyczna to stal chromowa o zawartości 10,5-30% Cr, zwykle bez niklu, zawsze magnetyczna. Stal 1.4016 (430, 16-18% Cr) stosuje się m.in. w AGD na elementy bez stałego kontaktu z wodą, stal 1.4003 (10,5-12,5% Cr) - na elementy konstrukcyjne i ramy kontenerów, a stabilizowaną tytanem i niobem stal 1.4509 - m.in. w samochodowych układach wydechowych.

Stale martenzytyczne (1.4021, 1.4034)

Stal martenzytyczna to stal chromowa o podwyższonej zawartości węgla, którą można hartować i odpuszczać, uzyskując wysoką twardość. Stal 1.4021 (X20Cr13) zawiera średnio 0,2% C i 13% Cr, stal 1.4034 (X46Cr13) - 0,43-0,50% C. Stale martenzytyczne są magnetyczne i mają niższą odporność na korozję niż stale austenityczne.

Stale duplex (1.4462, 1.4362, 1.4410)

Stal duplex to stal austenityczno-ferrytyczna o udziale ferrytu 30-50%, która łączy odporność korozyjną stali austenitycznych z prawie dwukrotnie wyższą granicą plastyczności Rp0,2 niż stal 1.4301. Najpopularniejszym gatunkiem jest stal duplex 1.4462. Stal 1.4362 to tańszy wariant lean duplex, a 1.4410 - superduplex o zawartości chromu powyżej 24%.

Stale żaroodporne (1.4828)

Stal żaroodporna to stal odporna na utlenianie i działanie gorących gazów w temperaturze powyżej ok. 550°C, objęta normą EN 10095, a nie PN-EN 10088. Typowym przedstawicielem jest austenityczna stal żaroodporna 1.4828 (X15CrNiSi20-12). Stal żaroodporna nie jest zamiennikiem kwasówki w środowisku z chlorkami.

Co oznacza stal 18/10, V2A i V4A?

Stal 18/10 to potoczna nazwa stali chromowo-niklowej o zawartości ok. 18% chromu i ok. 10% niklu, najczęściej gatunku 1.4301 (304). Tym samym gatunkiem bywa nazywane oznaczenie 18/8 oraz V2A. Nazwa V4A obejmuje gatunki z dodatkiem molibdenu, przede wszystkim 1.4401, 1.4404 i 1.4571.

Stal 1.4301 zawiera 8-10,5% niklu, dlatego handel używa zamiennie określeń 18/8 i 18/10. W tym samym zakresie chromu i niklu mieści się jednak kilkanaście gatunków, różniących się zawartością węgla i dodatkami stopowymi - np. 1.4307 (304L) czy 1.4541 (321). Dlatego określenia „18/10” i „V2A” nie wystarczają do zamówienia.

Jak czytać oznaczenia stali nierdzewnej?

Ten sam gatunek stali nierdzewnej ma zwykle cztery oznaczenia: europejski numer materiału (np. 1.4301), europejski znak materiału (X5CrNi18-10), oznaczenie amerykańskie AISI (304) i dawne oznaczenie polskie PN (0H18N9). Wiążący przy zamówieniu jest numer lub znak wg EN 10088 - normy europejskie określają skład chemiczny węziej niż AISI/ASTM.

Numer materiału (1.4301: „1” = stal, „43” = grupa)

Numer materiału wg EN 10027-2 ma postać 1.XXYY. Cyfra „1” oznacza stal, człon „XX” - grupę stali, a „YY” - konkretny gatunek w grupie. Stalom odpornym na korozję przydzielono grupy 40-49, w tym stalom nierdzewnym 40-46. Stale ferrytyczne i martenzytyczne mają numery 1.40 i 1.41. Grupa 1.43 obejmuje gatunki z niklem bez molibdenu (1.4301), 1.44 - z molibdenem (1.4404, 1.4462), 1.45 - z dodatkami specjalnymi, np. tytanem (1.4541, 1.4571).

Znak materiału (X5CrNi18-10)

Znak materiału opisuje skład chemiczny. W oznaczeniu X5CrNi18-10 litera „X” oznacza stal wysokostopową, „5” - stukrotność średniej zawartości węgla (0,05%), „CrNi” - główne pierwiastki stopowe, a „18-10” - zawartość chromu i niklu w procentach (18% Cr, 10% Ni). Analogicznie X2CrNiMo17-12-2 (1.4404) to stal o ok. 0,02% C, 17% Cr, 12% Ni i 2% Mo.

AISI i dawne oznaczenia PN

System AISI/ASTM to trzycyfrowe oznaczenie z ewentualnymi literami: seria 300 to stale austenityczne Cr-Ni i Cr-Ni-Mo, seria 400 - ferrytyczne i martenzytyczne, litera „L” oznacza gatunek niskowęglowy (maks. 0,03% C). Jedno oznaczenie AISI może odpowiadać kilku gatunkom EN - AISI 316L obejmuje 1.4404, 1.4435 i 1.4432. W dawnych oznaczeniach PN-H-86020 cyfra na początku określa zawartość węgla („00” - maks. 0,03% C), litery oznaczają pierwiastki (H - chrom, N - nikiel, M - molibden, T - tytan), a liczby - ich zawartość.

Dawne oznaczenia PN są odpowiednikami przybliżonymi - zakresy składu w PN-H-86020 nie pokrywały się w pełni z EN 10088. Pełne zestawienie gatunków znajdziesz w tabeli gatunków stali nierdzewnej.

Jak odróżnić stal 304 od 316?

AISI 304 a 316 - różnica sprowadza się do molibdenu. Stal 316 różni się od stali 304 dodatkiem molibdenu - w gatunkach 1.4401 i 1.4404 jest to 2,0-2,5% Mo. Molibden podnosi odporność na korozję wżerową w środowisku z chlorkami. Obu gatunków nie odróżnisz wzrokowo ani magnesem; pewne są tylko dokumenty i analiza składu.

Magnes nie odróżni stali 304 od 316, bo oba gatunki są austenityczne i w stanie wyżarzonym praktycznie niemagnetyczne. Po gięciu lub tłoczeniu oba mogą lekko przyciągać magnes. Wiarygodne metody to:

1. Świadectwo odbioru 3.1 wg EN 10204 - świadectwo odbioru 3.1 to dokument kontroli, który producent wystawia dla konkretnej partii materiału, z wynikami analizy wytopu.
2. Analiza składu chemicznego spektrometrem - przenośnym (XRF, OES) lub w laboratorium; wykazuje obecność i zawartość molibdenu.

Domowe testy chemiczne nie dają wiarygodnego wyniku. Przy odbiorze materiału na projekt porównuj numer wytopu na wyrobie z numerem na świadectwie 3.1.

Czy stal nierdzewna jest magnetyczna?

Stal nierdzewna magnetyczna to stal o strukturze ferrytycznej, martenzytycznej lub duplex, która przyciąga magnes niezależnie od obróbki. Stale austenityczne, czyli m.in. kwasówka 1.4301 i 1.4404, w stanie wyżarzonym są praktycznie niemagnetyczne (przenikalność magnetyczna μr ok. 1).

Austenityczna stal nierdzewna może stać się lekko magnetyczna po obróbce na zimno (gięcie, tłoczenie, ciągnienie), bo część austenitu przechodzi w magnetyczny martenzyt. Najsilniej dotyczy to gatunków o niższej zawartości niklu, jak 1.4301; gatunki z molibdenem, np. 1.4401, mają stabilniejszą strukturę. Magnetyczność nie obniża odporności korozyjnej, a przesycanie w temperaturze 1000-1150°C przywraca stan niemagnetyczny.

Magnes odróżni stal ferrytyczną od austenitycznej, ale nie potwierdzi gatunku.

Kiedy wybrać stal kwasoodporną z molibdenem?

Stal kwasoodporną z molibdenem (np. 1.4404, 1.4571) wybiera się wtedy, gdy element ma kontakt z chlorkami: solą drogową, strefą nadmorską, wodą basenową lub solankami. Wskazana jest też w atmosferze przemysłowej z dwutlenkiem siarki i tam, gdzie nie da się zapewnić regularnego czyszczenia powierzchni.

Korozja wżerowa to miejscowe przebicie warstwy pasywnej przez jony agresywne, najczęściej chlorki, które prowadzi do powstania wżerów w głąb materiału. Molibden wspomaga chrom w zapobieganiu korozji wżerowej i szczelinowej.

Chlorki osadzają się z wilgocią na powierzchni, a po wyschnięciu zostają - przy kolejnych cyklach stężenie chlorków na stali staje się znacznie wyższe niż w otaczającym powietrzu. W środowisku wodnym granicę wyznacza stężenie chlorków: gatunki typu 304 nadają się do wody o zawartości do ok. 200 mg/l chlorków, gatunki typu 316 - do ok. 1000 mg/l. W gorącej wodzie te progi spadają.

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) to równoważnik odporności na korozję wżerową liczony ze wzoru PREN = %Cr + 3,3×%Mo + 16×%N. Dla typowego składu wynosi ok. 18-19 dla stali 1.4301, ok. 24 dla stali 1.4404 i ok. 35 dla stali duplex 1.4462. Stal 1.4301 ma najniższy PREN wśród standardowych stali austenitycznych i nie nadaje się do stref rozpryskiwania ani trwałego zanurzenia w wodzie zawierającej sól. PREN służy jednak tylko do wstępnego porównania - na wynik wpływa też chropowatość powierzchni, szczeliny i temperatura.

Dobór gatunku w 4 krokach:

1. Środowisko - czy są chlorki (sól, morze, basen, solanka) lub SO₂? Jeśli tak, gatunek z molibdenem; przy wysokim stężeniu chlorków - duplex lub gatunki wyżej stopowe.
2. Spawanie - przy konstrukcjach spawanych o grubości ścianek powyżej ok. 6 mm wybierz gatunek niskowęglowy „L” (1.4307, 1.4404) lub stabilizowany tytanem (1.4541, 1.4571).
3. Temperatura pracy - powyżej ok. 550°C, gdzie decyduje odporność na utlenianie, potrzebna jest stal żaroodporna wg EN 10095.
4. Forma wyrobu - pręt, rura, płaskownik, kształtownik (kątownik, ceownik), profil zamknięty, blacha lub taśma; nie każdy gatunek jest równie dostępny w każdej postaci i wymiarze.

Sprawdź ofertę stali nierdzewnej i kwasoodpornej i znajdź gatunek do swojego projektu

Lub jeśli potrzebujesz pomocy, nawiąż kontakt z naszymi specjalistami z działu sprzedaży

Opracowanie: Zespół ekspertów Nova Trading.
Artykuł został przygotowany w oparciu o literaturę techniczną oraz zweryfikowany przez inżynierów i technologów naszego Centrum Serwisowego.