bainittstål

De fleste produkter av bainittstål blir i dag framstilt ved kontinuerlig kjøling etter å ha blitt varmformet ved valsing eller smiing. Det er viktig å unngå vekst av ferritt/perlitt på austenittkorngrensene før omvandlingen til bainitt starter, og dette oppnås på to måter. Den vanligste metoden er å legere stålene med elementer som hemmer veksten av ferritt/perlitt. Spesielt bor og molybden er gunstige tilsetninger fordi de forsinker denne reaksjonen mye mer enn de påvirker dannelsen av bainitt. Ved tilsetning av for eksempel 0,5 vektprosent molybden og 0,002 vektprosent bor kan bainitt oppnås ved luftkjøling. Man kan også undertrykke veksten av ferritt/perlitt ved akselerert kjøling som oppnås ved å spraye ståloverflaten med vann forbi det temperaturområdet hvor disse mikrostrukturene dannes, det vil si ned til 400-500 °C, etterfulgt av luftkjøling. Stålets fulle kjemiske sammensetning velges slik at mikrostrukturen blir bestående av nedre bainitt som både er sterkere og seigere enn øvre bainitt.

Ved å forlenge den akselererte avkjølingen kan bainittdannelsen forskyves til lavere temperaturer. Flere kim vil da dannes, og man oppnår en finere platestruktur med økt seighet og styrke. Styrkeøkningen skyldes bare delvis den finere mikrostrukturen. Et større styrkebidrag skriver seg fra (i) økt dislokasjonstetthet i bainitten når dannelsestemperaturen minker, og (ii) økt mengde løst karbon i bainitten når avkjølingshastigheten øker fordi det blir mindre tid til karbidutfelling. Økt avkjølingshastighet vil imidlertid kunne føre til at det dannes øyer av martensitt i mikrostrukturen, og det er normalt at disse stålene har en slik blandingsstruktur.

Alternativt kan en mer finkornet mikrostruktur oppnås ved tilsats av legeringselementer som krom, nikkel og mangan som senker temperaturområdet for bainittdannelse. Legeringsinnholdet må imidlertid begrenses slik at den økte herdbarheten ikke medfører dannelse av martensitt.

De bainittstålene som har den mest optimale kombinasjonen av styrke og seighet, blir framstilt ved kontrollert valsing av legeringer tilsatt mikrolegeringselementer, mikrolegerte bainittstål.

Ved bainittherding blir stålet «bråkjølt» i et saltbad med en temperatur som gir bainittvekst, og stålet holdes ved denne temperaturen til austenitten er omvandlet til bainitt. Avkjølingshastigheten i et varmt saltbad er relativt lav, så man er avhengig av at stållegeringen er tilstrekkelig legert for at ferritt/perlitt ikke dannes under avkjølingen ned til bainitt-temperaturen. Derfor er det stål med et medium til høyt karboninnhold, for eksempel fjærstål, verktøystål og krom-molybden-stål som er best egnet for bainittherding. Også mediumkarbon mikrolegerte stål blir bainittherdet. Stålets hardhet og styrke reguleres med temperaturen i saltbadet. For å øke seigheten kan stålene tilsettes 1,5–2 vektprosent silisium som er en grafittdanner og som motvirker vekst av jernkarbid slik at en karbidfri bainitt produseres.

Bainittherding har flere fordeler sammenliknet med tradisjonell martensittherding etterfulgt av anløpning. Fordi man unngår brå temperaturoverganger reduseres risikoen for formendring og sprekkdannelse. Bainittstrukturen er dessuten ofte mer stabil enn martensittstrukturen, og den kan ha bedre mekaniske egenskaper. For eksempel kan man i et bainittstål oppnå en høyere styrke enn i et anløpt martensittstål med samme hardhet. I tillegg introduserer bainittherdingen gunstige kompressive spenninger i ståloverflaten, og disse motvirker sprekkinitiering og utmattingsbrudd. Bainittherding nyttes derfor ofte til produksjon av lager, for eksempel rullelager, og andre lastbærende komponenter.

• mikrolegerte bainittstål