Jakost a aplikace nerezové oceli u komínových systémů
Obecný pojem nerezová ocel nevystihuje rozdíly, které mezi různými druhy ušlechtilých ocelí jsou. Proto je v oblasti komínových systémů nutné věnovat zvýšenou pozornost výběru vhodné oceli. Jak na straně výrobců, tak kominických firem při zhotovování různých doplňků komínových systémů a se zvýšenou měrou i u provozovatelů spotřebičů paliv.
Při výrobě kovových komínů se používá nerezová ocel různých typů. Ačkoli se nezdá, že by se lišily vzhledem a lze je odlišit pouze různými povrchovými úpravami, jejich fyzikální a chemické vlastnosti a účel použití se velmi liší. V tomto článku vám představíme, jaké typy plechů z nerezové oceli známe, jaké jsou jejich vlastnosti a jaké druhy nerezové oceli používáme při výrobě komínových systémů Schiedel.
Nerezavějící ocel je skupina slitin na bázi železa, která obsahuje nejméně 10,5 % chromu, méně než 1,2 % uhlíku a obsahuje další legující prvky. Korozní odolnost a mechanické vlastnosti nerezové oceli lze dále zvýšit přidáním dalších prvků, jako je nikl, molybden, titan, niob, mangan atd.
Existuje pět typů nerezových ocelí, které jsou primárně klasifikovány podle jejich krystalické struktury: austenitické, feritické, martenzitické, duplexní a srážecí kalení. Při výrobě komínů používáme hlavně austenitické nerezové oceli, v posledních letech se však objevily i některé feritické oceli s podobnou korozní odolností a mechanickými vlastnostmi jako austenitické nerezové oceli. Důvodem pro použití feritické nerezové oceli je jejich nižší cena, protože nejsou legovány niklem, který je jedním z nejdražších kovů na trhu s velmi kolísavou cenou.
Austenitické nerezové oceli obsahují chrom a nikl s nízkým obsahem uhlíku. K úpravě požadovaných vlastností lze přidat další slitinové prvky (např. molybden a titan). Jsou nemagnetické a mají vynikající odolnost proti korozi (lepší než feritická). Mají dobrou tvářitelnost, dobrou svařitelnost a vynikající mechanické vlastnosti v širokém rozmezí teplot. Vykazují větší tepelnou roztažnost a tepelnou kapacitu s nižší tepelnou vodivostí než jiné nerezové oceli. Nejběžnější jsou austenitické nerezové oceli s tržním podílem 75 %.
Feritické nerezové oceli jsou obyčejné chromové nerezové oceli a obsahují velmi málo uhlíku. Jsou magnetické, mají dobrou tažnost, velmi dobrou odolnost proti korozi a dobrou odolnost proti oxidaci. Obecně jsou odolné proti koroznímu praskání napětím. Jejich tepelná roztažnost a další tepelné vlastnosti jsou podobné jako u běžných ocelí. Feritické nerezové oceli se snadno svařují v tenkých částech, ale při svařování v silnějších částech trpí růstem zrn s následnou ztrátou vlastností. Feritické oceli mají vysokou tažnost a jsou snadno tvarovatelné, ale nezachovávají si svou pevnost při vysokých teplotách, jako má austenitická nerezová ocel. Feritické nerezové oceli neobsahují nikl, proto jsou jejich výroba levnější a mají relativně stabilní cenu. Asi 20 % všech druhů nerezové oceli má feritickou mikrostrukturu.
V tabulce níže jsou uvedeny druhy nerezových ocelí, které používáme při výrobě komínových systémů. Níže je uvedeno krátké vysvětlení charakteristik jednotlivých tříd.
| Typické chemické složení | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| EN | ASTM | C | Cr | Ni | Mo | Jiné | |
| Austenitická ocel | 1.4404 | 316L | 0,02 | 17,2 | 10,1 | 2,1 | |
| 1.4301 | 304 | 0,04 | 18,1 | 8,1 | |||
| 1.4539 | 904L | 0,01 | 20,0 | 25,0 | 4,3 | Cu | |
| 1.4828 | 309 | 0,02 | 20,0 | 12,0 | – | Si | |
| Ferritická ocel | 1.4521 | 444 | 0,02 | 18,0 | – | 2,0 | Ti |
| 1.4509 | 441 | 0,02 | 18,0 | – | – | Nb, Ti | |
Třída 1.4404/316L je nejčastěji používaná austenitická nerezová ocel pro výrobu kouřovodů. Má velmi nízký obsah uhlíku (L znamená Low Carbon). Má ekvivalentní odolnost vůči mezikrystalové korozi jako titanem stabilizované třídy a kvůli absenci titanu není po svařování ovlivněna tzv. korozí nožové linky. Může být také mnohem lépe obrobena. Má vynikající odolnost proti korozi a důlkovou odolnost vůči chloridům a vyšší úroveň pevnosti za zvýšených teplot, takže je to nerezová ocel číslo jedna, která se používá při výrobě kouřovodů. Může být použita pro teploty spalin do 700 °C. Tuto ocel používáme také pro venkovní dvouvrstvé komíny instalované v chemicky znečištěném prostředí nebo pobřežních oblastech kvůli vyšší chemické odolnosti vůči třídě 1.4301/304.
Třída 1.4301/304 je nejpoužívanější ze všech tříd nerezové oceli. Tato žáruvzdorná austenitická jakost nabízí dobrou odolnost proti korozi od mnoha chemických látek s korozivním účinkem i průmyslovým atmosférám. Díky dobré zpracovatelnosti a atraktivnímu vzhledu ve vysoce leštěném, broušeném nebo kartáčovaném provedení se používá v mnoha oblastech. Tato jakost představuje 50 % celosvětové produkce nerezových ocelí. Používáme ji k výrobě vnějších obalů systémů s dvojitou stěnou. Můžeme také použít tuto třídu pro kouřovody v aplikaci plynu (odolnost proti korozi V1).
Třída 1.4539/904 je super-austenitická ocel s vysokou odolností proti mnoha organickým a anorganickým kyselinám. Důvodem je vysoký podíl niklu a chrómu v kombinaci s molybdenem a mědí. Kromě toho se tato kvalita oceli vyznačuje vysokou odolností proti důlkové korozi a koroznímu praskání. Tato třída nerezové oceli se používá pro výrobu kouřovodů při použití u spotřebičů používajících uhlí s vyšším obsahem síry, rašelinu nebo skořápkový olej. Tato ocel má vyšší odolnost proti korozi než třída 316L.
Třída 1.4828/309 se používá pro kouřovody pro vysokoteplotní aplikace v rozmezí 800–1000 °C. Tato austenitická nerezová ocel je jen mírně odolná vůči oxidačním i redukčním sirným plynům. Použití v těchto prostředích je omezeno na teploty nižší než 650 °C. Korozní odolnost vůči nauhličování (do 900 °C) i vůči nízko kyslíkovým plynům obsahujícím dusík je klasifikována jako střední. Vzhledem k vysoké pevnosti v tahu při vyšších teplotách je tato třída ideální pro aplikace, při nichž je kladen zvláštní důraz na mechanické vlastnosti.
Třída 1.4521/444 je nízkouhlíková feritická korozivzdorná ocel, která má srovnatelnou odolnost proti korozi jako austenitická třída 316 za mnohem přijatelnější cenu (neobsahuje nikl). Kouřovody v našich systémech Eco, jako jsou Eco ICS, Eco ICID, jsou vyrobeny z této třídy oceli. Poskytuje vynikající odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi ve středně náročných prostředích mnoha typů.
Třída 1.4509/441 je feritická nerezová ocel, která vykazuje dobrou odolnost proti korozi ve středně agresivních prostředích. Tato jakost se používá pro vnější vložky dvouvrstvých systémů Eco, v kombinaci s kouřovody z feritické nerezové oceli. Velkou výhodou ve srovnání s austenitickými třídami je odolnost proti koroznímu praskání za napětí.
Graf společnosti Thyssen-Krupp zobrazující nerezové oceli vhodné pro kouřovod
Vliv legujících prvků
Na závěr informativní souhrn o tom, jaký vliv na zlepšení chemické odolnosti a mechanických vlastností nerezových ocelí mají jednotlivé legující prvky.
Chrom
Nejdůležitějším legujícím prvkem je chrom (Cr), který dodává nerezovým ocelím základní korozní odolnost. Nerezové oceli mají obsah chromu nejméně 10,5 %. Při tomto a vyšším procentu se korozní odolnost oceli výrazně zvyšuje a oxidace železa je za mnoha podmínek předem vyloučena. Železo neoxiduje, protože chrom oxiduje jako první a vytvoří na oceli ochrannou vrstvu. Chrom také pomáhá zlepšovat mechanické vlastnosti. Zvyšuje pevnost, tvrdost a schopnost tepelného zpracování oceli.
Nikl
Nikl (Ni) podporuje především austenitickou mikrostrukturu. Zlepšuje také mechanické vlastnosti, jako je houževnatost a rázová houževnatost, a to i při nižších teplotách, a zároveň zlepšuje odolnost proti oxidaci a korozi.
Molybden
Molybden (Mo) stejně jako chrom zvyšuje odolnost proti rovnoměrné i důlkové korozi. Může také zvýšit mechanickou pevnost a houževnatost oceli. Může také snížit riziko vzniku důlkové koroze v oceli, protože zlepšuje odolnost proti korozi vyvolané chloridy. Silně podporuje železitou mikrostrukturu.
Titan
Titan (Ti) je silný feritový a karbidový prvek. Do austenitických ocelí se zvýšeným obsahem uhlíku se přidává pro zvýšení odolnosti proti mezi krystalové korozi, ale také zvyšuje mechanické vlastnosti při vysokých teplotách. Do feritických korozivzdorných ocelí se titan přidává pro zlepšení houževnatosti, tvářitelnosti a odolnosti proti korozi.
Zdroje
Komentář recenzenta
V článku jsou velmi dobře popsány jakosti i aplikace nerezových ocelí používaných při výrobě komínových systémů ve společnosti Schiedel.
Pro úplnost výčtu bych doplnil ještě vlastnosti oceli 1.4571/316Ti/ČSN 17348. Jde ocel stabilizovanou titanem jako 1.4541, avšak k tomu ještě molybdenem, proto je ještě odolnější proti kyselinám. Má vynikající odolnost proti korozi v přirozeném prostředí i v mírné koncentraci chloridů a kyselin. Je použitelná v mnoha kyselých chemických prostředích (kyselina sírová a fosforečná, organické kyseliny) podle teploty a koncentrace. Má lepší tvárnost než 1.4404. Vedle své vysoké odolnosti proti korozi se používá i kvůli své tepelné odolnosti. Svařitelnost odpovídá jakosti 1.4307. Zpracovatelnost třískovým obráběním je podobná jako u 1.4541. Kvůli hrubší struktuře povrchu není dobře leštitelná a oproti nejpoužívanější třídě na nerezové vložky a komponenty z 1.4404 je dražší.
Přestože výše uvedené oceli deklarují vynikající vlastnosti, je nutno při návrhu a realizacích spalinových cest vzít v úvahu třídy nejen vzhledem odolnosti proti korozi a působení kondenzátů dle ČSN EN 1443:2020 tabulky 4, ale i minimální tloušťky stěn pro kovové systémové komíny a kovové komínové vložky a tvarovky uvedené v EN 1856-1/ EN 1856-2.
Porovnáme-li požadavky na minimální tloušťky stěn komínových vložek dle naší národní ČSN 734201 v normativní příloze A tabulka A.1 až A.4 s informativní přílohou E ČSN EN 15287-2 a hodnotami v tabulkách E.1 až E.5 pro jednotlivé evropské státy zjistíme zásadní rozdíly. Z uvedeného je zřejmé, že v jižních přímořských státech s krátkou délkou topného období, např. ve Španělsku, je přípustná i poloviční minimální síla stěn pro odvody spalin z dřevní biomasy a uhlí než v Rakousku, Finsku… nebo Česku.
Toto je bohužel často zneužíváno některými distributory, ale i prodejci a montéry k maximalizaci zisku na úkor požadované životnosti a spolehlivosti spalinových cest s argumentací, že vše má certifikát a prohlášení, avšak při návrhu a realizaci je nutno vždy respektovat místní legislativu a technické požadavky.
The general term stainless steel does not describe the differences that exist between different types of stainless steel. Therefore, in the field of chimney systems, it is necessary to pay increased attention to the selection of suitable steel. Both on the part of manufacturers and chimney companies in the production of various accessories for chimney systems and, to an increased extent, also for fuel appliance operators.