פלדת אל-חלד

פְּלָדַת אַל-חֶלֶד או פלדה בלתי מחלידה (פלב"מ) מוגדרת בתורת המתכות כסגסוגת ברזל אשר מכילה כרום בכמות של לפחות 10.5% ממשקלה. שמה ניתן לה בשל העובדה שהסגסוגת עמידה בפני חלודה ושִתּוּך (קורוזיה) מסוגים אחרים הרבה יותר מפלדה רגילה שהיא סגסוגת ברזל-פחמן. המילה נִירוֹסְטָה (קיצור ואיחוי המילים "פלדה בלתי מחלידה" בגרמנית Nichtrostender Stahl), שהפכה בישראל למילה נרדפת לפלדת אל-חלד, היא סימן מסחר רשום של החברה הגרמנית טיסנקרופ נירוסטה  מקבוצת טיסנקרופ.

שימושים

עמידותה של פלדת אל־חלד בפני שיתוך וכתמים, מחירה הנמוך יחסית, והברק האופייני לה עשו אותה לחומר גלם מבוקש למגוון רחב של מוצרים. הסגסוגת מיוצרת בצורת יריעות, לוחות, מוטות, צינורות וחוטים, ומהם מייצרים מגוון גדול של מוצרים: כלי מטבח כגון סירי בישול, מחבתות, סכו"ם וכיורים; כלי ניתוח; כלי עבודה; מכשירי חשמל וציוד תעשייתי. כמו כן היא משמשת בתעשיית הבניין - למעקות, ציפוי חוץ של מבנים (ראו תמונה א), ועוד. שימושים נוספים הם בייצור מטבעות, מדליות ובאמנות הפיסול.
פלדת אל-חלד ניתנת למיחזור ב־100%, כך שאפשר להגדירה כחומר ידידותי לסביבה. פסולת ברזל ופלדה משמשת לייצור כ־50% מהפלדה היוצאת ממפעלי הפלדה בעולם.

היסטוריה

קיימים כמה חפצים עשויים ברזל בלתי מחליד ששרדו מהעת העתיקה. אחד המפורסמים הוא עמוד הברזל העומד כיום ליד מסגד קואט-אול-אסלאם (Quwwat-ul-Islam) בדלהי שבהודו. אולם בשונה מפלדת האל-חלד, עמידותו של העמוד מיוחסת לריכוז הזרחן הגבוה בברזל בו השתמשו ליציקתו. חוקרים משערים שהזרחן שימש כזרז לתגובה כימית שיצרה שכבת פסיבציה של מיסאוויט – תרכובת של ברזל, חמצן ומימן (misawite - δ-FeOOH).
העמידות לשיתוך של סגסוגות ברזל-כרום הוכרה לראשונה ב-1821 על ידי המטלורג הצרפתי פייר ברתייר (Pierre Berthier), אשר צפה בעמידותם בפני חומצות והציע להשתמש בהם בתעשיית הסכו"ם. אולם למטלורגים של המאה ה-19 לא הייתה הטכנולוגיה הנדרשת ליצירת הצירוף של ריכוז כרום גבוה עם ריכוז פחמן נמוך המיושם בייצור פלדת אל-חלד בימינו, וסגסוגות הברזל-כרום שהם הצליחו לייצר היו פריכות מכדי להיות בעלות ערך שימושי.
השיפור החל בשנות ה-90 המאוחרות של המאה ה-19, כאשר הנס גולדשמידט (Goldschmidt) הגרמני פיתח תהליך של חיזור אלומינותרמי לייצור כרום נקי מפחמן. בין השנים 1904 ל-1911 ייצרו כמה חוקרים, שהבולט ביניהם היה לאון גייה (Guillet) הצרפתי, סגסוגות שהיו נחשבות בימינו לפלדת אל-חלד. ב-1911 פרסם פיליפ מונארץ (Philip Monnartz) הגרמני דו"ח על הקשר בין אחוז הכרום בסגסוגת לבין עמידותה בפני שיתוך.
הארי ברירלי (Brearley) ממעבדות המחקר "בראון-פירת'" (Brown-Firth) שבעיר שפילד באנגליה נחשב כ"אבי פלדת האל-חלד". בשנת 1913, כאשר ניסה לייצר סגסוגת עמידה בשיתוך לייצור קני תותחים, גילה תהליך לייצור פלדת אל-חלד מרטנסיטית (martensitic – כינוי לסגסוגת ברזל בעלת פחות מאחוז אחד של פחמן), ואף תיעש את התהליך. בו זמנית במפעלי קרופ בגרמניה היו התפתחויות דומות, שם אדוארד מאורר (Eduard Maurer) ובנו שטראוס (Benno Strauss) פיתחו סגסוגת אל-חלד אוסטניטית (austenitic – כינוי לסגסוגת ברזל-פחמן שאינה מגנטית) שבה 21% כרום ו-7% ניקל. גם בארצות הברית באותה תקופה החלו קריסטיאן דנציזן (Christian Dantsizen) ופרדריק בקט (Frederick Becket) בייצור תעשייתי של פלדת אל-חלד.

סוגים

במיון לפי תכונות מגדירים מעל 150 סוגים של פלדת אל-חלד, מהם 15 נפוצים. לדוגמה, כדי לקבל סגסוגת שאינה מגנטית מוסיפים ניקל או מנגן. להשגת הקשיות והחוזק הנדרשים ללהבי סכינים ולכלי עבודה, מוסיפים פחמן.
כמו כן ניתן למיין פלדת אל-חלד לפי גימור פני השטח החיצוני. הגימור יכול להיות מחוספס או חלק, מבריק או מָט.

פלדת אל-חלד בתעשייה

נהוג לקטלג את פלדות אל-חלד למספר קבוצות בעלות תכונות ייחודיות. השינוי בא בעקבות הרכבים שונים של כרום וניקל במתכת. הקבוצות הנפוצות הם:

פלדות אל חלד עשירות בברזל

באנגלית: Austenitic Stainless Steels. מכילה לפחות 16% כרום ו6% ניקל. הקבוצה הבסיסית היא SAE304 והיא כוללת חומרים משופרים יותר כמו: SAE310 שמגדיל את ההתנגדות מטמפרטורה גבוהה, SAE316 שמגדיל את ההתנגדות מקורוזיה, SAE304L שיותר קל לריתוך ו- SAE303 שיותר קל לעיבוד.

פלדות אל חלד מברזל טהור

באנגלית: Ferritic Stainless Steels. מכילה בין 10.5 ל-18% כרום (לא מכילה ניקל). הקבוצה הבסיסית היא SAE430 וכוללת חומרים משופרים יותר כמו: SAE444 שבעלת התנגדות גבוהה לקורוזיה ויכולת לריתוך וSAE409 שקשיחה יותר.

פלדות אל חלד מרטנזיטיות

באנגלית: Martensitic Stainless Steels. כמו הקבוצה הקודמת, גם קבוצה זו משתמשת בכרום כבסיס, אבל ביחד עם רמה גבוהה של פחמן יוצרים סוג חדש של פלדת אל-חלד קשיחה יותר. הקבוצה הבסיסית היא SAE410 והיא כוללת חומרים משופרים יותר כמו: SAE420 בעלת קשיחות גבוהה וSAE431 שכוללת התנגדות גדולה לקורוזיה וקשיחות גבוהה.

פלדות אל חלד דופלקס

באנגלית: Duplex Stainless Steels. מכילות את הקבוצות SAE2304 שמכילה 23% כרום ו4% ניקל וSAE2205 שמכילה 22% כרום ו5% ניקל. פלדות אלה משלבות כמה תכונות מיוחדות: הן עמידות בפני לחץ השחקות מקורוזיה, אבל לא כמו פלדות אל-חלד מברזל טהור. החוזק שלהם גדול מפלדות אל-חלד מברזל טהור, אך נחות מפלדות אל-חלד עשירות בברזל. לעומת זאת, העמידות שלהם בפני לחץ גדולה יותר מפלדות אל-חלד עשירות בברזל בכמעט פי 2. באופן כללי הן עמידות יותר מבחינת קרוזיה וישנם סוגים שעמידים יותר מSAE316. כמו כן עמידות בטמפרטורות גבוהות וחוזקם נשמר.