Металл который делает сталь нержавеющей это

Нержавеющая сталь — марки, виды и характеристики

Нержавеющие (коррозионностойкие) стали – сплавы на основе железа и углерода, содержащие, помимо основных компонентов и стандартных примесей, легирующие элементы. Основной добавкой является хром (Cr), которого в коррозионностойком сплаве должно быть не менее 10,5%. В таком количестве Cr оказывает существенное влияние на диаграмму состояния «железо-углерод». Хром и никель, также в большинстве случаев присутствующие в нержавеющих сталях, повышают не только устойчивость металла к коррозии, но и другие технические характеристики.

Правила маркировки коррозионностойких сталей

Обозначение состоит из цифр и букв. Двузначное число в начале маркировки – количество углерода в сотых долях процента. Далее следуют буквы, характеризующие определенные легирующие элементы. После них ставятся цифры, равные процентному содержанию легирующих элементов, округленному до целого числа. Если процент добавки находится в пределах 1-1,5, то после буквы цифра не ставится. Для условного обозначения легирующих компонентов в российской нормативной документации используется русский алфавит:

  • Х – хром;
  • Н – никель;
  • Т – титан;
  • В – вольфрам;
  • Г – марганец;
  • Д – медь;
  • М – молибден.

Группы коррозионностойких сталей по структуре

Структура коррозионностойких сталей, их свойства и области применения определяются процентным содержанием углерода, перечнем и количеством легирующих добавок. По структуре нержавейка делится на несколько типов. Основные: ферритная, мартенситная, аустенитная. Существуют промежуточные варианты.

Ферритная

Эта группа относится к малоуглеродистым сплавам – C до 0,15%. Содержание хрома – до 30%. Объемнокристаллическая структура обеспечивает сочетание достаточно высокой прочности и пластичности. Нержавеющие стали ферритных марок относятся к ферромагнитным.

  • способность к холодной деформации;
  • основной тип термообработки – отжиг, снимающий наклеп;
  • хорошая коррозионная стойкость;
  • относительно невысокая стоимость.

Основная причина потери рабочих характеристик сталями ферритного класса – межкристаллитная коррозия (МКК), в результате которой разрушение происходит по границам зерен. Для устранения этого негативного явления избегают резкого охлаждения металла от +800°C, проводят стабилизирующий отжиг, находят оптимальный баланс между содержанием углерода и хрома. Полностью устранить склонность к МКК позволяет введение карбидообразующих элементов – титана и ниобия.

По стандарту AISI ферритные стали относятся к серии 400:

  • 403-420 – содержание хрома 11-14%, никель отсутствует;
  • 430 и 440 – 15-18% C, никель отсутствует;
  • 630 – содержит 3-5% никеля. Хорошо обрабатывается, устойчива к коррозии в различных средах, схожа по свойствам с 08Х18Н10.

Эти материалы используются при производстве широкого сортамента труб, листов, профилей.

Таблица марок нержавеющих сталей ферритного класса по ГОСТу и AISI, основные сферы использования

Марка по ГОСТу 5632 Марка по AISI Области применения
08Х13 409 Столовые приборы
12Х13 410 Емкости для жидких алкогольсодержащих продуктов
12Х17 430 Емкости для высокотемпературной обработки пищевой продукции

Мартенситная

К этой группе относятся металлы с содержанием хрома до 17%, углерода – до 0,5% (в отдельных случаях – выше). Мартенсит – структура, получаемая путем закалки заготовки с последующим отпуском. Для нее характерно сочетание высокой твердости, прочности, упругости и устойчивости к коррозии. Сплавы используются при производстве ответственной металлопродукции, предназначенной для работы в агрессивных средах. Это пружины, валы, ножи, фланцы. При повышении содержания C в структуре появляется карбидная фаза, обеспечивающая высокую твердость и износостойкость. Проведение низкого отпуска после закалки (+200…+300°C) обеспечивает высокую твердость – 50-52 HRC, высокого (+500…+600°С) – меньшую твердость (28-30HRC) и большую вязкость. Закалка производится при температурах +950…+1050°C.

Таблица марок мартенситных сталей по ГОСТу и AISI, их основные области применения

Марка по ГОСТу 5632 Марка по AISI Области применения
20Х13 420 Кухонное оборудование
30Х13
40Х13
14Х17Н2 (мартенситно-ферритная) 431 Детали компрессорных установок, оборудование, эксплуатируемое в агрессивных средах и при пониженных температурах

Аустенитный класс

Этот обширный класс коррозионностойких сталей (по AISI – класс 300 и представитель класса 200 – AISI 201) обладает высокой устойчивостью к коррозии, пластичностью в холодном и горячем состоянии, прочностью, хорошей свариваемостью, способностью контактировать без разрушения с азотной кислотой. Немагнитность существенно расширяет области применения материала. Экономически выгодным является сочетание 18% Cr и 8% Ni. При необходимости получения стабильного состояния аустенита количество никеля повышают до 9%. Такие стали бывают нестабилизированными и стабилизированными. Стабилизированная группа легируется титаном и ниобием, снижающими склонность аустенитных марок к межкристаллитной коррозии.

Закалка осуществляется при температурах +1050…+1100°C с быстрым охлаждением, которое закрепляет состояние пресыщенного твердого раствора. Особенность этой группы – отсутствие упрочнения при закалке. В данном случае этот вид ТО является смягчающей операцией, направленной на снятие последствий наклепа. С этой же целью может применяться отжиг. Закалке подвергают мелкие детали, отжигу – массивные.

Таблица марок аустенитных сталей по ГОСТу и AISI, их основные области применения

Марка по ГОСТу 5632 Марка по AISI Области применения
12Х18Н10Т 321 Технологические линии химической индустрии и предприятий нефтепереработки
08Х18Н10 304 Технологические трубопроводные системы в химической и пищевой индустрии, ограниченный ассортимент посуды, не включающий изделия для горячей обработки пищи
08Х17Н13М2 316 Технологическое оборудование химической индустрии, использование в качестве «пищевого» материала
12Х15Г9НД 201 Емкости и трубопроводы, контактирующие с органическими кислотами и умеренно агрессивными средами

Краткие характеристики некоторых видов аустенитных нержавеющих сталей:

  • 304 – распространенный представитель этого класса. Прекрасно поддается глубокой вытяжке, поэтому применяется для изготовления объемных изделий. Подвержен щелевой коррозии в теплых средах с повышенным содержанием хлора, поэтому не рекомендуется к применению в морской воде и в отраслях, в которых используются чистящие составы с хлором.
  • 321 и 347 – усовершенствованные варианты марки 304, отличающиеся добавками ниобия или титана.
  • 316 – проявляет максимальную устойчивость к коррозии среди массово используемых коррозионностойких сталей.
  • 201 – относительно недорогой аналог сталей 304 и 321. Показывает хорошие рабочие характеристики в средах средней агрессивности, благодаря сбалансированному химическому составу и новым технологиям изготовления.

Способы изготовления и виды металла нержавейка

Металл нержавейка применяется в разных сферах деятельности. Он имеет выдерживает влияние факторов окружающей среды, не выделяет вредных веществ при эксплуатации. Из этого материала изготавливают разные изделия — посуду, емкости для воды, трубы и т. д.

Пластина из нержавеющей стали

История открытия

Сегодня сложно представить мир без многочисленных изобретений. Многие из них были сделаны случайно. Так появилась и нержавеющая сталь. Первое историческое упоминание об этом металле можно найти в записях Гарри Брайрли. Этот металлург-исследователь в 1912 году взял заказ у одной из оружейных компаний на поиск эффективного способа продления срока службы ружейных стволов.

К работе практик приступил в привычном для себя стиле — он начал смешивать разные компоненты. Готовые сплавы мужчина проверял на жаропрочность, стойкость. Если показатели были низкие, заготовки отправлялись на свалку. Одна из деталей выделялась среди всех своим блеском. После детального изучения анализа, ученые выяснили, что сплав состоит из нескольких элементов:

  • железа — 85,3%;
  • хрома — 12,8%;
  • марганца — 0,44%;
  • углерода — 0,24%;
  • кремния — 0,2%.

Далеко не все исследователи отдают пальму первенства в открытии нержавеющей стаи Гарри Брайрли. Некоторые считают, что нержавейку открыл Пьер Бертье — французский горный инженер. Он обнаружил, что определенные соединения железа и хрома, которые можно найти в природе, выделяются высоким показателем кислотоустойчивости. Он первым предложил изготавливать из них посуду, столовые приборы.

Изделия из нержавеющей стали

Состав и структура

Черный металл нержавейка — сплав, в составе которого содержится не менее 13% хрома. Виды нержавеющей стали:

  1. Коррозиестойкие. Классические сплавы, на которых не образуется ржавчина при нормальных условиях эксплуатации.
  2. Жаростойкие. Устойчивы к образованию ржавчины при воздействии высоких температур.
  3. Жаропрочные. Под воздействием высоких температур у материала сохраняется показатель прочности, на поверхностях не образуется ржавчины.

Чтобы сделать нержавеющую сталь устойчивой к появлению коррозии в агрессивных средах, нужно добавить в состав хром. Оптимальное количество от общей массы — 17%.

Характеристики и свойства

Характеристики нержавеющей стали:

  1. Податливость. Из заготовок можно создавать детали разной формы.
  2. Высокая антикоррозийная устойчивость. На поверхностях нержавейки не появляется ржавчины при их повреждении или воздействии различных химических веществ.
  3. Красивый вид. Из этого материала получаются блестящие изделия без пятен, затемнений.
  4. Экологичность. Нержавейка не окисляется. В составе не содержится вредных компонентов, которые могут попасть в питьевую воду или пищу.
  5. Высокая прочность. Детали из нержавейки имеют повышенный показатель прочности. Поверхности устойчивы к механическому воздействию.
  6. Устойчивость к воздействию химических веществ, факторов окружающей среды.
  7. Жаропрочность. Она не изменяют свою форму даже под воздействием открытого пламени.

Характеристики нержавейки зависят от компонентов ее состава. Наиболее распространенные —сера, ниобий, никель, молибден, фосфор, титан.

Ниобий (Фото: Instagram / chelmett)

Изготовление

Существует 3 метода изготовления нержавеющей стали:

  1. Мартеновский. Традиционная методика, применяемая многие десятилетия на разных металлургических, литейных предприятиях. Свое название способ берет от инженера, который создал печь для плавки металлов. Оборудование нагревается до 1700 °C. Длина — 16 метров. Высота — 1 метр. Ширина — до 6 метров. Подобные ванны подходят для переплавки 900 тонн нержавеющей стали.
  2. Электросталеплавительный. Для производства стали применяют электропечи, которые имеют ограниченный доступ к кислороду, поступающему в рабочую камеру. С помощью подобного оборудования можно добиться нагревания до 1650 °C.
  3. Конверторный. Для проведения этого метода плавки металлов не нужен внешний источник энергии. С помощью конвертора можно добиться высокой скорости плавки — до 40 минут.
Читайте также  Чернение стали ортофосфорной кислотой

Около 60% нержавеющей стали произведено с помощью электросталеплавительного метода.

Мартеновская печь (Фото: Instagram / lena__sahara)

Сферы применения

Нержавеющий металл применяется в разных сферах:

  1. Химической промышленности. Чтобы работать с агрессивными составами, нужно применять специальное оборудование. Детали для него изготавливаются из аустенитных сплавов. Емкости, трубы, которые изготовлены из нержавейки, устойчивы к воздействию химических веществ, не теряют эксплуатационных свойств.
  2. Машиностроении. Нержавеющая сталь используется при изготовлении деталей для сборки автомобилей, промышленного оборудования.
  3. Пищевой промышленности. К емкостям, которые предназначены для хранения, транспортировки продуктов, применяются высокие требования. Для производства сосудов можно применять стекло, нержавеющую сталь, определенные виды полимеров.
  4. Энергетике. Нержавейка подходит для изготовления рабочих узлов.
  5. Авиационно-космической. Благодаря добавлению в состав нержавеющей стали дополнительных компонентов производители смогли выпустить сплавы на ее основе. Они получили большую популярность в производстве космических кораблей, самолетов.
  6. Целлюлозно-бумажной промышленности. Оборудование для этой сферы в большинстве своем изготавливается из нержавейки.

Еще одна популярная сфера деятельности, где применяется нержавеющая сталь, — строительство. Из нее изготавливают строительные материалы, инструменты.

Самолет (Фото: Instagram / npo_nauka)

Достоинства и недостатки

  1. Высокая прочность, износоустойчивость.
  2. Повышенный срок службы изделий из нержавейки — 50 лет.
  3. Устойчивость к образованию ржавчины.
  4. Стерильность материала. Металл может применяться в пищевой промышленности, медицине, поскольку даже при повреждениях не выделяет вредных веществ.
  5. Особенности вида. Поверхности нержавейки не нужно покрывать декоративными составами для изменения оформления.

Некоторые виды нержавеющей стали плохо обрабатываются механическим способом.

Особенности ухода

Особых правил по уходу за нержавейкой придерживаться не нужно. Загрязнения можно протирать влажной тряпкой с моющими средствами. Важно не использовать жесткие щетки, чтобы сохранить целостность поверхностей.

Нержавеющая сталь применяется в разных сферах деятельности. Для получения сплавов с измененным свойствами они насыщаются легирующими добавками. Металл может применяться в нестандартных областях.

Все, что вы должны знать о марках нержавеющей стали

Нержавеющая сталь — это сплав, в состав которого входят разные металлы. Когда вы смешиваете эти металлы, они обладают большей прочностью и долговечностью, чем в отдельном виде. За прошедшие годы инженеры смогли создать множество разновидностей сплава нержавеющей стали путем добавления и вычитания различных металлов. Сегодня нержавеющая сталь — это уникальный материал, который находит множество применений во многих отраслях промышленности. Если вы хотите разобраться в марках нержавеющей стали, необходимо пройти курс повышения квалификации по терминам и элементам этого уникального сплава.

Различные термины и элементы марок нержавеющей стали

Термины из нержавеющей стали

Нержавеющая сталь — это сплав, известный своей долговечностью и прочностью. Как доступный по цене металл, он находит множество применений в различных отраслях промышленности. Он не подвержен коррозии и может сохранять целостность в течение длительного времени без ухудшения качества.

Коррозия

Коррозия — это естественный процесс, при котором металл распадается до стабильной формы. Хорошо известный побочный продукт коррозии — ржавчина. Среди других типов стали нержавеющая сталь по своей природе устойчива к коррозии и ржавчине. Однако сплав в конечном итоге подвергся коррозии, если оставить его в среде, которая способствует процессу. Вот некоторые из способов ускорить коррозию нержавеющей стали:

  • Воздействие соли
  • Едкие кислоты
  • Чрезмерная влажность

сплав

Сплав — это комбинация разных металлов с уникальной целью. Нержавеющая сталь не является природным металлом, но создается путем смешивания железа с углеродом и другими металлами.

Элемент

Элемент — это термин в химии, обозначающий атомы с равным числом протонов. Элементы — это химические вещества в их основной форме, и вы можете комбинировать их для образования сплавов. Некоторые из обычных элементов на Земле включают углерод, железо, азот и кислород.

Элементы из нержавеющей стали

Никель

Если вы хотите стабилизировать металл и повысить его прочность, вы добавляете никель. Никель также придает нержавеющей стали блеск, делая ее блестящей и гладкой.

Chromium

Если вы хотите, чтобы нержавеющая сталь была стойкой к размазыванию и пятнам, добавьте хром. Это также элемент, снижающий скорость коррозии.

углерод

Введение углерода в нержавеющую сталь делает ее твердой, придает ей прочность и снижает износ.

Манометры из нержавеющей стали

Большинство людей не понимают вышеуказанный термин. Как и во многих других случаях, мы считаем, что чем больше число, тем лучше. Но это не так, когда речь идет о нержавеющей стали. Калибр нержавеющей стали зависит от ее толщины. А для нержавеющей стали, чем меньше число, тем толще сталь. Вот почему нержавеющая сталь 15-го калибра намного превосходит нержавеющую сталь 22-го калибра. Вы не хотите недооценивать важность манометра при выборе нержавеющей стали для вашего применения. Например, для вашей кухонной мойки лучше всего подойдет более легкая сталь, но для промышленной мойки вам, скорее всего, потребуется что-то более толстое.

Марки нержавеющей стали

Теперь вы знаете, что толщина нержавеющей стали известна как калибр, а сорт нержавеющей стали относится к различным материалам и элементам, которые делают сталь нержавеющей. Вам необходимо понять три термина:

Аустенитная сталь

Одна из наиболее часто используемых марок нержавеющей стали, аустенитная сталь, содержит хром и никель. Некоторые марки могут также заменять никель марганцем и азотом. Уникальной особенностью аустенитной стали являются ее немагнитные свойства. Это качество делает его идеальным материалом для работы в сфере общественного питания.

Ферритная сталь

В отличие от аустенитной стали ферритная сталь является магнитной. Она может не обладать прочностью или устойчивостью к коррозии аустенитной стали, но по-прежнему считается одной из наиболее часто используемых марок нержавеющей стали, уступающей только аустенитной стали.

Мартенситная сталь

Вы вряд ли найдете этот сорт стали в сфере общественного питания, но мартенситная нержавеющая сталь — это магнитная нержавеющая сталь с небольшим содержанием никеля и умеренным количеством углерода.

Дуплекс

Многие люди не считают дуплекс особой маркой нержавеющей стали. Она считается гибридной сталью, потому что имеет две фазы: феррит и аустенит.

Сорт нержавеющей стали дополнительно определяется Обществом инженеров автомобильной промышленности (SAE) ниже:

SAE 301

Также известный как UNS S30100, SAE 301 обладает высокой устойчивостью к коррозии и имеет чрезвычайно низкий уровень хрома и никеля. Нержавеющая сталь легко формуется и сваривается. Некоторые из отраслей, в которых применяется SAE 301, включают:

  • Запчасти для самолетов
  • Кухня
  • архитектурный
  • Автомобильная
  • Грузовики и прицепы
  • Дом и промышленность
  • Конвейерные ленты
  • Общественный транспорт

Чтобы нержавеющая сталь подпадала под категорию SAE 301, она должна иметь следующий состав:

  • Cr 16-18%
  • Ni 6-8%
  • C 0.15% максимум
  • Mn 2% максимум
  • Si не более 75%
  • P 0.40% максимум
  • S 030% максимум

SAE 304, A2

SAE 304-A2, возможно, является наиболее широко используемой и универсальной нержавеющей сталью на планете. Как аустенитная сталь, она обладает высокой устойчивостью к коррозии и идеально подходит для высокотемпературных применений из-за низкого содержания углерода. Вы можете найти SAE 304,2 в следующих отраслях:

  • Химия
  • Молочные продукты
  • Продукты питания и напитки
  • в Фармацевтической отрасли
  • Горнорудная промышленность
  • физика низких температур
  • архитектурный
  • морской
  • Кухня
  • Бытовые инструменты
  • крашение
  • физика низких температур

SAE 304, 2 также обладает уникальными сварочными и формовочными свойствами. Он имеет приятный блеск, легко чистится и легко поддается обработке. Чтобы сплав нержавеющей стали попадал в категорию SAE 304, он должен иметь следующий состав:

  • Cr 18-20%
  • Ni 8-10%
  • Mn 2%
  • Si 0.75%
  • № 10%
  • С 08%
  • P 045%
  • S 0.030%

SAE 430

SAE 430 — это наиболее часто используемая ферритная сталь с не закаливаемыми свойствами на рынке. Он устойчив к коррозии, нагреванию и плохо окисляется. SAE 430 имеет более высокую коррозионную стойкость при полировке поверхности. А поскольку он обладает высокой термостойкостью, сварку необходимо выполнять при более высоких температурах. С другой стороны, сталь легко сгибается, формуется и обрабатывается.

SAE 430 применяется в следующих отраслях:

  • Автомобильная
  • молдинг
  • Печное горение
  • Нефть и Газ
  • Оборудование для ресторанов

Существует так много других марок нержавеющей стали, о которых мы кратко упомянем.

На что следует обратить внимание при выборе марки нержавеющей стали

Нержавеющая сталь известна своей устойчивостью к коррозии. Универсальность сплава нержавеющей стали позволяет использовать его во многих отраслях промышленности. Тем не менее, существуют разные марки нержавеющей стали, которые используются для разных целей и в зависимости от выполняемой задачи.

Читайте также  Способы воронения стали в домашних условиях

Прежде чем выбрать марку нержавеющей стали, следует учитывать несколько факторов:

  • Какая формуемость?
  • Вам нужно будет сварить?
  • Обработка — это часть процесса?
  • Какая степень коррозионной стойкости вам нужна?
  • Требуется ли термическая обработка?
  • Какая сила тебе нужна?
  • Что за приложение?

Какая формуемость?

Если для решения поставленной задачи требуется сплав нержавеющей стали с хорошей формуемостью, вам следует искать аустенитный сплав, такой как 304, или попробовать 430, который является ферритным. Мартенситная нержавеющая сталь известна своей хрупкостью и не поддается легкому формованию. Если вам нужна формовочная нержавеющая сталь, идеальным выбором остается аустенитная сталь.

Вам нужно будет сварить?

Когда дело доходит до сварки, углеродистая сталь и нержавеющая сталь — это две разные стороны спектра. Нержавеющей стали присущи проблемы со сваркой. Они склонны к горячему растрескиванию, коррозионному растрескиванию под напряжением и межкристаллитной коррозии. Однако, если вам действительно нужно сваривать нержавеющую сталь, выбирайте SAE 304L или 347. Это потому, что наиболее свариваемая нержавеющая сталь относится к аустенитной категории. Ферритные сорта, такие как SAE 430 и 439, также хороши, как и дуплексная нержавеющая сталь.

Является ли обработка частью процесса?

Если вы хотите обрабатывать нержавеющую сталь, вы должны следить за ее упрочнением. Ваши прецизионные инструменты должны содержаться в отличном рабочем состоянии. Вы также можете добавить серу для улучшения обрабатываемости. SAE 303 подходит для механической обработки, поскольку содержит серу.

Какая степень коррозионной стойкости вам нужна?

Нержавеющей стали присуща коррозионная стойкость, но разные марки этой стали имеют разную степень коррозионной стойкости. Например, аустенитная сталь лучше всего подходит для коррозионно-стойких применений. Благодаря высокому содержанию хрома в его составе. Ферритная и мартенситная нержавеющая сталь менее устойчива из-за меньшего количества концентратов хрома.

Требуется ли термическая обработка?

Если вам необходимо подвергнуть нержавеющую сталь термообработке, обратите внимание на такие марки мартенсита, как SAE 440C. Ферритные и аустенитные сплавы при термической обработке не затвердевают.

Какая сила тебе нужна?

Вы можете добиться огромной прочности с мартенситными сталями, такими как SAE 440C. Аустенитные марки, такие как SAE 316, обеспечивают высокую прочность, хотя и не относятся к той же категории, что и мартенситные марки. Дуплексная нержавеющая сталь придает ферритные свойства. Он также сохраняет вязкость и пластичность, присущие аустенитному сплаву.

Марки нержавеющей стали и их применение

Ниже приведен список марок нержавеющей стали и их промышленного применения. Список не исчерпывающий.

Аустенитный класс

SAE 304L: все области применения SAE 304 с требованиями к сварке

SAE 316: Применение в химической промышленности

SAE 316L: то же, что и выше, но с требованиями к сварке

Ферритный сорт

SAE 409: теплообмен и автомобильная промышленность

SAE 416: крепежные детали

SAE 430: Пищевое оборудование

SAE 439: Автомобильная промышленность

Мартенситный сорт

SAE 410: Кухонная утварь, ручные инструменты, ножи.

SAE 440C: Хирургические и стоматологические инструменты, клапаны, шарнирные пальцы

Двухуровневый класс

Duplex 2205: для морской воды и сосудов под давлением

Duplex 2507: химическая промышленность, энергетика, морские платформы, морская вода.

Duplex 2304: целлюлозно-бумажная промышленность, горнодобывающая промышленность, пищевая промышленность, строительство, водоподготовка.
Более подробную информацию смотрите в видео ниже.

Резюмируем

Нельзя недооценивать или переоценивать важность нержавеющей стали. Это прочный сплав, устойчивый к коррозии и экологически чистый. Если вам нужна помощь, свяжитесь с нами.

Ссылки на связанные источники:

Рошиндустри специализируется на высоком качестве Быстрое прототипирование, быстрый мелкосерийное производство и крупносерийное производство. Услуги быстрого прототипа, которые мы предоставляем, — это профессиональный инжиниринг, Обработка CNC включая фрезерные и токарные станки с ЧПУ, Изготовление листового металла или прототипирование листового металла, Умрите литье, металлическое тиснение, Вакуумное литье, 3D печать, SLA, Изготовление прототипов методом экструзии пластика и алюминия, Быстрая оснастка, Быстрое литье под давлением, Обработка поверхности закончить услуги и другие услуги быстрого прототипирования Китая, пожалуйста свяжитесь с нами прямо сейчас.

Состав нержавеющей стали – какие типы антикоррозийных сплавов существуют

Сегодня все большей популярностью пользуются легированные сплавы, особенно с добавлением хрома, который входит в состав нержавеющей стали, обладающей высокими антикоррозийными свойствами. Мы рассмотрим, какие бывают классы нержавейки.

1 Рассмотрим особенности коррозиеустойчивых сплавов

Стали с различными добавками, улучшающими физические свойства, называются легированными. К ним относятся и нержавеющая сталь, в состав которой обычно входит хром, как основной элемент, отвечающий за сопротивление коррозии. Для этой же цели используются в некоторых случаях никель, ванадий, марганец, медь и даже связанный азот. В гораздо меньшем процентном соотношении добавляются другие элементы, улучшающие качества металла: ниобий, кобальт и молибден, иногда – титан. И, конечно, не обойтись без вечных спутников железа – углерода, серы, фосфора, кремния. К слову, чем меньше их процентная доля в сплаве, тем выше качество стали.

Нержавеющий сплав образуется в том случае, если химический состав имеет включение более 13 % хрома. Если же этот элемент добавить в количестве свыше 17 % от общего соединения компонентов, то сталь будет устойчива к коррозии даже в предельно агрессивных средах. Различают 3 типа нержавейки, которые определяются физическими свойствами. Так, обычный сплав называют просто коррозиестойким, он применяется в быту, а также повсеместно на производстве, где нет необходимости высокой степени защиты металла от агрессивных сред. Второй тип – жаростойкий, у него устойчивость к коррозии сохраняется при крайне высоких температурах. И, наконец, жаропрочный, у которого, как можно понять из названия, в той же агрессивной среде остается неизменной прочность, но коррозия нержавеющей стали у марок этого типа вполне возможна.

Итак, две основные группы нержавеющих сплавов – хромистые и хромоникелевые. Та и другая включают в себя несколько структурных классов. В первую входят мартенситные и ферритные стали, а также еще одна, являющаяся промежуточной и объединяющая в себе некоторые химические показатели двух первых – это мартенситно-ферритный сплав. Во второй группе насчитывается 4 класса: аустенитные, а также переходные аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные и аустенитно-карбидные. Существует также группа хромомарганцевоникелевых сталей, которые, в целом, схожи по своей структуре с хромоникелевыми. Рассмотрим более подробно все вышеуказанные типы и классы.

2 Типы нержавеющих сплавов и их свойства

Как уже было сказано, коррозийную стойкость железо приобретает при добавлении в его расплав другого металла, как правило, благородного или любого цветного. При этом, в зависимости от химического состава сплава, сталь может получить свойства одного из 3 типов нержавейки. Самый простой структурой обладают обычные коррозиестойкие марки, такие как 08X13 и 12X13. Они пластичны и могут быть использованы как в быту в виде различных изделий, так и в промышленности, там, где от деталей и узлов требуется устойчивость к ударным нагрузкам. Как ясно из маркировки, содержание хрома в этих сплавах составляет 13 %. Первые же 2 цифры – это количество углерода, исчисляющееся в сотой доле процента.

Следующие 2 типа относятся к сплавам, которые должны сохранять коррозиестойкость при воздействии высоких температур. В жаростойких сталях добавление хрома (или кремния) в количестве от 28 % и более обеспечивает снижение интенсивности окисления вплоть до полного его прекращения даже при сильном нагреве. Иными словами, окалина практически не возникает по той причине, что на поверхности уже имеется оксидная пленка. В той же степени хром может изменить структуру сплава при выработке жаропрочных марок сталей, которые обладают высокой степенью прочности под большой нагрузкой в процессе сильного и длительного нагрева.

3 Химические свойства хромистых коррозиестойких сталей

Следует отметить, что железо, которое является основой любой стали, имеет несколько состояний, совпадающих с фазами активности и покоя кристаллической решетки, которые зависят от степени коррозийной стойкости. Чем она выше, тем более пассивным считается металл. Наиболее распространенными считаются сплавы с образующейся при закалке мартенситной структурой, обладающие достаточно высокой пластичностью. Согласно химическим характеристикам, это железо в α-фазе (чистый металл), содержащее насыщенный твердый раствор углерода. К таковым относятся пищевая и быстрорежущая нержавейка, из которой изготавливают изделия для использования в быту на кухне, например, всевозможные емкости и ножи. Мартенситные стали способны выдержать контакт со слабоагрессивными химическими веществами.

Другой тип – ферритные сплавы с достаточно высоким магнитным показателем. Разница у них по большей части в форме кристаллической решетки, она имеет кубическую структуру, в отличие от тетрагональной мартенситной. В целом же это средненасыщенный твердый раствор углерода в α-железе с добавлением легирующих элементов, таких как хром. Примечательно, что такие сплавы не подвергаются изменениям при нагреве до предельно возможных температур и не теряют свои свойства. Чаще всего таким изделиям находят применение в пищевой промышленности или для изготовления инструментов. Мартенситно-ферритные сплавы имеют свойства обоих перечисленных типов, то есть они механически устойчивы, обладают высокой прочностью и имеют магнитный потенциал. Но устойчивость к окислительной среде у таких сталей не очень высока, намного ниже, чем у обычных ферритных сплавов.

Читайте также  Классификация сталей по свариваемости

4 Отличительные черты аустенитных сплавов

В первую очередь рассмотрим аустенитные структуры сталей, которые определяются, как γ-железо (высокотемпературное изменение кристаллической решетки металла) в виде твердого раствора с углеродом. Проще говоря, такие сплавы могут подвергаться межкристаллической коррозии даже при высоком содержании хрома, если не имеют включения дополнительных элементов, таких как титан или ниобий. Во избежание их обязательно подвергают термообработке. В остальном это очень пластичные, прочные и технологичные стали, содержащие, помимо хрома еще и никель, которые относят к разряду конструкционных. Также из этих сплавов изготавливают инструменты, а вот в пищевой промышленности, равно как и для изготовления кухонной утвари, марки данного класса непригодны, поскольку никель весьма аллергенный.

Межкристаллической коррозией называют внутреннее окисление металла, проходящее по границам отдельных зерен стали. По этой причине разрушение изделия остается незаметным, при сохранении характерного блеска узнать о коррозии можно только по звуку при ударах

Что примечательно, каким бы ни был химический состав аустенитных сплавов, они всегда немагнитные. Но при любой холодной деформации, например, под воздействием механических воздействий, они начинают приобретать небольшой магнитный потенциал. Это происходит по той причине, что при нарушении кристаллической решетки аустенит на некоторых участках превращается в феррит. Прочность таких сплавов достигается путем предельного уменьшения содержания углерода, впрочем, до определенного порога – не ниже 0,04 %, по причине присутствия в растворе никеля. В таких условиях легко образуются карбиды, то есть химическое соединение хрома с углеродом. Иногда в сплав добавляют связанный азот, благодаря которому возникают карбнитриды, также повышающие прочность стали. Примером может послужить марка нержавейки Х17АГ14.

Промежуточные сплавы имеют несколько иные характеристики, в частности, аустенитно-мартенситные. Они имеют более низкую коррозиестойкость, чем просто аустенитные структуры, но намного прочнее. При этом данный класс довольно тяжело поддается термообработке, вернее, воздействие на него высокими температурами связано с некоторыми сложностями. Зачастую такие сплавы со свойствами мартенситов требуют не только закалки, но также обработки холодом с последующим отпуском металла. Однако при такой технологии прочность нержавейки переходного класса повышается в несколько раз. В производстве элементов для тяжелых несущих конструкций стали, вроде марок 09X15Н8Ю или 20Х13Н4Г9, не используются, их применяют только для изготовления легких конструкций.

Особенность аустенитно-ферритных сплавов заключается в том, что они содержат сравнительно небольшое количество никеля в сравнении с другими промежуточными классами. За счет этого такие стали, как 12Х21Н5Т или 08Х22Н6Т, имеют гораздо лучшую свариваемость, швы при соединении металлопроката из них получаются очень качественные и прочные на деформацию. Обеспечивается это влиянием ферритной структуры, обеспечиваемой элементами Сr, Ti, Mo или Si. Однако следует отметить, что по той же причине, то есть из наличия ферритообразующих включений, в значительной степени ухудшается жаропрочность, равно как и пластичность. Высокой остается только механическая прочность.

В марках сталей обычно присутствуют буквы кириллицы, они тождественны латинским обозначениям, в частности Ю означает «ювенал» – алюминий, причем так он маркируется только в сталях. Другие элементы могут означаться также не по первым буквам, например кремний – С, от силициума, а марганец – Г, поскольку эта буква имеется в середине слова.

Состав нержавеющей стали: какие типы антикоррозийных сплавов существуют

Сталь – высокопрочный и долговечный материал, способный выдерживать значительные нагрузки в течение многих лет. В его состав входят железо (50%) и углерод (не более 2,14%), последний значительно улучшает износоустойчивость сплава, его твердость.

Чтобы произвести нержавеющий сплав, требуется также хром. Из чего еще состоит нержавеющая сталь еще? Разбираемся.

Особенности сплавов, устойчивых к коррозии

Легирующим элементом нержавеющей стали является хром, а также вольфрам, никель, ниобий, молибден и т. д. С их помощью сталь обретает все необходимые антикоррозийные и физико-механические качества. Другие возможные примеси – кобальт и титан, процент которых в составе металла минимален.

Пластичность и хрупкость (твердость) – два физических свойства, определяющих качество стали. Первое из них показывает, насколько сильно может деформироваться изделие из нержавеющей стали без разрушения. Твердость металла – обратный показатель, означающий способность материала удлиняться в незначительной мере, без появления больших остаточных деформаций.

Чтобы отрегулировать эти свойства (изменить внутреннюю структуру сплава), проводится термическая обработка: закалка критически высокой температурой и охлаждение в несколько подходов.

В зависимости от физических свойств состав нержавеющей стали бывает трех типов:

  • коррозиестойкий. Используется в быту и на производстве, в котором не требуется высокая защита металла от вредных сред;
  • жаростойкий. Не деформируется и не меняет свойств, в том числе в условиях крайне высоких температур;
  • жаропрочный. Сохраняет прочность в агрессивной среде, но может ржаветь.

Ассортимент сплавов отечественного рынка можно разделить на 2 группы: хромистые и хромоникелевые стали. Обе включают такие структурные классы:

  1. Аустенитный. Обладает хорошими антикоррозионными качествами. С повышением доли никеля и хрома в составе (до 20%) улучшает сопротивление к высокой температуре. Такая сталь называется жаропрочной.
  2. Ферритные. Содержат малое количество хрома и углерода (до 17%).
  3. Дуплексные. Сочетают качества двух предыдущих типов. Никель в составе нержавеющей стали на уровне 4,5–8%, хром – до 28%.
  4. Мартенситные. Сплав с уменьшенным содержанием углерода, укрепляется методом закалки, благодаря чему долго не стареет.

Чаще всего используется химический состав нержавеющей стали аустенитного и ферритного типов в литом либо деформированном состоянии. Отдельная группа – хромомарганцевоникелевые сплавы, по структуре они сходны с хромоникелевыми.

Типы нержавеющих сплавов и их свойства

Как известно, для того чтобы железо стало коррозиеустойчивым, в него необходимо добавить какой-то цветной или благородный металл. В зависимости от того, какой состав металла нержавеющей стали, выделяют 3 его типа. Самая простая структура у марок 08X13 и 12X13, чаще всего используется в быту и промышленности, где нет высоких ударных нагрузок. Процент хрома в таких сплавах равен 13%. 8 и 12 в маркировке – это цифры, обозначающие процентное соотношение углерода.

Более высокое содержимое этого элемента (от 17%) делает нержавейку хорошо приспособленной к применению в самых агрессивных средах. Имеющаяся на поверхности металла оксидная пленка не позволяет образовываться окалине.

Химические свойства хромистых коррозиестойких сталей

Железо – основа любой стали – может обретать состояния, сопоставимые с периодами активности и покоя кристаллической решетки, которые являются определяющими для коррозионной выносливости. Более высокий показатель свидетельствует о большей пассивности металла.

Чаще всего встречаются сплавы высокой гибкости (образующиеся при закладке мартенситной структуры). Химически это чистый металл с насыщенным содержанием углерода в составе. Сюда относится быстрорежущая и пищевая нержавейка, из которой делают кухонную посуду и ножи. Такой металл отлично переносит контакт с веществами, оказывающими незначительное химическое воздействие.

Еще один тип – ферритные сплавы, магнитные. Кристаллическая решетка такого вещества имеет несколько иную структуру из-за наличия хрома. Такой состав пищевой нержавеющей стали также используется в производстве инструмента.

Что касается мартенситно-ферритных сплавов, то они сочетают качества двух предыдущих типов: прочны, устойчивы к деформации, имеют магнитный потенциал. Среди минусов – меньшая устойчивость к окислению.

Отличительные черты аустенитных сплавов

Так называемое γ-железо представляет собой прочный сплав с углеродом. Он подвергается коррозии даже при высоком содержании хрома (если в нем нет ниобия и титана). В таком случае проводится термообработка.

Другие свойства металла высокого уровня: прочность, технологичность, пластичность. Для производства кухонной утвари этот класс не пригоден из-за высокой аллергенности никеля.

Независимо от того, что входит в состав нержавеющей стали аустенитной, она всегда немагнитная. Однако при незначительном холодном изгибании магнитные свойства могут появиться, так как в этом случае аустенит трансформируется в феррит. Чтобы обеспечить прочность таких сплавов, уменьшается содержание углерода, но не более чем до 0,04%. В противном случае образуются карбиды. Нередко для улучшения прочности стали в состав добавляется связанный азот, образующий карбонитрид (например, марка Х17АГ14).

Другие составы имеют несколько иные параметры, например, аустенитно-мартенситные. Они менее устойчивы к коррозии, но более крепкие, тяжело поддаются температурной обработке. Преимущественно используются в производстве легких конструкций.

Аустенитно-ферритные сплавы содержат относительно небольшое количество никеля, благодаря чему их проще сваривать, выполняя швы высокого качества. Примером могут послужить марки 08Х22Н6Т или 12Х21Н5Т. Однако стоит заметить, что такие промежуточные составы менее пластичны и жаропрочны.