Металл который делает сталь нержавеющей это?

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:

Коррозиестойкие. Классические сплавы, на которых не образуется ржавчина при нормальных условиях эксплуатации.
Жаростойкие. Устойчивы к образованию ржавчины при воздействии высоких температур.
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:

Податливость. Из заготовок можно создавать детали разной формы.
Высокая антикоррозийная устойчивость. На поверхностях нержавейки не появляется ржавчины при их повреждении или воздействии различных химических веществ.
Красивый вид. Из этого материала получаются блестящие изделия без пятен, затемнений.
Экологичность. Нержавейка не окисляется. В составе не содержится вредных компонентов, которые могут попасть в питьевую воду или пищу.
Высокая прочность. Детали из нержавейки имеют повышенный показатель прочности. Поверхности устойчивы к механическому воздействию.
Устойчивость к воздействию химических веществ, факторов окружающей среды.
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:

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.
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.
Конверторный. Для проведения этого метода плавки металлов не нужен внешний источник энергии. С помощью конвертора можно добиться высокой скорости плавки — до 40 минут.

Около 60% нержавеющей стали произведено с помощью электросталеплавительного метода.

Мартеновская печь (Фото: Instagram / lena__sahara)

Сферы применения

Нержавеющий металл применяется в разных сферах:

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.
Машиностроении. Нержавеющая сталь используется при изготовлении деталей для сборки автомобилей, промышленного оборудования.
Пищевой промышленности. К емкостям, которые предназначены для хранения, транспортировки продуктов, применяются высокие требования. Для производства сосудов можно применять стекло, нержавеющую сталь, определенные виды полимеров.
Энергетике. Нержавейка подходит для изготовления рабочих узлов.
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.
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

Высокая прочность, износоустойчивость.
Повышенный срок службы изделий из нержавейки — 50 лет.
Устойчивость к образованию ржавчины.
Стерильность материала. Металл может применяться в пищевой промышленности, медицине, поскольку даже при повреждениях не выделяет вредных веществ.
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.

Что такое нержавеющая сталь?

Что такое нержавеющая сталь? (несмотря на название, все виды стали подвержены коррозии, если их не обрабатывать должным образом)

В начале XX века металлурги обнаружили, что хром взаимодействует с кислородом лучше, нежели железо, поэтому-то и добавили хром в сталь. Исследования подтвердили, что при добавлении как минимум 10% хрома, он соединяется с кислородом и образует крепко сцепленный прозрачный слой, покрывающий поверхность стали и защищающий ее от коррозии, препятствуя дальнейшему окислению. Этот прозрачный слой является самовосстанавливающимся в случае повреждений от царапин, потертостей и вмятин.

Нержавеющая сталь — очень красивый материал. Кроме того, эта сталь способна противостоять коррозии со стороны многих кислот. Она обладает прочностью и жесткостью при экстремальных значениях температуры, причем как плюсовых, так и минусовых, и может принимать форму сложного профиля для использования в различных сферах.

В виду своей высокой версальности нержавеющая сталь удовлетворяет нижеописанным требованиям:

*Прочность при повышенных температурах

*Прочность и ковкость при криогенных

*Окалиностойкость при высоких температурах

Всего различают более 250 видов нержавеющей стали. В соответствии с производственными нуждами клиентов, на основании химических и механических свойств, эти виды были объединены в 5 ведущих классов.

Мартенситная нержавеющая сталь:

На практике, имеется около 400 серий данного вида стали, они обычно содержат от 11,5 до 18 % хрома и имеют более высокий уровень содержания углерода и ферритов. Данные сорта стали поддаются термообработке для достижения широкого диапазона уровней твердости и прочности и широко используются в изготовлении ножевых изделий, спортивных ножей, хирургических инструментов, а также инструментов косметологии (например, для педикюра и маникюра), игольчатых клапанов и универсальных инструментов.

Ферритная нержавеющая сталь:

Эта группа стали имеет 400 различных серий, содержащих от 10,5 до 20% хрома для обеспечения коррозионной стойкости и устойчивости к появлению окалины при повышенных температурах. Они не подлежат закалке путем термической обработки и обладают магнитными свойствами. Ферритная нержавеющая сталь используется в производстве изделий, которым необходимо обладать коррозионной стойкостью, например автоматизированная система контроля за выхлопными выбросами.

Аустенитная нержавеющая сталь:

Она является наиболее популярной, судя по количеству заказов по ее производству, в виду ее превосходной формуемости и коррозионной стойкости. Все 200 и 300 серий стали являются аустенитными и содержат 15-30% хрома и 2-20% никеля для улучшения качества поверхности, формуемости и повышения коррозионной и износостойкости. Они не обладают магнитными свойствами в отожженном состоянии, но, в зависимости от составляющих, в основном от содержания никеля, приобретают незначительный магнетизм при холодной обработке. Эта сталь используется для автоматизированных установок, кухонной утвари, технологического оборудования.

Производство качественной нержавеющей стали требует от нагрева к нагреву и из года в год определенного контроля сырьевых составляющих и режимов плавки. Точное количество предсортировочного металла и наплавочного материала закладывается в плавильную печь, так, чтобы партия изготовляемых изделий содержала определенный ряд составляющих. Этот ряд составляющих компонентов, обычно включает группу химических элементов для каждого типа нержавеющей стали.

Углеродистые и стальные сплавы (не относящиеся к нержавеющим):

Эти сорта стали в большинстве своем кованные. Нержавеющая сталь тоже может быть кованной, но для этого необходим достаточно сложный процесс изготовления. Кроме того, углеродистая сталь сложно подвергается отпуску с целью придания ей четкой грани и пружинистости оборотной стороны. Нержавеющая сталь не может быть подвергнута дифференцированному отпуску. Конечно, углеродистая сталь быстрее подвергается коррозии, чем нержавеющая. Углеродистая сталь легче поддается вредному механическому воздействию, по сравнению с нержавеющей сталью.

Легирующие элементы:

Ниже следующее является кратким описанием легирующих элементов, содержащихся в нержавеющей стали, и их функциональном предназначении.

Хром: Отвечает за формирование поверхностной пленки из окиси хрома, обеспечивающую сталь коррозионной стойкостью. Он так же влияет на увеличение устойчивости к накаливанию при повышенных температурах.

Никель: Cтабилизирует аустеническую структуру и увеличивает ковкость, делая нержавеющую сталь более пригодной для формуемости. Способствует увеличению прочности при высоких температурах и коррозионную стойкость, особенно в промышленной и морской атмосферах, химической, пищевой и текстильной индустрии.

Кремний: Увеличивает стойкость к окаливанию путем формирования прочного первоначального нагара, который противостоит циклическим изменениям температур. Он сокращает науглероживание при высоких температурах и несколько увеличивает предел прочности на разрыв и твердость. Небольшое количество кремния добавляется во все виды нержавеющей стали, для раскисления.

Марганец: Обеспечивает стабильность аустенита при комнатной температуре и улучшает свойства горячей обработки. Добавление марганца до 2% не оказывает влияния на прочность, ковкость и жесткость. Марганец имеет важное значение, в качестве частичного замещения никеля в 200 сериях нержавеющей стали.

Молибден: Карбидообразующий элемент защищает от хрупкости и увеличивает коррозионную стойкость, прочность при повышенных температурах и сопротивление ползучести. Он препятствует формированию язв в хлористой среде.

Алюминий: Является сильным ферритным элементом и снижает способность нержавеющей стали к накаливанию. Он улучшает стойкость к образованию осадков (накипи).

Углерод: Присутствует во всех видах стали. Это наиболее важный упрочняющий элемент, который увеличивает прочность нержавеющей стали, стимулирует образование осадков влияющих на снижение коррозионной стойкости.

Ниобий: Соединяется с углеродом для снижения чувствительности к межкристаллитной коррозии. Он действует как добавка, измельчающая зерно, и стимулирует формирование ферритов.

Медь: Добавляется в нержавеющую сталь для увеличения устойчивости к определенным коррозионным средам. Он так же снижает чувствительность к образованию трещин вследствие коррозии под напряжением и обеспечивает эффект упрочнения при старении.

Титан: Соединяется с углеродом для снижения коррозионной стойкости. Он действует как добавка, измельчающая зерно и способствует образованию ферритов.

Кобальт: Никогда не используется один, но всегда добавляется в сплав стали. Это не карбидообразующий элемент, но растворяется в межклеточном материале ферритов, как никель и кремний. Добавление кобальта до 30% в ферросплавы (черные сплавы) оказывает значительное влияние на магнитные свойства материала. Кобальт может не только усилить феррит, но и стабилизировать углероды и сохранить их свойства при более высоких температурах.

Термическая обработка:

Твердость является ключевым свойством в производстве режущих инструментов. Все наши попытки механической обработки, полировки, подгонки и т.д. безуспешны без хорошего нагрева изделия. При термической обработке и отжиге трансформируется молекулярная структура стали инструмента, увеличивающая его прочность (измеряемую в показателях твердости по шкале Роквелла) и улучшающая механические свойства стали, увеличивающая износостойкость и общий срок службы.

Твердость достигается при первичном нагревании деталей в горячей ванне с расплавленными солями (1000С /1832 F- 1250 С/ 2282F), в зависимости от того, является сталь нержавеющей или углеродистой, и гасится в изотермических солях или масле. Затем они помещаются в отжигательную печь, где их держат несколько часов при температуре 200С /332 F. Данная температура достигается постепенно, во избежание молекулярного напряжения как результата отпуска, так, чтобы в конечном результате остаток аустенита трансформировался в сторону мартенита, преобразуя при этом и внутреннюю структуру материала, которая обеспечивает ее одинаковые механические свойства на протяженности всей режущей поверхности инструмента.

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.

Всё о нержавеющей стали

Коррозийностойкая (нержавеющая) сталь — сложнолегированная сталь, стойкая против коррозии в атмосфере и агрессивных средах.

Классификация нержавеющей стали

Нержавеющие стали — это стали, содержание хрома в которых не менее 12%. Хром создает защитную пленку на поверхности металла, которая очень инертна, за счет чего стали становятся коррозионностойкими, нержавеющими. Большим преимуществом хромированной пленки является способность восстанавливаться при участии кислорода после физико-химических воздействий.

Нержавеющие стали подразделяются на следующие основные группы:

аустенитные;
ферритные;
мартенситные;
ферритно-аустенитные.

Аустенит — это гранецентрированная и высокотемпературная вариация сплавов железа, совокупность легирующих элементов, образующих твердый раствор. Стали этого типа дополнительно к хрому содержат некоторое количество никеля (10-25%), что позволяет усилить их сопротивляемость коррозии. Магнитные свойства отсутствуют. Высокая прочность, стойкость к окислению и высоким температурам делают данный тип нержавеющей стали наиболее применяемым в промышленности. Номенклатурная серия — 300.

Феррит — это основная составляющая железа и его сплавов, является твёрдым раствором, который образуют углерод и легирующие элементы. Структура феррита представляет собой объемноцентированную кубическую кристаллическую решётку. Проявляет магнитные свойства. Пониженное включение хрома (менее 17%). Высокая стойкость к окислению в кислотной среде. Имеют широкое применение в химической и пищевой промышленности. Вторые по популярности после аустенитных сталей. Номенклатурная серия — 400.

Мартенсит — микроструктура, которая имеет игольчатый тип, проявляется в закаленных сплавах и чистых полиморфных металлах. Физический механизм создания мартенсита абсолютно не похож на аналогичные процессы, происходящие в стали при изменении температурных режимов. Мартенситный процесс бездиффузионен, атомы перемещаются по сдвиговому механизму с большой скоростью в тысячи метров в секунду. Мартенситные стали проявляют магнитные свойства. Низкое содержание хрома и углерода. Обладают хорошей газовой коррозионной стойкостью в слабоагрессивных средах. Основу применения составляют режущие инструменты, элементы конструкций в пищевой и химической промышленности. При упрочнении никелем и медью хорошо сопротивляются износу, возможно применение для промышленного оборудования.

Сферы использования нержавеющей стали

Сразу необходимо заметить, что применение нержавеющей стали напрямую зависит от её типа, а точнее от ее коррозийной стойкости. Также важно то, что коррозийная стойкость сталей применима в условиях определенной агрессивной среды. То есть следует учитывать, какие компоненты среды будут действовать на нержавейку и какому типу коррозии она будет преимущественно подвергаться. Рассмотрим варианты использования нержавеющей стали в различных областях народного хозяйства и промышленности с учетом характеристик их классов.

Нержавеющие сплавы с высокой стойкостью к окаливанию используются в электротехнике. Данный нержавеющий металлопрокат также имеет значительное электрическое сопротивление. Вдобавок, их применение выгодно и с экономической стороны — основа окалиностойких — это недорогое железо. Окалиностойкость достигается за счет присадок из пассивных металлов — хром, алюминий, кремний. Таким образом, данные элементы выступают в роли легирующих.

Жаропрочная нержавейка используется в судостроении, для изготовления элементов самолетов и ракет. Например из таких нержавеющих сталей изготавливают детали турбин и реактивных двигателей.

Ферритные стали активно применяются в пищевой промышленности. Специфичные свойства этих сталей позволяют удовлетворить строжайшим запросам этой сферы. Из них выплавляют нержавеющий лист с нужными свойствами. Главные ограничения здесь обусловлены требованиями гигиены. В частности, значительно снижено использование легирующих присадок. Также из таких сталей делают различные инструменты для медицинских целей и детали для автомобилей.

Нержавеющие стали с повышенным содержанием легирующих элементов применяются для трубопроводов и электроэнергетики. Только такая нержавейка обладает необходимой коррозийной стойкостью.

Очень широко применяются аустенитные нержавеющие стали. Из этой нержавейки делают различное оборудование для химической, пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности. Трубы и нержавеющий круг из стали находят применение в станкостроении и автомобильной промышленности. Из нее производят всевозможные металлоконструкции, которые все более популярны в строительной архитектуре. Без нержавеющей стали не может обойтись машиностроение и металлургия. Надежность, легкость обработки, эстетичность и сочетаемость с другими неметаллическими элементами позволяет использовать нержавейку в дизайне интерьера и других областях искусства. Человек все более ощущает присутствие нержавеющей стали в повседневном быту. Многие элементы обихода частично состоят из нержавеющей стали.

Обширным потребителем нержавейки является транспортное машиностроение. Громадные объемы перевозок грузов с различной агрессивностью среды требуют применения высоколегированных сталей лучших марок. Нержавеющие стали такого класса позволяют создавать многоцелевые емкости, с помощью которых достигается значительная экономия в данной области.

Нержавеющая сталь: свойства и применение

Нержавеющая сталь — практичный и долговечный материал. Появилась эта сталь около ста лет назад. Однако массово применять в строительстве и архитектуре ее начали совсем недавно.

Преимущества нержавеющей стали:

долговечность;
простота обслуживания (требует лишь периодической очистки мягкой губкой с использованием моющих средств);
привлекательный внешний вид. Она идеальна для широкого применения в архитектуре и дизайне;
простота изготовления: может быть сформована, порезана, сварена и обработана так же, как и традиционная сталь;
сопротивление коррозии, в том числе, во многих кислотах, щелочах и хлористых растворах;
прочность. Аустенитные и дуплексные сорта не теряют своих механических свойств и при низких температурах;
гигиеничность. Уникальная поверхность сплава не имеет пор или трещин, а значит обеспечивает чистоту и препятствует росту бактерий. Благодаря этому нержавейка признана наиболее гигиеничным материалом для подготовки пищевых продуктов. Ее применяют в условиях со строгими санитарными нормами: в больницах, на общественных кухнях, скотобойнях, перерабатывающих предприятиях АПК. В последнее время постоянно растет использование нержавейки при изготовлении сосудов (емкостей, сборных резервуаров) для пищевой промышленности.

Рождение и развитие нержавейки

Первые нержавеющие сплавы были получены около века назад, но широкое применение в строительстве нержавеющая сталь нашла только сегодня. Панели из нержавеющей стали являются одним из лучших материалов для наружной и внутренней облицовки стен. Ее можно встретить в оформлении торговых помещений, современных бизнес-центров, ресторанов и т.п. Из нержавеющих сталей изготавливаются скульптуры и рекламные металлоконструкции, настилается кровля и сооружаются водоотводные коммуникации зданий.

Нержавеющая сталь стала незаменимым материалом благодаря своей долговечности, простоте ухода, эстетичному внешнему виду и многофункциональному применению. Ее можно формовать, резать, сваривать и обрабатывать так же, как и обычную сталь. Стойкость к кислотам, щелочам, солям и хлору находит применение в химических отраслях. Большинство сортов нержавейки обладают высокой прочностью, в том числе и при низких температурах. Гладкая непористая поверхность изделий соответствует гигиеническим нормам. Нержавеющая сталь заслуженно называется сталью нового поколения («Марочник нержавеющих сталей»).

Для того, чтобы сталь служила успешно и долго, необходимо тщательно подойти к выбору марки нержавеющей стали. Так, для изготовления сборных резервуаров мы рекомендуем использовать аустенитную коррозийностойкую сталь AISI 304 (08Х18Н10), т.к. именно она соответствует формуле «цена- качество».

Виды поверхностей стали:

Предлагаем к рассмотрению марки нержавеющей стали, из которых производятся резервуары «Айсберг».

AISI 304

Аустенитная, с низким содержанием углерода. Легко поддается сварке, устойчива к межкристаллитной коррозии. Высокая прочность при низких температурах. Поддается электрополировке. Является наиболее универсальной и широко используемой из всех марок нержавеющих сталей. Области применения: используется в установках для пищевой, химической, текстильной, нефтяной, фармацевтической и бумажной промышленности.

AISI 316

Улучшенная версия AISI 304 (с добавлением молибдена), что делает ее особенно устойчивой к воздействию коррозии. Технические свойства этой стали при высоких температурах гораздо лучше, чем у аналогичных сталей, не содержащих молибден. Молибден (Mo) делает сталь более защищенной от питтинговой коррозии в хлористой среде, морской воде и парах уксусной кислоты. AISI 316 и 316L используются для химического оборудования, инструментов, вступающих в контакт с морской водой и атмосферой, при изготовлении оборудования для проявления фотопленок, в установках для переработки пищи, емкостях для отработанных масел.

AISI 316Ti

Наличие титана (Ti), в пять раз превышающее содержание углерода, обеспечивает стабилизирующий эффект в отношении осаждения карбидов хрома (Cr) на поверхность кристаллов. Области применения: детали, обладающие повышенной устойчивостью к воздействию высоких температур и к среде с присутствием новых ионов хлора, лопасти для газовых турбин, баллоны, сварные конструкции, коллекторы. Также применяется в пищевой и химической промышленности.

AISI 321

Хромоникелевая сталь с добавкой титана (Ti), особенно рекомендуется в изготовлении сварных конструкций и для использования при температурах между 400°С и 800°С. Устойчива к коррозии. Области применения: оборудование для нефтеперерабатывающей промышленности, химическое оборудование и оборудование, устойчивое к высоким температурам. Также применяется для изготовления сварного оборудования в разных отраслях промышленности (трубы, детали печной арматуры, теплообменники).

AISI 430

Это наиболее широко применяемые ферритные хромистые стали. Имеют хорошие прочностные и механические характеристики, что обеспечивается высоким содержанием хрома и низким содержанием углерода; хорошо деформируются, используются в процессах вытяжки и штамповки. В отличие от аустенитных никельсодержащих сталей, низкоуглеродистые хромистые ферритные стали устойчивы к процессам коррозии в различных серосодержащих средах. Поэтому изделия из стали AISI 430 могут быть использованы в системах для перекачивания газа, нефти и чистых нефтепродуктов. Конструкции из AISI 430 меньше изменяют размеры при колебаниях температур. Данный вид стали также применяется в пищевой промышленности.

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.

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.

Нержавеющая сталь: состав, свойства, марки, маркировка

Высокая популярность такого материала, как нержавеющая сталь, объясняется ее уникальными характеристиками, которыми не обладают обычные углеродистые стальные сплавы. Благодаря большому разнообразию марок нержавеющих сталей, представленных на современном рынке, их можно подбирать для успешного решения технологических задач различного характера.

Внешний вид сооружений из нержавеющей стали не изменяется на протяжении всего срока эксплуатации

В чем состоит уникальность нержавеющих сталей

Нержавеющая сталь была запатентована в Англии в 1913 году. Автором данного изобретения, которое, без преувеличения, стало важнейшим этапом развития не только сталелитейной, но и других отраслей промышленности, является металлург Гарри Бреарли.

Наделить обычные стальные сплавы уникальными характеристиками и получить из них коррозионностойкие стали позволило добавление в их химический состав такого элемента, как хром.

Именно хром, которого в составе нержавеющих стальных сплавов должно быть не менее 10,5%, обеспечивает данным материалам такие характеристики, как:

исключительно высокая устойчивость к коррозии;
очень высокая прочность;
хорошая свариваемость;
простота обработки методами холодной деформации;
длительный эксплуатационный срок без потери первоначальных характеристик;
эстетически привлекательный внешний вид изделий, изготовленных из сплавов данной категории.

Влияние легирующих элементов на свойства сталей

Нержавеющие стали в обязательном порядке содержат в своем химическом составе хром и железо. Эти элементы дополняют друг друга, что и обеспечивает данным материалам такие уникальные характеристики. В частности, хром, соединяясь с кислородом, создает на поверхности нержавеющего сплава оксидную пленку, которая и становится надежным препятствием для коррозионных процессов.

Для того чтобы наделить нержавеющую сталь дополнительными характеристиками и значительно улучшить уже имеющиеся свойства, в ее химический состав вводят легирующие добавки – никель, титан, молибден, ниобий, кобальт и др. Такое легирование позволяет создавать различные виды стальных сплавов нержавеющей категории, отличающиеся друг от друга своими характеристиками и, соответственно, назначением.

Мы уже так привыкли к коррозиооностойкой стали, что даже не замечаем, насколько наша жизнь стала комфортнее из-за присутствия в ней нержавейки

Нержавеющая сталь содержит в своем химическом составе углерод, который придает ей высокую твердость и прочность. Следует отметить, что данный химический элемент является обязательным компонентом любого стального сплава и оказывает серьезное влияние на его свойства.

Уникальные характеристики, которыми отличается нержавеющая сталь, позволяют успешно использовать данный металл в самых различных сферах, связанных с эксплуатацией изделий и оборудования в условиях повышенной влажности и постоянного воздействия на них агрессивных сред. Активно используются нержавеющие стали для производства изделий как промышленного, так и бытового назначения. В частности, именно из этого металла чаще всего делают столовые приборы и ножи, изготавливают элементы коммуникаций и ограждающих конструкций, детали оборудования и др.

Методы классификации

Характеристики, которыми обладают нержавеющие стали, определяются как химическим составом сплавов, так особенностями их внутренней структуры. В зависимости от данных параметров все стали, относящиеся к категории нержавеющих, делятся на четыре группы.

В химическом составе сталей данной группы хром содержится в объеме 20% (поэтому их и называют хромистыми). Благодаря значительному содержанию хрома изделия из таких сталей способны успешно противостоять воздействию даже очень агрессивных сред. Стальные сплавы данной группы отличаются хорошими магнитными характеристиками.

Химический состав и механические свойства сталей ферритного класса

Крупными потребителями ферритных сталей являются предприятия тяжелой и химической промышленности, из нержавеющих сплавов этого вида производят элементы отопительного оборудования, а также многое другое. Сплавы ферритной группы занимают достаточно большую долю рынка нержавеющих сталей и по уровню своей востребованности лишь незначительно уступают материалам с аустенитной внутренней структурой, но стоят значительно дешевле последних.

Это нержавеющие стали, значительная доля химического состава которых (до 33%) приходится на хром и никель. Потребители отдают предпочтение этим сплавам из-за того, что такие материалы отличаются высокой прочностью и исключительной устойчивостью к коррозии.

Химический состав и сферы применения жаропрочных аустенитных нержавеющих сталей (нажмите для увеличения)

Благодаря особенностям внутренней структуры такие сплавы отличаются самой высокой прочностью среди сталей. Кроме того, они характеризуются хорошей износоустойчивостью и минимальным количеством вредных примесей в своем составе. Именно к этой категории относится жаропрочная коррозионностойкая сталь, способная не только успешно противостоять окислительным процессам, но и эксплуатироваться в условиях постоянного воздействия высоких температур, не утрачивая при этом своих первоначальных свойств.

Содержание химических элементов в мартенситных и ферритно-мартенситных сталях (нажмите для увеличения)

Сюда относятся стали с внутренней структурой комбинированного типа: аустенитно-ферритной и аустенитно-мартенситной. Такие инновационные материалы оптимально сочетают в себе лучшие свойства всех вышеперечисленных видов нержавеющих сталей.

Химические составы коррозионностойких сталей аустенитно-мартенситного класса

Владение информацией о том, к какой из групп относится та или иная марка нержавеющей стали, позволяет оптимально подбирать сплавы для решения определенных технологических задач.

Наиболее популярные марки и сферы их применения

Чтобы правильно подобрать нержавеющую сталь для изготовления продукции определенного назначения, можно воспользоваться специальными справочниками, в которых перечислены как все марки такого материала, так их основные характеристики. Между тем в каждой из таких групп есть наиболее популярные марки, которые чаще всего и выбирает потребитель. Перечислим их.

10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М3Т – стали, которые отличаются хорошей свариваемостью и отличной устойчивостью к коррозии. Благодаря таким свойствам нержавеющие стальные сплавы данных марок успешно используют для производства изделий, которые в процессе своей эксплуатации постоянно подвергаются воздействию высокой температуры и агрессивных сред. Свойства сталей данных марок формируются за счет наличия в их химическом составе следующих элементов: хрома (16–18%), молибдена (2–3%), никеля (12–14%), углерода (0,1%), кремния (0,8%), меди (0,3%), серы (0,02%), фосфора (0,035%), марганца (2%), титана (0,7%). Если существует необходимость в выборе нержавеющих сталей данных марок, то следует иметь в виду, что на отечественном рынке можно приобрести и их зарубежные аналоги, а именно: SUS316Ti (Япония), 316Ti (США), OCr18Ni12Mo2Ti (Китай), Z6CNDN17-12 (Франция).
08Х18Н9 и 08Х18Н10 – нержавеющие стальные сплавы, из которых делают трубы как круглого, так и любого другого сечения. Используют эти материалы для производства различных конструкций, эксплуатируемых в машиностроительной и химической промышленности, а также для производства элементов трубопроводов и печных устройств. В химическом составе сталей данных марок содержатся следующие элементы: хром (17–19%), углерод (0,8%), титан (0,5%), никель (8–10%).
10Х23Н18 – сталь этой марки характеризуется высоким содержанием никеля (17–20%) и хрома (22–25%), а также марганца (2%) и кремния (1%) в своем составе. Такое сочетание элементов наделяет сплав требуемыми характеристиками и формирует повышенную склонность к отпускной хрупкости. Следует отметить, что сплав данной марки относится к нержавеющим сталям жаропрочной категории.
08Х18Н10Т – нержавеющий сплав данной марки отличается высокой устойчивостью к процессам окисления, а также хорошей свариваемостью, причем для получения качественного соединения по данной технологии изделия можно не подвергать предварительному нагреву, а также не выполнять их термическую обработку после сварки. Чтобы улучшить прочностные характеристики изделий, изготовленных из такой стали, их необходимо подвергнуть закалке, что оговорено в соответствующем нормативном документе.
06ХН28МДТ – сплав данной марки оптимально подходит для создания сварных конструкций, которые будут в дальнейшем эксплуатироваться в агрессивных средах. В химическом составе этой стали содержатся следующие элементы: хром (22–25%), никель (26–29%), медь (2,5–3,5%).
12Х18Н10Т – изделия, изготовленные из стали данной марки, преимущественно используются для оснащения предприятий химической, целлюлозно-бумажной, строительной, пищевой и топливной отраслей. Этот металл отличается термической стойкостью, хорошей ударной вязкостью и практичностью использования.
12Х13, 20Х13, 30Х13 и 40Х13 – нержавеющие стальные сплавы данных марок практически не поддаются свариванию, но есть у них и положительные свойства. Последние заключаются в том, что эти стали не имеют склонности к отпускной хрупкости, а их внутренняя структура не поражается дефектами, которые на профессиональном языке называются флокенами. Из нержавеющих сталей данных марок изготавливают режущий и измерительный инструмент, а также рессоры и пружины различного назначения.
08Х13, 08Х17, 08Х18Т1 – это нержавеющие стальные сплавы ферритной группы, из которых производят изделия, не испытывающие в процессе своей эксплуатации ударные нагрузки, а также воздействие низких температур.

Виды поверхностей нержавеющей стали

Как расшифровать маркировку

Маркировка нержавеющих сталей, правила формирования которой оговариваются положениями нормативных документов, несет в себе следующую информацию:

число, стоящее на первом месте, указывает на количественное содержание в составе сплава такого химического элемента, как углерод (например, в стали марки 08Х17 углерод содержится в количестве 0,08%, а в 40Х13 – 0,4%);
после букв в маркировке, каждая из которых обозначает соответствующий химический элемент (Х – хром, Н – никель, М – марганец), проставляются цифры, указывающие на его содержание в целых процентах.

Пример расшифровки обозначения нержавеющей стали

В целом, если говорить о правилах маркировки стальных сплавов, относящихся к категории нержавеющих, они практически ничем не отличаются от тех, которые приняты для обозначения сталей любого другого типа.