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.

Виды и марки нержавеющей стали

Основная особенность нержавеющих сталей заключается в том, что активное железо в их составе связано в соединениях с другими металлами, и не может реагировать с атмосферным воздухом, водой, и рядом агрессивных окислителей. На поверхностях полуфабрикатов образуется устойчивая защитная пленка окислов никеля, хрома, марганца.

Изменения, произведенные на молекулярном уровне, в значительной степени влияют на физические свойства. Коррозионно-стойкие стальные сплавы обладают меньшей теплопроводностью, большим тепловым расширением, за некоторым исключением, теряют магнитные качества, что позволяет применять их в изготовлении радиотехнического оборудования. Разработано огромное количество типов нержавеющих сталей специального назначения, характеристики которых уникальны.

Влияние основных легирующих элементов на эксплуатационные свойства:

• Хром: отвечает за коррозионную стойкость при высоких температурах и воздействии кислот, повышает прочность и твердость, снижает ударную вязкость, поэтому хромоникелевая группа не устойчива к ударным нагрузкам;
• Никель: увеличивает пластичность, технологичные качества и сопротивляемость коррозии, повышает устойчивость к высоким температурам, защищает поверхность от образования царапин;
• Углерод: чем больше углерода, тем хуже металл обрабатывается резанием и сложнее деформируется. Эту особенность используют в производстве инструментов;
• Марганец: относится к природным примесям, универсальный раскислитель, увеличивает стойкость к износу и прокаливаемость;
• Кремний: повышает кислотостойкость, жаропрочность.

Для придания специальных свойств применяют такие металлы как титан, ванадий, молибден, ниобий, медь, вольфрам, кобальт, алюминий.

Виды нержавеющей стали

Стальные сплавы классифицируют по форме кристаллической решетки. Она может быть аустенитного, мартенситного, ферритного или комбинированного типа. Химическое строение обуславливает основные характеристики структурных типов:

Аустенитные

Гранецентрированная кубическая решетка формируется за счет стабилизирующего действия хрома, никеля и марганца. Общая доля этих элементов достигает 33%. Аустениты являются самым распространенным типом, к ним относятся пищевые стали и материалы специального назначения, стойкие к особо агрессивным средам.

Мартенситные

Тетрагональное строение, при котором ячейки имеют форму параллелепипеда. К этому классу относят наиболее прочные нержавеющие стали, в которых много хрома, при этом никель отсутствует или вводится в минимальном количестве. Из них производят быстрорежущие инструменты, крепежи, жаропрочные детали и нагруженные металлоконструкции. Все полуфабрикаты проходят сложную термическую обработку в ходе которой осуществляется мартенситное превращение.

Ферритные

Объемноцентрированная кристаллическая решетка, характерная для большинства сплавов на основе железа и углерода. Основным легирующим элементом является хром. Ферриты обладают высокой прочностью и пластичностью, магнитны. Эксплуатационные свойства соответствуют аустенитам, но замена дорогостоящего никеля другими металлами делает изделия подверженными межкристаллической коррозии.

Таблица соответствий основных марок нержавеющих сталей и химический состав

Сплавы с комбинированной структурой состоят из нескольких фаз. Они созданы для специализированных областей применения, где важно оптимальное сочетание характеристик разных классов:

• Ферритно-мартенситные: устойчивость к износу;
• Аустенитно-мартенситные: для криогенной техники, уксуснокислых сред;
• Аустенитно-ферритные: разаработаны в качестве альтернативы дорогостоящим аустенитам.

Количество каждой фазы обычно составляет 40-60%. Свойства также зависят от подбора легирующих элементов и их массовой доли в составе.

Расшифровка марок нержавеющих сталей

В мире действует несколько систем обозначений. AISI — это группа стандартов, разработанных Американским институтом стальных сплавов. Каждому наименованию в системе присвоено значение из четырех цифр, но для коррозионно-стойких сталей предусмотрены серии:

• Серия 200: всего одна марка AISI 201, служит заменой популярной стали AISI 304 с некоторыми ограничениями;
• Серия 300: аустенитные и комбинированные нержавейки с аустенитной основой;
• Серия 400: хромистые с мартенситным или ферритным строением.

Для обозначения по стандарту ГОСТ созданы следующие алгоритмы:

• Первая цифра: содержание углерода в сотых долях процента;
• Остальные цифры обозначают в процентах содержание элемента, после которого они указаны в маркировке;
• Округление до 1: если концентрация металла меньше 1% или приближена к нему, численное обозначение опускают, цифра не пишется.

Популярные марки нержавеющей стали

AISI 304 (08Х18Н10)

Пищевая. Наиболее широко применяется в фармацевтической и продовольственной промышленности для изготовления комплектующих и панелей производственных линий, тары, трубопроводов. Используется в дизайне и благоустройстве для монтажа лестничных ограждений и производства мебели;

AISI 316 (10Х17Н13М2)

В отличие от пищевой стали, усилена молибденом и может работать в кислотных средах при высоких температурах, устойчива в морской воде;

AISI 316T (10Х17Н13М2T)

Присадки титана увеличивают термостойкость, противостоят ионам хлора, добавляют прочности. Область применения: изготовление сосудов, работающих с кислотами, теплообменное оборудование, режущий инструмент;

AISI 321 (08Х18Н10T)

Жаростойкий материал для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной агрессивности, теплообменников, котлов, трубопроводов и комплектующих для них;

AISI 430 (12Х17Н)

Жаропрочный состав предназначен для производства подвижных деталей (валиков, втулок), работающих в разбавленных растворах кислот и солей. Сталь относится к ферритному классу, изделия не рассчитаны на долгий срок службы;

AISI 201 (12Х15Г9НД)

Недорогая альтернатива AISI 304, содержит меньше никеля и хрома, но легирована медью для защиты от атмосферных воздействий, не может применяться как пищевая, так как имеет меньшую стойкость к агрессивным веществам. Из нее производят барабаны стиральных машин, заграждения и мебель.

ГОСТ 5632-2014 предусмотрено несколько десятков марок коррозионно-стойких сталей, некоторые из них не имеют аналогов в мире. Для обозначения могут использовать собственные стандарты разработчиков, например: ДИ-13, ЭП-33, ЧС-68.

Сферы использования нержавейки

Нержавеющие сплавы используют для изготовления посуды и бытовой техники, сантехнического оборудования. Нержавейка не реагирует на воду, жир, кислоты, поэтому широко используется в пищевой и химической промышленности, производстве медицинского оснащения и инструментов. Специализированные составы применяют в нефтехимической, энергетической отрасли, автомобилестроении и судостроении.

Источник https://complex1.ru/vsye-o-nerzhaveyushchey-stali/

Источник https://e-metall.ru/blog/vidy-i-marki-stali/

Источник