Коррозионностойкие стали и сплавы

18.01.2022 VT-METALL Коррозионностойкие стали и сплавы

Из этого материала вы узнаете:

  • Характеристики коррозионностойкой стали
  • 4 вида коррозионностойкой стали
  • Маркировка и применение коррозионностойкой стали
  • Зарубежные марки коррозионностойких сталей
  • Нюансы сварки коррозионностойких сталей

Коррозионностойкая сталь (она же нержавейка) прочно вошла в нашу жизнь и применяется в различных сферах: от химической и авиационной промышленности до изготовления товаров повседневного спроса. Все дело в том, что этот вид стали показывает гораздо лучшие характеристики, чем обычная, а разнообразие марок позволяет подобрать материал, наиболее точно отвечающий запросам.

История этого материала насчитывает более века, а количество марок превышает две сотни, поэтому важно понимать их особенности, выбирая нержавейку в качестве материала для своих нужд. В нашей статье мы расскажем, какими характеристиками обладает коррозионностойкая сталь, на какие типы ее делят, а также поговорим о нюансах западной и отечественной маркировки.

Характеристики коррозионностойкой стали

Коррозионностойкая сталь, изобретение металлурга Гарри Бреарли, была запатентована в 1913 году в Англии. Благодаря данному материалу сталелитейная и другие отрасли промышленности вышли на совершенно новый уровень.

Обычные стальные сплавы получили уникальные свойства, смогли сопротивляться образованию ржавчины за счет добавления в их состав хрома. Для коррозионностойких сталей и сплавов содержание данного элемента должно быть не меньше 10,5%. Таким образом достигаются следующие характеристики:

  • очень высокая устойчивость к появлению коррозии;
  • отличная прочность;
  • хорошая свариваемость;
  • простота обработки при помощи холодной деформации;
  • большой срок эксплуатации, в течение которого материал сохраняет изначальные качества;
  • привлекательный вид изделий.

Обязательными компонентами коррозионностойких сталей являются хром и железо. За счет того, что данные добавки дополняют друг друга, материал приобретает уникальные характеристики. Хром соединяется с кислородом и формирует на поверхности сплава оксидную пленку – именно она препятствует формированию ржавчины.

VT-metall предлагает услуги:

Порошковая покраска металла

Однако описанные свойства нержавеющей стали можно еще улучшить при помощи легирующих добавок, таких как никель, титан, молибден, ниобий, кобальт, пр. Благодаря легированию на производствах создают множество видов стальных нержавеющих сплавов, которые имеют различные характеристики и назначения.

Углерод, содержащийся в коррозионностойкой стали, обеспечивает металлу высокую твердость и прочность. Кроме того, данный элемент входит во все стальные сплавы, так как от него зависят многие значимые свойства.

Коррозионностойкие стали и сплавы

Нержавеющая сталь имеет ряд уникальных качеств, поэтому ее активно применяют в сферах, предполагающих, что изделие или оборудование должно постоянно функционировать при высокой влажности и воздействии агрессивных сред.

Из коррозионностойких сталей делают предметы для использования в промышленности и даже в быту – именно этот металл является материалом столовых приборов, ножей, элементов коммуникаций, ограждающих конструкций, деталей оборудования, пр.

4 вида коррозионностойкой стали

Классификация нержавеющих сплавов установлена ГОСТами, где сталь описана в соответствии с производственными процессами и сферами ее использования.

Среди сплавов выделяют группы на основании их структуры, разных легирующих добавок и доли углерода в составе. От содержания элементов зависит область применения конкретного сплава.

Коррозионностойкие стали делят на такие основные группы:

Ферриты

В ферритную группу входят хромистые стали, на которые ставится маркировка в виде буквы F.

Речь идет о сплавах, характеризующихся значительной долей хрома, содержание которого доходит до 30%, при небольшом количестве углерода – до 0,15%.

Такие металлы имеют ферромагнитные свойства, иными словами, отличаются намагниченностью за пределами магнитного поля при низкой критической температуре.

Чтобы добиться необходимых свойств металла, на производствах подбирают оптимальное соотношение углерода и хрома.

Среди главных достоинств таких коррозионностойких сталей выделяют высокую прочность и пластичность.

Не менее важны их следующие свойства:

  • хорошо поддаются холодной деформации;
  • имеют высокую сопротивляемость образованию ржавчины;
  • обеспечивают возможность термообработки при помощи отжига.

Мартенситы

В данную группу входит сталь со структурой, формируемой при помощи закалки заготовки или слитка металла и его дальнейшего отпуска. Стоит пояснить, что закалка предполагает нагрев до температуры, превышающей критический уровень, а под отпуском понимают быстрое охлаждение.

Благодаря подобному воздействию перестраивается кристаллическая решетка коррозионностойкой стали, последняя приобретает большую твердость. Однако параллельно может возрасти хрупкость.

Коррозионностойкие стали и сплавы

В итоге получаются сплавы с такими качествами:

  • высокая твердость;
  • увеличенная прочность;
  • упругость;
  • стойкость к ржавчине;
  • жаропрочность.

За счет увеличения доли углерода удается повысить твердость металла и устойчивость к износу.

Аустениты

Этот класс коррозионностойких сталей выделяется на общем фоне химическим строением – здесь атомы углерода включаются в молекулярную решетку железа. Немаловажно, что такой металл считается высоколегированным, имея до 33% хрома и никеля. Благодаря немагнитности сплавы используются в целом ряде производственных процессов.

Металлы этой группы обладают следующими качествами:

  • пластичность в холодном и горячем состоянии;
  • прочность;
  • возможность проведения сварочных работ на высоте;
  • сопротивление агрессивным средам, в том числе азотной кислоте;
  • чистота в экологическом плане;
  • стойкость к электромагнитным излучениям.

Чтобы добиться стабильного аустенита, гранецентрированной кристаллической решетки железа, в сталь в качестве легирующего элемента добавляют никель. Его доля в сплаве должна достигать 9%. Титан и ниобий обеспечивают устойчивость металла к межкристаллитной коррозии – содержащие их сплавы принято называть стабилизированными.

Коррозионностойкие стали и сплавы

Входящие в данную группу коррозионностойкие стали считаются труднообрабатываемыми. Чтобы упростить работу с ними, используют отжиг и двойную закалку.

Комбинированные сплавы

В таких металлах сочетаются структура и свойства аустенитно-мартенситной либо аустенитно-ферритной группы.

Аустенитно-ферритные сплавы отличаются небольшой долей никеля и значительным содержанием хрома, которое превышает 20%. Роль легирующих компонентов играют ниобий, титан, медь.

За счет термической обработки обеспечивается равное соотношение феррита и аустенита.

На производствах подобные материалы ценят за пластичность, устойчивость к межкристаллической коррозии, способность справляться с ударными нагрузками и прочность, которая выше, чем у аустенитов.

Аустенитно-мартенситная группа имеет 12–18% хрома и 3,7–7,5% никеля, также в составе нередко бывают присадки алюминия. Чтобы добиться высокой прочности такой коррозионностойкой стали, осуществляют ее закалку при более чем +975 °C и отпуск при +450–500 °C.

Эти сплавы характеризуются повышенным пределом текучести. Стоит пояснить, что данное свойство говорит о напряжении, при котором деформация возрастает без роста нагрузки. Такие коррозионностойкие стали хорошо поддаются сварке и имеют отличные механические свойства.

Маркировка и применение коррозионностойкой стали

Сегодня существует более 50 марок коррозионностойких хромоникелевых сталей. Их используют как материал для трубного и плоского проката, арматуры, швеллеров, балок, уголков, профилей. Кроме того, нержавеющая сталь активно применяется в сфере авто-, авиастроения, энергетической промышленности.

Из аустенитов производят изделия методом сварки и холодной штамповки, такие как:

  • строительные резервуары;
  • трубы;
  • установки для нефтяных вышек, очистительных систем;
  • турбины и иные механизмы, которые должны функционировать в воде;
  • силовые агрегаты для энергетической сферы;
  • детали самолетов, автомобилей;
  • оборудование для работы с пищевыми продуктами;
  • фармакологическая и медицинская техника;
  • сварные металлоконструкции;
  • метизы.

В соответствии с ГОСТом, подобные сплавы маркируются:

  • 12Х18Н10Т. Включает в себя никель, титан, является материалом для оборудования для химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
  • 12Х18Н10Т. Используется при производстве трубопроводов.
  • 12Х15Г9НД. Имеет в составе никель, марганец и медь, применяется для изготовления емкостей и трубопроводов для растворов с умеренной агрессивностью.

Коррозионностойкие стали и сплавы

Мартенситы используются при производстве изделий для работы в агрессивных средах в условиях низкой или средней интенсивности. Упругость позволяет делать из такой коррозионностойкой стали пружины, фланцы, валы. Помимо этого, металл является материалом для режущих поверхностей в пищевой и химической промышленности.

Марки мартенситных сталей:

  • 20Х13, 30Х13. Применяется при изготовлении бытовой техники.
  • 14Х17Н2. Содержит в своем составе никель, может использоваться для производства компрессоров и иного оборудования, которое планируется эксплуатировать при низкой температуре и в агрессивных средах.

Ферриты встречаются в таких сферах:

  • химическая и нефтехимическая отрасль;
  • энергетика;
  • тяжелое машино- и станкостроение;
  • приборостроение;
  • медицинское оборудование;
  • производство бытовой техники;
  • пищевая отрасль.

Речь идет о следующих типах коррозионностойких сталей:

  • 08Х13. Подходит для изготовления кухонных приборов.
  • 12Х13. Используется для создания емкостей, предназначенных для хранения и транспортировки спиртосодержащих жидкостей.
  • 12Х17. Это коррозионностойкая и жаропрочная сталь, в резервуарах из которой при высоких температурах обрабатывают продукты питания.

Зарубежные марки коррозионностойких сталей

Стали марок AISI 201 и AISI 202 относятся к аустенитной группе сплавов.

Стоит пояснить, что аббревиатура расшифровывается как American Iron and Steel Institute или «Американский институт стали и сплавов». Названные металлы содержат хром, никель, марганец, медь, азот, за счет чего достигается высокая прочность изделий. Также материал хорошо поддается деформации и легко меняет форму.

Сбалансированный состав этих коррозионностойких сталей позволяет им выделяться на общем фоне высоким сопротивлением к появлению ржавчины.

AISI 201 и AISI 202 используют для производства домашних бытовых приборов, трубопроводов, строительных конструкций.

Коррозионностойкие стали и сплавы

Разница между данными марками состоит в содержании дополнительных компонентов. В AISI 201 больше углерода, серы, марганца и меди, что обеспечивает высокую прочность, пластичность.

Читайте также:  Самый лучший инструмент для электрика

Тогда как AISI 202 содержит больше никеля.

Нужно отметить, что AISI 201 является улучшенным вариантом AISI 202, но обе марки сохраняют свои физические особенности даже при использовании изделий из них в умеренно агрессивной среде.

Существуют российские аналоги этих коррозионностойких сталей:

  • AISI 201 можно заменить на 12Х15Г9НД;
  • AISI 202 близок к 12Х17Г9АН4.

Марки стали серии 300 по химическому составу входят в аустенитную либо дуплексную группу сплавов. Тип нержавейки зависит от доли основных добавок, таких как углерод, никель, хром, титан. Немаловажно, что эта серия считается универсальной и популярна на рынке, так как обладает высокой прочностью, устойчивостью к износу и ржавчине.

Нюансы сварки коррозионностойких сталей

Коррозионностойкая сталь обладает такими качествами, как жаростойкость до +650 °C и жаропрочность в пределах +480…+500 °C. Подобные сплавы отличаются низкой теплопроводностью, из-за чего изготовленные из них конструкции нередко подвержены поводке и короблению. Тогда как окисление хрома приводит к формированию тугоплавкого шлака, который мешает сварке.

Для сваривания хромистых нержавеющих сталей выбирают мягкие тепловые режимы, что предполагает малую плотность тока, постоянный ток обратной полярности, то есть плюс крепится на электрод. Также важно обеспечить малую скорость охлаждения, иными словами, в процессе работы важно избегать сквозняков.

Коррозионностойкую сталь варят электродами с фтористокальциевыми покрытиями.

Мартенситы и сплавы, относящиеся к мартенситно-ферритному классу, предполагают закалку в зоне сварки в обычных условиях. Нужно понимать, что здесь высока вероятность появления трещин, особенно когда речь идет о толстостенных и жестких конструкциях.

Повысить качество сварки удается за счет местного подогрева до +200…+300 °C изделий, имеющих толщину свыше 8–10 мм.

Однако верхний предел подогрева и время удержания данной температуры ограничены, так как может проявиться хрупкость либо синеломкость.

После сварки область соединения имеет повышенную твердость, поэтому через определенное время готовый предмет подвергают отпуску до +700…+760 °C, за счет чего достигается восстановление стойкости к межкристаллитной коррозии.

Выбирая коррозионностойкую сталь, важно представлять дальнейшие условия ее эксплуатации, нагрузку, которую металл будет испытывать, и дополнительные свойства изделия. Если у вас есть сомнения, рекомендуется обратиться за рекомендацией к профессионалам.

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Коррозионностойкие стали и сплавы

Марки коррозионностойких сталей – Как улучшается прочность и свойства металла?

Коррозионностойкие стали – это металлические сплавы, которые обладают повышенной устойчивостью к коррозии в различных климатических и атмосферных условиях, а также в соленой и пресной воде, в некоторых газовых сферах, кислотах и щелочах. Далее подробно распишем свойства и характеристики основных марок антикоррозионной стали.

В зависимости от типа, структуры, процентного соотношения углерода и различных легирующих элементов, нержавеющая или коррозионностойкая сталь условно делится на три группы: аустенитные сплавы, аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные.

Существуют и другие классы по структурным характеристикам, однако они относятся к другим типам сплавов.

Кроме того, подобная классификация является условной и обозначает конечную структуру, которая была получена путем медленного охлаждения после нагрева металла до максимальных температур при производстве.

Коррозионностойкие стали и сплавы

Качественный нержавеющий металл

В зависимости от свойств, стальные сплавы также принято делить на три группы:

  • Коррозионностойкие или нержавеющие сплавы. Способны противостоять различным видам химической и электрохимической коррозии.
  • Жаропрочные стали. Обладают высокой жаропрочностью и способностью работать при повышенных температурах в течение длительного периода времени.
  • Жаростойкие стали. Способны выдерживать химическое воздействие в различных газообразных сферах при невысоких нагрузках.

Основным химическим элементом, который обеспечивает антикоррозийную устойчивость металла, является хром.

Этот элемент сам по себе обладает высокими антикоррозийными показателями, при добавлении в сплав в определенных процентных соотношениях он образует что-то вроде защитной пленки на поверхности металла, которая и является основной антикоррозионной защитой. Таким образом, чем выше содержание хрома, тем лучше будет способность нержавеющей стали противостоять коррозии в различных средах.

Другим элементом, который обеспечивает антикоррозионные свойства, является никель. Как легирующий элемент, никель вводится в металлический сплав с определенным содержанием углерода и хрома и способствует образованию твердых, прочных связей, а также усилению защитных свойств.

Сплавы с высоким содержанием никеля особенно распространены в среде, где необходимо предотвратить появление межкристальной коррозии. Помимо хрома и никеля, повышению антикоррозионных свойств способствуют также такие элементы, как медь, молибден, марганец, алюминий, кремний.

В качестве специальных стабилизирующих элементов в сплав часто вводятся титан и ниобий. Титан обеспечивает повышенную стойкость к коррозии межкристального типа, тогда как ниобий способствует улучшению свариваемости металла.

Соотношение титана, ниобия, меди и других элементов-стабилизаторов должно быть в несколько раз выше, чем содержание углерода, иначе сплав теряет пластичность из-за повышенной загрязненности неметаллическими включениями.

Хромистые стали принято считать одними из наиболее экономически выгодных в плане легирования и производства различных антикоррозионных материалов. Из них изготавливают различные изделия металлопроката – трубы, листы, арматуру, проволоку. В зависимости от состава и структуры, такие виды сплавов можно разделить на несколько классов:

  • теплоустойчивые хромистые стали мартенситного типа (содержание Cr не превышает 10 %);
  • нержавеющие хромистые (содержание Cr в пределах 10-17 %);
  • антикоррозионные и сложнолегированные виды хромистых сталей (содержание Cr –12-17 %);
  • хромо-азотистые и кислотоупорные различного ферритного типа (могут содержать от 16 до 33 % хрома);
  • жаростойкие с присадками различных химических элементов (алюминий, кремний, молибден).

Коррозионностойкие стали и сплавы

Изделие из хромистой стали

Вне зависимости от класса хромистых сплавов, для улучшения взаимодействия с железом и повышения пластичности и однородности структуры необходимо низкое содержание углерода, что достигается путем введения в состав стабилизирующих элементов. Лучшие антикоррозионные свойства таких сплавов достигаются путем закалки, отпуска и последующей полировки поверхности при производстве.

Такой тип металла способен выдерживать воздействие высоких температур, пресной воды и химическое воздействие в некоторых средах. Хорошо поддаются свариванию и жаропрочные стали при температурах до 750 градусов.

Наиболее широко в технике и производстве распространены марки хромистой стали – 0Х13, 2Х13, 4Х13, Х14, Х15, ДИ-1, ДИ-1, 1Х12Сю, 1Х13Н, и другие стали мартенситного и полумартенситного типа.

Процентное содержание хрома в них обычно составляет от 10 до 17 %, при этом они содержат углерод в средних количествах и различные легирующие и стабилизирующие элементы.

Этот вид антикоррозионных сталей является самым распространенным в современной промышленности и производстве.

На сегодняшний день известно более 50 марок хромоникелевых сплавов, из которых изготавливают горячекатаные трубы, сортовой и листовой металл, профили, арматура, уголки, швеллеры.

Кроме того, такая сталь широко используется в химической, энергетической промышленности, авиа- и автомобилестроении. Марки хромоникелевых сталей можно разделить на несколько классов:

  • аустенитные с невысоким содержанием углерода и добавлением стабилизирующих элементов;
  • кислотостойкие с различными присадками;
  • жаропрочные с высоким содержанием никеля и хрома (более 20 %);
  • аустенитно-мартенситные и аустенитно-ферритные со средним содержанием никеля и хрома;

Коррозионностойкие стали и сплавы

Хромоникелевые сплавы для изготовления болтов

Основными сплавами этого типа являются марки ОХ18Н9, ОХ18Н10, 2Х1Н9, ОХ18Н11 и другие вида 18-8 (то есть 18 % Ni в составе сплава), стабилизированные титаном и другими легирующими элементами.

Хромоникелевые стали аустенитного типа широко применяются для печей, тепловых турбин, выходных коллекторов.

С ними можно работать в условиях высокой внешней агрессивности среды и подвергать их кратковременному нагреву до температуры 600-650 градусов без дополнительной термообработки поверхностей.

Хромоникелевые антикоррозионные и жаропрочные стали с добавлением кремния или бора (Ох23Н18, Х23Н18, Х25Н16) применяются для производства жаропрочных листов, лент, трубок, проволоки, которые используются для различной аппаратуры, работа которой происходит при температурах выше 850 градусов.

В структуре хромоникелевых и никелевых сталей есть определенное количество феррита, который снижается с ростом содержания таких элементов, как марганец, кремний, молибден, и повышается при введении в состав азота, бора, меди или никеля в большом процентном соотношении.

Все эти свойства отражают марки стали подобного типа и определяются по специальным таблицам содержания.

Магнитные свойства нержавеющей стали характеризуются основной структурой, составом и характеристиками сплава. Как уже упоминалось выше, в составе всех промышленных типов есть ферриты, аустениты и мартенситы, а также различные комбинации этих составляющих. Таким образом, от количества и комбинации и будет зависеть, магнитная ли та или иная марки стали.

Читайте также:  Индукционная печь для плавки алюминия

Коррозионностойкие стали и сплавы

Антикоррозионные сплавы

Антикоррозионные стали с сильной магнитной составляющей, то есть те марки, которые по умолчанию являются ферромагнетиками, имеют либо ферритную, либо мартенситную фазовую составляющую. Они магнитятся так же, как обычная углеродистая сталь.

К ним относятся хромоникелевые и никелевые марки 20Х13, 30Х12 и более мягкие стали ферритного типа с меньшим содержанием углерода.

Такая магнитная сталь хорошо поддается штамповке, различным видам сварки, из нее чаще всего изготавливают режущие инструменты, столовые приборы, детали для машиностроения.

Немагнитные стали – это хромистые и марганцевые марки аустенитного и аустенитно-ферритного типа, которые используются в различных отраслях производства и строительства. Наиболее распространены марки О8Х18Н10, О8Н18Н10Т.

Они характеризуются высокой прочностью и стойкостью к коррозионным воздействиям различного характера.

Хромистые марки стали аустенитно-ферритного типа не магнитят из-за высокого содержания хрома и дополнительных легирующих элементов в виде молибдена, меди, алюминия.

Сравнение жаростойких и коррозионностойких сталей и сплавов

Калькулятор металлопроката С высоким эл. сопротивлением

В статье сравниваются коррозионностойкие (нержавеющие) стали и жаростойкие сплавы. Приведена классификация сталей и сплавов, описаны химический состав, свойства, области применения.

Коррозионностойкие и жаростойкие сплавы и стали используются при производстве ответственных деталей машин, аппаратов, приборов и технологического оборудования практически для всех отраслей промышленности. Главное общее свойство, присущее этим материалам – стойкость к разным видам коррозии в агрессивных средах и стабильность параметров при высоких температурах. Различаются они физико-механическими характеристиками, а также химическим составом, точнее, типом и объемом дополнительных химических элементов (легирующих добавок), введенных в базовую основу – железо или никель, которые и придают конечному материалу определенные качества.

Фланцы из коррозионностойкой стали

Жаростойкие и коррозионностойкие стали и сплавы классифицируют по ГОСТ 5632-72 исходя из их ключевых физико-механических свойств.

Коррозионностойкие стали и сплавы отличаются способностью противостоять коррозионным процессам под воздействием широкого спектра естественных и искусственных коррозионных сред: атмосферной (в атмосфере воздуха, в условиях любого влажного газа), подводной, подземной (почвенной), щелочной, кислотной, солевой, под воздействием блуждающего тока и т.д. Окалиностойкие жаростойкие сплавы обладают долговременной стойкостью к химическому и электрохимическому разрушению (окислению) поверхности в агрессивных газообразных средах при температурах свыше 500-550°С, при работе без высоких нагрузок.

Формирование специальных свойств коррозионно — и жаростойких сплавов и сталей производится способом легирования. Осуществляется легирование путем введения определенного количества хрома (Cr) и/или никеля (Ni) в расплав базового металла.

У некоторых типов сталей и сплавов допускается наличие дополнительных легирующих, а также незначительного количества случайно попавших элементов, но никель и хром в их составе всегда имеет наибольшую массовую долю в соотношении к остальным примесям и добавкам.

Наиболее распространенные коррозионностойкие стали и сплавы делятся на хромистые и хромоникелевые, в которых основным легирующим элементом выступает хром в соотношении не менее 10,5-13% от общей массы сплава, предназначенный для образования на его поверхности защитной оксидной пленки Cr2O3.

Для стабилизации аустенитной структуры стали в нее добавляется никель (8-25%), для повышения прочности – углерод (0,1-2%), для увеличения стойкости к перепадам температур – титан (0,6-0,8%). В роли дополнительных легирующих элементов используют молибден, медь, ниобий, кремний, марганец и др.

Аустенит – это одна из фаз состояния структуры кристаллической решетки стали и сплавов на основе железа с концентрацией углерода до 2%, обеспечивающая им максимальную стойкость к коррозии при высоких температурах. В большинстве сталей и сплавов кристаллическая решетка приобретает устойчивую (стабильную) аустенитную структуру только при нагреве до 727°С и выше.

Формируется аустенитная структура путем введения в сплав определенных легирующих элементов (добавок), которые называют аустенизаторами. К числу аустенизаторов относят никель, кобальт, углерод, азот, медь и пр.

Бак из коррозионностойкой стали

Когда сплав обогащается хромом в объеме свыше 13%, то в сочетании с другими легирующими компонентами получается прочная нержавеющая сталь с повышенными коррозионно — и жаростойкими свойствами, а также с высокой устойчивостью к воздействию кислот и т.п.

Например, коррозионностойкая сталь марки 08Х18Н10 может эксплуатироваться в средах средней агрессивности при температурах до 600°С.

Жаростойкость сталей марки 36Х18Н25С2 и 15Х6СЮ достигает 800°С, марки 12Х17 – 900°С, а нержавеющая сталь марки 15Х25Т способна сохранять устойчивость к коррозии (окалиностойкость) при температуре в 1100°С (кратковременно).

В отличие от коррозионностойких сталей, изготавливаемых на основе железа с легированием хромом и никелем, жаростойкие сплавы производятся на основе никеля.

Именно большая массовая доля никеля (не менее 55%), температура плавления которого равна 1455°С, обеспечивает сплавам защиту от коррозии и физическую стабильность при работе в различных средах при очень высоких температурах.

Чтобы увеличить и без того высокую жаропрочность сплава, никель легируется хромом (15-23%) и в незначительном объеме (1-5%) обогащается тугоплавкими металлами (кремний, молибден, титан, марганец, вольфрам, тантал, ниобий и др.) с температурой плавления выше 1700°С. Для экономии дорогостоящего никеля в состав некоторых марок сплава вводят железо (до 25%).

Одним из наиболее распространенных жаростойких сплавов на основе никеля является нихром, который по своим свойствам превосходит лучшие жаропрочные стали.

В данном случае речь идет именно о жаростойкости (жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах) нихрома, которую не следует путать с жаропрочностью (жаропрочность — способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени). В отличие от коррозионностойкой нержавеющей стали, нихромы не имеют достаточной механической прочности, чтобы в течение продолжительного времени работать в нагруженном состоянии, из них нельзя штамповать или точить детали, зато они чрезвычайно жаростойки и пластичны, поэтому отлично подходят для производства большого спектра высокоэффективных нагревательных элементов.

К примеру, 60-процентная массовая доля никеля в составе нихрома марки ХН60Ю обеспечивает ему возможность длительной работы в агрессивной окислительной среде (в азоте, аммиаке и др.) при рабочей температуре до 1150°С, а температура плавления этого материала составляет 1390°С.

В свою очередь рабочая температура нихрома марки Х20Н80 достигает 1250°С.

Здесь следует заострить внимание на том, что никелевые жаростойкие сплавы чаще всего производят в виде полуфабрикатов — проволоки и ленты, поэтому рабочая температура детали из нихрома будет зависеть еще и от диаметра проволоки или сечения ленты.

Поскольку коррозионностойкие стали и жаростойкие сплавы в плане их применения имеют мало точек пересечения, т.к. каждый материал обладает своей специфической нишей, сравнивать стоимость материалов было бы не совсем корректно.

И, тем не менее, для полноты и объективности данного обзора отметим, что килограмм обыкновенной коррозионностойкой стали аустенитного класса стоит в 20 раз дешевле килограмма жаростойкого сплава. Такое положение дел обусловлено дефицитом и высокой стоимостью никеля.

Несмотря на это жаростойкие сплавы пользуются неизменным и стабильным спросом на рынке, оставаясь незаменимыми во многих сферах, тем более, что их ближайшие аналоги, например, кобальтовые сплавы, стоят еще дороже, причем настолько, что их используют только в исключительных случаях.

Количество жаростойких изделий, для производства которых применяется коррозионностойкая нержавеющая сталь сложно перечислить в рамках одной статьи.

В их числе элементы аппаратов и сосудов для кислот, щелочей и солевых растворов различной концентрации, арматура, теплообменники и трубы, предназначенные для работы в условиях слабоагрессивных сред, детали и корпуса пищевого и химического оборудования, печей, турбин, двигателей машин, самолетов. Разумеется, нержавеющая сталь незаменима при изготовлении посуды и медицинских биксов (стерилизационных емкостей).

Реактор для химической промышленности

Сфера использования сплавов на основе никеля (нихромов) обусловлена не только их уникальной коррозионной и жаростойкостью, устойчивостью к большому спектру химических воздействий (окислению), но и высокой пластичностью.

Из нихромовой проволоки изготавливают нагревательные элементы для лабораторных и промышленных печей, реостатов, сушильных аппаратов, электротермического и кухонного оборудования (в том числе бытового), резисторы, нити электронных сигарет и многое другое.

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.

Читайте также:  Простейший импульсный блок питания своими руками схема

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.

Ферритные (хромистые)

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.

Аустенитные

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)

Мартенситные и ферритно-мартенситные

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)

Комбинированные

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector