Нержавеющая сталь — марки, характеристики и свойства

Расшифровка марок

Маркировка легированных сталей состоит из букв и цифр. В начале ставится двузначное число, которое характеризует количество углерода в сотых долях %. Далее следуют буквы русского алфавита, обозначающие определенный элемент:

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

После буквенного обозначения легирующего элемента в расшифровке идет число, обозначающее его содержание в нержавеющей стали, округленное до целого процента. Если такой цифры нет, то добавка в сплаве находится в пределах – 1-1,5 %.

Общие характеристики коррозионностойкой стали

К коррозионностойким сталям относят металлические сплавы, обладающие высокой стойкостью к коррозийным процессам в разных атмосферных и климатических условиях, воде, агрессивных газовых и химических средах. Антикоррозийные свойства обеспечиваются обогащением углеродистой стали специальными элементами, важнейший из них – это хром. Его минимальное содержание в структуре сплавов составляет 10,5%.
В данный момент существует около 250 марок нержавейки. Самые используемые легирующие элементы – это никель, кобальт, титан, молибден, ниобий. Углерод, в обязательном порядке входящий в состав, придает готовым изделиям нужную прочность и твердость. Изменение пропорций химических элементов дает металл с различными свойствами, предназначенный для определенных сфер использования.

Марки жаростойких и жаропрочных нержавеющих сталей

Жаростойкость, иначе называемая «окалиностойкость», – свойство металла противостоять газовой коррозии при высоких температурах в ненагруженном или малонагруженном состоянии.

Определение! Для повышения этой характеристики в состав сталей нержавеющих марок вводят хром, кремний и алюминий. Эти элементы, соединяясь с кислородом, образуют плотные структуры, повышающие устойчивость стали к температуре выше +550°C. Никель сам по себе на жаростойкость не влияет, но в сочетании с Cr, Al и Si повышает их эффективность.

Жаропрочные – это стали, которые функционируют при высоких температурах и нагрузках без склонности к кратковременной и длительной ползучести.

Таблица областей применения окалиностойких и жаропрочных сталей

Применение

Перечисленные преимущества способствуют удержанию лидирующих позиций на рынке металлопроката. Антикоррозионные сплавы являются незаменимым материалом в тяжелом машиностроении, энергетической, нефтегазовой и сельскохозяйственной сферах.

Материал востребован в следующих областях народного хозяйства:

• Строительство, архитектура;
• производство оборудования, инструментов медицинского назначения;
• целлюлозно-бумажное производство;
• пищевая промышленность;
• транспортное машиностроение;
• химическая промышленность;
• электроэнергетика и электроника;
• производство бытовой техники и предметов домашнего хозяйства.

Декоративные качества нержавеющих металлов и высокий уровень антикоррозионных свойств дают возможность использовать изготовленные из них детали и элементы для фасадов, рекламных установок, витрин, фонтанов. Из легированного материала изготавливают перила, двери, лестницы, лифты.

Применение жаропрочных сталей

Легированные металлы, устойчивые к высоким термическим нагрузкам, используются для производства труб, изготовления деталей, составных частей машин, агрегатов, промышленного оборудования. В этот список входят:

• детали термических печей;
• детали конвейерных лент транспортеров печей;
• установки для термообработки;
• камеры сжигания топлива;
• моторы, газовые турбины;
• аппараты для конверсии метана;
• печные экраны;
• выхлопные системы; нагревательные элементы.

Жаропрочный нержавеющий металл – лучший материал для производства деталей и механизмов, эксплуатация которых будет проходить в агрессивных средах, при повышенных температурах.

Источники

• https://met-all.org/stal/marki-nerzhaveyushhej-stali.html
• https://generalsteel.ru/marki-nerzhaveyushchih-stalej/
• https://vt-metall.ru/articles/447-svojstva-nerzhaveyushhej-stali
• https://martensit.ru/stal/nerzhaveyushhaya-stal/
• https://tk-metal.ru/stal/marki-nerzhaveyushchei-stali-klassifikatsiya-rasshifrovka.html
• https://solidiron.ru/steel/marki-nerzhaveyushhejj-stali-i-ikh-kharakteristiki.html
• https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/nerzhaveyuschaya-stal-marki-vidy-i-harakteristiki.html
• https://prompriem.ru/stal/pishhevaya-stal-marki.html

Марки нержавеющей стали для изготовления дымоходов

При покупке модульных дымоходных систем необходимо узнать, из какой стали они изготовлены. В продаже можно встретить дымоходы, которые примерно в полтора раза дешевле, чем остальные изделия этой категории. При их производстве используется сталь AISI 201 (12Х15Г9НД). По международным стандартам, необходимо применять сталь марки AISI 321 (08Х18Н12Т), стоимость которой примерно в 2 раза превышает стоимость AISI 201. Визуально отличить AISI 201 от AISI 321 невозможно, к тому же оба сплава немагнитны. Различить их можно только путем проведения химического анализа.

Различия по химическому составу

Сталь марки AISI 201 имеет невысокие антикоррозионные характеристики, неустойчивость структуры, риск появления трещин при вытяжке. Ее применение приведет к скорому выходу дымохода из строя из-за быстро развивающейся коррозии. В основном эта сталь распространена в Китае и Индии.

Известные зарубежные и добросовестные российские производители, помимо стали AISI 321, используют высоколегированные сплавы, стабилизированные Ti. Они отличаются кислото- и жаростойкостью. Использование для газоотводящих труб более дешевых сталей (AISI 409, AISI 430), не отвечающих требованиям по кислотостойкости, приводит к их выходу из строя вскоре после начала отопительного сезона.

Классификация

По химическому составу нержавеющие стали делятся на:

Различают аустенитные нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, и стабилизированные — с добавками Ti и Nb. Значительное уменьшение склонности нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии достигается снижением содержания углерода (до 0,03 %).

Нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, после сварки, как правило, подвергаются термической обработке.

Широкое распространение получили сплавы железа и никеля, в которых за счёт никеля аустенитная структура железа стабилизируется, а сплав превращается в слабо-магнитный материал.

Мартенситные и мартенсито-ферритные стали

Мартенситные и мартенситно-ферритные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства. В основном их используют для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, в частности, ножей, для упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами. К этому виду относятся стали типа 30Х13, 40Х13 и т. д.

Ферритные стали

Эти стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении.

Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах. К этому виду относятся стали 400-й серии.

Аустенитные стали

Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения. Теоретически изделия из аустенитных нержавеющих сталей при нормальных условиях — немагнитные, но после холодного деформирования (любой мехобработки) могут проявлять некоторые магнитные свойства (часть аустенита превращается в феррит).

Аустенито-ферритные и аустенито-мартенситные стали

Аустенито-ферритные стали

Преимущество сталей этой группы — повышенный предел текучести по сравнению с аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зёрен при сохранении двухфазной структуры, меньшее содержание остродефицитного никеля и хорошая свариваемость.

Аустенито-ферритные стали находят широкое применение в различных отраслях современной техники, особенно в химическом машиностроении, судостроении, авиации. К этому виду относятся, стали типа 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т.

Аустенито-мартенситные стали

Потребности современной техники в коррозионностойких сталях повышенной прочности и технологичности привели к разработке сталей мартенситного (переходного) класса. Это стали типа 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.

Сплавы на железоникелевой и никелевой основе

При изготовлении химической аппаратуры, особенно для работы в серной и соляной кислотах, необходимо применять сплавы с более высокой коррозионной стойкостью, чем аустенитные стали. Для этих целей используют сплавы на железноникелевой основе типа 04ХН40МТДТЮ и сплавы на никельмолибденовой основе Н70МФ, на хромоникелевой основе ХН58В и хромоникельмолибденовой основе ХН65МВ, ХН60МБ.

Нержавеющие стали для пищевой индустрии

Коррозионностойкие стали незаменимы для отраслей промышленности, производящих оборудование, инструменты и посуду, предназначенные для контакта с пищевой продукцией. Их преимущества:

• Сопротивление различным видам коррозии – химической и электрохимической. В каждом конкретном случае необходимо подбирать марки, устойчивые к средам, с которыми они будут соприкасаться во время эксплуатации. Это – нормальные атмосферные условия, вода, соленая вода, кислые, щелочные, хлористые растворы.
• Хорошая обрабатываемость. Современные инструменты позволяют сваривать, резать, формовать и обрабатывать на токарных, фрезерных и сверлильных станках коррозионностойкие сплавы так же, как и «черные» стали.
• Соответствие санитарно-гигиеническим стандартам. Благодаря различным способам обработки – шлифованию, полировке до зеркального блеска – получают поверхность практически без пор и трещин, в которые могут проникать грязь и патогенные микроорганизмы.
• Хорошие механические характеристики. Благодаря ним, можно изготавливать изделия и конструкции меньшей толщины и массы без ухудшения технических свойств. Аустенитные стали более устойчивы к низким температурам, по сравнению с металлами общего назначения.
• Эстетика. Электрополировка, сатинирование и другие способы поверхностной обработки обеспечивают стильный вид продукции из «нержавейки».

Читать также: Разъем для кабеля интернета
Таблица свойств и областей применения нержавеющих сталей пищевых марок

Таблица сталей нержавеющих марок, применяемых в пищевой индустрии

Представить современную жизнь без антикоррозийной стали невозможно. Разработка такого сплава позволила сделать качественный рывок не только в металлургии, но и во многих других сферах. Нержавеющие стали отличаются от классической тем, что содержат в составе кроме железа и углерода еще и хром. Именно добавление хрома придает сплаву антикоррозийные свойства.

Продукция из нержавеющей стали очень разнообразна. У любого производителя вы сможете найти широкий выбор изделий. Так, например, качественную продукцию, что подтверждают многочисленные отзывы, можно заказать в интернет-магазине БСМ – Металл.

Маркировка нержавеющей стали AISI

Маркировка AISI все чаще появляется не только на стальных изделиях из-за океана, но и на китайской, российской, европейской и другой продукции. Данная система классификации взяла свое название от места своего рождения Американского(American) Чугуна(Iron) и Стали(Steel) Института(Institute). Классификатор пришелся по душе потребителям, производителям, трейдерам.

Классификация

Марка углеродистой и легированной стали представлена в виде четырехзначного выражения. Первой цифрой в нем обозначается основной легирующий компонент. Вторая цифра идентифицирует вторичный легирующий элемент. Третья с четвертой цифры показывают содержание углерода.

• 1ZZZ – C
• 2ZZZ –Ni
• 3ZZZ –Cr+Ni
• 4ZZZ –Mo
• 5ZZZ –Cr
• 6ZZZ — Cr+V
• 7ZZZ –W
• 8ZZZ –Ni+Cr+Mo
• 9ZZZ –Si+Mn

Буква L в конце маркировки указывает на пониженное содержание углерода. Та же буква в середине маркировки указывает на легирование сплава свинцом, для улучшения механических свойств стали, обрабатываемой на станках. N в конце маркировки означает обработку азотом, для повышения предела прочности при прочих равных условиях. Буква B в середине маркировки – легирование бором.

Современная промышленность идентифицирует не меньше 150 марок по AISI. Рассмотрим ключевые, востребованные марки стали, где они применяются.

300 серия (семейство хромоникелевых сплавов)

• 301 – подходит для изделий, с высокими показателями пластичности, характеризуется быстрым затвердением при механическом воздействии. Износостойкая, повышенная усталостная прочность
• 304 – наиболее задействованная марка, нашедшая применение практически во всех отраслях промышленности
• 310 – жаропрочная, с возможностью работать в агрессивных средах при высоких температурах (1000 градусов Цельсия в окислительной, до 10000 в восстановительной). 310S подойдет для элементов печей, контактирующих с высокотемпературными газами и конденсатом
• 316 – сталь, удерживающая второе место после 304, по применению. Излюбленная марка для производства оборудования для пищевиков, для хирургических инструментов, агрегаты, модули, работающие в соленной воде. Устойчивость к питтинговой (точечной) коррозии
• 321 – для нужд химиков, нефтяной промышленности, сварного оборудования, требующего использования при температуре до 800 градусов

400 серия (ферритные и мартенситные стали)

• 405-ферритная матрица, сварные изделия
• 408-термостойкие
• 409- самая доступная марка нержавеющей стали, используют для выхлопных систем автомобиле
• 416-легко обрабатывается на автоматических станках из-за дополнительной серы
• 420-основное назначение изготовление столовых принадлежностей, отлично полируется
• 430-матрица ферритного характера, поддается обработке давлением, устойчива к коррозии, используют в отделке автомобилей
• 440-используется для высококачественных столовых приборов, большее количество углерода позволяет дольше сохранять заточку ножей из этой стали, при правильной термообработке

500 серия

• 500 серия содержит хромитовые жаропрочные марки стали.

600 серия

600 серия — изначально была создана для запатентованных марок стали, не попадающих под классификацию. Сегодня подраздел имеет следующий вид:

• 601-604 – мартенситные низколегированные
• 610-613 – мартенситные вторичной закалки
• 614-619 – мартенситные с хромом
• 630-635 – половинчатая аустенитная с уплотненным мартенситом. Используется для труб, помп, задвижек. Коррозионная стойкость близка к 304
• 650-653 – аустенитные стали, работающие при сильном перепаде температур
• 660-665 – аустенитные жаропрочные.

Информация, представленная на данной странице, поможет подобрать необходимую марку нержавеющей стали в соответствии с ее характеристиками и возможностями. Марки стали разложены по двум основным классификаторам ГОСТ5632-2014, AISI. На примерах объясняется маркировка нержавеющих сталей и сплавов. Приводятся сферы применения ключевых и востребованных марок в производственных отраслях.

Физические свойства

Нержавеющая сталь обрела высокую популярность не только благодаря антикоррозийным свойства, но также за счет разнообразия физических свойств. Современные коррозионностойкие стали производятся путем добавления к стали различных примесей.

От количества и типа примеси зависят физические свойства готовой стали. Следует отметить, что некоторые марки нержавеющей стали поддаются коррозии после длительного срока эксплуатации. Это связано с составом, то есть добавлением того или иного метала. Такой сплав имеет другие преимущества, которые нивелирует подверженность окислению.

Следует выделить основные физические свойства нержавеющей стали, которые качественно выделяют ее из ряда других металлов. К таким свойствам относятся:

1. Высокая прочность. Изделия, изготовленные нержавейки отличаются повышенной прочностью в сравнении с аналогами. Благодаря устойчивости к физическим нагрузка, изделия не повреждаются и не теряют начальную форму. Качественная сталь сохраняет надежность более десяти лет.
2. Устойчивость к агрессивной внешней среде. Подобная сталь практически не подвержена изменениям в связи с условиями окружающей среды. Это позволяет длительное время сохранять эксплуатационные свойства изделия.
3. Жаропрочность. Изделия из нержавейки устойчивы к высоким температурам, даже при воздействии открытого огня. Также не меняя форму, размеры и свойства при значительных перепадах температур.
4. Экологичность. Антикоррозийные свойства препятствуют процессу окисления. Кроме того, материал не содержит в составе вредных компонентов, поэтому широко применяется в пищевой промышленности.
5. Антикоррозийные свойства. Главное свойство, которым обладает такая сталь, это препятствие возникновению ржавчины. Причем сплав не поддается коррозии даже после воздействия кислот или щелочей.
6. Внешний вид. Внешний вид изделий из нержавейки качественно отличается от предметов из других материалов. Сталь имеет чистый, блестящий вид, который не меняется после длительного срока эксплуатации.
7. Податливость. Подобный сплав легко обрабатывать, и изготовление из него предмета желаемой формы не составляет труда.

Выбор нержавейки с определенными физическими свойствами зависит от целей ее использования. На сегодняшний день, разнообразие компонентов для производства нержавеющей стали позволяет создать материал с необходимыми характеристиками.

Наиболее популярные марки:

ГОСТ 20Х13 (AISI 420, DIN 1.4021)

– нержавейка с мартенситной структурой, не поддается свариванию, не склонна к отпускной хрупкости, в процессе производства не образует внутренних дефектов. Используется для изготовления измерительного, режущего инструмента, пружин, рессор.

ГОСТ 12Х17 (AISI 430, DIN 1.4016)

– ферритная нержавеющая жаропрочная марка, не содержит в составе никеля. Характеризуется хорошей антикоррозийной сопротивляемостью в средне-агрессивных химических средах и высоких температурах.

ГОСТ 12Х18Н9 (AISI 304, DIN 1.4301)

– жаропрочный коррозионностойкий сплав, используемый в сварных конструкциях, контактирующих с агрессивными средами. Применяется для листовых деталей, сварной аппаратуры, теплообменников, аппаратов, работающих под давлением.

ГОСТ 08Х18H10 (AISI 304H, DIN 1.4948)

– аустенитный тип жаропрочного коррозионноустойчивого сплава, применяемый для производства трубного проката, узлов и агрегатов для химической и машиностроительной сферы, теплообменников, промышленных емкостей.

ГОСТ 03Х18H11 (AISI 304L, DIN 1.4306)

– хромоникелевая марка используется для производства оборудования, емкостей и трубопроводов для химической промышленности, в производстве азотной кислоты и других агрессивных веществ.

ГОСТ 08Х18H10Т (AISI 321, DIN 1.4541)

– нержавеющий жаростойкий и жаропрочный сплав, немагнитный, устойчивый к окислению и обладающий хорошей свариваемостью без предварительного нагрева. Используется в качестве пищевой и технической нержавейки для производства листового и трубного проката, сварной аппаратуры, изготовления емкостей, цистерн, резервуаров и оборудования в химической и нефтегазовой промышленности.

ГОСТ 03Х17H14М2, 03Х17H14М3, (AISI 316, 316S, 316L)

– незакаливаемая аустенитная марка, области применения – сварные детали, оборудование для целлюлозно-бумажной и химической промышленности, корпусы котлов, емкости и установки для угольной промышленности.

ГОСТ 08Х17H13М2Т (AISI 316Ti, DIN 1.4571)

– конструкционный жаростойкий жаропрочный нержавеющий сплав применяется для крепежных деталей и сварных конструкций в разных отраслях промышленности.

ГОСТ 20Х23H18 (AISI 310S, DIN 1.4845)

– жаропрочная и жароустойчивая аустенитная стальная нержавейка, применяемая для изготовления поковок, хомутов, камер сгорания, крепежных деталей и элементов котлов, б/ш труб, муфтелей.

При выборе нержавеющей стали следует учитывать условия эксплуатации металла, предполагаемую нагрузку, необходимые дополнительные свойства изделия. Если вы сомневаетесь, как правильно выбрать нержавеющую сталь, лучше обратиться к специалистам. Оставляйте заявку на сайте, и наши менеджеры дадут рекомендации по подбору оптимальных марок нержавеющих сплавов для заданных условий эксплуатации.

Химический состав

Химический состав нержавеющей стали зависит от типа и марки сплава. Главными особенностями, которые характеризирует нержавейку, являются наличие в составе не менее 10,5% хрома и низкое содержание углерода. Углерод очень важен при изготовлении стали, так как он придает необходимую прочность. Процентная составляющая которого в антикоррозийном сплаве не должна превышать 1,2%.

Также в состав нержавейки может включатся Титан, Фосфор, Молибден, Сера, Никель и Ниобий. В зависимости от химического состава, нержавейка делиться на несколько типов.

Наиболее широко используемая – нержавейка группы А2. Группа А2 содержит в составе 10% никеля, 18% хрома и 0,05% углерода. Большую часть занимает основа, а именно железо с сопутствующими компонентами.

В состав сталей этой группы входят 0,05% углерода, 2% молибдена, 12% никеля и 17% хрома. Благодаря наличию в составе молибдена, сплав устойчив к воздействию кислоты, поэтому часто к нему применяется названия «кислостойкого».

Антикоррозийные стали группы А, благодаря химическому составу, легко поддаются сварке. Именно поэтому такой тип широко используется в промышленности. Из такой стали можно производить детали практически любой формы, с прочным соединением составных частей.

Особое внимание при производстве уделяется стали для пищевой промышленности. Коррозионностойкая сталь таком случае не должна содержать посторонних компонентов, которые могут негативно повлиять на вкусовые качества продуктов, а также примесей опасных для здоровья человека.

Сопротивления стали к коррозии зависит от количества хрома. Чем его составная часть больше, тем устойчивее сплав. Классическая нержавеющая сталь, используемая в обычных условиях, содержит не более 13% хрома. Для противостояния агрессивной среде доля хрома должно превышать 17%. Такой коррозионностойкий спав подходит для использования в кислотной среде.

Высокоустойчивые сплавы сохраняют свои свойства даже в азотной кислоте 50% насыщенности. Для устойчивости против более сильных кислот, в составе увеличивают процент никеля и добавляют другие компоненты в малых количествах.

Читать также: Глубина реза болгарки 230

Что входит в состав нержавейки?

хим.состав нержавеющей стали

Несколько слов об «ингредиентах», используемых в «приготовлении» нержавейки. А точнее о легирующих элементах и их свойствах. Кстати, имеет место разделение стали по степени легирования. Аустенитные коррозионностойкие стали относятся к высоколегированным, так как суммарная массовая доля легирующих элементов не менее 10 %, а содержание железа более 45 %. Продолжим повествование про аустенитную высоколегированную хромоникелевую нержавеющую сталь 08Х18Н10, она же AISI 304, у которой легирующих элементов в сумме примерно 28 % (18 % хрома и 10 % никеля). Эта нержавейка является сплавом, в котором к железу (Fe) и углероду (C) при выплавке в шихту добавляют хром (Cr) с никелем (Ni) и еще несколько элементов. Углерод отвечает за твердость и прочность, снижая вязкость и пластичность. Высокое содержание углерода начнет способствовать снижению порога хладноломкости и может привезти к затруднению сварки металла. Непосредственно в импортной нержавейке AISI 304, в отличие от её отечественного собрата, процентное содержание углерода значительно ниже. Хрому в сплаве отведена роль основного «защитника» в борьбе с коррозией, вызванной воздействием агрессивных сред и различных температур. Так как благодаря хрому, взаимодействующему с кислородом, образуется тонкая пассивная пленка оксида хрома (III) Cr2O3 за счёт адсорбции кислорода, происходящего на поверхности без разрушения кристаллической решетки исходного металла. Эта пассивная пленка, однообразная по своему составу и равномерно распределенная по всей поверхности металла, и способствует появлению нержавеющих свойств. Хром, взаимодействуя с никелем, обеспечивает получение устойчивой аустенитной структуры, способствующей высокой пластичности, прокаливаемости, хорошей штампуемости и свариваемости изделий. Никель повышает коррозионные свойства, предотвращает рост зерна металла при нагреве. Также хром увеличивает жаростойкость никеля, который, в свою очередь, понижает порог хладноломкости, что позволяет использовать нержавеющую сталь 08Х18Н10 в интервале температур от криогенных -196 °С до высоких 800 °С. При температурах выше этого значения происходит окисление металла, сопровождающееся окалинообразованием и обезуглероживанием стали с полным улетучиванием защитной пассивной пленки.

Говоря о контакте нержавейки AISI 304 с пищей, хочется отметить влияние хрома и никеля. Сочетание двух этих компонентов в сплаве увеличивает коррозионные свойства и позволяет использовать изделия в агрессивных средах. Хотя у каждого продукта, находящегося на полках магазинов, есть свои показатели кислотности, то образующаяся в процессе готовки кислотная среда при взаимодействии с нержавеющей сталью, даже под воздействием температур в процессе термической обработки продуктов, становится недостаточно агрессивной для воздействия или нарушения целостности слоя защитной пассивной пленки, которым покрыта сталь. А это, в свою очередь, не допускает выделения из металла каких-либо вредных примесей, которые могут взаимодействовать с продуктами. Поэтому сталь может контактировать с продуктами питания без каких-либо последствий.

Классификация нержавеющих сталей

Классификация нержавеющих сталей разнится в зависимости от стран, но имеет общие принципы. Маркировка нержавейки осуществляется в зависимости от химического состава, свойств и внутренней структуры готового материала. Исходя из этого сталь делят на такие типы:

1. Ферритные. Данная группа сталей характеризируется высоким содержанием хрома, обычно более 20%. Поэтому иногда этот тип называют хромистым. Такой химический состав способствует высокой устойчивости к агрессивной внешней среде. Сплавы этой группы обладают магнитными свойствами. Стали ферритной группы относительно дешевые, широко используются в промышленности, уступая лишь аустенитным.
2. Аустенитные. Группа противокоррозионных сплавов, которые отличаются высоким содержанием хрома и никеля. За счет этого они отличаются повышенной прочностью и гибкостью в сравнении с аналогами. Также легко поддаются сварке и устойчивы к коррозии. Наиболее широко используемые в промышленности. Относятся к немагнитным металлам.
3. Мартенситные. Особый тип нержавеющих сплавов. Отличается повышенной прочностью и износоустойчивостью. Не подвержены воздействию высоких температур, при этом содержат минимальную часть вредных компонентов, которые не выделяют паров при интенсивном нагреве. К этой группе относят жаропрочную коррозионностойкую сталь.
4. Комбинированные. Особый тип стали, комбинирующий свойства вышеуказанных групп. Такие инновационные стали разрабатываются индивидуально в зависимости от требуемых заказчиком свойств. На сегодняшний день выделяют аустенитно-ферритные и аустенитно-мартенситные стали.

Детали из нержавеющей стали

В свою очередь, марки нержавеющей стали аустенитной группы делятся на 4 типа:

1. А1 – сталь, содержащая в составе значительную часть серы, из-за чего более подвержена коррозии чем остальные.
2. А2 – наиболее широко используемая марка. Легко поддается сварке без потери физических свойств. Морозостойкая, но подвержена коррозии в агрессивной кислой среде.
3. А3 – производная от А2, но с добавлением стабилизирующих компонентов. Отличается повышенной устойчивостью к высокой температуре и кислой среде.
4. А4 – сплав с добавление молибдена (до 3%). Характеризуется сопротивлением кислой среде. Широко используется в судостроении.
5. А5 – схожа с маркой А4. Отличается лишь соотношением стабилизирующих компонентов. Производиться для повышенного сопротивления высоким температурам.

Виды нержавеющей стали не ограничиваются вышесказанными типами. Так как даже малейшее изменения процентного соотношения компонентов могут значительно повлиять на свойства стали.

Маркировка стали – значение цифровых и буквенных индексов

Зная обозначение буквенных индексов и смысловую нагрузку цифр, используемых в маркировке стали, можно сделать выводы о необходимости предложенной марки для определенной цели, даже не заглядывая в справочник. Переплачивать за титан, содержащийся в сплаве, если не нужны высокие огнеупорные свойства, приобретаемые при легировании этим дорогим металлом.

Некоторые буквенные индексы могут изменять обозначающий элемент, в зависимости от местонахождения его в маркировке. Рассмотрим соответствие буквенных индексов:

• А (в начале маркировки) – S
• А (в середине маркировки) – N
• Б – Nb
• В – W
• Г – Mn
• Д – Cu
• Е – Se
• К – Co
• М – Mo
• Н – Ni
• П – P
• Р – B
• С – Si
• Т – Ti
• Ф – V
• Х – Cr
• Ц – Zr
• Ю – Al
• ч – РЗМ

Количество каждого из них в сплаве определен цифровым значением, следующим за литерой, обозначающей элемент. Выражается в процентах. В случаях малости отдельного элемента, менее 1%, то после буквенного индекса цифра не ставится. Углерод, как важный элемент разместился впереди маркировки, но выражается в сотых частях процента.

FeNi и Ni сплавы маркируются только литерными индексами. Исключение составляет число после никеля (массовая доля) и углерода (только для FeNi).

В случае если сталь была произведена особенными способами плавки или методами переплава, то это указывается через дефис после маркировки. К таким особым методам и способам относятся различные способы вакуумного переплава, электронно–лучевая плавка, обработка шлаками синтетического происхождения, другие. Полное количество специфических методов получения необходимой марки сплава, в стандарте прописано 24.

Рассмотрим примеры расшифровки маркировки нержавеющих сталей 05Х12Н2М и 04Х14Т3Р1Ф-ВД. В 05Х12Н2М углерода 0,05%, хрома -12%, никеля – 2%, содержание молибдена до 1%. 04Х14Т3Р1Ф-ВД расшифровывается так: углерода 0,04, 14% — хрома, 3% — титана, 1% — бора, ванадия менее 1% процента, получена методом вакуумно-дугового переплава.

Область применения нержавеющих сталей

С момента разработки, коррозионностойкие стали применялись только в высокотехнологичном производстве в таких сферах как авиастроение, атомная энергетика, нефтехимическое производство и машиностроении. На сегодняшний день нержавеющие стали широко используются в различных сферах нашей жизни.

Деталь автомобиля из нержавеющей стали

Выделим основные сферы использования нержавеющих сплавов:

1. Машиностроение. Нержавейка массово используется для производства автомобилей, промышленных станков и различных агрегатов. Обычно применяются ферритные и аустенитные типы.
2. Химическая промышленность. Химическая промышленность сопровождается использованием агрессивных веществ, для содержания которых требуется специальное оборудование. Для его производства применяют аустенитные сплавы. Производственные емкости, трубы и сосуды не подвергаются воздействию химикатов и не теряют эксплуатационных свойств.
3. Энергетика. В сфере электроэнергетики используются только высокопрочные материалы, так как прочность и надежность рабочих узлов имеют особую важность.
4. Целлюлозно-бумажная промышленность. Практически все оборудование в этой сфере изготавливается из высококачественной нержавейки.
5. Пищевая промышленность. К производству, хранению и перевозки продуктов питания выставлены повышенные требования. Поэтому при изготовлении оборудования можно использовать только стекло, несколько видов пластика и нержавейки. Это обеспечивает повышенный уровень гигиены.

В пищевой промышленности обычно используется сплав с содержанием малого количества компонентов, так как оборудование не подвергается воздействию сверхвысоких температур и агрессивных веществ. Для холодильных установок применяют морозостойкие материалы.

1. Авиационно-космическая сфера. Особые типы нержавейки стали применять для постройки самолетов, ракет и космических кораблей.
2. Строительство. Нержавейка широко используется в строительстве и в дизайне. Такие листы не поддаются царапинам и не оставляют следов от рук.

Коррозионностойкие стали также применяется во многих сферах, благодаря разнообразию видов и свойств.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

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.

Пищевая нержавейка по ГОСТ

Официального понятия как пищевая или техническая нержавейка не существует. Так называют любую марку, которая подходит для изготовления посуды. Требования к изделиям, предназначенных для контакта с продуктами, изложены в ГОСТ 27002-86.

В перечень возможных сплавов входят марки с количеством углерода не менее 12 %, хрома не менее 13 %, возможно наличие никеля в количестве 5-13 %, а также молибдена около 2 %.

На их выбор влияют следующие критерии:

• будет ли использоваться посуда для тепловой обработки;
• насколько длительным предполагается контакт.

Также не существует сплавов, которые используются только для изготовления посуды, столовых приборов и т. д. Из одной и той же марки могут изготавливать и посуду, и трубы и инструменты. При этом и окончательная термомеханическая обработка может применяться одинаковая.

Предпочтительно из нержавейки 12Х13 делают посуду, не контактирующую длительное время с продуктами, не подвергающуюся ударам и нагреву.

Марка 12Х18Н10Т является классическим вариантом пищевой нержавейки, и так как она используется в массовом производстве не только посуды, ее второе название — медицинская сталь.

Марки стали для пищевой принадлежности

Классификация марок проводится по сериям, которые указывают на внутреннюю структуру после окончательной термомеханической обработки изделия.

Существует 3 серии, которые и определяют свойства нержавейки:

400 серия

— мартенситно–ферритная нержавейка. Их отличает высокая технологичность, т. е. хорошая обрабатываемость давлением (прокат, штампование), свариваемость. Эти марки содержат 8-40 % (в среднем 12 %) углерода, а основной и единственный легирующий элемент это хром, содержаться в количестве 13 % (не менее).

Нержавейка с содержанием хрома 13-17 % имеет ряд недостатков: они относятся к слабо ржавеющим, так как при длительном контакте с водой или слабо агрессивными кислотами на поверхности может появляться точечная коррозия.

Всю эту серию нельзя использовать для изделий, подвергающихся низким температурам (ниже -40 ºС) и ударным нагрузкам.

Ценовая доступность и высокая обрабатываемость делают эти марки востребованными для изготовления технических деталей, элементов конструкций, трубопроводов. Не составляют исключение и столовые приборы (вилки, ложки), подставок, блюд, подсвечников.

12X17AISI 430 — используется для изготовления посуды, столовых приборов и пр. ограниченно используемых для контакта с пищей и не предназначенных для тепловой обработки.

300 серия

— аустенитнаяе, аустенитно–ферритная и аустенитно–мартенситная нержавейка. Все марки этой серии обладают повышенной коррозионной стойкостью при температурах до 600 ºС (при добавлении легирующих элементов температурная граница повышается до 800-1100 ºС), прочностью.

В качестве второго легируемого элемента присаживается никель в количестве 5-13 %, который и способствует получению аустенитной структуры, а для увеличения прочности добавляют до 2 % молибдена и/или 1 % титана.

Серию начинает универсальная нержавейка, которая известна во всех сферах человеческой деятельности:

• 08Х18Н10 — хромоникелевая. Наиболее часто, используемая сталь в пищевой промышленности.

Из-за полной инертности к воде и слабо агрессивным кислотам получила название «пищевая», если в этом сплавке увеличить содержание углерода до 12 %, то название будет звучать, как «сталь медицинская».

Интенсивно используется в химической, медицинской отраслях.

• 10Х17Н13М2 — хромоникель-молибденовый сплав.

Присадка 2% молибдена делает его прочным и износостойким. Его так же используют для изделий, контактирующих с пищей, но уже при высоких температурах и давлении. Это могут быть паровые котлы, системы труб для транспортировки жидких сред. Для промышленности из этого сплава делают газовые турбины.

• 10Х17Н13М2Т — предыдущий сплав с добавлением титана.

Титан увеличивает рабочую температуру до 800-1100 ºС и возможность работать в агрессивных средах с хлором. Используется в ответственных системах для изготовления бесшовных труб, а также запорной и соединительной арматур к ним.

200 серия

— с преобладанием только структуры аустенита. По свойствам она похожа на обе предыдущие серии, но по стоимости гораздо дешевле 300 серии.

12Х15Г9НД — в этой марке (она пока единственная) никель и молибден заменен двумя элементами, сбалансированными по отношению друг к другу: марганцем и медью. Высокая технологичность и низкая стоимость (относительно хромоникелевых марок) выгодно выделяет эту серию.

3 Хромоникелевые сплавы – основа строительства и производства

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;

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.

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы

ОСНОВЫ ТЕОРИИ КОРРОЗИИ

Разрушение металлов и сплавов в результате хими­ческого или электрохимического воздействия на их по­верхность внешней агрессивной среды называется кор­розией.

Коррозия, как правило, сопровождается образова­нием на поверхности металла продуктов коррозионного разрушения. Так, например, на поверхности сплавов железа в результате коррозии образуется ржав­чина, имеющая бурый цвет. В некоторых же от­дельных случаях коррозия металлов не сопровож­дается образованием таких заметных продуктов раз­рушения и тогда ее появление обнаружить довольно сложно.

Коррозионное разрушение является результатом взаимодействия металла с внешней средой и интенсив­ность его развития зависит от свойств самого металла, а также от природы окружающей среды. Большинство металлов, будучи стойкими в одних средах, довольно легко разрушается при взаимодействии с другими сре­дами. Например, медные сплавы устойчивы во влаж­ной атмосфере, но сильно подвергаются коррозии, если в атмосфере присутствует даже незначительное коли­чество аммиака; тантал и титан при комнатных темпе­ратурах весьма стойки во многих агрессивных средах, но приобретают высокую химическую активность при нагреве их выше 600° С.

Различают несколько видов коррозии: сплошную или равномерную, когда коррозии подвергается вся по­верхность изделия; точечную или местную, если корро­зия развивается на отдельных небольших участках; межкристаллитную коррозию (МКК), когда коррозия распространяется в глубь изделия по границам зерен; коррозия под напряжением — возникновение коррози­онных трещин вследствие одновременного воздействия на металл растягивающих напряжений и агрессивной среды.

Коррозия может протекать вследствие чисто хими­ческих реакций с окружающей средой, а также вслед­ствие электрохимических процессов, происходящих на границе раздела металла с внешней средой. Наиболь­шее количество металла разрушается в результате электрохимической коррозии.

Электрохимической коррозией называют разрушение металлов и сплавов при воздействии на них электролитов. Этот тип коррозии характеризуется протеканием электрического тока, переходом атомов в ионизированное состояние и другими электрохимическими процессами.

Наиболее часто встречающимися на практике элек­тролитами являются водные растворы солей, кислот и щелочей. Таким образом, к электрохимической корро­зии относится корродирование металлических емкостей, трубопроводов, деталей машин и частей стационарных сооружений под действием кислот, морской, речной, грунтовой и других вод. Наиболее распространенной является атмосферная коррозия.

Если в электролите находятся два металла с раз­личными электродными потенциалами, то металл с бо­лее отрицательным электродным потенциалом (анод) непрерывно отдает ионы в раствор (растворяется), а образующиеся избыточные электроны непрерывно пере­текают в металл с менее отрицательным электродным потенциалом (катод). Катод в контактной паре не раз­рушается, электроны из него непрерывно удаляются во внешнюю среду.

Все металлы могут быть расположены в ряд в по­рядке убывания их электрохимического потенциала:

Металл …………………. Au Ag СuΗ Ni Fe Ζn Αl

Электродный потенциал, В +1,42 +0,80 +0,34 0 -0,23 -0,44 -0,76 -1,66

В технических металлах и сплавах, являющихся те­лами поликристаллическими, микроструктура состоит из зерен одной или нескольких фаз, неметаллических включений и т. п. Эти различные структурные составля­ющие, имеющие разные физико-химические свойства, при контакте с электролитом приобретают неодинако­вые по величине и знаку электродные потенциалы и одни из них станут анодами, а другие — катодами. Та­ким образом, технические металлы и сплавы при воз­действии на них электролитов можно рассматривать как многоэлектродные элементы, состоящие из огромного числа микроскопически малых коррозионных гальвани­ческих пар — микрогальванопар. Чем сильнее отлича­ются электродные потенциалы фаз, находящихся в спла­ве, тем быстрее происходит его коррозионное разруше­ние (в частности, дендритная ликвация именно поэтому снижает стойкость против электрохимической коррозии). Отсюда следует, что высокую коррозионную устойчивость могут иметь либо очень чистые металлы, либо сплавы, имеющие однородную (гомогенную) струк­туру твердого раствора.

Пассивным состоянием называется такое состояние металла (сплава), когда он обнаруживает повышенную коррозионную стойкость (даже практически перестает корродировать) в агрессивной среде. Противоположное состояние, когда этот же металл корродирует, называ­ется активным состоянием.

Экспериментальные данные показывают, что переход металла из активного состояния в пассивное связан с повышением его потенциала. Например, железо в обыч­ном состоянии имеет электродный потенциал —0,4 В, в пассивном состоянии его потенциал может повышаться до +1,0 В.

Влияние легирования. Различают две группы коррозионностойких металлов. Одни металлы хорошо сопро­тивляются коррозии вследствие их малой химической активности. Другие же, являясь по своей природе актив­ными элементами, приобретают высокую химическую устойчивость, благодаря явлению пассивности. К пер­вой группе относятся платина, палладий, золото, ко вто­рой — хром, титан, алюминий и др. Для увеличения коррозионной стойкости химически активного металла в него вводят легирующие элементы.

При легировании какого-либо металла другим, более благородным металлом вначале потенциал сплава прак­тически не изменяется. Но при достижении определен­ной концентрации происходит скачок потенциала и кор­розионная стойкость сплава в данной среде также уве­личивается скачком, появляются границы (пороги) устойчивости.

Экспериментально было установлено, что такие рез­кие изменения устойчивости наступают при кратном 8 соотношении атомов легирующего элемента к легиру­емому, т. е. n/8, где n — целое число 1, 2, 3… Это соот­ветствует 12, 5; 25; 37,5…% (ат.) легирующего элемента.

Появление границ устойчивости объясняется тем, что при взаимодействии сплава с агрессивной средой часть атомов основного металла переходит в раствор, а остав­шиеся атомы более благородного или легко пассиви­рующего металла образуют на поверхности металла как бы барьер. Этот барьер состоит или из самих ато­мов благородного металла, или из защитных экраниру­ющих пленок.

В более активных средах требуется более высокая концентрация устойчивого элемента, т. е. в этом случае границы устойчивости возникают при более высоком значении числа п.

Граница устойчивости наблюдается также в сплавах, у которых один из компонентов обладает способностью к самопассивированию. Эта граница наблюдается и в системах, когда один из компонентов в данной агрессивной среде образует защитные экранирующие пленки из нерастворимых соединений.

Коррозионная стойкость стали может быть повыше­на, если во-первых, содержание углерода снизить до минимально возможного количества и, во-вторых, ввести легирующий элемент, образующий с железом твердые растворы, в таком количестве, при котором скачкообраз­но повысится электродный потенциал сплава.

Сталь, стойкую против атмосферной коррозии, назы­вают нержавеющей. Сталь или сплав, имеющие высокую стойкость при коррозионном воздействии кислот, солей, щелочей и других агрессивных сред, называют кислото­стойкими.

ХРОМИСТЫЕ НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ

Хром — основной легирующий элемент, делающий сталь коррозионностойкой в окислительных средах. Коррозионная стойкость хромистых нержавеющих ста­лей объясняется образованием на поверхности защитной плотной пассивной пленки окисла Сr2O3. Такая пленка образуется только при содержании хрома более 12,5% (ат.). Именно при таком содержании хрома (n=1) потенциал скачком изменяется от —0,6 до +0,2 В.

Железо с хромом образуют непрерывный ряд твер­дых растворов (Cм. диаграмму железо – хром) . Благодаря этому можно получить сталь с высоким содержанием хрома в твердом растворе. Хром не является дефицитным металлом, стоимость его сравнительно невысока, поэтому хроми­стые стали — самые дешевые нержавеющие стали. Эти стали обладают достаточно хорошим комплексом техно­логических свойств. Углерод в нержавеющих сталях, в том числе и в хромистых, является ρ нежелательным элементом, так как, связывая хром в карбиды, он тем самым обедняет твердый раствор хромом, понижая коррозионные свойства стали. Кроме того, углерод рас­ширяет область γ-твердого раствора, способствуя полу­чению двухфазного состояния (рис. 1).

Рис. 1. Влияние углерода на положение области γ — твердого раствора на диа­грамме железо — хром

При более высоком содержании хрома в стали будет присут­ствовать σ-фаза.

Чем больше содержание хрома, тем выше коррозионная стойкость хромистых сталей. В настоящее время хромистые стали выплавляют трех типов: 1) содержащие 13% Сr; 2) 17% Сr- 3) 25—28% Сr.

Стали 08X13 и 12X13 обладают по­вышенной пластичностью и их исполь­зуют для изготовления деталей, подвер­гающихся ударным нагрузкам (турбин­ные лопатки, арматура крекинг-устано­вок, предметы домашнего обихода и т. д.).

Из сталей 30X13 и 40X13, приобре­тающих после термической обработки структуру мартенсита, делают измери­тельный и медицинский инструменты, пружины и другие коррозионностойкне детали, от которых требуется высокая твердость или прочность.

Стали, содержащие 17 и 25—28% Сr относятся к сталям ферритного класса. Они имеют более высокую коррозион­ную стойкость по сравнению со сталя­ми типа Х13. При нагреве выше 850° С ферритные стали проявляют склонность к росту зерна, их пластичность понижается. Для полу­чения однофазной структуры, уменьшения склонности к росту зер­на и к МКК в эти стали добавляют титан и ниобий (08X17Т, 15Х25Т). Прочность повышается, пластичность сохраняется доста­точной, улучшаются свойства сварных швов. Эти стали применяют для изготовления аппаратуры, работающей в таких агрессивных средах, как дымящаяся азотная кислота, фосфорная кислота, де­лают коррозионностойкой аппаратуру химической и пищевой про­мышленности. Из стали 12X17 изготавливают теплообменники для горячих нитрозных газов, трубопроводы и баки для кислот и т. д.

Введение молибдена (12Х17М2Т) делает сталь стойкой даже в органических кислотах (уксусной, муравьиной). Стали ферритного класса не восприимчивы к коррозии под напряжением.

Для изготовления шарикоподшипников, работающих в агрессив­ных средах, используют сталь 95X18 (0,9—1,0% С, 17—19% Сr).

Все хромистые стали подвергают закалке с 1000— 1100° С с последующим отпуском (для сталей феррит­ного класса —при 700—750° С, мартенситного класса 200—250° С).

Стали ферритного класса при нагреве не испытывают превращений, поэтому термическую обработку проводят для получения структуры более однородного твердого раствора, что увеличивает коррозионную стойкость.

ХРОМОНИКЕЛЕВЫЕ НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ

Никель относится к числу металлов, легко приобре­тающих пассивность, хотя его пассивирующая способ­ность меньше хрома и молибдена. Добавление никеля к железу в количестве 1/8 моля скачкообразно улучша­ет коррозионную стойкость сплава в серной кислоте. При концентрации никеля 2/8 моля коррозионная стой­кость повышается еще больше.

Диаграмма состояния железо— никель . Никель — аустенитообразующий элемент, сильно понижающий критические точки γ-να-превращения. Это влияние никель оказывает и при его введении в хромистые стали. Поэтому сталь, содержащая 18% Сr и 9%Ni, при комнатных температурах имеет структу­ру аустенита (см. рис. 2).

Рис. 2. Структурная диаграмма нержавеющих сталей

Нержавеющие стали, имеющие аустенитную струк­туру, обладают более высокой коррозионной стойкостью,

лучшими технологическими свойствами по сравнению с хромистыми нержавеющими сталями, в частности лучше свариваются. Они сохраняют прочность до более высо­ких температур, менее склонны к росту зерна при наг­реве и в то же время аустенитные стали не теряют пла­стичности при низких температурах. Как и хромистые, хромоникелевые стали коррозионностойки в окислитель­ных средах. Основным элементом, повышающим потен­циал железа, также является хром, поэтому его содер­жание должно быть >13%. Никель только дополни­тельно повышает коррозионную стойкость сталей.

Состав и свойства хромоникелевых нержавеющих сталей приведены в ГОСТ 5632—72. На рис. 2 приведена структурная диаграмма, позволяющая опре­делять структуру стали в зависимости от ее состава.

Хромоникелевые стали в зависимости от состава и структуры подразделяются на стали аустенитного, аустенитно-мартенситного и аустенитно-ферритного клас­сов.

Чем ниже содержание углерода, тем выше коррози­онные свойства нержавеющих сталей. Углерод, содер­жащийся в хромоникелевых сталях, может находиться в твердом растворе, а также в карбидах или карбонитридах различной степени дисперсности. Преимуществен­но образуются карбиды Сr23С6, причем они образуются уже при содержании углерода немногим больше 0,04% (0,04% С — предел растворимости углерода в аустените, легированном никелем). Если в сталях содержится азот (например, сталь Х17АГ14), то могут образовы­ваться карбонитриды типа Me23(C,N)6 и Me(C,N).

Большинство хромоникелевых нержавеющих сталей относится к аустенитному классу: 04Х18Н10, 12Х18Н9Т, 09Х14Н16Б, 08Х10Н20Т2 и др. Эти стали пластичны, хорошо свариваются, обладают повышенной жаропроч­ностью, коррозионностойки во многих средах, имеющих среднюю активность. Сталь 12Х18Н10Т — наиболее де­шевая и поэтому чаще употребляемая.

Для большей гомогенности хромоникелевые стали подвергают закалке с 1050—1100° С в воде. При этом получают σΒ=50—60 кгс/мм2 и δ=35- 45%. Эти стали упрочняют холодной пластической деформацией.

Дополнительное легирование хромоникелевых сталей молибденом и медью повышает их коррозионную стой­кость и кислотостойкость (03Х16Н15МЗ, 03Х17Н14М2). Иногда в эти стали вводят в небольших количествах титан и алюминий, которые, образуя дисперсные интерметаллиды типа Ni3(Ti,Al), упрочняют аустенит (08Х17Н13М2Т, 08Х17Н15МЗТ).

Сталь 06ХН28МДТ (0,06% С; 22-25% Сr; 26— 29% Ni; 2,5-3% Мо; 2,5-3,5% Сu и 0,5-0,3% Ti) обла­дает высокой коррозионной стойкостью, ее используют в средах высокой агрессивности (разбавленная серная кислота и др.). Эта сталь после закалки с 1100″С в воде имеет структуру аустенита с небольшим количест­вом карбонитридов. После кратковременных нагревов до 500—900° С не обнаруживает склонности к МКК.

Никель —достаточно дорогой и дефицитный металл, поэтому создают нержавеющие стали с меньшим содер­жанием никеля. Для этого вводят в состав нержавею­щих сталей другие аустенитообразующие элементы, например марганец и даже азот (стали 10Х14Г14Н4Т, 15Х17АГ14, 10Х14АГ15 и др.).

Аустенитно-мартенситные стали (стали переходного класса) имеют меньшую коррозионную стойкость по сравнению с аустенитными сталями, но превосходят их по прочности (σΒ = 120—130 кгс/мм2). К сталям переход­ного класса относятся стали 09X15Н8Ю, 09X17Н7Ю, 08Х17Н5МЗ, 20Х13Н4Г9 и др.

Режим термической обработки этих сталей характе­ризуется большой сложностью: закалка, обработка хо­лодом, отпуск —ста­рение. На рис. 3 приведено влияние различных видов тер­мической обработки на прочность нержаве­ющих сталей различ­ных классов. Наи­большее упрочнение получают стали пере­ходного класса. Такие стали используют для создания легких кон­струкций, обладающих высоким сопротивле­нием коррозионному разрушению.

Рис. 3. Влияние термической обра­ботки на прочность нержавеющих сталей:

1 — закалка; 2 — закалка и обработка холодом; 3- закалка, обработка холо­дом, отпуск (старение)

Аустенитно-ферритные стали предложены как заменители хромоникелевых сталей типа Х18Н8 с целью экономии ни­келя. К этому классу относятся стали 12Х21Н5Т и 08Х22Н6Т. Аустенитно-ферритные стали при комнатных температурах имеют прочность и твердость выше, чем у стали типа 18-8, но пластичность и ударная вяз­кость у них ниже. Эти стали не обладают стабильно­стью свойств: их свойства зависят от соотношения ферритной и аустенитной фаз, которое в свою очередь зависит от суммарного влияния ферритообразующих (Сr, Ti, Mo, Si) и аустенитообразующих (Ni, N2, С) элементов. С увеличением количества феррита жаро­прочность сталей уменьшается, прочность увеличивает­ся, пластичность уменьшается, но не ниже 30%. Хоро­шие технологические свойства получаются при соотно­шении Φ :А=1: 1.

К этому классу сталей относится и сталь 15Х28АН, обладающая хорошими механическими свойствами

(σΒ= 65—70 кгс/мм2, δ= 11—23%), в том числе и в свар­ном шве.

Типовая термическая обработка аустенитно-ферритных сталей: закалка с 1000—1150° С и отпуск — старе­ние при 500—750° С.

Аустенитно-ферритные стали не подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением: трещины могут возникнуть только на аустенитных участках, но ферритные участки задерживают их развитие.

В нержавеющих сталях наблюдается особый вид коррозии, на­зываемый межкристаллитной коррозией (иногда также называют ее интеркристаллитной). Такая коррозия протекает главным образом по границам зерен и представляет большую опасность, поскольку не имеет каких-либо внешних признаков — металл сохраняет даже ме­таллический блеск. При этом прочность катастрофически падает, ис­чезает металлический звук, металл настолько легко разрушается, что может быть превращен в порошок. Межкристаллитная коррозия (МКК) развивается в том случае, если изделие из нержавеющей стали после закалки подвергали нагреву до 500—700° С либо если в этом температурном интервале проводили замедленное охлажде­ние. При этом на электронных микрофотографиях отчетливо видна сетка карбидов хрома.

Причины возникновения МКК изучают много лет и существует несколько теорий, объясняющих причины возникновения этого опас­ного явления.

Наиболее принятой считается так называемая «теория обедне­ния». Известно, что граница зерен — это переходная зона между ними.

Если проникновение растворенной примеси в межзеренную зону сни­жает избыточную энергию границ, концентрация этой примеси в зо­не повышается. Установлено, что углерод снижает избыточную энер­гию границ, поэтому происходит межкристаллитная внутренняя ад­сорбция углерода по границам зерен нержавеющей стали. Таким об­разом, уже при закалке атомы углерода неоднородно распределяют­ся в твердом растворе, их концентрация по границам больше, чем в зерне. Хотя при этом не образуется карбидов хрома, однако такая повышенная концентрация углерода является как бы подготовкой для их быстрого образования. При нагреве до 500—700° С по грани­цам зерен образуются карбиды хрома Сг23С6. При этих температу­рах диффузия углерода, находящегося в твердом растворе, к грани­цам зерен протекает быстрее, чем хрома. Поэтому на образование карбидов расходуется не только имеющийся там запас углерода, но и углерод, диффундирующий изнутри зерен. В то же время хром, необходимый для образования карбидов, поступает, на первых ста­диях процесса с границ или из пограничных зон аустенита. В ре­зультате содержание хрома в приграничных зонах зерен становится меньше 13% (даже до 6,5%) и они теряют коррозионную стойкость.

Ввиду большой опасности явления МКК все выплавляемые нер­жавеющие стали обязательно проверяют на склонность к этому ви­ду коррозии. При этом образцы из закаленной стали подвергают про­воцирующему отпуску в течение часа при 650° С. После этого образцы кипятят в агрессивной среде и определяют наличие МКК.

Склонность к МКК нержавеющих сталей можно устранить: 1) уменьшением содержания углерода (в сталях, содержащих 0,02% С, МКК не наблюдается); 2) введением элементов — стаби­лизаторов титана или ниобия, имеющих большее, чем хром, сродство к углероду; 3) применением стабилизирующего отжига (нагрев из­делия до 850°С).

Рис. 4. Микроструктура хромоникелевой нержавеющей стали 08Х18Н9 без МКК (а) и с МКК. (б)

При сварке в околошовной зоне металл может нагреваться до опасных температур (500—700° С). Поэтому если сталь склонна к МКК, то из нее не следует делать сварных изделий, либо после свар­ки необходимо провести термическую обработку, хотя бы отжиг до 650°С. На рис. 4, α приведены микроструктуры нержавеющей стали 08Х18Н9 после термической обработки (закалки с 1100° С в воде), нагрева при 650° в течение часа и кипячения в серной кислоте 48 ч (рис. 4,б).

КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СПЛАВЫ И ЧУГУНЫ

Кроме нержавеющих сталей, в промышленности ис­пользуют и другие коррозионностойкие сплавы.

Для особо агрессивных сред применяют сплавы на ни­келевой основе типа хастеллой (сплавы НИМО). Содер­жание никеля в этих сплавах достигает 80%. Вторым элементом, присутствующим в этих сплавах в больших количествах, является молибден (15—30%). Состав не­которых сплавов приведен в табл. 1.

Таблица 1.

Химический состав (%) кислотостойких сплавов на никелевой основе типа хастеллой

Эти сплавы обладают очень высокой коррозионной стойкостью в таких средах, где, кроме них, устойчивы лишь немногие металлы (например, в кипящей фосфор­ной кислоте до концентрации 50%, в кипящей соляной кислоте до 20% и др.).

Сплавы хастеллой обладают высокими механически­ми свойствами, которые могут быть улучшены термичес­кой обработкой — закалкой+старением при 800° С. При этом σв = 120 кгс/мм2 и твердость ΗВ = 360.

Недостатком сплавов является склонность к МКК, поэтому содержание углерода в них должно быть мини­мальным.

Коррозионностойкие чугуны стойки во многих агрес­сивных средах (и не только в окислительных). Они, как правило жаростойки. Легированные чугуны дешевле не­ржавеющих сталей, обладают хорошими литейными свойствами, поэтому изделия из них получают методами литья. Химический состав и свойства кислотостойких чугунов приведены в ГОСТ 2176 и ГОСТ 2233 (табл. 2).

Хромистые чугуны содержат 26—36% Сr. Структура хромистых чугунов — твердый раствор хромистого фер­рита и эвтектические карбиды. Карбиды могут находить­ся и в свободном состоянии, причем преимущественно образуются карбиды Сг7С3. Хромистые чугуны (Х34) имеют высокую твердость (НВ 325—400), хорошо сопротивляются износу, но плохо обрабатываются резанием. Сплавы 25X18Л и 30Х20Л по содержанию углерода относятся к сталям, а по свойствам — к чугунам. Литей­ные и механические свойства у них лучше, чем у Х28 и Х34, они менее склонны к образованию горячих трещин

Таблица2.

Химический состав (%) коррозионностойких чугунов и литых сталей

* Содержится 3,5—4,5 Мо.

** В сплаве СЧЩ-1 содержится 0,8—1% Ni, в сплаве СЧЩ-2 0,4—0,5% Ni.

Хромистые чугуны стойки в окислительных средах: в азотной кислоте любой концентрации при 20° С и 40%-ной кипящей; в концентрированной серной кислоте и других средах. Окалиностойкость сохраняется до 1000—1100° С.

Из хромистых чугунов изготавливают детали и аппа­ратуру для азотной промышленности, искусственных удобрений, фильеры и т.д. Используют их и как жаро­стойкие материалы — для изготовления печного обору­дования, колосников, гребков и лопастей в печах, пред­назначенных для обжига.

Кремнистые чугуны относятся к кислотостойким сплавам. Кремний, как и хром, расширяет область су­ществования феррита и сплавы, содержащие до 14,5% Si, имеют структуру однородного твердого раствора. Содер­жание углерода в кремнистых чугунах всего лишь 03—0,8%, при большем содержании возможно выделе­ние углерода в виде графита. Чугуны выплавляют с со­держанием кремния до 18%, так как при более высоком его содержании эти сплавы становятся хрупкими и их невозможно использовать. При резкой смене температур возможно растрескивание. В окислительных средах на поверхности изделий образуется прочная пленка SiО2, которая восстанавливается при механических повреж­дениях.

Изделия из кремнистых чугунов изготавливают толь­ко литьем, без последующей механической обработки (возможно только шлифование).

Сплав Φ15, называемый также «антихлор», содержит 3,5—4,5% Мо. В результате добавления молибдена сплав устойчив в 10—30%-ных растворах соляной кислоты (до 90° С).

Из кремнистых чугунов изготавливают центробежные насосы, распылители кислот, краны, котлы, чаны и т. д. Все кремнистые чугуны обладают высокой окалиностйкостью.

Никелевые чугуны содержат ~1% Ni (см. табл.2). Эти чугуны .стойки в расплавах солей и в концентриро­ванных растворах щелочей. С увеличением содержания никеля коррозионная стойкость чугунов увеличивается. Состав никелевых чугунов может быть и более сложным: никелькремнистый аустенитный чугун содержит, %: 1,7—2 С; 1,8—3 Сr; 5—7 Si и 16—20 Ni; никельмедистый 2—2,8 С; 3—4 Сr; 5—8 Сu; 1,5—1 Si и 12—5 Ni.