Что значит нержавеющая сталь

Обновлено: 16.05.2024

Иногда возникает необходимость в определении марки стали. Например при покупке китайских инструментов потребитель сомневается: сверла и ключи сделаны из коррозионно-стойкого сплава или из чего-то другого?

Бытует мнение, что «нержавейка» – это сталь, которая не магнитится, соответственно, можно провести проверку магнитом. На самом деле это не так, поскольку есть много сортов нержавеющей стали, которые магнитятся.

Разберем в статье: должна ли нержавейка магнитится?

Нержавейка — это сталь с низким содержанием углерода, добавками никеля, хрома, марганца и других элементов, препятствующих окислению железа. Атомы связываются в молекулярных соединениях, не допускающих химических реакций с водой, кислородом, кислотами и щелочами.

Материалы, которые притягиваются к магнетикам, называют магнитными. К ним относятся:

Заметное притяжение возникает у ряда редкоземельных металлов и минералов, иногда для этого нужны специальные условия, например низкие температуры или электрический ток. Внешние электроны атомов у этих элементов ориентируются определенным образом и при накоплении магнитных моментов деталь сама может стать магнитом.

На самом деле все вещества в той или иной степени взаимодействуют с магнитными полями, но у других металлов электроны соседних атомов производят разнонаправленные усилия: отталкивают и притягивают. Без установленного порядка результирующая сила оказывается незначительной. Магнитная восприимчивость вещества обозначается символом Ϟ. В зависимости от величины коэффициента действует классификация:

Должна ли магнититься нержавеющая сталь? Введение легирующих добавок приводит к образованию карбидов, соединений железа, интерметаллических включений. Даже если отдельные элементы обладают магнитными свойствами, в таких связках это происходит не всегда. В области магнетизма до сих пор совершаются открытия. Например, под давлением железо становится немагнитным, но добавки никеля возвращают притяжение.

Нержавейка, которая не магнитится

Магнетизм зависит не от марки стали, а от класса, обусловленного формой кристаллической решетки. В хромоникелевых и хроммарганценикелевых железо перестает быть магнетиком.

Не реагируют на притяжение следующие классы:

Аустениты

Это растворы внедрения, при которых атом углерода помещается внутрь ячейки железа, а железо при этом замещается легирующими элементами. Обычные углеродистые стали находятся в таком состоянии лишь при высоких температурах, но большое содержание хрома и никеля делает это возможным в нормальных условиях. К аустенитам относят наиболее популярные марки: AISI 304, AISI 316. Из этих сплавов изготавливают посуду, сантехническую арматуру, отсутствие чувствительности к магнитному полю позволяет производить корпуса высокоточных приборов, панели оборудования.

Аустенитно-ферритные стали

Двухкомплексные составы, в которых объединяется стойкость к межкристаллической коррозии и прочность ферритов. Концентрации марганца выше 9% также делают металл немагнитным. Самые известные марки: AISI 201 и AISI 202. Они были разработаны в качестве альтернативы дорогостоящим аустенитам: снижение доли никеля отражается на цене, а улучшенные прочностные характеристики позволяют изготавливать детали меньшего веса. В России созданы сплавы специального назначения: ЭИ67 (03Х22Н6М2) для транспортировки минеральных удобрений, и Avesta2205 для изготовления резервуаров наливных судов, транспортирующих серную и фосфорную кислоту.

Эти нержавейки легко протестировать с помощью магнита: они покажут нулевую реакцию. В таком случае потребитель может быть спокоен. Но как быть с нержавеющими ножами, которые крепятся на магнитные держатели?

Нержавеющие стали, которые магнитятся

В некоторых случаях железо в составе сплава проявляет магнетические свойства, и здесь проверка народным методом только введёт в заблуждение. Но сомнения в качестве товара будут необоснованны.

К ферромагнетикам относят два класса стали и их промежуточные варианты:

Ферриты

В хромистых сплавах нет никеля, который превращает структуру в аустенит. С одной стороны это недорогие материалы, но с другой — они склонны к межкристаллической коррозии. Для повышения стойкости к агрессивным веществам в состав добавляют марганец, кремний и другие элементы. Все марки AISI 400-й серии — ферриты.

Мартенситы

Мартенситное превращение происходит при отпуске аустенитной стали. Состав остается тем же, но кристаллы приобретают упорядоченную структуру, а сплав высокую прочность и способность к самовосстановлению при незначительных деформациях. Свойства этого состояния мало изучены, однако хромоникелевый сплав становится ферромагнетиком при выполнении специфических условий. Превращению способствуют присадки вольфрама и молибдена. Рядовые покупатели редко сталкиваются с подобным материалом, он необходим для изготовления хирургических инструментов, роторов, промышленного оборудования.

Ферритно-мартенситные стали

В структуре сплава присутствуют фазы мартенсита (от 15%) и феррита. Наиболее распространенная: AISI 430.

Важное практическое значение у магнитных качеств нержавейки отсутствует, скорее они ограничивают применение вблизи точных приборов и везде, где используется электромагнитное поле: компьютеры, электроинструмент, транспорт, нефтепереработка. Тем не менее мысль очумелых ручек не знает границ. С помощью кусочка магнита можно обеспечить порядок при хранении нержавеющих деталей, плотное прилегание москитных сеток на садовом участке.

Как определить нержавеющую сталь

Главное свойство нержавейки — химическая инертность, а вовсе не магнетизм. Если следовать логике, то в определении сплава такой тест должен быть первоочередным.

Самые простые испытания для выявления подделок:

Капля медного купороса. Алгоритм основан на том, что железо активнее меди и вытесняет ее. Таким образом Fe+CuSO₄ = FeSO₄+Cu. Медь осядет на поверхности в виде красноватого налета.
Хлорид натрия. Концентрированный раствор поваренной соли способен вывести на чистую воду сплав, не устойчивый к щелочам.

Теплопроводность легированной стали ниже, чем у углеродистой. Следовательно вода в такой посуде нагревается медленнее.
Плотность соответствует заявленной. Закон Архимеда о вытесняемых жидкостях обрастает притчами: корона вытеснила меньший объем воды, чем слиток, который пошел на ее изготовление. Следовательно мастер разбавил золото медью.

При сварке карбиды выгорают, а в нержавейке их меньше. Шлифовка болгаркой должна показать светлые белые искры.

Подобные способы помогут установить действительно ли изделие выполнено из нержавейки, но не определяют пищевую сталь или марку. Например AISI 204 выглядит как AISI 304, но не является полноценным аналогом. Из нее нельзя изготавливать конструкции, применяемые в морском климате. Для производства дымоходов используют жаростойкие сплавы, так как на них одновременно воздействует температура и продукты горения, имеющие кислотную природу.

Даже если изделие имеет отношение к нержавейке, срок его службы может значительно сократиться. Лучший из возможных вариантов: выбирать проверенных производителей, приобретать продукцию, имеющую сертификаты качества.

Марки нержавеющей стали и их характеристики

Популярные марки нержавеющей стали отечественного и зарубежного производства.

AISI 304 – наиболее распространенная и популярная марка стали. Отличается высокой прочностью, упругостью, стойкостью к окислению, легко сваривается.

Сталь AISI 316 и 316Тi – улучшенный вариант AISI 304,
с повышенной антикоррозийной устойчивостью и к воздействию агрессивной среды.

AISI 430 - экономичный вариант коррозийнностойкого материала, идеален для штамповки, деформации и перфорации.

Нержавеющая сталь – это разновидность легированной стали, устойчивая к коррозии за счет содержания хрома – 12% и более. В присутствии кислорода образуется оксид хрома, который создает на поверхности стали инертную пленку, защищающую все изделие от неблагоприятных воздействий. Современный рынок может предложить различные марки нержавеющей стали для применения в самых разных отраслях промышленности.

Не каждая марка нержавеющей стали демонстрирует устойчивость хромоксидной пленки к механическим и химическим повреждениям. Хотя пленка восстанавливается под воздействием кислорода, были разработаны специальные марки нержавейки для применения в агрессивных средах.

Что такое нержавеющая сталь? [ Часть 2]

Нержавейка или нержавеющая сталь — это прочный металл, легированная сталь, отличающийся качеством высокой стойкости к коррозии. Устойчивость к коррозии в атмосфере и агрессивных средах, воздействию различных температур обеспечивают легирующие элементы, входящие в состав этого металла. Давайте рассмотрит некоторые важные особенности нержавеющей стали.

Предел текучести

В зависимости от марки нержавеющая сталь может обладать высокой прочностью и низким удлинением или низкой прочностью и высоким удлинением. По пределу текучести они очень хорошо уступают углеродистым сталям.

Прочность при высоких температурах

Нержавеющая сталь сравнительно лучше других углеродистых сталей работает при более высоких температурах. Она показывает лучшую огнестойкость благодаря высокому коэффициенту сохранения прочности при повышенных температурах (выше 500° C). Она также имеет лучший коэффициент сохранения жесткости, чем углеродистая сталь при температуре выше 300 ° C.

Предел прочности

Что касается прочности на разрыв , нержавеющая сталь превосходит такие материалы, как алюминий, латунь и низкоуглеродистая сталь.

Самый высокий предел прочности наблюдается у дисперсионно-твердеющих и мартенситных марок. Эти марки могут иметь предел прочности на разрыв, который в два раза больше, чем у широко распространенных марок 304 и 316. В частности, дуплексная сталь имеет высокое соотношение прочности и пластичности.

Криогенная стойкость

Некоторые марки нержавеющей стали отлично справляются с работой в более широком диапазоне температур. Аустенитные стали демонстрируют исключительную вязкость и повышенную прочность на разрыв при отрицательных температурах. Это расширяет сферу их использования, значительно открывая новые возможности для современных приложений.

С другой стороны, ферритные, мартенситные и дисперсионно-твердые марки не так хороши при криогенных температурах, поскольку их ударная вязкость падает при понижении температуры.

Пластичность

Пластичность различных марок нержавеющей стали может существенно отличаться. Некоторые марки обладают высокой пластичностью, что позволяет использовать сложные процессы глубокой вытяжки.

Более высокая скорость упрочнения

Это свойство относится к способности металла увеличивать свою прочность за счет процессов холодной обработки. Нержавеющая сталь может быть подвергнута отжигу и холодной обработке, чтобы довести ее прочность до желаемого уровня.

Это означает, что одну и ту же марку стали можно использовать в различных областях, изменяя ее прочность. Например, одну и ту же сталь можно использовать в качестве пружины или гнущейся проволоки путем отжига и холодной обработки.

Электропроводность и магнетизм

Источник: Matweb

Как и все металлы, нержавеющая сталь проводит электричество. Однако, как и у всех сталей, эта проводимость чрезвычайно мала.

В отраслях, где высоки гигиенические стандарты или электроприборы могут подвергаться воздействию коррозионной или влажной среды, для защиты используются корпуса из нержавеющей стали.

Аустенитные нержавеющие стали немагнитны, однако холодная обработка может использоваться для создания магнитных свойств некоторых марок. Все остальные типы обладают магнитными свойствами.

Химические свойства нержавеющей стали

Химические свойства делают этот материал особенным и придают ему уникальность.

Высокая стойкость к окислению

Это отличительное свойство нержавеющей стали обеспечивает ее многочисленные уникальные применения в промышленности. Высокая стойкость к окислению - результат наличия хрома в нержавеющей стали. В некоторых сортах процентное содержание хрома может доходить до 26%.

Другие металлы могут быть защищены покрытиями и антикоррозийными красками, но как только они стираются, начинается коррозия. В случае нержавеющей стали любое удаление естественного покрытия оксида хрома из-за повреждения поверхности сопровождается образованием нового покрытия на открытой поверхности, которое предотвращает коррозию.

Биологическая инертность

Нержавеющая сталь биологически инертна, что делает ее логичным выбором для медицинского оборудования, такого как хирургические инструменты, травматические винты и пластины. Это свойство также делает его идеальным металлом для изготовления столовых приборов и кухонной техники.

Устойчивость к кислотам, щелочам и органическим материалам

Нержавеющая сталь устойчива к воздействию широкого спектра соединений. Она устойчива к кислотам, щелочам, а также к органическим соединениям. Устойчивость к кислотам различается для разных марок. Некоторые сорта могут противостоять высококонцентрированным кислотам, в то время как другие могут быть устойчивы только к низким концентрациям.

Подобная инертность наблюдается с щелочными и органическими соединениями. Это делает нержавеющую сталь очень подходящим материалом для использования в химической промышленности при хранении, транспортировке и других процессах.

Нержавеющая сталь также легко противостоит воздействию влаги, солей, серы, углекислого газа и хлоридов. Это помогает ему выжить в нескольких суровых условиях в течение более длительного периода, чем большинство других металлов.

Прочие свойства

Важные свойства не ограничиваются только механическими и химическими свойствами. В приведенном ниже списке есть и другие, которые пригодятся для различных областей промышленности.

Возможность вторичной переработки

Как уже упоминалось, нержавеющая сталь может быть переработана для производства новых изделий. Это снижает нагрузку на окружающую среду, поскольку для производства стали требуется меньше сырья, а также уменьшает образование отходов.

Ее небиоразлагаемая природа также предотвращает загрязнение ресурсов, поскольку она не разлагается и не просачивается в почву или водоемы.

Легко обрабатывается

Нержавеющая сталь хорошо поддается механической обработке, что позволяет дизайнеру создавать изделия сложной формы. Лазерная резка нержавеющей стали, обработка на станках с ЧПУ, гибка и т.д. доступны без специального оборудования.

Чистота

Изделия из нержавеющей стали легко чистить с помощью бытовых нетоксичных средств, таких как стиральный порошок, мыло или чистящие жидкости. Это позволяет им долго сохранять новый вид, увеличивая срок службы.

Это в конечном итоге снижает потери и делает первоначальную относительно дорогую покупку окупаемой в долгосрочной перспективе.

Эстетическая привлекательность

Изделия из нержавеющей стали имеют яркий блеск, что делает их идеальным выбором для открытых поверхностей. Доступен широкий выбор вариантов отделки - от яркого до матового. Она может быть матовой, гравированной, рельефной или тонированной.

Легирующие элементы

Что касается нержавеющей стали, на выбор предлагается большое количество марок. В зависимости от добавляемого легирующего элемента свойства могут значительно различаться. Все сводится к требованиям, предъявляемым к конкретной области применения.

Посмотрим, какие легирующие элементы можно добавлять и как они влияют на конечный продукт.

Хром является основным легирующим элементом нержавеющей стали. Это придает стали свойство быть «нержавеющей». Пассивный слой оксида хрома наряду с защитой поверхности также блокирует диффузию кислорода в металл, защищая внутреннюю структуру металла от коррозии.

Ионы оксида хрома также похожи по размеру на молекулы стали, что приводит к прочной связи между ними. Это позволяет ионам оксида оставаться прочно прикрепленными к поверхности при нормальных рабочих условиях.

Чтобы сталь была «нержавеющей», необходимо минимум 10,5%. Однако добавление еще большего количества хрома является обычным явлением для повышения коррозионной стойкости.

Хром также действует как стабилизатор феррита, вызывая образование микроструктуры феррита в сплаве.

Никель

Никель добавляется для дальнейшего повышения коррозионной стойкости. Он также является стабилизатором аустенита, стимулируя образование аустенита.

Медь также действует как стабилизатор аустенита и улучшает свойства коррозионной стойкости и упрочнения.

Ее добавление позволяет получить изделия из нержавеющей стали, пригодные для работы в холодных условиях, это особенно нужно для изготовления винтов и гвоздей.

Кремний

Добавление кремния улучшает стойкость нержавеющей стали к высококонцентрированным азотной и серной кислотам. Это также способствует образованию феррита и делает металл стойким к окислению.

Азот является стабилизатором аустенита и улучшает прочность и стойкость к локальной коррозии. Локальная коррозия относится к таким явлениям, как точечная коррозия, щелевая коррозия и межкристаллитная коррозия.

Молибден

Молибден и вольфрам улучшают общую и локальную коррозионную стойкость. Первый является стабилизатором феррита и, следовательно, при использовании в аустенитных сплавах должен быть уравновешен стабилизаторами аустенита для поддержания аустенитного состава.

Молибден также увеличивает жаропрочность при добавлении в мартенситную нержавеющую сталь. Добавление вольфрама к молибдену также улучшает упомянутые выше свойства.

Марганец

Марганец улучшает свойства прочности, ударной вязкости и закаливаемости нержавеющей стали. Добавление марганца помогает металлу лучше работать при горячей обработке.

Марганец также способствует растворению азота в нержавеющей стали и поэтому может быть добавлен для замены никеля в нержавеющей стали азотом.

Заключение

Нержавеющая сталь, помимо обычных свойств стали, обладает стойкостью к коррозии и нагреву. Она обладает всеми преимуществами стали, а также некоторыми собственными. Она не подвержена коррозии, лучше переносит суровые условия окружающей среды и имеет более длительный срок службы.

Однако не совсем верно, что она защищена от загрязнений. Во-первых, устойчивость к коррозии зависит от марки. Однако ненормальные окружающие условия, такие как низкий уровень кислорода, плохая циркуляция и высокая соленость, могут привести к необратимому образованию пятен.

Несмотря на вышеупомянутые риски, нержавеющая сталь является прекрасным материалом и оказывает очень положительное влияние на отрасль в целом. Из-за большого количества марок с разными свойствами всегда есть марка, которая идеально подходит для применения. Важно правильно выбрать сорт, чтобы обеспечить рентабельное вложение.

Виды и марки нержавеющей стали

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

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

Влияние основных легирующих элементов на эксплуатационные свойства:

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

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

Виды нержавеющей стали

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

Аустенитные

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

Мартенситные

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

Ферритные

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

Таблица соответствий основных марок нержавеющих сталей и химический состав

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

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

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

Расшифровка марок нержавеющих сталей

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

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

Для обозначения по стандарту ГОСТ созданы следующие алгоритмы:

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

Сферы использования нержавейки

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

Читайте также: