Коррозионная стойкость сталей и их сплавов

Обновлено: 16.05.2024

Коррозионностойкими (нержавеющими) называют металлы и сплавы, в которых процесс коррозии развивается с малой скоростью. Коррозионностойкие стали применяют для изготовления деталей машин и оборудования и конструктивных элементов, работающих в разных агрессивных средах (влажная атмосфера, морская вода, кислоты и растворы солей, щелочей, расплавы металлов и др.).

В зависимости от химического состава стали и сплавы разделяют на классы по основному составляющему элементу: хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые и другие, а также сплавы на основе никеля. В зависимости от структуры: ферритные, мартенситные, аустенитные.

Основной легирующий элемент в коррозионных сталях – хром с содержанием от 12–30 %. Железо и хром образуют непрерывный ряд твердых растворов, а также интерметаллид – σ-фаза. Хром с углеродом образует карбид Cr₂₃C₆ более устойчивый в сравнении с цементитом, а также карбид Cr₇C₃ . В зависимости от соотношения углерода и хрома можно выделить три группы хромистых сталей – ферритные, не испытывающие превращение γ « α (08Х18Т,15Х28), полуферритные, испытывающие частичное превращение γ « α (08Х13, 12Х13), и мартенситные (20Х13, 30Х13, 40Х13).

Рис. 12.1. Изменение электродного потенциала сплавов Fe–Cr
и коррозия сплавов в растворе азотной кислоты

Из рис. 12.1 видно, что в пределах 12–13 % Cr происходит скачкообразное изменение электродного потенциала и сталь из активного состояния переходит в пассивное. Это и послужило поводом для создания группы сталей с 13 % Cr: 07Х13, 12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13. Все эти стали страдают межкристаллитной коррозией. Это явление связано с образованием карбида Cr₃С_6. Эти карбиды располагаются на границах зерен. На образование карбидов расходуется много хрома (на 1 % С – 12 % Cr). Это неизбежно приводит к понижению концентрации хрома в зонах, прилегающих к карбидам, и зоны переходят в активное состояние. Именно по этим зонам развивается коррозия. Снижение склонности стали к МКК можно достичь введением сильных карбидообразователей (Ti, Nb, Ta), например, как в стали 07Х17Т.

Мартенситные, мартенсито-ферритные и ферритные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах и имеют высокие механические свойства. Ферритные стали применяют для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах (например, в растворах азотной кислоты), для изготовления бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности.

В таблице 12.2 приведено основное назначение хромистых сталей.

Легирование хромистых сталей никелем или никелем и марганцем расширяет гамма–область, позволяя создать класс аустенитных сталей. Такие стали имеют улучшенные технологические и механические свойства. Хромоникелевые стали обладают стойкостью в концентрированных щелочных растворах при повышенных температурах, а также повышенной стойкостью в слабых растворах H₂SO₄ при концентрации никеля 2/8 атомные доли (26 % масс.).

Применение хромистых сталей

Марка	Класс стали	Назначение
12Х17	ферритный	Для изделий, работающих в окислительных средах, для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности, для теплообменного оборудования в энергомашиностроении
08Х18Т1
40Х13	мартенситный	Для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами
30Х13
20Х13	мартенсито-ферритный
08Х13

После медленного охлаждения эти стали имеют структуру, состоящую из аустенита, феррита и карбидов хрома М₂₃С₆. Для получения аустенитной структуры, снятия внутренних напряжений и устранения склонности к МКК, которая возникает при сварке или горячей обработке давлением, стали подвергаются закалке с высоких температур (1100–1150 °С) в воде или масле, с последующим отпуском. Кроме того, для уменьшения склонности к МКК в состав сталей вводят никель и ниобий в определенном соотношении к углероду.

Применение хромоникелевых нержавеющих сталей

Марка	Класс стали	Назначение
12Х18Н9	аустенитный	Для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах, и химической аппаратуры
10Х17Н13М3Т
20Х13Н4Г9	Для торгового и пищевого машиностроения
12Х17Г9АН4

Из-за высокой цены никеля его частично заменяют химическим аналогом – марганцем, например сталь марки 20Х13Н4Г9Т. Такие стали хорошо работают в слабоагрессивных средах и при низких (до –196 ºС) температурах. В таблице 12.3 приведены примеры применения хромоникелевых сталей.

Для изделий, работающих в высокоагрессивных средах при высоких температурах, широко используют сплавы на основе никеля (Н70М28, Н70М28Ф, Х15Н55М16В) с высоким содержанием молибдена. Никелевые сплавы с молибденом обладают высокой стойкостью в горячих растворах серной и соляной кислот.

Наиболее высокую коррозионную стойкость эти сплавы приобретают после закалки с 1050–1100 °С. Структура сплавов – твердый раствор на основе никеля и избыточные карбиды типа М₆С и VС.

Коррозионная стойкость сталей и сплавов

Коррозия –это термин, используемый для обозначения широкого класса видов нежелательного повреждения металла в результате его химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.

Под повреждением понимается образование различных коррозионных дефектов (каверн, язв, питтингов, трещин), утонение толщины стенок, деградация свойств и строения (изменение структуры связано в основном с субструктурой матрицы металла) материала несущих элементов конструкции в процессе эксплуатации, ведущее к потере или снижению её работоспособности. Коррозия многообразна в своём проявлении и ведёт в конечном итоге к разрушению материалов (в первую очередь за счёт локальных видов коррозии) и выходу оборудования из строя.

Коррозия является самопроизвольным процессом, вызванным термодинамической неустойчивостью металлов, т. е. стремлением к уменьшению свободной энергии в различных средах при данных внешних условиях.

Определить возможность протекания коррозии, как химического или электрохимического процесса, можно по изменению энергии Гиббса (свободной энергии):

–ΔG = z·F·E, (12.1)

где F – число Фарадея; Е – разность потенциалов φ_K и φ_A, характеризующих катодную и анодную реакции, которые определяются уравнениями Нернста:

где и – величины стандартных электродных потенциалов деполяризатора (катода) и металла (анода) соответственно; и – активность соответствующих ионов на катоде и аноде.

Величины стандартных электродных потенциалов различных металлов позволяют приближенно судить о термодинамической нестабильности металлов: чем более электроотрицателен потенциал металла, тем он активнее отдает свои электроны.

Если рассмотреть типичную реакцию окисления для металлов

2Ме + z2O2 +zН2O → Ме(OН)2,

то ΔG (для стандартных условий) для реакций превращения в гидроксиды Мg, Cu, Аu составит, соответственно, – 598 (φ 0 = –2,363 В), – 120 (φ 0 =
= 0,520 В) и + 66 КДж/моль (φ 0 = 1,692 В). Следовательно, Мg более склонен к окислению, чем Сu, окисление Аu невозможно.

Коррозии подвержены все металлические и неметаллические материалы. Из этого черного списка надо исключить принудительное растворение металлов в кислотах c целью получения солей и процессы гальванотехники, радиоактивный распад, эрозию, износ трущихся деталей, шлифование. На скорость и механизм коррозионных процессов большое влияние могут оказывать внешние факторы – температура, давление среды, напряжение, скорость потока жидкости и газа, наличие трения, кавитации, облучения.

По природе гетерогенных процессов взаимодействия окружающей среды с металлами эти процессы можно разделить на два основных типа:

· химическая коррозия протекает в сухой атмосфере и чаще всего при повышенных температурах (газовая коррозия). Этот же тип коррозии металлических материалов наблюдается при взаимодействии с неэлектролитами;

· электрохимическая коррозия (ЭКХ) – самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие взаимодействия их с электролитически проводящей средой.

Газовая коррозия металла протекает при его взаимодействии с газами (О₂, N₂, СО₂, SO₂, H₂ и др.) при повышенных температурах (закалка, отжиг, ковка, прокатка – технологические процессы, а также выхлопные газы ДВС и дизелей, отвод газов в металлургической и нефтехимической промышленностях).

К электрохимической коррозии относятся:

· коррозия в электролитах – кислотная, щелочная, солевая, морская
и т. п.;

· почвенная – ржавление металла в грунте (подземные трубопроводы);

· структурная коррозия – разрушение связано с повышенной коррозионной активностью одного из компонентов сплава из-за его структурной неоднородности;

· электрокоррозия – разрушение металлов под действием блуждающих токов;

· контактная коррозия – интенсивное разрушение металлов, имеющих разные электродные потенциалы («медь – алюминий»);

· щелевая коррозия – усиленное разрушение в зазорах, резьбовых соединениях, между фланцами;

· коррозия под напряжением – агрессивная среда в сочетании с внешними нагрузками;

· эрозионная коррозия – разрушение металла вследствие одновременного воздействия среды и механического износа;

· кавитационная коррозия – разрушение металла при одновременном воздействии удара и агрессивной среды;

· фриттинг-коррозия – разрушение металла механическим истирающим воздействием при наличии коррозионной среды.

Электрохимическая коррозия развивается в результате работы множества короткозамкнутых гальванических элементов, образующихся вследствие неоднородности металлического материала или внешней среды. Неоднородность поверхности материалов связана с концентрационной неоднородностью сталей и сплавов (ликвацией), границами зерен, присутствием различных включений, анизотропностью свойств отдельных кристаллитов, несплошностью и различным составом поверхностных пленок, неоднородностью деформаций и напряжений в металлах.

В зависимости от характера разрушения различают равномерную, протекающую примерно с одинаковой скоростью по всей поверхности металла, помещенного в коррозионную среду, и локальную, охватывающую только некоторые участки поверхности (точечная, щелевая, межкристаллитная, избирательная коррозии – в зависимости от характера разрушаемых участков).

По механизму действия все методы борьбы с коррозией можно разделить на две основные группы: электрохимические (термическая обработка, легирование, пассивация, ингибирование среды, химико-термическая обработка, диффузионная металлизация, протекторная защита и т. д.), оказывающие влияние на потенциал металла или его критическое значение, и механические (лакокрасочные и пластмассовые покрытия, консервация, эмалирование и т. д.), изолирующие металл от воздействия окружающей среды созданием защитной плёнки и покрытий.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали

Коррозия – разрушение металла под действием окружающей среды. По механизму коррозионных процессов различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия протекает при воздействии на металлы газов (газовая коррозия) и неэлектролитов. Газовая коррозия заключается в окислении металла, что приводит к постепенному разрушению.

Электрохимическая коррозия происходит под воздействием электролитов: водных растворов кислот, щелочей, солей, морской и речной воды, влажного воздуха (атмосферная коррозия), почвы и т.д.

Механизм электрохимической коррозии заключается в следующем: при соприкосновении металлов в среде электролита образуется гальваническая пара, в которой металл с более электроотрицательным электродным потенциалом (анод), отдавая электроны, разрушается. В сплавах и даже в чистых металлах между различными фазами могут возникать микрогальванические пары, где роль анода играют границы зерен и дефектные участки.

Жаростойкость (окалиностойкость) – это стойкость металла против газовой коррозии (окисления) при высоких температурах. При температурах выше 550°С железо окисляется с образованием рыхлого оксида FeO. Для повышения жаростойкости стали легируют хромом, а также дополнительно алюминием и кремнием, которые образуют на поверхности металла плотные оксидные пленки Cr₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, обладающие защитными свойствами. Жаростойкость стали, т.е. максимальная температура, при которой сохраняются защитные свойства пленки, не зависит от структуры стали, а определяется, главным образом, содержанием в ней хрома. Введение в сталь 5…8% Cr (15Х5) повышает жаростойкость до 750°С, 15…17% Cr (12Х17) – до 1000°С, 25…30% Cr (15Х25Т) – до 1100°С.

Жаростойкие стали применяют в условиях высоких температур при небольших механических нагрузках (печное оборудование, электро- нагреватели, теплообменники и др.) Жаростойкие стали используются, как правило, без упрочняющей термообработки. Многие жаростойкие стали одновременно являются и коррозионно-стойкими.

– это стали устойчивые против электрохимической коррозии. Для защиты от электрохимической коррозии в сталь вводят хром в количестве не менее 13%, при этом электрохимический потенциал становится положительным (рис. 45). Необходимо, чтобы хром находился в твердом растворе, для предотвращения связывания хрома в карбиды содержание углерода в стали должно быть небольшим.

Рис. 45. Влияние содержания хрома на электрохимический потенциал железохромистых сплавов

По химическому составу нержавеющие стали подразделяют на хромистые и хромоникелевые.

Хромистые нержавеющие стали, содержат, как правило, 13%, 17% или 25% Cr. Чем больше содержание хрома в стали, тем выше коррозионная стойкость.

Стали 12Х13 и 20Х13 относятся к полуферритному (феррито-мартенситному) классу. Термообработка: закалка+высокий отпуск, структура: сорбит отпуска+карбиды. Применяют их для работы в слабоагрессивных средах для деталей, подвергающихся ударным нагрузкам – клапанов гидравлических прессов, предметов домашнего обихода.

Стали 30Х13, 40Х13 относятся к мартенситному классу. Термообработка: закалка+низкий отпуск. Структура: мартенсит отпуска с высокой твердостью 50…60 HRC. Применяют их для хирургических инструментов, карбюраторных игл и т.п.

Высокохромистые стали 12Х17, 15Х25Т относятся к ферритному классу. В них отсутствуют полиморфные превращения, поэтому они не упрочняются термообработкой. Структура: легированный феррит. Эти стали называют кислотостойкими, применяют их для изготовления оборудования пищевой, легкой и химической промышленности.

Хромоникелевые нержавеющие стали аустенитного класса имеют пониженное содержание углерода (0,04…0,17%С) для предотвращения образования карбидов, содержат 17…19%Cr для защиты от коррозии и 8…12%Ni для стабилизации аустенитной структуры: 12Х18Н8, 08Х18Н10. В равновесном состоянии стали имеют структуру аустенит+карбиды хрома М23С6. Путем закалки от температуры 1100…1150°С в воде или на воздухе обеспечивается растворение карбидов и получение однофазной структуры легированного аустенита.

Эти стали не упрочняются термообработкой, повышение прочности достигается наклепом в результате холодной пластической деформации. Хромоникелевые стали обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью в окислительных и других агрессивных средах, хорошей обрабатываемостью давлением.

Аустенитные хромоникелевые стали склонны к межкристаллитной коррозии (МКК) - коррозии по границам зерен. Это происходит из-за локального выделения карбидов хрома и обеднения хромом пограничных участков аустенита. Чем меньше в стали углерода, тем ниже ее склонность к МКК. Для снижения склонности к МКК в стали вводят титан или ниобий (например, 12Х18Н9Т или 08Х18Н12Б), которые связывают углерод в карбиды TiC или NbC, сохраняя весь хром в твердом растворе.

Аустенитные хромоникелевые стали отличаются широким масштабом применения для различных изделий, работающих в агрессивных средах, в частности, в химической и пищевой промышленности.

4 группы коррозионностойкой стали

Коррозионностойкая сталь (нержавеющая) – это сталь, стойкая по отношению к коррозии. Такое свойство приобретает железосодержащий металл, когда к основному химическому элементу – Fe добавляют хром в значительном количестве. Получают сплав, характеризующийся новыми качествами, главным из которых является повышенная коррозионностойкость, то есть невосприимчивость к окислительным процессам, происходящем на воздухе или в других средах.

Поиском способов защиты стального материала от коррозии занимались давно, покрывая его различными составами и красками. Действительно эффективный способ был найден в 1913 году англичанином Г. Бреарли, который получил патент на изобретение стали с высоким содержанием хрома, что позволяло материалу сопротивляться процессам коррозии.

Химическая основа коррозионностойких сплавов

Нержавеющие сплавы железа основаны на правиле, в соответствии с которым при добавлении к неустойчивому к коррозии металлу другой металл, который образует с ним твердый раствор, то стойкость к процессам ржавления возрастает скачкообразно, а не пропорционально.

При наличии 13% хрома и выше сплавы не ржавеют в обычных условиях и в средах, которые принято относить к слабоагрессивными.
Если в составе хрома 17% и больше, коррозионностойкие качества проявляются в агрессивных окислительных, щелочных и др. растворах.

Химическая основа сопротивляемости коррозии заключается в образовании на поверхности предмета из нержавеющей стали пассивирующей пленки окислов благодаря хрому. Эта пленка не пропускает кислород и останавливает окислительные процессы от проникновения внутрь. Эффективность защиты зависит от состояния поверхности металла, отсутствия дефектов и внутренних напряжений в материале.

Элементы., которые сопутствуют железу в стальных сплавах: С – углерод, Si – кремний, Mn – марганец, S – сера, P – фосфор и другие

Легирование стали, то есть улучшение её физико-механических характеристик, проводится и другими химическими элементами, помимо Cr. К таким элементам относятся металлы различных групп.
В нормативной документации условные обозначения элементов даются на русском языке: Ni – никель (Н), Mn – марганец (Г), Ti – титан (Т), Co – кобальт (К), Mo – молибден (М), Cu – медь (Д).

Для стабилизации аустенитной структуры стали, то есть укрепления кристаллической решетки железа, добавляется никель. Прочность закрепляется добавками углерода. Устойчивость к перепадам температуры обеспечивается присадками титана. В особенно агрессивных средах, к примеру – кислотных, действуют сложнолегированные сплавы с присадками никеля, молибдена, меди и других компонентов.

Маркировка нержавеющих видов стали

В маркировке металлов используются буквы и цифры.

Существует российская классификация марок стали, которая используется в технических и нормативных документах. Параллельно бытует распространенная в мире группа стандартов, разработанных институтом Американским институтом стали и сплавов – AISI (American Iron and Steel Institute) для легированных и нержавеющих сталей.

Российские стандарты используют следующую схему. Для примера приведена аустенитная сталь 12Х15Г9

Элемент маркировки	Двузначное число	Буквы	Цифры	Буквы	Цифры
Что означает	Количество углерода – С в сотых долях процента	Легирующие элементы	Процентное содержание легирующих металлов (округленно до целого числа)	Легирующие элементы	Процентное содержание легирующих металлов (округленно до целого числа)
Пример	12	Х (Хром)	15 (15%)	Г (Марганец)	9 (9%)

В системе AISI материалы обозначаются тремя-четырьмя цифрами: две первые – группа сталей, две другие — среднее содержание углерода. Буквы могут находиться после второй цифры, впереди или за цифрами.

Примеры: 410, 410S, 1045.

Коррозионностойкая сталь — основные виды

Коррозионостойкие сплавы определяют по их способности противостоять под действием большого набора естественных и искусственных коррозионных сред: атмосферных, подводной, грунтовой (подземной), щелочной, кислотной, солевой, среды блуждающих токов.
Стойкость проявляется к воздействиям химической, электрохимической, межкристаллитной коррозии.

Классификация нержавеющих сплавов регулируется нормативными документами ГОСТ, в которых описывается сталь в соответствии с производственными процессами и применением.

Сплавы делятся на несколько групп по критерию структуры. Они различаются по процентному содержанию углерода и составу легирующих компонентов. Эти соотношения определяют, где и каким образом может применяться тот или иной тип стали.

Ферритные
Мартенситные.
Аустенитные.
Комбинированные.

Ферритная группа

К группе ферритов относятся хромистые стали. Они маркируются литерой F. Стали с большим содержанием хрома — до 30%, и небольшим углерода – до 0,15%. Обладают ферромагнитными свойствами, то есть характеризуются намагниченностью за пределами магнитного поля при низкой критической температуре.

Для достижения оптимальных свойств регулируется и находится баланс между содержанием углерода и хрома.

Плюсы – высокая прочность и столь же высокая пластичность.

Хорошая деформируемость в условиях холодной деформации.
Высокая коррозийная стойкость.
Может подвергаться термообработке методом отжига.

Идет на производстве трубопроката, листовых и профилированных промежуточных и конечных изделий.

Химическая и нефтехимическая промышленность. Оборудование и конструкции для работы в кислотной и щелочной среде.
Тяжелое машиностроение.
Энергетика.
Приборостроение для промышленности.
Производство бытовой аппаратуры и приборов.
Пищевая промышленность.
Медицинская промышленность.

Примеры марок сталей по ГОСТ и их применения:

Сталь 08Х13 – ферритный хромистый сплав. Применяется для производства столовых приборов.

Сталь 12Х13 – ферритный хромистый сплав. Используется для хранения алкогольсодержащих продуктов.

Сталь 12Х17– ферритный хромистый жаропрочный сплав. В емкостях из него проводится высокотемпературная обработка пищевых продуктов.

Мартенситная группа

Под мартенситом понимается структура, которая получается в результате закалки заготовки или слитка металла с последующим отпуском. Закалка заключается в нагреве до температуры, которая превышает критическую, отпуск – последующее быстрое охлаждение металла.
В результате этого процесса перестраивается кристаллическая решетка, делая материал более твердым. Но может повыситься и хрупкость.

Такая процедура дает сплавы, в которых сочетаются

Высокая твердость.
Высокая прочность.
Хорошая упругость.
Устойчивость к коррозии.
Жаропрочность.

Если повысить содержание углерода в сплаве, увеличиваются качества твердости и устойчивости к изнашиванию.

Сталь предназначена для изготовления металлоизделий для функционирования в агрессивных средах средней и слабой интенсивности. Свойство упругости позволяет изготавливать такие компоненты оборудования, как пружины, фланцы, валы. Из мартенситной и мартенситно-ферритной комбинированной стали изготавливают режущие элементы — ножи для конструкций в химической промышленности, а также в пищевой.

Сталь 20Х13, 30Х13, 40Х13 – мартенситный сплав. Применяется в производстве кухонного оборудования.

Сталь 14Х17Н2 — мартенситно-ферритный комбинированный сплав, содержит никель. Используется для производства компрессоров, оборудования для эксплуатации в агрессивных средах и при пониженной температуре.

Аустенитная группа

Аустенитный класс нержавеющих сталей отличается химическим строением, внедрением атомов углерода в молекулярную решетку железа. Содержит большой процент хрома и никеля – до 33%. Это высоколегированные металлы. Немагнитность позволяет применять сплавы в широком спектре производственных процессов.

Пластичность в холодном и горячем состоянии.
Прочность.
Свариваемость на высоте.
Стойкость к агрессивным средам, пример которых — азотная кислота.
Экологическая чистота.
Устойчивость к электромагнитным излучениям.

Для получения стабильного аустенита, гранецентрированной кристаллической решетки железа, сталь легируют никелем, повышая его содержание до 9%. Легирование проводится титаном и ниобием для повышения устойчивости к межкристаллитной коррозии. Такие сплавы получили наименование стабилизированных.

Коррозионностойкие стали группы относятся к труднообрабатываемым металлам. Для облегчения работы с ними применяют методы термообработки: отжиг и двойную закалку.
Отжиг проводится нагреванием до 1200 гр. С около 3-х часов. Остывание проходит в воде или масляной жидкости, или на открытом воздухе. Таким способом повышается гибкость сплава за счет снижения твердости.
Двойная закалка предполагает процесс нормализации твердого раствора металла при температуре 1200 гр. С. Вторично закалка проходит при 1000 гр. С. Происходит увеличение пластичности и жаропрочности – устойчивости к высоким температурам.

Применение

Разнообразные емкости.
Строительные конструкции.
Трубы из коррозионностойкой стали.
Агрегаты для нефтехимии и химического производства.
Конструкции для нефтяных вышек, очистительных станций.
Механизмы, работающие под водой, такие как, турбины.
Силовые приборы в энергетической сфере.
Компоненты и агрегаты для автомобилей, самолетов.
Оборудование для продуктов питания.
Медицинская, фармакологическая аппаратура.
Элементы крепежа.
Сварные конструкции.
И другие виды продукции.

Сталь 12Х18Н10Т — высоколегированный хромистый сплав, с присадками никеля и титана. Из нее делают оборудование для нефтепереработки и химической промышленности.

Сталь 12Х18Н10Т — аустенитная хромистая сталь с присадкой никеля. Из нее изготавливаются трубопроводы для химической и пищевой индустрии с ограничениями по температуре.

Сталь 12Х15Г9НД — высоколегированный сплав, содержащий хром, марганец, никель, медь. Применяется в производстве трубопроводных систем и ёмкостей, работающих с органическими кислотами умеренной агрессивности

Комбинированные сплавы

Сочетают структуру и свойства аустенитно-мартенситной или аустенитно-ферритной категорий.

Аустенитно-ферритные стали содержат небольшое количество никеля, в них высокое содержание хрома (более 20%), легирование проводится ниобием, титаном, медью. После прохождения термической обработки отношение феррита и аустенита становится равновесным. Такие сплавы более прочные, чем аустенитные, отличаются пластичностью, устойчивостью к межкристаллической коррозии. Они хорошо выдерживают ударные нагрузки.

Аустенитно-мартенситная группа металлов с содержанием хрома в границах 12-18%, никеля в границах 3,7 -7,5%. Могут использоваться присадки алюминия. Упрочнение проводится закалкой при температуре более 975 гр. С, и последующим отпуском при температуре 450-500 гр. С. Они обладают повышенным показателем предела текучести: характеристики, которая указывает на напряжение, при котором рост деформации продолжается без роста нагрузки. Сплавы демонстрируют хорошую свариваемость и хорошие механические качества.

Типология сталей по хромовым и никелевым присадкам

Среди сталей коррозионностойкого ряда популярны хромистые и хромоникелевые.

Антикоррозионные железосодержащие материалы, в которых находится хром, иначе называют хромистыми сталями.

Теплоустойчивые мартенситные хромистые (Cr менее 10%).
Хромистые антикоррозийные. (Cr в составе не превышает 17%).
Антикоррозионные и сложнолегированные (Наличие Cr в границах 12-17%).
Хромо-азотистые и кислотоупорные ферритного типа (Состав Cr в границах между 16% и 17%).
Жаростойкие легированные: с добавками алюминия, молибдена, кремния и иных металлов.

Для хромистых сплавов в целях усиления пластичности и стабилизации кристаллической решетки применяются стабилизирующие элементы, которые снижают содержание углеродной составляющей.

Аустенитные с низким процентным показателем углерода и стабилизирующими элементами.
Кислотостойкие, содержащие присадочные металлы.
Жаропрочные, в составе которых процент никеля и хрома – свыше 20%.
Аустенитно-мартенситные и аустенитно-ферритные с показателями никеля и хрома на среднем уровне.

Особенности производства коррозионностойких сталей

Все производственные процессы в металлургии регулируются нормативными документами ГОСТ и ТУ.

Это касается и металлов с антикоррозийными свойствами.

Максимальная твердость по шкале Бринелля (НБ). Этот метод подразумевает испытание с помощью вдавливания с использованием способа восстановленного отпечатка или невосстановленного отпечатка и определяется по таблице.
Относительное удлинение, измеряемое в %. Параметр определяет пластические свойства металла. Относительное удлинение – увеличение длины испытываемого образца после прохождения предела текучести до разрушения.
Предел текучести в Н/м2. Характеристика механических особенностей материала, связанных с напряжением, при котором деформация увеличивается, когда нагрузка закончилась. Единица измерения – паскаль или ньютон на м квадратный.
Сопротивление на разрыв или предел прочности в Н/м2. Максимальное значение напряжений материала перед тем, как он разрушится.
Допуска по отклонениям процентного отношения химических элементов в готовой продукции

Пределы процентного содержания химических элементов.
Нижний предел массовой доли отдельных легирующих компонентов, таких как марганец.
Процентное отношение вредных примесей цветных металлов: олова, свинца, висмута, сурьмы, кадмия, мышьяка и других.

Магнитные характеристики антикоррозионных сплавов

Параметр магнитности характерен для некоторых металлов. Он зависит от таких характеристик, как основная структура металла, состав и особенности сплавов.

Комбинации этих переменных предопределяют уровень магнитных характеристик.

Ферриты и мартенситы задают ферромагнитные характеристики сплавов. Они настолько же магнитные, как и углеродистая сталь. Магнитные виды материалов легко подвергаются сварке и штамповке, годятся для изготовления р инструментов с режущими поверхностями и столовых приборов.

Немагнитные сплавы – аустенитные и аустенитно-ферритные хромистых и марганцевых марок.

Отличаясь большой прочностью и коррозийной устойчивостью, широко применяются в строительной сфере и в разнообразных производственных процессах.

Коррозионностойкая сталь

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:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

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.

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.

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.

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.

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.

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

Почему следует обращаться именно к нам

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.

Читайте также: