Коррозионностойкая сталь нержавеющая сталь

Обновлено: 17.05.2024

Коррозионная сталь больше известна как нержавеющая. Она отличается высокой устойчивостью по отношению к коррозийным процессам. Подобное свойство железосодержащие сплавы получают, если к базовому химическому составу добавляют хром в большом количестве.

Что это такое и как производят?

Впервые о нержавейке заговорили два столетия назад. В 1820-21 гг. Майкл Фарадей и Пьер Бертье заметили, что сплав, состоящий из железа и хрома, обладает способностью сопротивляться агрессивным воздействиям. Однако на тот момент ученым еще не было известно о роли углерода, поэтому получить сплав с повышенной концентрацией хрома они не смогли. Только в 1912 г. немецкие инженеры освоили и запатентовали технологию производства нержавеющей стали и вскоре её начали использовать в производстве столовых приборов.

Коррозионностойкие стали представляют собой сплавы железа с углеродом. В них добавлены специальные легирующие компоненты.

Такой состав обеспечивает максимальную стойкость к окислительным процессам в самых разных атмосферных условиях, кислотно-щелочных, газовых средах, а также в соленой и пресной воде.

Основным элементом, обеспечивающим высокие антикоррозийные характеристики металла, является хром. Этот элемент сам по себе проявляет повышенную противоокислительную стойкость, а при введении в состав сплава образует на поверхности защитную пленку. Она препятствует взаимодействию металла и кислорода, сдерживая процессы окисления на поверхности и не давая им проникать внутрь.

Замечено, что концентрация хрома в пределах 10-30% существенно повышает защитные параметры материала и его способность сопротивляться средам разных типов:

при концентрации хрома от 12 до 16% железный сплав не ржавеет в слабоагрессивных средах и в воде;
если содержание хрома превышает 17%, то противокоррозионные характеристики проявляются также в агрессивных растворах — кислотных, щелочных и окислительных.

Стали с добавлением хрома являются одними из самых экономически выгодных, с точки зрения легирования и технологии производства, антикоррозийных сплавов. Такой металл отвечает всем предъявляемым требованиям и обладает неоспоримыми преимуществами:

способностью выдерживать воздействие пресной воды и отдельных сред;
сохранение структуры при высоких температурах;
некоторые сплавы проявляют хорошую свариваемость.

Для повышения противокоррозионных характеристик и укрепления кристаллической решетки металла в сплав вводят никель. Он способствует образованию прочных и твёрдых связей и усиливает защитные свойства хрома. Сплавы с повышенной долей никеля получили распространение в средах, где основной задачей является предотвращение межкристальной коррозии.

Кроме хрома и никеля, повышение противокоррозионных характеристик вызывает включение молибдена, кремния, меди, алюминия и марганца.

В качестве стабилизирующих компонентов в сплавы нередко вводят ниобий и титан — первый способствует повышению свариваемости, второй улучшает устойчивость к межкристаллическому окислению. При этом процентное соотношение титана, ниобия меди и прочих стабилизирующих элементов должно превышать концентрацию углерода. В противном случае загрязнённость неметаллическими включениями приведет к утрате пластичности сплава.

Характеристики

Нержавеющая сталь проявляет исключительно высокую устойчивость к неблагоприятному воздействию агрессивных сред и некоторых химических компонентов. Отдельно следует обозначить повышенные жаростойкие и жаропрочные характеристики продукции, возможность использования изделий из коррозионностойкой стали при критических температурах — как высоких, так и низких.

Любые нержавеющие сплавы с железом подчиняются химическому правилу.

Оно говорит о том, что при добавлении к металлу, малоустойчивому к коррозии, какого-либо иного металла, образующего с ним плотные твердые растворы, защита от ржавчины будет увеличиваться непропорционально, а скачками. Марки, содержащие никель, отличаются высокой свариваемостью. Некоторые типы хромоникелевых сталей проявляют магнитные характеристики.

В зависимости от структуры и типа сплава, доли углерода и концентрации легирующих примесей, коррозионностойкую сталь можно условно разделить на 4 группы:

аустенитные;
ферритные;
мартенситные;
комбинированные.

Подобная классификация является условной. В её основе лежит конечная структура металла, полученная методом постепенного охлаждения металла после нагрева его до предельных высоких температур.

Ферритные

К категории ферритов относят любые хромистые стали с повышенной концентрацией хрома — до 30% и низким содержанием углерода — не более 0,15%.

Такие сплавы проявляют выраженные ферромагнитные свойства, то есть могут намагничиваться вне пределов магнитного поля при эксплуатации в условиях предельно низких температур.

К преимуществам такой стали относят:

хорошую пластичность;
исключительную прочность;
деформируемость при холодной деформации;
подверженность термообработке отжигом;
повышенную стойкость к коррозии.

Такую сталь применяют для изготовления листовых профилированных изделий, а также трубопроката.

Мартенситные

Мартенсит — это определённая металлическая структура, которая становится результатом закалки металлического слитка с последующим отпуском. В этом случае закалку производят при нагреве до температурного уровня, превышающего критическую отметку.

Отпуск предполагает максимально быстрое охлаждение металла.

Такой процесс приводит к перестройке кристаллической решетки материала, на выходе он получается более твёрдым, прочным, упругим и жаростойким. Если при этом в состав вводится повышенное содержание углерода, то сплав приобретает исключительную стойкость к износу.

Аустенитные

Аустенитный сплав содержит максимально высокий процент хрома и никеля — на их долю приходится до 33%. Благодаря этому сталь можно использовать в расширенном спектре технологических процессов. Сплав такого типа обладает прочностью, пластичностью и хорошей свариваемостью на высоте, его отличает стойкость к электромагнитным воздействиям, резистентность к азотной кислоте и другим агрессивным средам, а также экологичность.

Аустенитная сталь относится к сложнообрабатываемым материалам, поэтому для облегчения работы с ней задействуют термические воздействия.

Отжиг осуществляют путем нагревания до 1200 гр. в течение 3-4 часов, после чего в водной среде, маслянистой жидкости либо на открытом воздухе происходит остывание. Такая техника позволяет повысить гибкость материала с параллельным уменьшением твердости.
Двойная закалка предусматривает нормализацию твёрдого металлического раствора при нагреве 1200 гр., вторичную закалку проводят уже при 1000 гр. На выходе сплав приобретает исключительную жаропрочность с одновременным ростом пластичности.

Комбинированные

Комбинированные составы объединяют в себе свойства нескольких типов сталей.

Аустенитно-ферритные — включают невысокий процент никеля, при этом на долю хрома приходится больше 20%. Легирование производится медью, а также ниобием и титаном. Такие сплавы легко выдерживают ударные нагрузки. Их отличает пластичность и стойкость к коррозии межкристаллического типа.

Аустенитно-мартенситные — содержат меньше хрома, от 12 до 18%, а никеля — от 3,5 до 7,5%. Укрепление производится путём закалки при температуре свыше 970 гр. и дальнейшим отпуском при 400-500 гр. Такие сплавы характеризуются высокой текучестью, проявляют высокую свариваемость.

Маркировка

Маркировка коррозионноустойчивых сталей включает набор буквенных и цифровых обозначений в соответствии с ГОСТ. Стандарт предполагает следующую схему, рассмотрим на примере стали 12Х15Г9:

12 — доля углерода, вычисленная в сотых долях, в данном случае она составляет 0,12%;
Х — основной легирующий компонент хром;
15 — доля основного легирующего компонента, округленная до целого значения;
Г — дополнительный легирующий элемент;
9 — доля дополнительных легирующих металлов, округленная до целого значения.

Применение

В наши дни известно свыше 50 марок коррозионно-стойких хромоникелевых сплавов. Из них изготавливают трубный и плоский прокат, арматуру, швеллеры, балки, уголки профиль.

Помимо этого, нержавеющая сталь нашла широкое применение в авто-, авиастроении, а также в энергетической области промышленности.

Аустенитные материалы получили широкое применение при изготовлении изделий, идущих под сварку и холодную штамповку. В частности, из них производят:

строительные резервуары;
трубы;
установки для нефтяных вышек и очистительных систем;
турбины и другие механизмы, эксплуатируемые в воде;
силовые агрегаты для энергетической отрасли;
детали для самолетов и автомобилей;
оборудование для пищевых продуктов;
фармакологическую и медицинскую технику;
сварные металлоконструкции;
метизы.

Примерами таких сплавов по ГОСТ являются такие.

12Х18Н10Т — сплав содержит добавки никеля и титана. Используется для изготовления оборудования для нужд химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
12Х18Н10Т — востребован при создании трубопроводов.
12Х15Г9НД — содержит никель, марганец и медь. Нашла своё применение в создании емкостей и трубопроводов, работающих с растворами умеренной агрессивности.

Мартенситная сталь востребована при производстве металлоизделий, предназначенных для работы в агрессивных средах в условиях низкой либо средней интенсивности.

Благодаря упругости, из нее производят пружины, а также фланцы и валы.

Такие составы нашли применение в производстве режущих поверхностей для пищевой и химической промышленности.

К мартенситным сталям относят:

20Х13, 30Х13 – используется для изготовления бытовой техники;
14Х17Н2 — состав с никелем, подходит для изготовления компрессоров и другого оборудования, эксплуатируемого при низкой температуре, а также в агрессивных средах.

Сплавы ферритной группы нашли применение в таких отраслях:

химическая и нефтехимическая сфера;
энергетика;
тяжёлое машино- и станкостроение;
приборостроение;
медицинская отрасль;
выпуск бытовой техники;
пищевая отрасль.

К ним относятся следующие типы стали:

08Х13 – используется для изготовления кухонной утвари;
12Х13 – подходит для хранения и транспортировки спиртосодержащих жидкостей;
12Х17– сплав с высокими жаропрочными характеристиками – в резервуарах, изготавливаемых из него, производят обработку продуктов питания на высоких температурах.

Обработка

Сварка любых противокоррозийных сталей имеет свои особенности. В первую очередь, при выполнении сварки необходимо предотвращать риск выгорания элементов и связанные с ним изменения химического состав. Из-за низкой теплопроводности сталей (до 50% от обычных) может возникать опасность перегрева участка сварки. Такой металл проявляет высокое удельное электрическое сопротивление.

Это значит, что под действием теплового расширения могут возникнуть деформации.

При ручной работе более востребована аргоно-дуговая сварка при помощи вольфрамовых неплавящихся электродов с подачей присадочной проволоки ручного типа. Чуть менее распространена полуавтоматическая сварка в среде защитного газа плавящимся электродом или сварка штучными электродами. При использовании автоматических технологий прибегают к сварке плавящимся или угольным электродом, при этом в качестве защитной среды используется углекислый газ либо аргон. Для сваривания тонких металлов предпочтение отдается электросварке в импульсном режиме. Газовая ацетилено-кислородная сварка коррозионных стали возможна, но в наши дни она практически не используется.

Повышение качества

Современная промышленность разработала много методов, позволяющих защитить металл от коррозии. В этом случае на поверхность изделия тонким слоем наносят металл, выполненный из коррозионностойкой стали с предварительным обезжириванием. Такое покрытие делает поверхность металлических изделий стойким к воде и агрессивным растворам.

Выделяют два варианта таких покрытий — анодное и катодное. Для железоуглеродистых сталей в качестве анодного покрытия используют цинк и кадмий. Во влажной среде они покрываются тонким слоем белой углекислой соли, создающей эффективную защиту от разрушительных процессов.

Цинковое покрытие используют для защиты труб, резервуаров и арматуры от действия горячих жидкостей и воды.

Наносить металлические покрытия можно разными способами.

Горячий метод — предполагает погружение изделия в расплавленный металл. После этого заготовку вынимают и охлаждают. Такая техника эффективна при устройстве покрытий на пищевых котлах, водопроводных трубах и кровельного железа.
Гальванизация — металлоизделия размещают в гальваническую ванну, где под воздействием переменного тока на поверхности возникает катодное осаждение пленки защищающего металла.

Создать покрытия также можно методом распыления расплавленного металла. Этот вид защиты востребован при обработке железнодорожных мостов и прочих крупных габаритных конструкций. В качестве основного защитного материала используют коррозионностойкие стали.

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.

Почему ржавеет нержавейка?

Почему ржавеет нержавейка? Причины коррозии нержавеющей стали

Возникновение ржавчины на нержавеющей стали ставит в ступор многих людей. Если материал носит название «нержавеющая сталь», то почему же нержавейка может окисляться, темнеть, чернеть и ржаветь? На самом деле, при неправильной обработке детали или при нарушенной эксплуатации, ржавчина может появиться даже на самой качественной нержавеющей стали.

Если в составе нержавейки не больше 10% хрома, то исключить появление коррозии практически невозможно. Даже на поверхности аустенитной стали, в которой находится 20% хрома и 8% никеля, может образоваться ржавчина. Для того чтобы продлить срок службы детали из нержавеющей стали, необходимо понять, как правильно пользоваться материалом и исключить возникновение дефектов структуры.

Какая «нержавеющая» сталь не будет ржаветь

Снизить риск и недопустить ржавление на нержавеющей стали можно при добавлении специальных химических элементов в состав сплава: это могут быть хром, никель, вольфрам, ванадий, молибден, кремний, марганец, титан. Такая сталь будет называться легированной. Изменение состава сплава приводит к улучшению физических свойств стали. Легированный материал приобретает качества, которых нет у обычной углеродистой стали, и избавляется от ее недостатки. При должной эксплуатации такая нержавейка не будет ржаветь. Готовые изделия из нержавейки безопасны для применения даже в пищевой и медицинской сфере, такая продукция экологична и отвечает всем требованиям безопасности.

В зависимости от пропорций содержания добавок выделяют низколегированную, среднелегированную и высоколегированную сталь. Высоколегированная сталь является наиболее популярным вариантом для применения в разных сферах промышленности. Сплав противостоит возникновению коррозии нержавейки в агрессивных средах и атмосфере. Улучшенные качества металлу придают легирующие добавки, в первую очередь это хром и никель. От процента содержания химических элементов зависит марка нержавеющей стали, ее антикоррозийные свойства и внешний вид.

Аустенитная нержавеющая сталь. Стали этой группы широко используют в промышленности для изготовления крепежных деталей. Сплав немагнитный. Хорошо подвергается сварке и тепловой обработке. В составе может быть 15-20% хрома и 5-15% никеля. Процентное содержание добавок зависит от марки нержавейки.

Ферритные марки нержавейки. За счет низкого содержания углерода ферритные стали становятся более мягкими и пластичными. Сплавы этой группы обладают магнитными свойствами. Их часто применяют для изготовления деталей, взаимодействующих с агрессивной средой, т.к. ферритные сплавы имеют высокий уровень устойчивости к образованию коррозии.

Мартенситные марки нержавейки. Группа сплавов с повышенным содержанием углерода, что делает сталь наиболее прочной и твердой. Некоторые марки могут быть магнитными. Эта группа наименее коррозионностойкая. Используется, например, для изготовления столовых и режущих приборов.

Комбинированные марки. Эта группа сталей сочетает в себе достоинства сразу нескольких групп.

Преимущества нержавеющих сталей:

Долгий срок службы при правильной эксплуатации;
Простота изготовления;
Устойчивость к коррозии;
Прочность;
Гигиеничность и экологическая безопасность;
Эстетичный внешний вид.

В каких сферах промышленности используется нержавеющая сталь:

Архитектура и строительство;
Изготовление бытовых приборов;
Пищевая промышленность;
Целлюлозно-бумажное производство;
Нефтехимическая и химическая промышленность;
Домашнее хозяйство;
Энергетика;
Охрана окружающей среды;
Машиностроение.

Условия и причины разрушения защитного слоя нержавеющей стали

Нержавейка получает свои улучшенные качества при добавлении легирующих элементов в состав сплава. В основном этими добавками служит хром, никель, молибден. В первую очередь за антикоррозийные свойства отвечает хром, чем больше его в составе, тем лучше формируется антикоррозийный слой на поверхности металла. Атомы хлора вступают в реакцию с кислородом, впоследствии чего образуется оксидная пленка.

Соответственно, больше всего подвержены коррозии те сплавы, в которых меньше легирующих добавок в составе, в частности хрома и никеля.

Внешний слой сплава может портиться от контакта с железом. Это возможно, например, при неправильной сварке, когда на поверхность попадают частички железа. Если после этого плохо провести обработку детали, на сварочном шве появятся коррозионные вкрапления, которые впоследствии будут увеличиваться.

Разрушение защитного слоя на нержавейке и возникновение коррозии обусловлено несколькими факторами:

Неправильная обработка поверхности металла. При нарушенной технологии сварки или шлифовки детали образуются микродефекты, которые приводят к разрушению оксидной пленки.
Использование некачественных материалов. Это относится к низкосортной стали, когда экономия денег сказывается на качестве сплава.
Неправильная эксплуатация.

Во избежание возникновения ржавчины на нержавейке следует тщательно подходить к выбору предприятия, занимающимся изготовлением и продажей нержавейки. Обязательным критерием выбора должен послужить опыт работников и заключение договора с гарантийными условиями.

Если вам поступило предложение купить нержавейку по цене ниже рыночной, то стоит задуматься о качестве материала.

Виды коррозии нержавеющей стали

Основными разновидностями коррозии являются:

Общая коррозия. Данный вид характеризуется разрушением оксидной пленки на всей поверхности стали. В зависимости от характера распространения такая коррозия может быть равномерной или неравномерной. При проникновении галогенов (фтора, хлора, брома, йода) через защитный слой начинается активный процесс образования ржавчины на нержавеющей стали. Общая коррозия может возникнуть даже от простой водопроводной воды, ведь в ее составе присутствуют химические частицы, способные разрушить оксидную пленку. Поэтому при чистке нержавейки нельзя использовать хлорсодержащие средства. Для очистки поверхности нержавеющей стали следует применять только специальные чистящие средства. Они должны соответствовать требованиям СанПиН, СНиП и ГОСТ. Уровень рН должен находиться в пределах 7,2 — 7,6.
Щелевая коррозия. Возникает при образовании небольшого зазора в деталях из нержавеющих сталей. Этот процесс можно заметить, например, при использовании крепежных элементов в морской воде. Хлор, содержащийся в жидкости, смывает оксидную пленку. При отсутствии кислорода процесс продолжается стремительно.
Питтинг(он же язвенная коррозия, точечная коррозия). Проявляется при малейшем поражении защитного слоя и воздействии агрессивной среды на поверхность. В поврежденном месте сталь становится анодом, а пассивированная часть – катодом. В результате этого анод начинает быстрее растворяться, вызывая питтинговую коррозию нержавеющей стали.
Гальваническая коррозия. Гальванокоррозия похожа на точечный вид образования ржавчины. Данная электрохимическая коррозия нержавеющей стали возникает во время контакта разного типа металлов в агрессивной токопроводящей среде.
Межкристаллитная коррозия(она же мкк коррозия или транскристаллитная коррозия). Такой вид образования ржавчины возникает при сверхвысоких температурах, чаще всего при сварке.
Эрозионная коррозия. Возникает в результате воздействия на поверхность нержавейки абразивной жидкости, разрушающей защитный слой и приводящей к эрозии.

Как бороться с коррозией нержавеющей стали?

В первую очередь, сталь должна храниться и изготавливаться по особой технологии. На металлургических заводах должны соблюдаться все требования, относящиеся к эксплуатации нержавейки. Должны предотвращаться ситуации, в ходе которых частицы нелегированного металла могут попасть на нержавеющую сталь.

В целях защиты нержавеющей стали от коррозии требуется исключить близкий контакт стали с обычным металлом. Это правило касается и других инструментов, применяемых для изготовления деталей. Запрещено использовать металлическую щетку для зачистки поверхности необработанного металла на легированной стали.

Использование нержавеющей стали в соляной и серной кислоте приводит к образованию ржавчины, следовательно, необходимо исключить применение сплава в агрессивных средах.

Также для защиты нержавейки от коррозии следует добавлять в сплав легирующие компоненты, это повысит антикоррозийные свойства стали. Чем больше их процентное содержание, тем выше стойкость к коррозии.

Не рекомендуется также использовать хлорсодержащие средства для обработки и чистки поверхности.

Правила ухода за нержавеющей сталью

Нержавейка – долговечный материал, способный сохранять свой первоначальный внешний вид и технические характеристики долгое время. Главное, правильно за ней ухаживать. Для этого необходимо знать, что нужно делать в различных ситуациях.

Рекомендуется:

Во время механической обработки совершать движения вдоль линий или рисунка.
Использовать мягкие материалы для чистки поверхности. Даже использование бумажных салфеток может привести к целостному нарушению оксидной пленки, поэтому будьте аккуратны.
Если на поверхности имеются застарелые пятна, то для начала их следует размочить. Иначе механическое воздействие станет причиной появления царапин, а впоследствии и ржавчины на нержавейке.
Применять только специальные средства, предназначенные для очистки нержавеющей стали.
Жирные пятна удалять при помощи мыльного или спиртового раствора. "Мыть" нержавейку можно только органическими средствами.
Перед протиранием изделия пыль и другие мелкие частицы желательно стряхнуть кистью.

Запрещается:

Использовать абразивные средства;
Применять хлорсодержащие моющие средства;
Использовать твердые губки и мочалки;
Допускать контакт нержавейки с обычными углеродистыми сталями.

Все это приводит к разрушению защитного слоя нержавеющей стали и станет отличным поводом для образования коррозии на поверхности.

Также есть специфика ухода за нержавейкой в зависимости от текстуры материала.

Шлифованная нержавеющая сталь имеет микроцарапины на поверхности. В зависимости от их направления поверхность нержавейки можно разделить на несколько разновидностей:

Продольная шлифовка;
Поперечная шлифовка;
Хаотичная шлифовка;
Вибрейшн.

Для того чтобы произвести качественную очистку поверхности нержавеющей стали и не повредить защитный слой, следует совершать все движения по направлению микроцарапин. Не рекомендуется использовать круговые движения.

Текстурированная сталь имеет глубокий рисунок. За счет своей текстуры на ней менее заметны царапины, отпечатки и загрязнения. Правила ухода за таким видом нержавейки остаются теми же, что и за шлифованной поверхностью. Разница будет заметна только после очистки, так как текстурированная сталь остается чистой более долгое время.

Соблюдая рекомендации по уходу за нержавеющей сталью, вы обеспечите долгий срок службы изделиям и снизите риск возникновения коррозии. Регулярная обработка поверхности специальными средствами сохранит первоначальный внешний вид и будет способствовать восстановлению защитной оксидной пленки.

Оставьте заявку, чтобы бесплатно получить быстрый расчет стоимости интересующей Вас услуги. Менеджеры ответят на любой Ваш вопрос!

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: