Легированная сталь устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах

Обновлено: 28.04.2024

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!

Легированная (нержавеющая) сталь: марки стали и их характеристики

Нержавеющая сталь – это разновидность легированной стали, устойчивость к коррозии которой достигается за счет содержания не менее 10,5% хрома и низкого содержания углерода. В присутствии кислорода образуется оксид хрома, который создает на поверхности стали инертную пленку, защищающую все изделие от неблагоприятных воздействий. Легированная (нержавеющая) сталь отличается высокими характеристиками коррозионной стойкости, устойчивости к агрессивным средам, пластичности и прочности. Она применяется для производства самой разнообразной продукции – от медицинских инструментов до крупных строительных конструкций.

"Нержавейка" - это обобщенное название сталей с повышенной стойкостью к коррозии, но не каждая марка нержавеющей стали демонстрирует равную устойчивость хромоксидной пленки к механическим и химическим повреждениям. Под разные задачи путем комбирирования легирующих элементов и их % состава, были разработаны специальные марки нержавеющей стали и сплавов. Классификация нержавеющих сталей немного отличается в зависимости от стран, но в целом схожа и построена на одних принципах. Исходя из химического состава, свойств и внутренней структуры металла выделяют такие типы:

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

Российский рынок металла предлагает различные марки нержавеющей стали для применения в нефтегазовой, химической, пищевой, энергетической и др. отраслях промышленности и представлен несколькими крупными "игроками", такими как ГК “ФЕРРИТ”, металлоторговая компания “Континенталь”, группа компаний “Илеко”, “Глобус-Сталь” , которых ООО "Инициатива" может рекомендовать исходя из опыта поставок, и множеством мелких компаний. Ниже приведены марки нержавеющей стали, наиболее часто используемые в химическом машиностроении (российские марки стали и их зарубежные аналоги :

08Х13, (0Х13 ЭИ496, AISI 409) – это сталь удачно сочетает сразу несколько важных параметров, такие как высокая прочность и хорошие механические свойства, повышенная устойчивость к воздействию климатической коррозии легкость обработки, пластичность, возможность использовать для обработки несколько вариантов – вытяжку, штамповку, перфорацию. При этом данная сталь имеет серьёзные ограничения по применению - из неё производят изделия, не испытывающие в процессе своей эксплуатации ударные нагрузки, а также воздействие низких температур, например, внутренние устройства колонн.

12Х15Г9НД (AISI 201) - предоставляет значительно более выгодное соотношение цена-качество по сравнению с аналогичными по свойствам классическими марками нержавейки, так как в ней дорогой никель частично заменен на марганец и азот. Выгодно сбалансированный химический состав делает характеристики нержавейки AISI 201 не уступающими AISI 304 и AISI 321 и постепенно догоняет их по популярности. При Т>1260°С легко поддается ковке и высадке. Поковки можно охлаждать на воздухе. В холодном состоянии обрабатывается также легко . Очень прочная и пластичная при глубокой вытяжке, изгибе, штамповке и высадке. Деформационно упрочняется при холодной обработке подобно сталям типа 12Х18Н10Т. Без затруднений сваривается дуговой сваркой с использованием защитной атмосферы. Данная сталь нашла свое применение в медицинской и пищевой промышленности. Используется также при изготовлении круглых и профильных труб, которые требуются для создания перил, поручней и ограждений.

08Х18Н10, 08Х18Н9 (AISI 304) - наиболее распространённая и востребованная во всех отраслях промышленности, эта нержавейка снискала славу «пищевой», так как её химический состав и свойства делают ее наиболее подходящей для применения в пищепроме. Отличается высокой прочностью, упругостью, легко поддается сварке, показывает высокие характеристики коррозийной стойкости в агрессивных средах. Эту сталь часто выбирают для химической, фармацевтической, нефтяной и текстильной промышленности.

10Х17Н13М2 (AISI 316) – улучшенный вариант AISI 304 за счёт добавления молибдена, что повышает антикоррозионную устойчивость и способность к сохранению свойств в агрессивных кислотных средах, а также при высоких температурах. Находит применение в химической, нефтегазовой и судостроительной промышленности.

10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т (AISI 316Тi) - эта марка стали нержавейки по сравнению с AISI 316 дополнительно легирована небольшим количеством титана, повышающего прочность материала, делающего его устойчивым к высоким температурам, а также к ионам хлора. Используется в сварных конструкциях, для изготовления лопастей газовых турбин, в пищевой и химической промышленности.

12-08Х18Н10Т (AISI 321) Нержавеющая сталь, характеристики которой обусловлены присутствием в химическом составе титана. Легко поддается сварочной обработке, устойчива к температуре до 800°С. Широко востребована для изготовления бесшовных труб, а также трубопроводных фитингов — фланцев, тройников, отводов и переходов.

06ХН28МДТ (.0Х23Н28М3Д3Т ЭИ943, AISI 904L) – сплав данной марки оптимально подходит для создания сварных конструкций, которые будут в дальнейшем эксплуатироваться при температурах до 80 °С в серной кислоте различных концентраций, за исключением 55 %-ной уксусной и фосфорной кислот.

20X23H18 (AISI 310S) - жаропрочная нержавеющая сталь хорошо поддается формоизменению и имеет хорошую свариваемость, что обуславливает ее широкое применение в производстве. AISI 310S обладает так же свойствами устойчивости к окислению в силу особенностей состава и повышенной жаропрочностью, так как выдерживает высокие температуры в различных средах. Из нее изготавливают различное оборудование для химической и нефтяной промышленности: установки для конверсии метана, пиролиза, газопроводы, камеры сгорания, а также для производства нагревательных элементов.

12Х17 (AISI 430) - это нержавейка с высоким процентом хрома и низким – углерода, что способствует высокой прочности и одновременно пластичности. Является экономичным вариантом коррозийнностойкого материала, идеален для штамповки, деформации и перфорации, хорошо гнется и сваривается. Данная сталь сохраняет свои свойства в коррозионно опасных и серосодержащих средах, устойчива к резким перепадам температуры. Используется в нефтегазовой промышленности, а также в качестве декоративного материала для отделки зданий и помещений.

Нержавеющие стали AISI-304 -321 -316L: технический обзор

Красноломкость - свойство металлов давать трещины при горячей обработке давлением (ковка, штамповка, прокатка) в области температур красного или жёлтого каления (850-1150°C).

Хладноломкость - склонность металла растрескиваться и ломаться при холодной механической обработке.

Определение нержавеющей стали

Нержавеющая сталь (коррозионностойкие стали) - легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.

Классификация

Нержавеющие стали делят на 3 группы:

1. Коррозионностойкие стали - от них требуется стойкость к коррозии в несложных промышленных и бытовых условиях (из них можно изготавливать детали оборудования для нефтегазовой, легкой, машиностроительной промышленности, хирургические инструменты, бытовую нержавеющую посуду и тару).

2. Жаростойкие стали - от них требуется жаростойкость, то есть стойкость к коррозии при высоких температурах в сильно агрессивных средах, например, на химических предприятиях.

3. Жаропрочные стали - от них требуется жаропрочность, то есть хорошая механическая прочность при высоких температурах.

По химическому составу нержавеющие стали делятся на 3 группы:

1. Хромистые

Мартенситные;
Полуферритные (мартенисто-ферритные);
Ферритные.

2. Хромоникелевые

Аустенитные;
Аустенитно-ферритные;
Аустенитно-мартенситные;
Аустенитно-карбидные.

3. Хромомарганцево-никелевые

Стали марки AISI-304 -321 -316L относятся к хромоникелевым сталям, аустенитному классу высоколегированных сталей, образующих при кристаллизации преимущественно однофазную аустенитную структуру γ-Fe c гранецентрированной кристаллической (ГЦК) решеткой, которая сохраняет форму при охлаждении материала до криогенных температур. Содержание другой фазы - высоколегированного феррита (δ-Fe с объёмно-центрированной кристаллической (ОЦК) решеткой) изменяется от 0 до 10%.

Это позволяет использовать аустенитные стали в качестве коррозионностойких, жаропрочных, жаростойких, криогенных конструкционных материалов в химических, теплоэнергетических и атомных установках, где они подвергаются совместному сочетанию воздействия напряжений, высоких температур и агрессивных сред.

Обозначения стандартных нержавеющих сталей по AISI включают в себя три цифры и следующие за ними в ряде случаев одну, две или более буквы. Первая цифра обозначения определяет класс стали. Так, обозначения аустенитных нержавеющих сталей начинаются с цифр 2ХХ и 3ХХ, в то время как ферритные и мартенситные стали определяются по классу 4ХХ.

Дополнительные буквы, следующие за цифрами, используемые для обозначения нержавеющих сталей по AISI означают:

Низкое содержание углерода

Нормальное содержание углерода

Повышенное содержание серы и фосфора

Расширенный интервал содержания углерода

Основным преимуществом сталей аустенитного класса AISI-304 -321 -316L являются их высокие эксплуатационные характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения.

Теоретически изделия из аустенитных нержавеющих сталей при нормальных условиях - немагнитные, но после холодного деформирования (любой механической обработки) могут проявлять некоторые магнитные свойства (часть аустенита превращается в феррит).

Таблица стандартов

Различия сталей AISI

AISI-304

Аустенитная, с низким содержанием углерода. Модификация стали AISI-304 имеет широкую сферу применения и большой спрос у потребителей, поскольку является универсальным продуктом. AISI-304 обладает лучшими (относительно других марок) показателями по свариваемости, сопротивлению коррозии и окислению. Сталь этой марки обладает отличными низкотемпературными свойствами и одновременно рекомендована к использованию при высоких температурах. Среди множества других сплавов ее также выделяют механические свойства, химический состав и относительно невысокая стоимость. AISI 304 обладает высокой пластичностью для таких операций механической обработки как прокат, волочение.

AISI-316L

Сталь аналогичная AISI-304 с очень низким содержанием углерода и добавлением молибдена около 2,5%. Стальной сплав AISI-316L представляет собой оптимизированный вариант версии AISI-304, который дополнительно обогащен молибденом. Для этого сплава характерно более высокое содержание никеля. Данная версия стали имеет в разы большую способность к сопротивлению коррозии в агрессивных средах. В условиях паров уксусной кислоты, едкого хлора или морской воды добавление молибдена позволяет стали приобрести устойчивость к различным видам коррозии, среди которых можно назвать, в том числе, питтинговую (точечную) и щелевую. Более низкая общая коррозионная устойчивость в относительно малоагрессивных средах позволяет показывать прекрасное сопротивление коррозии в загрязненном воздухе и в приморской зоне.

AISI-321

Хромоникелевая сталь с добавкой титана (Ti). Модификация стали AISI-321 обладает отличными характеристиками устойчивости к коррозии и высоким температурам, однако при этом она недостаточно сопротивляется воздействию серосодержащих сред. Данную сталь рекомендуется использовать при температурах от 600°С до 800°С. Стоит отметить, что срок ее службы может быть очень длительным. Сталь AISI321 не подвержена межкристаллитной коррозии, поскольку в ее составе есть титан, применяемый для придания сплавам высокой твердости. Особое внимание стоит обратить на то, что в сваренном состоянии сталь AISI-321 не должна применяться в чрезмерно кислых агрессивных средах. Сталь более устойчива к механическому воздействию в отличии от AISI-304 -316L.

Применение сталей AISI

Это наиболее распространенная в применении сталь. Она обладает высокой пластичностью, что позволяет широко использовать AISI-304 в штампованных изделиях с высоким уровнем вытяжки и сложным рельефом, например при изготовлении моек, раковин и тому подобных предметов быта. Благодаря низкому содержанию углерода сталь AISI-304 обладает улучшенными сварочными характеристиками.

Пищевая промышленность: изготовление различных емкостей, передающих устройств. Изготовление дымоходов, систем дымоудаления и вентиляции. Практически во всех молочных и пивоваренных производствах используется сталь AISI-304 в качестве основного материала для изготовления оборудования, инструмента и приборов.

Вторыми по значимости отраслями промышленности, которые без преувеличения не могут обойтись без стали AISI-304, можно назвать фармацевтическую и медицинскую. В этих отраслях AISI-304 применяют при производстве медицинского и фармакологического оборудования и инструмента, имплантатов и медицинской мебели.

Самый большой объем потребления стали AISI-304 приходится на нефтехимические и химические производства. Благодаря высокой сопротивляемости агрессивным средам трубы из AISI-304 в этих отраслях применяются повсеместно. Также, в нефтегазовой сфере большой объем потребления приходится на производство скважинных фильтров, плоских щелевых решеток, плоских щелевых сит, которые изготавливаются из профилированной нержавеющей проволоки.

Из-за своего выдающегося сопротивления коррозии и окислению, выдающихся механических свойств и технологичности, AISI-316 применяется во многих секторах промышленности. Некоторые из них включают: баки и судна для хранения коррозионных жидкостей, специализированное промышленное оборудование в химическом, продовольственном, бумажно-целлюлозном, горнодобывающем, фармацевтическом и нефтехимическом секторах экономики, архитектурные конструкционные элементы, находящиеся в коррозионных средах.

Нержавеющая сталь AISI-321 применяется во многих областях производства.

Машиностроение и металлообработка: для изготовления деталей механизмов и машин.

Пищевая и химическая промышленность: для изготовления резервуаров и трубопроводов (труб и трубопроводной арматуры), контактирующих с кислыми и щелочными средами, в том числе, с продуктами питания.

Производство оборудования, работающего в диапазоне высоких температур: печной арматуры, теплообменников, корпусов тепловых и паровых котлов.

Нефтегазовая промышленность: для производства емкостей и цистерн высокой прочности, предназначенных для хранения веществ (сжатых и сжиженных газов) под давлением.

Монтаж сварных конструкций (опор, колонн, балок), взаимодействующих с агрессивными средами.

Значение химических элементов, присутствующих в нержавеющих сталях AISI

углерод

С увеличением содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита - очень твердой и хрупкой фазы. Твердость цементита превышает твердость феррита примерно в 10 раз, поэтому прочность и твердость стали растут с повышением содержания углерода, а пластичность и вязкость, наоборот снижаются.

кремний

Содержание кремния как технологической примеси обычно не превышает 0,37%. Кремний как технологическая примесь влияния на свойства стали не оказывает. В сталях, предназначенных для сварных конструкций, содержание кремния не должно превышать 0,12-0,25%.

марганец

Марганец вводят в стали как технологическую добавку для повышения степени их раскисления и устранения вредного влияния серы. Марганец считается технологической примесью, если его содержание не превышает 0,8%. Марганец как технологическая примесь существенного влияния на свойства стали не оказывает.

фосфор

Пределы содержания фосфора как технологической примеси составляют 0,025-0,045%. Фосфор, как и сера, относится к наиболее вредным примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания, даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает текучесть, хрупкость и порог хладноломкости, снижает пластичность и вязкость. Вредное влияние фосфора особенно сильно сказывается при повышенном содержании углерода.

Вредная примесь. Повышение содержания серы существенно снижает механические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластичность, ударную вязкость, сопротивление истиранию и коррозионную стойкость. При горячем деформировании сталей и сплавов большое содержание серы ведет к красноломкости. Кроме того, повышенное содержание серы снижает свариваемость готовых изделий.

Азот увеличивает прочность и твердость стали, но снижает пластичность. Повышенное количество азота вызывает деформационное старение. Старение медленно развивается при комнатной температуре и ускоряется при нагреве до 250°С.

Основной легирующий элемент, обеспечивающий коррозионную стойкость стали в любых средах, в том числе окислительных. Хром образует на своей поверхности защитную оксидную пленку и благодаря этому приобретает высокую химическую стойкость. При добавлении хрома в сталь с концентрацией не менее 11,7 % он прочно соединяется с железом и придает ему антикоррозионные свойства, причем эти свойства увеличиваются пропорционально содержанию хрома.

никель

В сталях является элементом, способствующим образованию и сохранению аустенита. Никель повышает упрочняемость сталей. В комбинации с хромом и молибденом никель еще больше повышает способность сталей к термическому упрочнению, способствует повышению вязкости и усталостной прочности сталей. Растворяясь в феррите, никель повышает его вязкость. Никель увеличивает сопротивление коррозии хромоникелевых аустенитных сталей в неокисляющих кислотных растворах.

молибден

Молибден повышает коррозионную стойкость сталей и поэтому широко применяется в высоколегированных ферритных нержавеющих сталях и в хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталях. Высокое содержание молибдена снижает склонность нержавеющей стали к точечной (питтинговой) коррозии. Молибден оказывает очень сильное упрочнение твердого раствора аустенитных сталей, которые применяются при повышенных температурах.

титан

Титан повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Металлы нержавеющей стали

Нержавеющая сталь — легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.

Нержавеющие стали делят на три группы:

Коррозионностойкие стали — от них требуется стойкость к коррозии в несложных промышленных и бытовых условиях (из них можно изготавливать детали оборудования для нефтегазовой, легкой, машиностроительной промышленности, хирургические инструменты, бытовую нержавеющую посуду и тару).
Жаростойкие стали — от них требуется жаростойкость — то есть стойкость к коррозии при высоких температурах в сильно агрессивных средах (напр. на химических заводах).
Жаропрочные стали — от них требуется жаропрочность — то есть хорошая механическая прочность при высоких температурах.

Металл хром был получен еще в 1797 году французским химиком Л.Вокленом ,и происходит от греческого «хромос» — красить. Он имеет серо – стальной цвет, очень твердый, тугоплавкий ( Т-плавления +1877 гр.С),химически мало активный (т.е. устойчив против коррозии).Вместе с другими элементами хром является важнейшим легирующем элементов при производстве различных видов сталей. Добавка до 3% хрома (30 кг на 1 т.) к углеродистым сталям повышает их механические свойства, добавка 10-18% хрома позволяет получить нержавеющую сталь.

Одна из наиболее широко распространенных и применяемых ферритных хромистых сталей, это нержавеющая сталь марки AISI 430.

Она имеет хорошие прочностные и механические характеристики, что обеспечивается высоким содержанием хрома и низким содержанием углерода; хорошо деформируется, используется в процессах вытяжки и штамповки. В отличие от аустенитных никельсодержащих сталей, низкоуглеродистые хромистые ферритные стали устойчивы к процессам коррозии в различных серосодержащих средах. Поэтому изделия из стали AISI 430 могут быть использованы в системах для перекачивания газа, нефти и чистых нефтепродуктов. Конструкции из AISI 430 меньше изменяют размеры при колебаниях температур.

Как химический элемент он был открыт в 1775 году шведским химиком А.Кронстедтом. Чуть позже когда был получен относительно чистый никель, были изучены и описаны его свойства, такие как ковкость сопротивляемость коррозии, жаростойкость, пластичность и магнитные свойства. В то время никель считался «драгоценным» металлом. Никель добывали из различных никелевых минералов, один из которых назывался «никелин», а также имел еще два названия – «красный никелевый колчедан» и «купферникель»(медный дьявол). Это название возникло потому, что в средние века саксонские рудокопы принимали этот минерал за медную руду, но выплавить медь не могли, как не старались (ведь Т-плавления никеля почти на +400 гр.С выше, чем у меди, около +1450 гр.С). И когда швед Кронстедт открыл в этом минерале новый элемент, он дал ему название никель(дьявол),отбросив «купфер». Никель это серебристо-белый тугоплавкий металл. По плотности и теплопроводности очень близок к железу, но химически мало активен (не окисляется на воздухе до Т+500 гр.С), стоек против кислот ,воды, щелочей, аммиака, различных солей, растворов органический веществ, красителей и лаков. Благодаря этим особенностям никель незаменим в металлургии при производстве различных видов легированных сталей и сплавам.

Сталь марки АISI 304 является универсальной и широко используемой из всех марок нержавеющих сталей, аустенитного класса. Характеризуется низким содержанием углерода. Легко поддается сварке, устойчива к

межкристаллитной коррозии. Высокая прочность при низких температурах. Поддается электрополировке. Используется в установках для пищевой, химической, нефтяной, фармацевтической и бумажной промышленности, производства емкостного оборудования.

Титан сравнительно новый металл, яркого серовато-серебристого цвета. Он был открыт англичанином У.Грегори в 1781 г., и вторично в 1795 г. немецким химиком М.Клапротом, назвавшим его титаном (в честь мифологических сыновей Земли). Он обладает целым рядом свойств, делающих его практически вечным. Но оказалось, что качество металла очень зависит от его чистоты (например особо чистый – это когда основной материал более 99,999%, «три девятки»). Он имеет прочность легированной стали, но вдвое легче ее, и в отличие от стали пластичен, немагнитен, термостоек (Т-плавления +1668 гр.С), не теряет прочность при нагревании и очень устойчив против коррозии. Титан не поддается агрессивным жидкостям, стоек к морской воде. Присадка до 0,1% в сталь намного увеличивает ее твердость и эластичность, и придает хорошие антикоррозийные свойства. Характерные представители это нержавеющие стали марок AISI 316T1 и AISI 321, аустенитного класса.

Наличие титана (Ti), в пять раз превышающее содержание углерода, обеспечивает стабилизирующий эффект в отношении осаждения карбидов хрома (Cr) на поверхность кристаллов. Хромоникелевая сталь AISI 321 с добавкой титана (Ti), особенно рекомендуется в изготовлении

сварных конструкций и для использования при температурах между 400°С и 800°С. Устойчива к коррозии. Применяется в различных областях промышленности (нефтяная, пищевая, атомная, химическая).

Впервые молибденовая сталь была выплавлена на Путиловском заводе в Питербурге в 1886 году. Уральский металлург Амосов, расшифровывая загадку древних самурайских мечей, выяснил, что в состав их сплавов входит молибден. При армировании им крепость никеля и кобальта повышается в 20 раз, а титана почти в 100 раз. Молибден имеет серебристо-белый цвет, по своим качествам похож на вольфрам, такой же тугоплавкий (Т-плавления 2620 гр.С), прочный, тягучий и ковкий.

Примерно 90 % добываемого металла используется в металлургии, в качестве легирующей добавки в стали и специальные сплавы. Стали с молибденом различают на конструкционные стали общего назначения и стали специального назначения ( с расходом от 2 до 10 кг на 1 т.стали). К последним относятся нержавеющие стали, жаропрочные и режущие. К нержавеющим сталям с добавлением молибдена относятся стали марки AISI 316 и AISI 316L, аустенитного класса Нержавеющая сталь AISI 316

это улучшенная версия AISI 304 (), что делает ее особенно устойчивой к воздействию коррозии. Технические свойства этой стали при высоких температурах гораздо лучше, чем у аналогичных сталей, не содержащих молибден (Mo), который делает сталь более защищенной от питтинговой коррозии в хлористой среде, морской воде и парах уксусной кислоты).

Сталь AISI 316L аналогичная AISI 316 с очень низким содержанием углерода. Особенно подходит для изготовления сварных конструкций.

Обладает высокой устойчивостью к межкристаллитной коррозии, применяется в температурных режимах до 450°С.

AISI 316 и 316L используются для химического оборудования, инструментов, вступающих в контакт с морской водой и атмосферой, при изготовлении оборудования для проявления фотопленок, в установках для переработки пищи, различных емкостях, трубах и других деталей.

В 1801 году английский химик Ч.Хатчет сделал химический анализ образца тяжелого черного минерала с золотистыми прожилками слюды, привезенный из Северной Америки. Наряду с другими известными элементами выделил совершенно новый элемент, назвав его колумбием. ( в честь реки Колумбии, из долины которой он был доставлен) В 1844 г. немецкий химик Г.Розе доказал, что минерал колумбий содержит два элемента близнеца – тантал и колумбий, причем последнему он присвоил имя ниобий (Ниоба в греческой мифологии дочь тантала, богиня сомнений и страданий).Сам ниобий – это серовато-голубой металл, твердый и тугоплавкий ( Т-плавления +2469 гр.С), очень ковкий. Добавка ниобия к сталям и сплавам повышает их прочность и пластичность в условиях высоких температур. Применяется в хирургии.

Рассмотрим нержавеющую сталь UGINOX F 18 MT, из которой производятся электроводонагреватели норвежской фирмы OSO. Это ферритная нержавеющая сталь, содержащая ниобий и титановый сплав, стабилизированная молибденом с 18% хрома. Основные особенности:

История этого металла такова. В средние века в Саксонии добывали серебро, медь и другие металлы. Часто горняки встречали руду явно не серебряную, но очень похожую на нее. Получить серебро не удавалось, а во время обжига выделялся ядовитый газ, отравляя рудокопов. Руду стали называть «кобальдом»,по имени коварного горного духа, якобы поселившегося в этом металле. Сам металл кобальт выплавил шведский химик Г.Брандт только в 1735 году, назвав его «корольком кобольда», затем уже превратившись в кобальт. Кобальт достаточно тугоплавкий металл ( Т-плавления +1493 гр.С), ковкий, тягучий, устойчивый к коррозии (только при +300 гр.С покрывается тонкой пленкой оксида). А также кобальт имеет очень высокую точку Кюри (т.е. ту температуру, при которой металл перестает быть магнитом), которая достигает +1121 гр.С. Эта особенность привела к тому, что кобальт входит составной частью в магнитные стали, работающих при разных термических режимах и устойчивые к коррозии.

Читайте также: