Сравнение коррозионной стойкости сталей
Обновлено: 16.05.2024
Поверхностное разрушение металла под действием внешней среды называется коррозией.
Чистое железо и низколегированные стали неустойчивы против коррозии в атмосфере, в воде и многих других средах, так как образующаяся пленка окислов недостаточно плотна и не изолирует металл от химического воздействия среды. Некоторые элементы повышают устойчивость стали против коррозии, и таким образом можно подобрать сталь, практически не подвергающуюся разрушению в данной среде.
При введении таких легирующих элементов происходит скачкообразное повышение коррозионной стойкости. К примеру, введение в сталь более 12% хрома (Cr) делает ее коррозионностойкой в атмосфере и во многих других промышленных средах. Стали содержащие менее 12% Cr, практически в столь же большой степени подвержены коррозии, как и железо. Стали содержащие 12-14% Cr, ведут себя как благородные металлы: обладая положительным электрохимическим потенциалом, они не ржавеют и не окисляются на воздухе, в воде, в ряде кислот, солей и щелочей.
Хромистые нержавеющие стали
Хромистые нержавеющие стали применяют трех типов: 13, 17 и 27% Cr в зависимости от требований имеют различное содержание углерода.
Стали с более 17% Cr имеют иногда небольшие добавки титана и никеля, которые вводят для улучшения механических свойств. Помимо этого стали с таким содержанием хрома обладают высокой коррозионной стойкостью вплоть до температуры 900 ºС.
Стали с содержанием хрома 13% более распространенные и наименее дорогостоящие, их применяют для бытовых назначений и в технике. Эти стали хорошо поддаются сварке. Сплавы с низким содержанием углерода пластичны, с высоким - обладают высокой твердостью и повышенной прочностью, из них изготавливают детали повышенной прочности и износоустойчивости (хирургический инструмент, подшипники, пружины и другие детали, работающие в активной коррозионной среде).
Аустенитные стали
Введение достаточного количества никеля (Ni) в хромистую сталь обеспечивает лучшую механическую прочность, делает сталь более коррозионностойкой и не хладноломкой. Нержавеющие стали с 18% Cr и 10% Ni получили наиболее широкое распространение в машиностроении.
Для того, чтобы повысить сопротивление коррозии в кислотах в сталь вводят молибден и медь, особенно молибден с медью при одновременном увеличении содержания никеля. При необходимости, чтобы иметь еще и высокие механические свойства вводят титан и алюминий.
Более высокую коррозионную стойкость имеют никеливые сплавы типа хастеллой 80% Ni и 20% Mo (сплавы НИМО) с дополнительным легированием.
Титан
Титан (Ti) имеет высокую удельную прочность, благодаря чему сплавы на его основе получили широкое применение в технике, особенно в тех областях, где важное значение имеет масса (авиация, ракетостроение и др.). Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в большом количестве агрессивных сред, превосходя зачастую в этом отношении нержавеющую сталь. Поэтому проще перечислить среды, в которых титан растворяется: например, плавиковая, соляная, серная, ортофосфорная, щавелевая и уксусная кислоты.
Высокая коррозионная стойкость титана обусловлена образованием на поверхности плотной защитной оксидной пленки. Если эта пленка не растворяется в окружающей среде, то можно считать, что титан в ней абсолютно стоек. Например, морская вода за 4000 лет растворит слой титана толщиной 30 - 40 микрон (1 микрон равен 10-4 см). Если же оксидная пленка растворима в данной среде, то применение в ней титана недопустимо.
Тугоплавкие металлы
К тугоплавким относят металлы: ванадий, вольфрам, гафний, молибден, ниобий, тантал, технеций, титан, хром, цирконий, - температура плавления которых выше температуры плавления железа (1539 ºС), кроме металлов платиновой и урановой групп и некоторых редкоземельных.
Следует отметить, что при высоких температурах все тугоплавкие металлы являются кислотостойкими. При этом наиболее сильно выделяется тантал. Ниобий и молибден по коррозионной стойкости превосходят сплавы на основе железа или никеля, однако уступают танталу.
Применение таких материалов целесообразно в средах, в которых другие материалы не обладают коррозионной стойкостью. К таким средам относятся неорганические крепкие кислоты при повышенных температурах, а так же некоторые промышленные среды.
Несмотря на высокую стоимость металлов по сравнению с такими коррозионностойкимиматериалами, как высоколегированная нержавеющая сталь или хастеллой, применение сплавов тугоплавких металлов оправдано, так как вследствие высокой стойкости возможно эксплуатировать химические установки практически весь срок без замены приборов.Коррозионная стойкость нержавеющих сталей в некоторых кислотах.Прии комнатной температуре высокой стойкостью в этой кислоте обладают все
Коррозионная стойкость нержавеющих сталей в некоторых кислотах
Серная кислота
При 70ºС хромоникелевые стали нестойки даже в кислотах слабой концентрации, но примерно до 5% H2SO4 могут работать стали с добавлением молибдена и меди.
Однако последние разрушаются в кипящей серной кислоте до концентрации 30%. В этих случаях следует применять сплавы типа хастеллой, а при концентрации выше 30% в кипящей серной кислоте могут работать лишь тугоплавкие металлы.
Фосфорная кислота
При комнатной температуре любой концентрации устойчивы аустенитные стали, хромистые нет. В горячей кислоте устойчивы стали с добавками молибдена и меди до концентрации 25%, в кипящей - хастеллой до 50%, а при более высокой устойчивы лишь тугоплавкие металлы.
В соляной кислоте устойчивы стали с добавлением молибдена или меди при комнатной температуре и до концентрации 5%.
Коррозионная стойкость металлов и сплавов при нормальных условиях
Данная таблица коррозионной стойкости предназначена для составления общего представления о том, как различные металлы и сплавы реагируют с определенными средами.
Рекомендации не являются абсолютными, поскольку концентрация среды, ее температура, давление и другие параметры могут влиять на применимость конкретного металла и сплава.
На выбор металла или сплава также могут оказывать влияние экономические соображения.
Условные обозначения:
А - обычно не корродирует,
В - коррозия от минимальной до незначительной,
С - не подходит
Сравнение коррозионной стойкости сталей
Комплектующие из нержавеющей стали для ограждающих конструкций
Крепеж
- шпильки;
- болты;
- гайки
Металлообработка
• заготовиельные операци;
• операции с листовым материалом;
• механическая обработка
Производство на заказ
Сборочные единицы и детали трубопроводов высокого давления.
Стали и сплавы
Марки.
Аналоги.
Применение.
ГОСТы.
ОСТы
Подборка нормативных документов по сварке и металлопрокату
Лестничные ограждения
КЛАССИФИКАЦИЯ коррозионностойких сталей и сплавов
1. В зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяют на группы:
коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;
жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.
2. В зависимости от структуры стали подразделяют на классы:
мартенситный – это стали с основной структурой мартенсита;
мартенситно-ферритный – это стали, содержащие в структуре кроме мартенсита, не менее 10 % феррита;
ферритный – это стали, имеющие структуру феррита
аустенито-мартенситный – это стали, имеющие структуру аустенита и мартенсита, количество которых можно изменять в широких пределах;
аустенито-ферритный – это стали, имеющие структуру аустенита и феррита (феррит более 10 %);
аустенитный – это стали, имеющие структуру аустенита.
* Подразделение сталей на классы по структурным признакам является условным и произведено в зависимости от основной структуры, полученной при охлаждении, сталей на воздухе после высокотемпературного нагрева. Поэтому структурные отклонения причиной выбраковки служить не могут.
1.3. В зависимости от химического состава сплавы подразделяют на классы по основному составляющему элементу:
сплавы на железоникелевой основе;
сплавы на никелевой основе.
Марки и химический состав коррозионностойких сталей и сплавов регламентируется ГОСТ 5632-72.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
Примерное назначение сталей и сплавов по критерию коррозионной стойкости
Детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметы домашнего обихода), а также изделия, подвергающиеся действию слабоагрессивных сред (атмосферные осадки, водные растворы солей органических кислот при комнатной температуре и др.)
Наибольшая коррозионностойкость достигается после термической обработки (закалка с отпуском) и полировки. Сталь марки 08Х13 может применяться также после отжига
Обладает лучшей обрабатываемостью на станках
Режущий, мерительный и хирургический инструмент, пружины, карбюраторные иглы, предметы домашнего обихода, клапанные пластины компрессоров
Сталь применяется после закалки и низкого отпуска со шлифованной и полированной поверхностью, обладает повышенной твердостью
Применяется как сталь с достаточно удовлетворительными технологическими свойствами в химической, авиационной и других отраслях промышленности
Наибольшей коррозионностойкостью обладает после закалки с высоким отпуском
Шарикоподшипники высокой твердости для нефтяного оборудования, ножи высшего качества, втулки и другие детали, подвергающиеся сильному износу
Сталь применяется после закалки с низким отпуском
Предметы домашнего обихода и кухонной утвари, оборудование заводов пищевой и легкой промышленности
Сталь для изготовления сварных конструкций не рекомендуется
Применяется в отожженном состоянии
Рекомендуется в качестве заменителя стали марки 12Х18Н10Т для конструкций, не подвергающихся воздействию ударных нагрузок и при температуре эксплуатации не ниже-20 °С Применяется для тех же целей, что и сталь марки 12Х17, в том числе для сварных конструкций
Применяется в качестве заменителя стали марок 12Х18Н9Т и 12Х18Н10Т
То же, что и для марок 12Х17 и 08Х17Т, преимущественно для штампуемых изделий
Рекомендуется в качестве заменителя стали марки 12Х18Н10Т для изготовления предметов домашнего обихода и кухонной утвари, оборудования пищевой и легкой промышленности и других изделий при температуре эксплуатации до 20°С
Обладает несколько повышенной пластичностью и полируемостью по сравнению со сталью 08Х18Т1
Рекомендуется в качестве заменителя стали марки 12Х18Н10Т для сварных конструкций, не подвергающихся действию ударных нагрузок при температуре эксплуатации не ниже-20 °С для работы в более агрессивных средах по сравнению со средами, для которых рекомендуется сталь марки 08Х17Т. Трубы для теплообменной аппаратуры, работающей в агрессивных средах
Эксплуатировать в интервале температур 400-700 °С не рекомендуется
То же, и для спаев со стеклом
Сварные соединения склонны к межкристаллитной коррозии
Заменитель холоднокатанной стали марок 12Х18Н9 и 17Х18Н9 для прочных и легких конструкций, соединенных точечной электросваркой
Хорошо сопротивляется атмосферной коррозии. Сварные соединения, выполненные другими методами, подвержены межкристаллитной коррозии
То же, и для предметов домашнего обихода и стиральных машин
Рекомендуется как высокопрочная сталь для изделий, работающих в атмосферных условиях, уксуснокислых и других солевых средах и для упругих элементов
Повышенная прочность достигается применением отпуска при температурах 750° и 850 °С
То же. Не имеет дельта-феррита
То же, что и сталь 08Х15Н8Ю и для сернокислых сред
Сталь хорошо сваривается
Применяется для крыльевых устройств, рулей, кронштейнов,, судовых валов, работающих в морской воде. Рекомендуется как заменитель стали марок 09Х17Н7Ю и 09Х17Н7Ю1
Обладает более высокой стойкостью против межкристаллитной коррозии, чем сталь марок 09Х17Н7Ю и 09Х17Н7Ю1
Рекомендуется как заменитель стали марок 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т для изготовления сварной аппаратуры, работающей в агрессивных средах, в химической, пищевой и других отраслях промышленности
Обладает более высокой прочностью по сравнению со сталью 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т
Рекомендуется как высокопрочная сталь для тяжелонагруженных деталей, работающих на истирание и на удар в слабоагрессивных средах
Обладает высокой твердостью (свыше HRC 45)
Рекомендуется как заменитель стали марок 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т для изготовления сварной аппаратуры в химической, пищевой и других отраслях промышленности, работающей при температуре не выше 300 "С
Применяется для сварных и паяных конструкций, работающих в агрессивных средах.
Сталь обладает более высокой прочностью по сравнению со сталью 08Х22Н6Т и лучшей способностью к пайке по сравнению со сталью 08Х18Н10Т
Рекомендуется как заменитель марки 10Х17Н13М2Т для изготовления деталей и сварных конструкций, работающих в~ средах повышенной агрессивности: уксуснокислых, сернокислых, фосфорнокислых средах
Обладает более высокой прочностью по сравнению со сталью 10Х17Н13М2Т
Рекомендуется как заменитель стали марки 12Х18Н10Т для изготовления оборудования, работающего в средах слабой агрессивности, а также при температурах до-196 С
Обладает удовлетворительной сопротивляемостью межкристаллитной коррозии
Для изделий, работающих в атмосферных условиях. Рекомендуется как заменитель стали марок 12Х18Н9 и 12Х18Н10Т
Рекомендуется как заменитель стали марки 12Х18Н9 для изделий, работающих в средах слабой агрессивности. Хорошо сопротивляется атмосферной коррозии
Рекомендуется для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях действия кипящей фосфорной, серной, 10 %-ной уксусной кислоты и сернокислых средах
Применяется для тех же целей, что и сталь марки 10Х17Н13М2Т
Практически не содержит ферритной фазы. Обладает более высокой стойкостью против точечной коррозии, чем сталь марки 10Х17Н13М2Т в средах, содержащих ионы хлора
Применяется для тех же целей, что и сталь марок 08Х17Н15МЗТ и 10Х17Н13М2.Т
Обладает более высокой стойкостью против межкристаллитной и ножевой коррозии, чем сталь марок 08Х17Н15НЗТ и 10Х17Н13М2Т
Применяется для тех же целей, что и сталь марок 08Х17Н15МЗТ и 10Х17Н13М2Т
Обладает более высокой стойкостью против точечной коррозии чем сталь 0ЗХ17Н14МЗ
Рекомендуется для сварных изделий, работающих в воздушной и агрессивных средах, в частности для концентрированной азотной кислоты
Не склонна к трещино-образованию и коррозии под напряжением
Рекомендуется как немагнитная сталь для производства крупногабаритных деталей, работающих в морской воде
Применяется для тех же целей, что и сталь марки 08Х18Н10Т и для работы в азотной кислоте и азотнокислых средах при повышенных температурах
Обладает более высокой стойкостью к межкристаллитной коррозии
То же, и с повышенной стойкостью к ножевой коррозии по сравнению со сталью 12Х18Н12Б
То же, и. в электронной промышленности
Практически не содержит ферритной фазы
Применяется в виде холоднокатаного листа и ленты повышенной прочности для различных деталей и конструкций, свариваемых точечной сваркой, а также для изделий, подвергаемых термической обработке (закалке)
Сварные соединения, выполненные другими методами, кроме точечной сварки, склонны к межкристал-литной коррозии
Применяется для тех же целей, что и сталь марки 12Х18Н9
Сталь более высокой прочности, чем сталь марки 12Х18Н9
По коррозионной стойкости то же, что и сталь марки 12Х18Н9, но обладает лучшей обрабатываемостью на станках
Рекомендуется для изготовления сварных изделий, работающих в средах более высокой агрессивности, чем сталь марок 12Х18Н10Т и 12Х18Н12Т
Сталь обладает повышенной сопротивляемостью межристаллитной коррозии по сравнению со сталью 12Х18Н10Ти 12Х18Н12Т
Применяется для изготовления сварной аппаратуры в разных отраслях промышленности. Сталь марки 12Х18Н9Т рекомендуется применять в виде сортового металла и горячекатаного листа, не изготовляемого на станах непрерывной прокатки
Применяется для тех же целей, что и сталь марки 08Х18Н10, при жестком ограничении содержания ферритной фазы
Содержание ферритной фазы более низкое, чем в стали марки 08Х18Н10
Сталь практически не содержит ферритной фазы и обладает более высокой сопротивляемостью межкристаллитной коррозии
Содержит меньшее количество ферритной фазы, чем сталь марки 12Х18Н10Т
Применяется для тех же целей, что и сталь марки 12Х18Н12Т
Обладает повышенной стойкостью против точечной коррозии и более высокой стойкостью, чем сталь 12Х18Н10Т в азотной кислоте
Рекомендуется взамен стали марок 12Х18Н10Т, 08Х18Н10 для изготовления сварных изделий бытовой техники, вагоностроения, товаров народного потребления, машин и аппаратов продовольственного и торгового машиностроения, пластинчатых теплообменников
Обладает высокой пластичностью при глубокой штамповке
Для сварных конструкций, работающих при температурах до 80 °С в серной кислоте различных концентраций, за исключением 55 %-ной уксусной и фосфорной кислот, в кислых и сернокислых средах
Обладает повышенной стойкостью к межкристаллитной и ножевой коррозии
Рекомендуется для изготовления сварных конструкций и узлов, работающих в средах, менее агрессивных, чем для стали марки 06ХН28МДТ. В частности, в серной кислоте низких концентраций до 20 % при температуре не выше 60 °С, а также в условиях действия горячей фосфорной кислоты
Применяется для изготовления высокопрочных штампосварных конструкций и деталей, работающих в контакте с агрессивными средами
Наибольшей коррозионной стойкостью обладает после закалки с низким отпуском (до 400 С)
Обладает более высокой стойкостью против общей и межкристаллитной коррозии, чем сталь марки 10Х17Н13М2Т
Применяется для крыльевых устройств, рулей и кронштейнов, работающих в морской воде
Наибольшей коррозионной стойкостью обладает после двукратного первого отпуска 740-760 °С
Применяется для судовых валов, работающих в морской воде
Для сварных изделий, работающих при криогенных температурах до-253 С и в средах средней агрессивности
Рекомендуется для изготовления сварных конструкций и узлов, работающих в условиях действия горячей фосфорной кислоты с примесью фтористых и сернистых соединений: серной кислоты низких концентраций и температуры не выше 80 С, азотной кислоты при высокой температуре (до 95°С)
Применяется для изготовления сварных конструкций, работающих при повышенных температурах в сернокислых и солянокислых средах, обладающих окислительным, характером, в концентрированной уксусной кислоте и других весьма агрессивных средах
Применяется для изготовления сварных конструкций, работающих при высоких температурах в соляной, серной, фосфорной кислоте и других средах восстановительного характера
Сплав устойчив к межкристаллитной коррозии в агрессивных средах восстановительного характера
Применяется для изготовления сварных конструкций, работающих в растворах азотной кислоты в присутствии фтор-ионов
Сплав устойчив к межкристаллитной коррозии в азотно-фторидных растворах
Применяется для изготовления сварных конструкций, работающих при повышенных температурах в агрессивных средах окислительно-восстановительного характера (серная, уксусная кислота, влажный хлор, хлориды и т. д.).
Сплав устойчив к межкристаллитной коррозии в агрессивных средах
Предназначается для изготовления высоконагруженных деталей изделий судового машиностроения, сварных узлов, объектов атомной энергетики, химической промышленности
Предназначается для изготовления лезвий безопасных бритв и кухонных ножей
Предназначается для изготовления аппаратуры в химическом машиностроении
Обладает более высокой прочностью по сравнению со сталью марок 08Х18Н10Т и 05Х18Н11
Обладает более высокой прочностью по сравнению со сталью марок 10Х17НЗМ2Т и 0ЗХ17Н14МЗ
Применяется для изготовления сильфонов-компенсаторов
Обладает более высокой способностью к глубинной вытяжке, чем сталь марок 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т
Примерное назначение сталей и сплавовпо критерию окалиностойкости (жаростойкости)
Марки сталей и сплавов
Рекомендуемая максимальная температура применения в течение длительного времени (до 10000 ч)
Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде, °С
Клапаны выпуска автомобильных, тракторных и дизельных моторов, трубы рекуператоров, теплообменники, колосники
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.
Рекомендуем статьи
Выбирая коррозионностойкую сталь, важно представлять дальнейшие условия ее эксплуатации, нагрузку, которую металл будет испытывать, и дополнительные свойства изделия. Если у вас есть сомнения, рекомендуется обратиться за рекомендацией к профессионалам.
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: