Виды и свойства нержавеющих сталей

Виды и свойства нержавеющих сталей

Нержавеющими сталями — называются стали содержащие минимум 12% хрома, который образует защитную плёнку из оксида хрома на поверхности металла. Сопротивление к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности, в азотной кислоте крепостью до 50 %.

Наиболее характерными являются молибден, никель и азот. Никель обеспечивает хорошую пластичность и вязкость. Различное содержание элементов приводит к образованию различных видов кристаллических решёток, и, как следствие, различным свойствам стали. В наиболее агрессивных средах (серной, соляной, плавиковой, фосфорной кислотах и их смесях) применяют сильнолегированные сплавы с высоким содержанием никеля, молибдена, меди, кремния.

Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов. Наиболее важным элементом сплава, таким образом, является хром, но многие другие элементы, такие как никель молибден и азот, также вносят свой вклад в антикоррозионные свойства нержавеющей стали. Другие элементы также могут добавляться в сплав для увеличения коррозионной стойкости в особых средах.

По химическому составу нержавеющие стали делятся на:

• Хромистые, которые, в свою очередь, по структуре делятся на
  • Мартенситные
  • Полуферритные (мартенситно-ферритные)
  • Ферритные
• Хромоникелевые
  • Аустенитные
  • Аустенитно-ферритные
  • Аустенитно-мартенситные
  • Аустенитно-карбидные
  • Хромомарганцевоникелевые (классификация совпадает с хромоникелевыми нержавеющими сталями)

Различают аустенитные нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, и стабилизированные — с добавками Ti и Nb. Значительное уменьшение склонности нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии достигается снижением содержания углерода (до 0,03 %). Нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, после сварки, как правило, подвергаются термической обработке. Широкое распространение получили сплавы железа и никеля, в которых за счёт никеля аустенитная структура железа стабилизируется, а сплав превращается в слабо-магнитный материал.

• Аустенитные стали — не магнитная сталь с основными составляющими 15-20% хрома и 5-15% никеля который увеличивает сопротивление коррозии. Она хорошо подвергается тепловой обработке и сварке. Обозначаются начальной буквой «A». Именно аустенитная группа сталей наиболее широко используется в промышленности и в производстве элементов крепежа. К данному классу относятся стали 300 серии.
• Мартенситные стали и мартенситно-ферритные стали — обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабо–агрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства. В основном их используют для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, в частности, ножей, для упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами. Обозначаются начальной буквой «С». К этому виду относятся, стали типа 30Х13, 40Х13 и т. д.
• Ферритные стали — Эти стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, лёгкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении. Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах. Обозначаются начальной буквой «F». К этому виду относятся, стали 400 серии.
• Аустенитно-ферритные стали —  повышенный предел текучести по сравнению с аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зёрен при сохранении двухфазной структуры, меньшее содержание остродефицитного никеля и хорошая свариваемость. Аустенитно-ферритные стали находят широкое применение в различных отраслях современной техники, особенно в химическом машиностроении, судостроении, авиации. К этому виду относятся, стали типа 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т.
• Аустенитно-мартенситные стали — Потребности новых отраслей современной техники в коррозионностойких сталях повышенной прочности и технологичности привели к разработке сталей аустенитно-мартенситного (переходного) класса. Это стали типа 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.
• Сплавы на железоникелевой и никелевой основе — применяются при изготовлении химической аппаратуры, особенно для работы в серной и соляной кислотах, необходимо применять сплавы с более высокой коррозионной стойкостью, чем аустенитные стали. Для этих целей используют сплавы на железоникелевой основе типа 04ХН40МТДТЮ и сплавы на никель-молибденовой основе Н70МФ, на хромоникелевой основе ХН58В и хромоникельмолибденовой основе ХН65МВ, ХН60МБ.

По типу поверхности выделяют следующие виды нержавеющей стали:

• Шлифованная (матовая или сатинированная)
• Полированная (зеркало, супер-зеркало)
• Декоративная:
  • структурная (текстурированная)
  • с травлёным рисунком
  • цветная

Сферы применения:

Целлюлозно-бумажная промышленность

Практически все оборудование целлюлозных заводов и большая часть бумагоделательных изготавливаются из нержавеющих сталей. Минимально допустимой маркой является 1.4401(AISI 316), но уже на современных предприятиях с циркуляцией жидкостей Ио замкнутым оборотным циклам эта марка неэффективна и должны использоваться стали с минимальным содержанием молибдена 3-6%. Выбор марки стали является работой для специалистов.

На каждый современный крупный завод расходуется около 3000-5000 тонн нержавеющей стали, причём большая её часть приходится на трубы. В этой области по всему миру в ближайшем будущем ожидаются значительные инвестиции.

Электроэнергетика

Сегодня большая часть энергии в мире производится путём сжигания полезных ископаемых (уголь, нефть или газ) или в атомных электростанциях. В обоих случаях использование (в море или на суше) и до получения электрической энергии — везде нержавеющая сталь. Также и в атомной энергетике. В этой области всегда применяются специальные, высоколегированные стали, так как требования к материалам, используемым здесь, предельно высоки.

Защита окружающей среды

В данной области ещё много предстоит сделать, поскольку реально работа по защите окружающей среды только начинается. Современное общество окончательно поняло важность данной проблемы и пытается законодательным путём (а в ряде случаев и добровольно) предпринять действия по уменьшению вредного воздействия на природу. Давно действующие заводы, цеха, электростанции закрываются или модернизируются путём сооружения замкнутых оборотных схем для жидкостей и очистки газа. Улавливаемая пыль очищается или пускается в переработку. Новые заводы строятся с учётом удовлетворения высоких требований с точки зрения охраны окружающей среды. Охрана окружающей среды является огромной областью деятельности и значительные инвестиции вкладываются в нержавеющую сталь. Используется широкий диапазон марок: от обычной 1.4301(AISI 304) до высоколегированных специальных сталей.

Транспорт

За последние годы резко возросла необходимость в транспортировке товаров, различных материалов и жидкостей. Одновременно встала задача повысить безопасность перевозок (многие материалы и жидкости чрезвычайно опасны). Решением этой проблемы является специальные транспортировочные контейнеры и ёмкости. С целью снижения стоимости созданы так называемые многоцелевые ёмкости-контейнеры из нержавеющей стали, в которых можно перевозить в одном рейсе, к примеру, молоко, а в следующем — скипидар. Их только необходимо в промежутках между рейсами промыть и продезинфицировать. Из-за такой многофункциональности для их изготовления применяются высоколегированные марки сталей, обычно 1.4401(AISI 316) или даже лучшие. Транспортное машиностроение является громадным рынком для нержавеющих сталей.

В автомобильной промышленности более всего нержавеющая сталь используется для производства выхлопных труб и катализаторов, на изготовление которых идут ферритные или аустенитные марки. За год производятся миллионы автомобилей и на каждый расходуется 10-20 кг нержавеющей стали в виде указанных деталей.

Домашнее хозяйство

В домашнем хозяйстве всегда можно встретить нержавеющую сталь Это идеальный материал для изготовления ложек, вилок, сковород, кастрюль и другой кухонной утвари. Внутренние части высококачественных посудомоечных и стиральных машин изготавливаются из нержавеющей стали, также как и высококлассные мясорубки. Нержавеющая сталь — материал, связанный с понятием высокого уровня жизни и таким образом объём её использования в домашнем хозяйстве растёт месте с уровнем жизни. Италия, Германия и Франция являются наиболее известными странами–производителями высококачественной бытовой техники.

Строительство и архитектура

Нержавеющая сталь предлагает много интересных возможностей для архитекторов и дизайнеров. Она хорошо комбинируется со стеклом, камнем, деревом и другими материалами. Другими словами, может быть прекрасно приспособлена для отделки фасадов и интерьеров общественных зданий. Как кровельный материал она также превосходна. Уличная мебель, сделанная из нержавеющей стали, красиво выглядит и практически не изнашивается.

Сводная таблица наиболее распространённых видов нержавеющих сталей

 НЕРЖАВЕЮЩАЯ ХРОМОНИКЕЛЕВАЯ СТАЛЬ

 НЕРЖАВЕЮЩАЯ ХРОМОНИКИЛИЕВАЯ МОЛИБДЕНОВАЯ СТАЛЬ

 ДУПЛЕКСНАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ

НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР (C° 600 – 1200)

ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ

Условные обозначения:
DIN – Deutsche Industrie Norm
EN – Стандарт Евронормы EN 10027
ASTM – American Society for Testing and Materials
AISI – American Iron and Steel Institute
AFNOR – Association Francaise de Normalisation