Основным легирующим элементом нержавеющих сталей является: Влияние основных легирующих элементов на свойства нержавеющих сталей

alexxlab | 15.09.1984 | 0 | Разное

как состав влияет на свойства

Легированные стали занимают значительную долю рынка металлургической продукции. К ним относятся так называемые «нержавейки» – группа сплавов, отличающихся повышенной устойчивостью к коррозии. Со времени появления номенклатура таких сталей расширилась до нескольких сотен наименований. Поэтому были разработаны система их классификации и маркировка.

Стоит заметить, что название «нержавеющая сталь» не совсем корректно отражает ее свойства. Любой железоуглеродистый сплав подвержен воздействию кислорода и агрессивных веществ, но для того, чтобы это отразилось на эксплуатационных свойствах, нужно разное время. Поэтому нержавеющие стали правильнее называть коррозиестойкими.

Классификация нержавеющих сталей

По составу

В качестве легирующих добавок, повышающих устойчивость железоуглеродистого сплава к образованию ржавчины, используются хром, никель, ванадий, молибден, титан и некоторые другие. Коррозионную стойкость также повышают  вводимые для раскисления и нейтрализации серы марганец и кремний. По основным легирующим элементам нержавеющие стали классифицируются как хромистые, марганцовистые и т. д. Некоторые добавки используются для придания сталям особых структурных или технологических свойств, например, для дробления карбидов, повышения ударной вязкости.

Базовыми легирующими элементами нержавеек считаются хром и никель. Они оба входят в твердый раствор с железом, повышают сопротивляемость коррозии. При окислении они образуют на поверхности стального изделия тонкую непроницаемую для кислорода пленку, устойчивую к химическим, электрохимическим и атмосферным воздействиям. Никель расширяет область аустенита в железоуглеродистых сплавах. Хром сужает ее, но является карбидообразующим элементом и связывает углерод. Соотношение никеля и хрома оказывает определяющее влияние на ударную вязкость, свариваемость и способность воспринимать холодную деформацию.

Углерод, как один из обязательных компонентов сталей, отрицательно влияет на сопротивляемость к коррозии. Однако от его содержания зависит твердость и износостойкость стали. Например,  95Х18 имеет менее выраженные коррозионностойкие свойства в сравнении с 40Х13, несмотря на более высокое содержание хрома.

По свойствам

Более наглядное представление о сплавах дает разделение на группы по свойствам:

• Коррозионностойкие. Стали отличаются высокой сопротивляемостью к атмосферной коррозии, эксплуатируются при нормальных условиях в нагруженном состоянии. Примерами могут служить нержавейки, используемые для изготовления посуды и оборудования для пищевой промышленности: 08Х18Н10, 20Х13, 30Х13.
• Жаростойкие. Отличительная черта таких сплавов – высокая сопротивляемость к образованию окалины при высоких температурах. Жаростойкие нержавеющие стали применяются для изготовления теплообменников котельных и пиролизных установок (15Х28), клапанов автомобильных и авиационных двигателей (40Х10С2М), деталей для нагревательных металлургических печей (10Х23Н18).
• Жаропрочные. Разработан ряд сплавов, способных работать под нагрузкой при высоких температурах без существенных деформаций и разрушения. В них используются сложные системы легирования (05Х27Ю5, 15Х12ВН14Ф, 37Х12Н8Г8МФБ). Умеренной жаропрочностью также обладают стали типа 20Х13.

По структуре

По микроструктуре нержавеющие стали делятся на  следующие классы:

• аустенитные;
• ферритные;
• мартенситные;

Кроме них существуют промежуточные группы:

• аустенито-ферритные;
• мартенсито-ферритные;
• мартенсито-карбидные.

Большое влияние на устойчивость к коррозии оказывает термообработка, поскольку влияет на фазовый состав большинства нержавеющих сталей. Устойчивость снижается при возникновении карбидной неоднородности. Этим явлением обусловлена так называемая межкристаллическая коррозия. При нагреве сталей до температур в интервале 500 – 800 °C на границах зерен образуются цепочки карбидов и участки со сниженным содержанием хрома. В теле зерна содержание легирующих элементов остается высоким. Такой вид коррозии часто наблюдается в зонах сварных швов. Для борьбы с этим явлением состав стали стабилизируют введением небольшого количества титана.

Физико-химические свойства нержавеющих сталей

Аустенитные стали

При кристаллизации аустенитные стали образуют однофазную систему с кристаллической решеткой гранецентрированного типа. Один из наиболее ярких представителей класса – сплав 08Х18Н10. Благодаря высокому содержанию никеля в нержавейках этого класса (до 30%) аустенитная фаза сохраняет устойчивость вплоть до – 200 °C, содержание углерода не превышает 0,12%. Стали с такой структурой  характеризуются отсутствием магнитных свойств. Большинство из них имеет хорошую механическую обрабатываемость.

Аустенитные стали обязательно подвергаются термообработке – закалке, отпуску или отжигу. Скорость охлаждения практически не изменяет твердости, однако оказывает влияние на устойчивость к жидким и газообразным агрессивным средам, стабилизирует размер зерна устойчивость к деформации.

В системы легирования аустенитных хромоникелевых сталей вводят дополнительные элементы:

• молибдена – для предотвращения питтинга и эксплуатации в восстановительных атмосферах
• титана и ниобия – для защиты от межкристаллической коррозии.
• кремния – для повышения кислотостойкости;
• марганца – для улучшения литейных качеств.

Ферритные стали

В этот класс входят хромистые стали с низким содержанием углерода. Они имеют объемно-центрированную кубическую решетку, определяющую магнитные свойства. Ферритные стали обладают  меньшей  коррозионную устойчивость в сравнении с аустенитными, не могут быть упрочнены термообработкой, но имеют более высокие технологические свойства. Они легче подвергаются механической обработке и лучше свариваются, а их себестоимость значительно ниже. При температуре 300 – 400 °C стали приобретают высокую пластичность, и из них можно получать объемные штампованные детали сложной формы.

Содержание хрома в таких сталях достигает 27 %. В качестве стабилизирующих добавок используют молибден,  титан и алюминий.

Мартенситные стали

Сплавы этого класса содержат не менее 0,15 % углерода и 11 % хрома. Мартенсит имеет микроскопическую игольчатую структуру и при увеличении выглядит так же, как и углеродистая сталь после закалки. Кристаллическая решетка имеет тетрагональную форму и характеризуется высокими внутренними напряжениями. Это определяет высокие прочностные свойства и твердость. Например, для 40Х13 она составляет до 52 – 55 HRC. В качестве дополнительных легирующих элементов вводятся молибден, ниобий, ванадий и вольфрам. Мартенситные стали из-за высокой твердости плохо поддаются резанию и имеют низкую пластичность.

Одно из основных технологических свойств коррозиестойких сталей с такой структурой – способность к самозакаливанию. Мартенситное превращение происходит при охлаждении на воздухе. Для повышения жаропрочности сталь после закалки подвергают отпуску на сорбит или троостит.

Знакомьтесь – нержавеющая сталь (автор – Илья Н. Петунов) | posudka.ru

Что же это такое «нержавеющая сталь»? Википедия дает такое определение : «Нержавеющая сталь это сложнолегированная сталь (сталь это сплав железа с углеродом, в котором последнего (0,01-2%)), стойкая против коррозии в атмосфере и агрессивных средах, содержащая в своем составе не менее 12% хрома». Таким образом хром, является основным легирующим элементом нержавеющей стали, определяющим ее коррозионную стойкость. Чем выше содержание хрома, тем больше коррозионная стойкость стали.

Коррозия – это процесс разрушения металла под воздействием внешней среды. По механизму протекания различают химическую коррозию, возникающую под воздействием газов и неэлектролитов (нефть), и электрохимическую, развивающуюся в случае контакта металла с электролитами (кислоты, щелочь, соли, влажная атмосфера, почва, морская вода). Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называются коррозионностойкими (нержавеющими) сталями (содержание хрома 17% и более). Устойчивость стали против коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности плотные, прочно связанные с основой нерастворимые пленки окислов, препятствующие непосредственному контакту с внешней средой, а также повышающие ее электрохимический потенциал в данной среде.

На коррозионную стойкость стали влияет также и состояние ее поверхности. Если поверхность стали полированная и не имеет точечных дефектов, которые могут являться концентраторами коррозионного процесса, то коррозионная стойкость такого материала выше. Для нержавеющей стали существует также понятие межкристаллитной коррозии (МКК). Межкристаллитная коррозия это явление, обусловленное неравномерной (зерновой) структурой металла, при котором на границе зерен при нагреве активно образуются карбиды хрома (Cr23C6). При этом происходит обеднение хромом основной структуры зерна ниже 12% порога. Особенно склонны к такому явлению, закаливаемые нержавеющие стали, имеющие повышенное процентное содержание углерода и минимальное (13%) содержание хрома.

Закаливаемость стали напрямую зависит от процентного содержания углерода, чем больше углерода в составе стали, тем большей твердости можно достичь при закаливании, правда в ущерб пластичности. Если твердость и способность к закалке не являются основными требованиями к нержавеющей стали, то процентное содержание углерода стараются сделать минимальным, это позволяет снизить склонность стали к МКК. Другим способом снижения вероятности возникновения МКК является введение в состав стали сильных карбидообразующих элементов, таких как титан и ниобий. В этом случае вместо карбидов хрома образуются карбиды типа TiC и NbC, а хром остается в твердом растворе, сохраняя тем самым, антикоррозийные свойства стали. Для придания повышенных антикоррозионных свойств и устойчивости к особо агрессивным средам сталь дополнительно легируют молибденом.

Нержавеющие стали по своей структуре делятся на три основных класса 1) мартенситные нержавеющие стали 2) ферритные нержавеющие стали и 3) аустенитные нержавеющие стали, а также смежные классы типа аустенитно-ферритного и т.д. Два первых класса обладают свойством намагничивания, а третий класс немагнитен. Таким образом, испытание постоянным магнитом поможет определить лишь только то, к какому классу относится нержавеющая сталь, но ни в коей мере не позволяет судить о ее качестве.

Основными легирующими элементами определяющими аустенитную структуру стали являются никель и марганец. Кроме того, эти элементы влияют и на определенные механические свойства нержавеющих сталей. Стали содержащие в своем составе 17-18% хрома и 8-10% никеля обладают хорошей пластичностью и способностью к глубокой вытяжке при штамповке. В последнее время в связи с ростом цен на никель все чаще начали применяться более дешевые, так называемые экономно легированные стали, в которых процентое содержание никеля снижено до 4-5% , а вместо дорогого никеля используется более дешевый марганец (8-10%). Для стабилизации структуры такого типа стали, в нее добавляется медь (1.5-2%). Недостатком экономно легированных сталей является их склонность к трещинообразованию при глубокой вытяжке. Причем образование трещин происходит по направлению движения рабочего инструмента как непосредственно в процессе вытяжки, так и через некоторое время после того. Вероятность трещинообразования напрямую зависит от толщины материала. Чем материал (лист) тоньше, тем больше вероятность образования таких трещин.

Стали аустенитного класса обладают хорошей свариваемостью. Они дают практически идеальный зеркальный блеск при механической полировке. Эти стали хорошо полируются методами электрохимической и электролитно-плазменной полировки (ЭПП), при этом, чем выше % содержание никеля, тем лучше результат (улучшение до 2-х классов чистоты поверхности за один 3-х минутный цикл).

Безникелевые высохромистые (17-23% хрома) относятся к ферритному классу нержавеющих коррозионностойких сталей. Эти стали жестче аустенитных сталей, при этом некоторые из них практически не уступают по коррозионной стойкости аустенитным сталям, за счет введения в структуру ниобия или титана и пониженного содержания углерода. Эти стали обладают хорошей способностью к глубокой вытяжке, хорошей свариваемостью, значительно дешевле хромоникелевых аустенитных сталей, но хуже поддаются механической полировке. Полировке методом ЭПП поддаются, но идеального блеска не дают из-за молочной матовости поверхности. Безникелевые низкохромистые стали (13% хрома), с повышенным содержанием углерода (0. 2-0.65% углерода) относятся к мартенситному классу. Эти стали обладают способностью к закаливанию. В закаленном состоянии обладают высокой твердостью поверхности (HRC 45-65). Из-за пониженного содержания хрома склонны к МКК. Процесс закалки таких сталей производится в среде инертных газов, чтобы избежать выгорания хрома и излишнего карбидообразования. Для повышения антикоррозийных свойств и снижения вероятности образования МКК такие стали могут дополнительно легироваться молибденом и титаном. Обрабатываются мартенситные стали в сыром (незакаленном) состоянии методом ковки и штамповки. Механическая полировка производится после закалки. Для полировки методом ЭПП такие стали малопригодны, в рабочем растворе электролита для хромоникелевых сталей они чернеют и теряют блеск.

Марки нержавеющих сталей стандартизированы. В мире действует несколько систем стандартов по нержавеющим сталям. Американская AISI, японская JIS, европейская EN, немецкая DIN, в странах СНГ система ГОСТ и т.д. В приложении приведена таблица соответствия марок нержавеющих сталей в различных системах стандартов.

Илья Н. Петунов © 2008г.
http://kyxap.com/

Химический состав нержавеющей стали и соответствие стандартов. Справочник ROSTFREI. Петербург +7(812)297-73-38 ПРОТЕХ

• Общие сведения о нержавеющей стали
• Виды и свойства нержавеющей стали
• Химический состав нержавеющей стали и соответствие стандартов
• Технические характеристики аустенитной нержавеющей стали
• Электрохимическая и щелевая коррозия
• Практическое использование крепежа на судне
• Нержавейка в производстве ножей
• Измерение химического состава нержавеющей стали ручным прибором

К нержавеющим сталям относят группу коррозионностойких сталей с содержанием минимум 10.5 % хрома и низким содержанием углерода. Для примера приведем простую таблицу различных сплавов с железом.

Чугун	Fe + C > 2%
Углеродистая сталь	Fe + C < 2%
Спецсталь	Fe + C < 2% + (Cr, Ni, Mo, и т. д.) > 5%
Нержавеющая сталь	Fe + C < 1.2% + Cr > 10.5%

Кроме Хрома как “основной нержавеющей составляющей” в составе нержавеющей стали могут присутствовать Никель, Молибден, Титан, Ниобий, Сера, Фосфор и другие легирующие элементы определяющие свойства стали.

Таблица соответствий основных марок нержавеющих сталей и химический состав

Стандарты нержавеющих сталей				Содержание легирующих элементов, %
*	DIN	AISI	ГОСТ	C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	Ti
С1	1. 4021	420	20Х13	0,20	1,5	1,0	12,0-14,0
F1	1.4016	430	12Х17	0,12	1,0	1,0	16,0-18,0
A1	1.4305	303		0,12	6,5	1,0	16,0-19,0	5,0-10,0	0,7
A2	1.4301	304	12Х18Н9	0,12	2,0	0,75	18,0-19,0	8,0-10,0
	1.4948	304H	08Х18Н10	0,08	2,0	0,75	18,0-20,0	8,0-10,5
	1. 4306	304L	03Х18Н11	0,03	2,0	1,0	18,0-20,0	10,0-12,0
A3	1.4541	321	08Х18Н10Т	0,08	2,0	1,0	17,0-19,0	9,0-12,0		5хС-0,7
A4	1.4401	316	03Х17Н14М2	0,03	2,0	1,0	16,0-18,0	10,0-14,0	2,0-2,5
	1.4435	316S	03Х17Н14М3	0,03	2,0	1,0	16,0-18,0	12,0-14,0	2,5-3,0
	1.4404	316L	03Х17Н14М3	0,03	2,0	1,0	17,0-19,0	10,0-14,0	2,0-3,0
A5	1. 4571	316Ti	08Х17Н13М2Т	0,08	2,0	0,75	16,0-18,0	11,0-12,5	2,0-3,0	5хС-0,8
	1.4845	310S	20Х23Н18	0,20	2,0	0,75	24,0-26,0	18,0-20,0

Обозначения нержавеющих сталей :
С1 – Мартенситная сталь
F1 – Ферритная сталь
A1, A2, A3, A4, A5 – Аустенитные нержавеющие стали

Основные элементы нержавеющих сталей можно разделить на ферритизирующие и аустенизирующие. Каждый из элементов способствует образованию той или иной структуры:
• Ферритизирующие элементы – это Cr (хром), Si (кремний), Mo (молибден), W (вольфрам), Ti (титан), Nb (ниобий)
• Аустенизирующие элементы – это C (углерод), Ni (никель), Mn (марганец), N (азот), Cu (медь)

Традиционные аустенитные стали, такие как AISI 304 (аналоги DIN 1. 4301 и 08Х18Н10), и ферритные стали, такие как AISI 430 (аналоги DIN 1.4016 и 12Х17), довольно просты в изготовлении и легко обрабатываются. Как следует из их названий, они состоят преимущественно из одной фазы — аустенита или феррита.

Хотя эти типы имеют обширную сферу применения, у обоих этих типов есть свои технические недостатки:

• У аустенитных — низкая прочность (условный предел текучести 0,2% в состоянии после аустенизации 200 МПа), низкое сопротивление коррозионному растрескиванию.
• У ферритных — низкая прочность (немного выше, чем у аустенитных: условный предел текучести 0,2% составляет 250 МПа), плохая свариваемость при больших толщинах, низкотемпературная хрупкость.

Основная идея дуплексных сталей заключается в подборе такого химического состава, при котором будет образовываться примерно одинаковое количество феррита и аустенита. Такой фазовый состав обеспечивает следующие преимущества:
• Высокая прочность, позволяющая сократить вес изделий
• Высокая коррозионная стойкость, особенно к коррозионному растрескиванию

В стали AISI 430 преобладают ферритизирующие элементы, поэтому ее структура ферритная. Сталь AISI 304 имеет аустенитную структуру в основном за счет содержания около 8% никеля. Для получения дуплексной структуры с содержанием каждой фазы около 50% необходим баланс аустенизирующих и ферритизирующих элементов, соответственно, содержание никеля в дуплексных сталях в будет ниже, чем в аустенитных.

Из-за многообразия дуплексных сталей ее коррозионную стойкость, обычно, приводят в сравнении с аустенитными и ферритными марками. Постоянно появляются новые марки этих сталей так как каждый производитель продвигает свою дуплексную марку. Например, для экономии, в некоторых из недавно разработанных марок для значительного снижения содержания никеля используется сочетание азота и марганца. Единой меры коррозионной стойкости пока не существует. Однако, для классификации марок сталей удобно пользоваться числовым эквивалентом стойкости к питтинговой коррозии (PREN), который рассчитывается как PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N. Например, AISI 304 имеет PREN = 19, AISI 316 PREN = 24, AISI 316L PREN = 26, а дуплексная нержавейка марки EN 1. 4507 (2507) PREN = 43.

Несмотря на весь этот интерес, доля дуплексных сталей на мировом рынке составляет, по самым оптимистичным оценкам, от 1 до 3% в основном из-за того, что процесс выплавки дуплексных нержавеющих сталей намного более сложен, чем аустенитных и ферритных сталей и относительно аустенитной она обходится на 15-20% дороже. Подробнее о дуплексной нержавеющей стали здесь.

В такелажной и крепежной практике дуплексная нержавеющая сталь используется, в основном, для производства более прочных и обладающих повышенной коррозионной стойкостью нержавеющих цепей.

Ниже указана более полная таблица наиболее распространенных видов нержавеющих сталей и их соответствие различным стандартам. Первая цифра химического состава обозначает содержание углерода / 100, далее – основные легирующие добавки и их процентное содержание, например:

Наиболее распространенная группа нержавейки A2 = X 5 CrNi 18 10 = углерод-0,05% хром-18% никель-10% = EN обозначение 1. 4301 = AISI 304. Необходимо обратить внимание на цифры 18 и 10 в обозначении. В быту, на нержавеющей посуде, часто встречается обозначение 18/10 – это, ни что иное, как сокращенное обозначение нержавейки с процентным содержанием хрома 18% и никеля 10%. Гораздо интереснее другие добавки. Вот их производители умалчивают – это и составляет их коммерческий “секрет” и стоимость дорогостоящих брендов. В таблице ниже указаны виды нержавейки с различным содержанием элементов. Какая достанется вам – покажет только спектрограф. Бытовых способов узнать химсостав, к сожалению, пока не придумали. Вот один из профессиональных примеров проверки химического состава посуды. Кстати, магнитится она или нет – вообще не показатель. Нержавейка может быть магнитной.

Вторая по распространенности группа нержавейки A4 = X 5 CrNiMo 17 12 2 = углерод-0,05% хром-17% никель-12% молибден-2% = EN обозначение 1.4401 = AISI 316. Ее иногда называют “кислотостойкой” или “молибденкой” по понятным причинам.

Руководствуясь таблицей можно найти соответствия часто встречающихся обозначений нержавеющего крепежа наряду с материалом A2 и A4, например:

DIN 7 A1 = Штифт цилиндрический X 10 CrNi S 18 9 – AISI 303 – A1
DIN 125 1. 4541 = Шайба плоская DIN 125 материал X 6 CrNiTi 18 10 – AISI 321 – A3
DIN 2093 1.4310 = Диск пружинный тарельчатый X 12 CrNi 17 7 – AISI 301
DIN 127 1.4571 = Шайба гровер пружинная X 6 CrNiMoTi 17 12 2 – AISI 316Ti – A5
DIN 471 1.4122 = Кольцо стопорное наружное X 39 CrMo 17 1
DIN 472 1.4310 = Кольцо стопорное внутреннее X 12 CrNi 17 7 – AISI 301

DIN 934 A2 = Гайка шестигранная X 5 CrNi 18 10 – 1.4301 – AISI 304
DIN 933 A4 = Болт с шестигранной головкой X 5 CrNiMo 17 12 2 – 1.4401 – AISI 316

Также видно, что нержавейка 316L отличается от 316 более низким содержанием углерода.

Таблица 1. Химсостав по AISI

Химический состав нержавеющих сталей по AISI
S.S.Grade	200	202	301	302	303	304	304L	305	308	309	310	314	316	316L	321	347
Углерод	0. 12	0.12	0.15	0.15	0.15	0.08	0.03	0.12	0.08	0.20	0.25	0.25	0.08	0.03	0.08	0.08
Хром	14/16	16/18	16/18	17/19	17/19	18/20	18/20	17/19	19/21	22/24	24/26	24/26	23/26	16/18	17/19	17/19
Никель	0. 5/2.0	0.5/4.0	6.0/8.0	8.0/10	8.0/10	8.0/12	8.0/12	10/13	10/12	12/15	19/22	19/22	10/14	10/14	9.0/12	9/13
Молибден	0.20	0. 20											2.0/3.0	2.0/3.0
Марганец	7.5/10	5.5/7.5	2.00	2. 00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00
Кремний	0.90	0.90	1.00	1.00	1.00	1. 00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.50	1.5/3.0	1.00	1.00	1.00	1.00
Фосфор	0.06	0.06	0.05	0.05	0.20	0.05	0.05	0. 05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05
Азот	0.25	0.25
Сера			0. 03	0.03	0.15MIN	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03
Титан															5XC
Cb+Ta																10XC
	105. 00	105.00	110.00	90.00	90.00	85.00	60.00	85.00	85.00	90.00	95.00	100.00	85.00	78.00	87.00	92. 00
Предел прочности
	55.00	55.00	40.00	37.00	35.00	35.00	30.00	37.00	35.00	40.00	40.00	50.00	35. 00	30.00	35.00	35.00
Предел текучести 2%
Rockwell	90. 00	90.00	85.00	82.00	84.00	80.00	76.00	82.00	80.00	85.00	87.00	87.00	80.00	76.00	80.00	84.00
Brinell	185.00	185. 00	165.00	155.00	160.00	150.00	140.00	156.00	150.00	165.00	170.00	170.00	150.00	145.00	150.00	160.00

Таблица 2. Химсостав по EN

Химический состав по EN	EN	AISI	ASTM	AFNOR
Cr + Ni	Нержавеющая хромоникелевая сталь
X 5 CrNi 18 10	1. 4301	304	S 30400	Z 6 CN 18 09
X 5 CrNi 18 12	1.4303	305		Z 8 CN 18 12
X 10 CrNi S 18 9	1.4305	303	S 30300	Z 10 CNF 18 09
X 2 CrNi 19 11	1.4306	304 L	S 30403	Z 3 CN 18 10
X 12 CrNi 17 7	1.4310	301	S 30100	Z 11 CN 18 08
X 2 CrNiN 18 10	1. 4311	304 LN	S 30453	Z 3 CN 18 10 Az
X 1 CrNi 25 21	1.4335	310 L		Z 1 CN 25 20
X 1 CrNiSi 18 15	1.4361		S 30600	Z 1 CNS 17 15
X 6 CrNiTi 18 10	1.4541	321	S 32100	Z 6 CNT 18 10
X 6 CrNiNb 18 10	1.4550	347 (H)	S 34700	Z 6 CNNb 18 10
Cr + Ni + Mo	Нержавеющая хромоникелевая молибденовая сталь
X 5 CrNiMo 17 12 2	1. 4401	316	S 31600	Z 7 CND 17 11 02
X 2 CrNiMo 17 13 2	1.4404	316 L	S 31603	Z 3 CND 18 12 2
X 2 CrNiMoN 17 12 2	1.4406	316 LN	S 31653	Z 3 CND 17 11 Az
X 2 CrNiMoN 17 13 3	1.4429	316 LN (Mo+)	(S 31653)	Z 3 CND 17 1 2 Az
X 2 CrNiMo 18 14 3	1.4435	316 L (Mo+)	S 31609	Z 3 CND 18 14 03
X 5 CrNiMo 17 13 3	1. 4436	316 (Mo)		Z 6 CND 18 12 03
X 2 CrNiMo 18 16 4	1.4438	317 L	S 31703	Z 3 CND 19 15 04
X 2 CrNiMoN 17 13 5	1.4439	317 LN	S 31726	Z 3 CND 18 14 05 Az
X 5 CrNiMo 17 13	1.4449	(317)		Z 6 CND 17 12 04
X 1 CrNiMoN 25 25 2	1.4465		N08310/S31050	Z 2 CND 25 25 Az
X 1 CrNiMoN 25 22 2	1. 4466		S 31050	Z 2 CND 25 22 Az
X 4 NiCrMoCuNb 20 18 2	1.4505			Z 5 NCDUNb 20 18
X 5 NiCrMoCuTi 20 18	1.4506			Z 5 NCDUT 20 18
X 5 NiCrMoCuN 25 20 6	1.4529		S31254 (±)
X 1 NiCrMoCu 25 20 5	1.4539	904 L	N 08904	Z 2 NCDU 25 20
X 1 NiCrMoCu 31 27 4	1,4563		N 08028	Z 1 NCDU 31 27 03
X 6 CrNiMoTi 17 12 2	1. 4571	316 Ti	S 31635	Z 6 CNDT 17 12
X 3 CrNiMoTi 25 25	1.4577			Z 5 CNDT 25 24
X 6 CrNiMoNb 17 12 2	1.4580	316 Cb/Nb	C31640	Z 6 CNDNb 17 12
X 10 CrNiMoNb 18 12	1.4582	318		Z 6 CNDNb 17 13
DUPLEX	Дуплексная нержавеющая сталь
X 2 CrNiN 23 4	1. 4362		S 32304/S 39230	Z 3CN 23 04 Az
X 2 CrNiMoN 25 7 4	1.4410		S 31260/S 39226	Z 3 CND 25 07 Az
X 3 CrNiMoN 27 5 2	1.4460	329	S 32900	Z 5 CND 27 05 Az
X 2 CrNiMoN 22 5 3	1.4462	(329 LN)/F 51	S 31803/S 39209	Z 3 CND 22 05 Az
X 2 CrNiMoCuWN 25 7 4	1.4501	F 55	S 32760
X 2 CrNiMoCuN 25 6 3	1. 4507		S 32550/S 32750	Z 3 CNDU 25 07 Az
X 2 CrNiMnMoNbN 25 18 5 4	1.4565		S 24565
C° – 600° – 1200° C	Нержавейка для высоких температур
X 10 CrAl 7	1.4713			Z 8 CA 7
X 10 CrSiAl 13	1.4724			Z 13 C 13
X 10CrAI 18	1. 4742	442	S 44200	Z 12 CAS 18
X 18 CrN 28	1.4749	446	S 44600	Z 18 C 25
X 10 CrAlSi 24	1.4762			Z 12 CAS 25
X 20 CrNiSi 25 4	1.4821	327		Z 20 CNS 25 04
X 15 CrNiSi 20 12	1.4828	302 B/ 309	S 30215/30900	Z 17 CNS 20 12
X 6 CrNi 22 13	1. 4833	309 (S)	S 30908	Z 15 CN 24 13
X 15 CrNiSi 25 20	1.4841	310/314	S 31000/31400	Z 15 CNS 25 20
X 12 CrNi 25 21	1.4845	310 (S)	S 31008	Z 8 CN 25 20
X 12 NiCrSi 35 16	1.4864	330	N 08330	Z 20 NCS 33 16
X 10 NiCrAlTi 32 20	1.4876		N 08800	Z 10 NC 32 21
X 12 CrNiTi 18 9	1. 4878	321 H	S 32109	Z 6 CNT 18 12
X 8 CrNiSiN 21 11	1.4893		S 30815
X 6 CrNiMo 17 13	1.4919	316 H	S 31609	Z 6 CND 17 12
X 6 CrNi 18 11	1.4948	304 H	S 30409	Z 6 CN 18 11
X 5 NiCrAlTi 31 20	1.4958		N 08810	Z 10 NC 32 21
X 8 NiCrAlTi 31 21	1. 4959		N 08811
Cr	Инструментальная нержавеющая сталь
X 6 Cr 13	1.4000	410 S	S 41008	Z 8 C 12
X 6 CrAl 13	1.4002	405	S 40500	Z 8 CA 12
X 12 CrS 13	1.4005	416	S 41600	Z 13 CF 13
X 12 Cr 13	1. 4006	410	S41000	Z 10 C 13
X 6 Cr 17	1.4016	430	S 43000	Z 8 C 17
X 20 Cr 13	1.4021	420	S 42000	Z 20 C 13
X 15 Cr 13	1.4024	420 S	J 91201	Z 15 C 13
X 30 Cr 13	1.4028	420	J 91153	Z 33 C 13
X 46 Cr 13	1. 4034	(420)		Z 44 C 14
X 19 CrNi 17 2	1.4057	431	S 43100	Z 15 CN 16 02
X 14 CrMoS 17	1.4104	430 F	S 43020	Z 13 CF 17
X 90 CrMoV 18	1.4112	440 B	S 44003	Z 90 CDV 18
X 39 CrMo 17 1	1.4122	440 A		Z 38 CD 16 01
X 105 Cr Mo 17	1. 4125	440 C	S 44004/S 44025	Z 100 CD 17
X 5 CrTi 17	1.4510	430 Ti	S 43036/S 43900	Z 4 CT 17
X 5 CrNiCuNb 16 4	1.4542	630	S17400	Z 7 CNU 17 04
X 5 CrNiCuNb 16 4	1.4548	630	S17400	Z 7 CNU 17 04
X 7 CrNiAl 17 7	1.4568	631	S17700	Z 9 CNA 1 7 07

Первоисточник таблицы BZN GmbH, Werkstoffe

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

Обозначения химических элементов в таблицах:
Fe – железо;
С – Углерод
Mn – Марганец
Si – Кремний
Cr – Хром
Ni – Никель
Mo – Молибден
Ti – Титан

Уважаемые друзья!
Материал этой статьи был впервые опубликован в марте 2007 года на сайте rostfrei. ru.
По состоянию на декабрь 2015-го материал из нее использует половина нержавеющего Рунета.
Пожалуйста, просьба, делайте ссылку на источник — мы Вам будем очень благодарны.

Глава 1. Коррозионностойкие стали и сплавы / Глава 1.3. Хромистые нержавеющие стали / Глава 1.3.1 Влияние основных легирующих элементов на свойства хромистых нержавеющих сталей

Среди сталей этой группы широкое применение находят стали мартенситного класса, содержащие 11-13 % хрома, которые дополнительно легируют Ni, Mo, V, W, Nb. Они имеют лучшие механические свойства при повышенных температурах и коррозионную стойкость, чем стали типа Х13, не подвергаемые дополнительному легированию. Стали этой группы также обладают высокими значениями ударной вязкости.

Пассивностью называют состояние относительно высокой коррозионной стойкости металлов, сталей и сплавов в агрессивных средах, возникающее в результате торможения анодной реакции ионизации в определенной области электродных потенциалов.

Металл в пассивном состоянии практически не подвержен коррозии, хотя электродный потенциал его поверхности на сотни милливольт смещен в сторону положительных значений от потенциала коррозии. Это означает, что не выполняется уравнение анодной поляризационной кривой

где iа – плотность тока анодной реакции, мА/см2; ķа – константа скорости анодного перехода; β – коэффициент переноса, отражающий влияние электродного потенциала поверхности металла на анодную реакцию; п – число электронов, высвобождающихся в результате протекания анодной реакции ионизации металла; F – число Фарадея, Кл; R – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура, К; ∆Е – сдвиг электродного потенциала поверхности от равновесного значения, мВ.

В соответствии с этим уравнением скорость анодного процесса должна возрастать с увеличением сдвига электродного потенциала. Однако в состоянии пассивности, напротив, наблюдается многократное торможение анодной реакции. Так, в случае хрома и сплавов на его основе скорость анодного растворения снижается почти в миллион раз. Металл переходит в пассивное состояние, как правило, при контакте с сильными окислителями (кислород, пероксид водорода, ионы хромата СrO42-, дихромата Сr2O72-, перманганата МnО4- и др.). Однако для некоторых металлов (например, Ti) далее вода может служить сильным окислителем.

Одной из причин снижения скорости коррозии является образование на металлической поверхности нерастворимых оксидов и гидроксидов.

Переход в пассивное состояние характерен для Cr, Ni, Ti, Аl, иногда Fe и других металлов, а также сплавов на их основе.

Пассивность металлов имеет большое практическое значение, так как открывает ряд путей снижения коррозионных потерь.

Исследование пассивности проводят посредством снятия потенциостатических поляризационных кривых. С помощью типового потенциоCrата на изучаемый образец металла подают строго определенный электродный потенциал и регистрируют скорость анодного процесса (анодную плотность тока). Эту операцию повторяют многократно в необходимом диапазоне потенциалов, в результате чего получают анодную поляризационную кривую металла.

На рисунке 3 приведена типичная анодная потенциостатическая кривая, которая имеет четыре характерных участка:

1- область активного растворения, в которой металл переходит в ионное состояние;
2- область формирования пассивного состояния металла (или область активно-пассивного перехода), которое наступает по достижении потенциала пассивации Еn и плотности тока пассивации in. В этой области не выполняется уравнение (1), и скорость коррозии снижается при сдвиге электродного потенциала в сторону положительных значений. Последнее может быть связано с образованием на поверхности оксидов или гидроксидов в соответствии с реакциями

3- область пассивности, которая наступает при достижении потенциала полной пассивации Еnn. В этой области изменение потенциала не влияет на скорость растворения металла, остающуюся постоянной и соответствующую величине плотности тока полной пассивации inn. Металл в пассивном состоянии не является абсолютно инертным, вследствие чего величина inn никогда не достигает нулевого значения. Смещение потенциала в этой области в сторону отрицательных значений вызывает увеличение inn только после того, как его величина достигнет уровня Еnn.

Электродный потенциал начала активации металла называют Фладе-потенциалом. При наличии в коррозионной среде ионов-активаторов (например, галоидных ионов Сl-, I-, Вr- и др.) может наступить локальное нарушение пассивного состояния в результате протекания реакции

Следствием этого является прорыв пассивной пленки в наиболее слабых местах при так называемом «потенциале пробоя» и проявление точечной (питтинговой) коррозии;

Рисунок 3 – Типичная полная анодная поляризационная кривая и ее характерные участки

4- область перепассивации (или транспассивности), начинающаяся по достижении потенциала перепассивации Епер. В ней скорость коррозии снова начинает расти с увеличением значений электродного потенциала. Отличие от области 1 заключается в том, что металл, находящийся в пассивном состоянии, растворяется с образованием ионов высшей степени окисления (например, в случае Fe в области 1 образуются ионы Fe2+ , а в области 4 – ионы Fe3+).

На практике важно, чтобы потенциал Еnn был как молено более электроотрицателен, а потенциал Епер – как можно более электроположителен, то есть область пассивного состояния металла должна быть по возможности широкой и более устойчивой. Величины inep и inn в свою очередь, должны быть минимальны.

Легирующие элементы в стали по-разному влияют на области и характерные параметры анодной поляризационной кривой.

Так, по данным Н.Д. Томашова, некоторые легирующие элементы оказывают следующее влияние на основные параметры анодной поляризационной кривой:

Железоуглеродистые сплавы также приобретают способность к пассивации, свойственную для хрома. Кроме того, при легировании хромом повышаются защитные свойства высокотемпературной окалины. Поскольку хром относится к самопассивирующимся металлам, при механическом повреждении пассивной пленки она в дальнейшем легко восстанавливается, сохраняя свои защитные свойства. Если окислительные свойства коррозионной среды увеличиваются, то пассивируемость хромистых сталей возрастает.

Принцип коррозионностойкого легирования сталей хромом основан на применении диаграммы состояния «Fe – Сr» и количественно определяется зависимостью скорости коррозии от электродного потенциала. Здесь стрелками ↑ и ↓ показано смещение электродного потенциала в отрицательную и положительную стороны соответственно, а стрелками ← и → – уменьшение или увеличение плотности анодного тока. Случай ↑↓ указывает на наличие противоречивых данных. Прочерк свидетельствует о том, что влияние данного элемента четко не проявляется.

Выбор легирующих элементов, а следовательно, марки стали, определяется условиями эксплуатации конструкции. Для создания коррозионностойких и жаростойких сплавов на основе железа в качестве легирующего элемента обычно применяют хром, так как получаемые скорости коррозии зависят от его содержания в железохромистых сплавах. Введение в сплавы на основе железа наряду с хромом десяти и более процентов никеля приводит к превращению структуры феррита (присущей хромистым сталям) в более гомогенную структуру аустенита, коррозионная стойкость которой значительно выше. Никель повышает пластические свойства стали, сохраняя при этом достаточный запас прочности. Он также увеличивает ее способность к пассивации в депассивирующих средах (едкие щелочи, расплавы солей и т.п.).

В заключение отметим, что переход металла в пассивное состояние и его перепассивация зависят только от величины электродного потенциала и не зависят от факторов, определяющих его природу (вид окислителя, поляризация внешним током и др.).

Введение никеля в стали, содержащие 12-13 % Сr, приводит к расширению на диаграмме состояния сплавов системы Fe-Cr-C γ-области и снижению критической скорости закалки, что позволяет легко получать мартенситную или мартенсито-аустенитную структуры. Повышаются также пластичность и ударная вязкость сталей.

Эти ферритообразующие элементы расширяют α-область и сужают γ-область на диаграмме состояния. Их коэффициент ферритообразован и я значительно выше, чем у хрома.

Введение Мо и W в хромистые нержавеющие стали увеличивает их коррозионную стойкость в средах повышенной агрессивности (морская вода, органические кислоты и т.д.). В окислительных средах (например, HNO3, напротив, коррозионная стойкость этих сталей при введении Мо уменьшается.

Молибден образует в сталях простые (МоС, Мо2С) и сложные карбиды, а Мо и W при повышенных температурах (600…700 °С) способствуют также формированию фаз Лавеса типа Fe2W и Fe2Mo. Хромистые нержавеющие стали, легированные Мо, V, W и Nb, обладают жаропрочностью и используются, например, для изготовления пароперегревательных труб паровых котлов и паропроводов с высокими параметрами пара.

Рисунок 4 – Зависимость скорости коррозии от содержания Сr в сплавах на основе Fe

Вольфрам введенный в сталь в небольших количествах слабо влияет на коррозионную стойкость. Его применяют как легирующий элемент для увеличения сопротивляемости сталей ползучести при высоких температурах. Отрицательно сказывается W на окалиностойкости.

Ванадий, будучи ферритообразующим элементом, замыкает γ-область на диаграмме состояния при введении в сталь в количестве около 1 %. Его главной особенностью является способность образовывать стабильные мелкодисперсные карбиды в ходе нормализации с температур 1000-1050 °С. В этих условиях в сталях, легированных V, развиваются процессы дисперсионного твердения. Образующиеся мелкодисперсные карбиды V существенно повышают прочность сталей и их сопротивляемость ползучести. Ванадий отрицательно влияет на жаростойкость сталей. Для предупреждения образования флокенов (водородных пузырей) в сталях горячие поковки из них после изготовления рекомендуется термообрабатывать по специальному режиму: выдержка в предварительно прогретой до 600 °С печи в течение 5-6 часов с последующей изотермической выдержкой при температуре наименьшей устойчивости аустенита. Продолжительность выдержки выбирают так, чтобы обеспечивалось полное превращение аустенита и необходимое снижение содержания Н2 в стали.

Кремний увеличивает жаростойкость хромистых нержавеющих сталей при повышенных и высоких температурах. При введении в них 2-5 % Si значительно повышается коррозионная стойкость. В промышленности распространены стали, которые содержат наряду с Сr также Si и А1. Они называются сильхромами и сихромалями.

Алюминий способствует увеличению окалиностойкости хромистых нержавеющих сталей и их электросопротивления. Стали этой группы с пониженным содержанием углерода (

Титан и ниобий, являясь ферритообразующими элементами, значительно сужают у-область на диаграмме состояния Fe-Cr-C и повышают критические точки АС| и Ас3. Кроме того, они способствуют образованию карбидов в нержавеющих и кислотостойких сталях и тем самым увеличивают стойкость последних к межкристалл итной коррозии (МКК). NbC более стоек при температурах выше 1000. .. 1050 °С. Эти элементы также повышают жаропрочность хромистых нержавеющих сталей.

• Попередня
• Наступна

Классификация нержавеющих сталей по структуре и химическому составу.

Нержавеющая сталь представляет собой сложный многокомпонентный сплав на основе железа. В его состав входят углерод и другие элементы, повышающие устойчивость к агрессивной среде. Одним из основных легирующих компонентов является хром, содержание которого в сплаве должно быть не менее 12%. Присутствие хрома обеспечивает:

• повышение прочности сплава;
• хорошую свариваемость;
• продление срока эксплуатации;
• эстетичный вид.

Стали с добавкой хрома хорошо поддаются холодной механической обработке. На поверхности металла образуется оксидная пленка, которая защищает детали от коррозии. Кроме хрома в состав стали включают титан, никель, кобальт, ниобий, титан и молибден. Нержавеющие стали с разным качественным и количественным составом отличаются технологическими и эксплуатационными свойствами и применяются в разных отраслях.

Группы нержавеющих сталей по химическому составу

В зависимости от набора основных легирующих элементов в химическом составе различают следующие группы нержавеющих сталей:

• Хромистые.
• Хромоникелевые.
• Хромомарганцевоникелевые.

Хромистые стали

Как ясно из названия группы, главным легирующим элементом хромистых сталей является хром. Согласно ГОСТ 5632-2014 номинальное содержание хрома может быть 13, 17 или 25/28 %. К первому типу принадлежат марки 08Х13, 13х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13, ко второму – 12Х17 и 08Х17Т, к третьему – 15Х25Т и 15Х28. Хромистые стали второго и третьего типа относятся к ферритному классу, а первого типа – могут иметь ферритный, мартенситный или феррито-мартенситный класс.

Хромоникелевые стали

Хромоникелевые стали содержат 14-20% хрома, 12-14% никеля. Устойчивы к кислотам и высоким температурам, хорошо поддаются технологическим деформациям, в частности, штамповке, и свариванию. Обработке резанием поддаются удовлетворительно. К хромоникелевым относят стали марок 20X17Н2, 14Х17Н2, 20X17Н2, 14X17Н2.

Хромомарганцевоникелевые стали

Частичная замена никеля более дешевым марганцем способствует снижению стоимости материала без заметного снижения его полезных свойств. Добавление марганца повышает пластичность нержавеющей стали и помогает сохранить немагнитность, увеличивается ударная вязкость при низких температурах. Но, следует учитывать, что хромомарганцевоникелевые стали трудно свариваются и склоны к отпускной хрупкости. Основные представители данной группы: 03Х20Н16АГ6, 07Х21Г7АН5, 10Х14Г14Н4Т.

С учетом структуры своей кристаллической решетки хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали делятся аустенитные, аустенитно-ферритные, аустенитно-ферритные и аустенитно-карбидные.

Классы нержавеющих сталей по микроструктуре

Различия в механических и технологических свойствах сталей обусловлены особенностями их кристаллической структуры. По этому признаку нержавеющие стали подразделяют на:

• Ферритные.
• Мартенситные.
• Мартенситно-ферритные.
• Аустенитные.
• Аустенитно-мартенситные.
• Аустенитно-ферритные.
• Аустенитно-карбидные.

Ферритные стали

Содержание хрома в этом типе сталей приближается к 20%. Ферритные стали имеют высокую устойчивость к химически агрессивным средами, ярко выраженные магнитные свойства, хорошо поддаются обработке. Недорогие ферритные стали склонны к росту зерна и, как следствие, – к межкристаллитной коррозии. При высоких температурах происходит охрупчивание металла. Используются для производства неответственных конструкций, а также изделий, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах. К ферритному классу относятся стали марок: 08X17Т, 12X17 (AISI 430), 15X28, 15Х25Т, 15Х25Т.

Мартенситные и мартенситно-ферритные стали

Содержат до 20% хрома. Обладают низким порогом хладоломкости, пластичны, имеют высокую ударную вязкость, не склонны к образованию трещин.  Устойчивы к износу, коррозии в слабоагрессивных средах и атмосфере. Свариваемость разных марок мартенситных сталей сильно разнится. Некоторые мартенситные стали склонны к тепловой хрупкости. Применяются для изготовления режущего инструмента, измерительных приборов, высокопрочных деталей и ответственных конструкций, предназначенных для эксплуатации в широком диапазоне температур. Марки мартенситных сталей: 20Х13 (AISI 420), 40Х13, 12Х13.

Аустенитные стали

Суммарное содержание хрома и никеля достигает 33%. Аустенитные стали обладают наилучшим сочетанием технологических качеств. Им свойственна пластичность, высокая коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред, прочность. К аустенитному классу относятся стали 06ХН28МДТ, 08Х18Н10 (AISI 304), 10Х13Н17М2 (AISI 316), 12Х15Г9НД (AISI 201), 12Х18Н10Т (AISI 321), 20Х23Н18 (AISI 310S). Из них прокатывают множество видов полуфабрикатов: нержавеющие листы, трубы, сортовые изделия и арматуру.

Аустенитно-ферритные стали

Отличаются от аустенитных и ферритных сталей большей прочностью, менее склонны к росту зерна и межкристаллитной коррозии, устойчивы к органическим кислотам и азотной кислоте. Хорошо поддаются свариванию, не намагничиваются. По устойчивости к хладоломкости занимают промежуточное положение между ферритными и аустенитными сталями и хуже поддаются пластическим деформациям по сравнению с аустенитными сплавами. Используются для производства оборудования для металлургической, пищевой, химической, промышленности, в судостроении. К аустенитно-ферритным сталям относятся: 09ХН21Н6М2Т, 10Х25Г6ФТ, 08Х20Н6МД2Т, 09Х22Н5Т, 10Х25Н6Т.

Аустенитно-мартенситные стали

Свойства стали зависят от соотношения мартенсита и аустенита в структуре металла. Характеризуются оптимальным соотношением прочности и пластичности. Марки: 08Х17Н8Ю, 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю.

состав нержавеющей стали. Из чего состоит нержавеющая сталь

Содержание

Основные сведения

Нержавеющие стали, которые можно также отнести к более широкому классу коррозионностойких сталей — материалы, обладающие высокой стойкостью к коррозии во влажной атмосфере и слабоагрессивных водных растворах.

Коррозией называется разрушение металлов и сплавов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой. Коррозионная стойкость — способность материала сопротивляться коррозионному воздействию среды.

Основой нержавеющих сталей является железо. Основным легирующим элементом, обеспечивающим стойкость к коррозии, является хром (Cr). Также в состав указанных материалов обычно входят углерод (C), кремний (Si), марганец (Mn), сера (S) и фосфор (P). Многие из нержавеющих сталей содержат в качестве легирующих элементов никель (Ni), который улучшает коррозионную стойкость и жаропрочность стали; молибден (Mo), ниобий (Nb), которые повышают рабочую температуру стали; кобальт (Co), повышающий износостойкость материала.

Различия между цветными и черными металлами

Черные металлы – это железо, а также различные сплавы на основе железа, например, чугун или сталь. Обладают высокой прочностью на разрыв, им нашли широкое применение в строительстве. Изделия из черного металла используются:

• в автомобилестроении;
• для изготовления железобетонных конструкций;
• изготовление различных труб;
• выполнения армирования.

Самый простой способ понять, что металл черный – поднести к нему магнит. Притяжение свидетельствует о содержании в составе железа.

Цветные металлы отличаются меньшей прочностью и более высокой ценой. Их главное и ключевое отличие от черных – отсутствие в составе железа. Они податливы и универсальны, к ним относятся:

• медь и никель;
• алюминий и латунь;
• цинк и олово.

Существует также класс драгоценного цветмета – это золото, серебро, хром, кобальт.

Таким образом, можно сказать, что главное различие между цветным металлом и черным – наличие или отсутствие в составе железа.

Нержавейка — это сплав черного и цветного металлов

Так что же представляет нержавеющая сталь? Нержавейка – это цветной металл или черный? Наш ответ: ни то, ни другое.

Нержавейка – это сплав черного и цветного металла. Из-за почти равного процентного содержания железа и различных цветных металлов, этот сплав невозможно отнести к какому-то конкретному виду.

В пунктах приема металлолома, нержавеющую сталь, как правило, принимают как лом цветмета. Из-за высокого процентного содержания хрома и никеля, других цветметов, лом нержавейки попросту нельзя отнести к черному лому, пусть даже в нем и содержится железо.

Цены на черный металл и нержавейку отличаются в первую очередь тем, что цена черного металла рассчитывается за 1 тонну, а цена нержавейки за 1 килограмм. Цветные металлы имеют более высокую стоимость, поэтому лом нержавеющей стали приблизительно вполовину дороже, чем лом черного металла.

Невозможно однозначно сравнивать спрос на нержавейку и черные металлы, так как они имеют различные сферы применения. Нержавеющую сталь используют в случаях, когда конструкция должна обладать высокой устойчивостью к коррозии, различным агрессивным средам.

История создания и преимущества нержавеющей стали

Первооткрывателем нержавейки считается англичанин Harry Brearly (Гарри Брирли).

По одной из версий, в 1913 году, экспериментируя с различными материалами в процессе разработки оружейных стволов, он заметил, что забракованный и выброшенный в дальний угол мастерской хромо-никелевый сплав через много дней продолжал блестеть, как новый. Это первенство оспаривается многими, так как нержавеющие металлы были известны и до указанного времени.

Полученная сталь оказалась превосходным материалом со многими преимуществами:

• Прочная, надежная, устойчивая против механических и химических повреждений.
• Долговечная, не поддается коррозии.
• Легко обрабатывается, в том числе, формуется и сваривается.
• Не требует покраски, расходы на содержание практически отсутствуют.
• Имеет красивый современный внешний вид, из нее получаются стильные товары.
• Отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, которые предъявляются к оборудованию пищепрома и бытовой посуде.

Последнее обстоятельство стало причиной того, что нержавеющая сталь, наряду со стеклом и некоторыми видами пластмасс, стала самым популярным материалом, используемым в данной отрасли промышленности. Казалось бы, чтобы узнать, какие марки считаются пищевыми, достаточно открыть справочник (а точнее, марочник) на нужной странице.

Нормативные документы

По нержавеющей стали и продукции из данного материала принято довольно большое количество стандартов. Одним из основных является ГОСТ 5632-2014 «Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные». Кроме того, есть ISO 15510:2010 «Сталь нержавеющая. Химический состав». А также ГОСТ Р 51393-99 и другие — по техническим условиям на прокат, трубы и прочие изделия.

Найти в них указанный выше термин не получится. В ГОСТах, ТУ и прочих нормативных документах нет официального понятия «пищевая нержавеющая сталь». Ни по одной из марок не сказано, что она годится для контакта с продуктами в любой ситуации. В лучшем случае, даются рекомендации по применению в конкретных условиях либо для определенных групп изделий.

Чтобы понять, почему так получается, надо более подробно разобраться с коррозией стали, ее типами и характеристиками.

Физические свойства нержавеющей стали

Патент на нержавеющую сталь был выдан в 1913 г. в Великобритании. Ее создателем стал металлург Гарри Бреарли. Изобретение дало огромный толчок в развитии сталелитейной и иных отраслей промышленности.

Свою популярность нержавеющая сталь получила благодаря большому многообразию физических свойств, в том числе антикоррозийных. Новые стали изготавливаются с добавлением к основному компоненту разного рода примесей. Физические свойства нержавейки зависят от типа и объема добавок.

Рекомендовано к прочтению

• Резка меди лазером: преимущества и недостатки технологии
• Виды резки металла: промышленное применение
• Металлообработка по чертежам: удобно и выгодно

При длительной эксплуатации ряд марок нержавеющей стали может поддаваться коррозии. На это оказывают влияние примеси различных металлов, входящих в ее состав. Однако такие сплавы имеют и ряд достоинств, благодаря которым вероятность окисления уже не имеет столь серьезного значения.

Главными физическими свойствами нержавейки, отличающими ее от некоторых иных металлов, являются:

• Прочность. Данное качество стали позволяет производить продукцию, выгодно отличающуюся от аналогов. Стойкость к физическим нагрузкам не дает деформироваться изделию, надолго сохраняя его первоначальный вид. Надежность качественной нержавейки сохраняется до 10 лет.
• Стойкость к воздействию агрессивной среды. Внешние условия практически не оказывают влияния на материал, что дает возможность долго его эксплуатировать с сохранением всех свойств.
• Жаропрочность. Все изделия из данного металла имеют высокую стойкость к температурному воздействию, в том числе при прямом нагревании огнем. Они не изменяют свои размеры, форму, а также свойства в случае больших температурных перепадов.
• Экологическая безопасность. Антикоррозийные свойства материала не дают ему окислиться. В состав металла не входят вредные для здоровья компоненты, что дает возможность использовать его в пищевой промышленности.
• Противокоррозийные свойства. Они являются основными для нержавеющей стали и не дают ржавчине появиться на металле. Более того, даже щелочи и кислоты не могут повлиять на возникновение коррозии.
• Внешний вид изделий. Он сильно отличается от продукции, изготовленной из иных металлов. Поверхность изделий долго продолжает оставаться блестящей и чистой.
• Податливость. Обработка нержавейки происходит достаточно просто. Из данного металла несложно изготовить изделие необходимой формы.

Перед выбором металла с заданными физическими свойствами следует определить цели, для которых он необходим. Ученые разработали множество различных компонентов и примесей, которые помогают сделать металл с заданными характеристиками.

Химические свойства хромистых коррозиестойких сталей

Следует отметить, что железо, которое является основой любой стали, имеет несколько состояний, совпадающих с фазами активности и покоя кристаллической решетки, которые зависят от степени коррозийной стойкости. Чем она выше, тем более пассивным считается металл. Наиболее распространенными считаются сплавы с образующейся при закалке мартенситной структурой, обладающие достаточно высокой пластичностью. Согласно химическим характеристикам, это железо в α-фазе (чистый металл), содержащее насыщенный твердый раствор углерода. К таковым относятся пищевая и быстрорежущая нержавейка, из которой изготавливают изделия для использования в быту на кухне, например, всевозможные емкости и ножи. Мартенситные стали способны выдержать контакт со слабоагрессивными химическими веществами.

Хромистые коррозиестойкие стали

Другой тип – ферритные сплавы с достаточно высоким магнитным показателем. Разница у них по большей части в форме кристаллической решетки, она имеет кубическую структуру, в отличие от тетрагональной мартенситной. В целом же это средненасыщенный твердый раствор углерода в α-железе с добавлением легирующих элементов, таких как хром. Примечательно, что такие сплавы не подвергаются изменениям при нагреве до предельно возможных температур и не теряют свои свойства. Чаще всего таким изделиям находят применение в пищевой промышленности или для изготовления инструментов. Мартенситно-ферритные сплавы имеют свойства обоих перечисленных типов, то есть они механически устойчивы, обладают высокой прочностью и имеют магнитный потенциал. Но устойчивость к окислительной среде у таких сталей не очень высока, намного ниже, чем у обычных ферритных сплавов.

Отличительные черты аустенитных сплавов

В первую очередь рассмотрим аустенитные структуры сталей, которые определяются, как γ-железо (высокотемпературное изменение кристаллической решетки металла) в виде твердого раствора с углеродом. Проще говоря, такие сплавы могут подвергаться межкристаллической коррозии даже при высоком содержании хрома, если не имеют включения дополнительных элементов, таких как титан или ниобий. Во избежание их обязательно подвергают термообработке. В остальном это очень пластичные, прочные и технологичные стали, содержащие, помимо хрома еще и никель, которые относят к разряду конструкционных. Также из этих сплавов изготавливают инструменты, а вот в пищевой промышленности, равно как и для изготовления кухонной утвари, марки данного класса непригодны, поскольку никель весьма аллергенный.

Аустенитные сплавы

Межкристаллической коррозией называют внутреннее окисление металла, проходящее по границам отдельных зерен стали. По этой причине разрушение изделия остается незаметным, при сохранении характерного блеска узнать о коррозии можно только по звуку при ударах

Что примечательно, каким бы ни был химический состав аустенитных сплавов, они всегда немагнитные. Но при любой холодной деформации, например, под воздействием механических воздействий, они начинают приобретать небольшой магнитный потенциал. Это происходит по той причине, что при нарушении кристаллической решетки аустенит на некоторых участках превращается в феррит. Прочность таких сплавов достигается путем предельного уменьшения содержания углерода, впрочем, до определенного порога – не ниже 0,04 %, по причине присутствия в растворе никеля. В таких условиях легко образуются карбиды, то есть химическое соединение хрома с углеродом. Иногда в сплав добавляют связанный азот, благодаря которому возникают карбнитриды, также повышающие прочность стали. Примером может послужить марка нержавейки Х17АГ14.

Промежуточные сплавы имеют несколько иные характеристики, в частности, аустенитно-мартенситные. Они имеют более низкую коррозиестойкость, чем просто аустенитные структуры, но намного прочнее. При этом данный класс довольно тяжело поддается термообработке, вернее, воздействие на него высокими температурами связано с некоторыми сложностями. Зачастую такие сплавы со свойствами мартенситов требуют не только закалки, но также обработки холодом с последующим отпуском металла. Однако при такой технологии прочность нержавейки переходного класса повышается в несколько раз. В производстве элементов для тяжелых несущих конструкций стали, вроде марок 09X15Н8Ю или 20Х13Н4Г9, не используются, их применяют только для изготовления легких конструкций.

Особенность аустенитно-ферритных сплавов заключается в том, что они содержат сравнительно небольшое количество никеля в сравнении с другими промежуточными классами. За счет этого такие стали, как 12Х21Н5Т или 08Х22Н6Т, имеют гораздо лучшую свариваемость, швы при соединении металлопроката из них получаются очень качественные и прочные на деформацию. Обеспечивается это влиянием ферритной структуры, обеспечиваемой элементами Сr, Ti, Mo или Si. Однако следует отметить, что по той же причине, то есть из наличия ферритообразующих включений, в значительной степени ухудшается жаропрочность, равно как и пластичность. Высокой остается только механическая прочность.

В марках сталей обычно присутствуют буквы кириллицы, они тождественны латинским обозначениям, в частности Ю означает «ювенал» – алюминий, причем так он маркируется только в сталях. Другие элементы могут означаться также не по первым буквам, например кремний – С, от силициума, а марганец – Г, поскольку эта буква имеется в середине слова.

Классификация

Наиболее распространенной является классификация сталей по их структуре. Выделяют следующие типы коррозионностойких сталей:

• ферритный;
• мартенситный;
• аустенитный;
• ферритно-мартенситный;
• аустенито-мартенситный;
• аустенито-ферритный.

Стоит отметить, что, как правило, в особый класс выделяют коррозионностойкие сплавы на основе никеля, хрома и никеля, никеля и молибдена.

Структуры сталей отличаются благодаря различным способам их охлаждения после высокотемпературной обработки. Структура наряду с химическим составом оказывает большое влияние на стойкость материала к коррозии в тех или иных агрессивных средах, что, в свою очередь, определяет области применения изделий из конкретного сплава или стали. Свойства нержавеющих сталей определяются химическим составом стали, а также ее структурой. Указанные признаки особенно важны для определения среды, в которой стоек тот или иной материал.

Мартенситный и мартенсито-ферритные стали обладают хорошей коррозионностойкие стойкостью в атмосферный условиях, слабоагрессивных средах (например, в слабых растворах солей, кислот), а также имеют высокие механические свойства.

Основной рабочей средой ферритных сталей являются растворы азотной кислоты аммиака, аммиачная селитра, смесь фосфорной, азотной, фтористоводородной кислот, а также некоторые другие окислительные агрессивные среды. Стали данного класса становятся хрупкими при температуре 475 °С, а также имеют сравнительно невысокие показатели прочности и жаропрочности. Стоит отметить плохую свариваемость ферритных сталей и низкую коррозионную стойкость сварных швов.

Аустенитные стали обладают хорошими показателями механических и технологических свойств, а также стойки в большом количестве агрессивных сред. Стали данного класса имеют высокую пластичность и прочность, а также хорошо обрабатываются.

Аустенито-ферритные и аустенито-мартенситные стали по коррозионной стойкости схожи со сталями аустенитного класса, но превосходят их по механическим характеристикам. Так аустенито-ферритные стали имеют повышенный предел текучести, аустенито-мартенситные — повышенную прочность.

Группы по сопротивляемости

По степени сопротивления разрушающему воздействию в разных условиях, нержавейка делится на три группы:

• Коррозионно-стойкая. Надежно работает в обычных и слабоагрессивных бытовых и промышленных средах.
• Жаростойкая. Устойчива против коррозии в сильноагрессивной среде при высокой температуре.
• Жаропрочная. Хорошо сопротивляется механическому разрушению при высокой температуре.

По химическому составу нержавейка делится на:

• Хромистые: мартенситные, мартенситно-ферритные, ферритные.
• Хромоникелевые: аустенитные, аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные, аустенитно-карбидные.
• Хромомарганцевонинкелевые (классификация аналогична предыдущей).

Стали с двойным названием относятся к двухфазным. Наиболее популярными среди перечисленных видов являются:

• Аустенитные. Не магнитные. Самые распространенные в промышленности. Основные составляющие: хром от 15% до 20%, никель от 5% до 15%. Главное достоинство – отличные рабочие и технологические характеристики. Пластичные, прочные, в большинстве сред устойчивы против коррозии, хорошо свариваются и подвергаются тепловой обработке. Склонны к межкристаллитной коррозии, так как «боятся» прокаливания. После добавки ниобия и титана, становятся стабилизированными. Снижение количества углерода до 0,03% также уменьшает подверженность к данному виду разрушения. Обозначение – А.
• Мартенситные. Могут быть магнитными. Хром – от 10% до 17%, углерод – до 1%. По сравнению с предыдущими, более твердые и сильнее подвержены коррозии, из-за низкого содержания Cr. Хорошо работают в слабоагрессивной среде и под открытым воздухом. Сложнее в обработке. Механические свойства высокие. Упрочняются после закалки. Обозначение – С.
• Ферритные. Магнитные. Хром – от 10% до 30%, углерод – менее 0,1%. Содержат мало углерода, поэтому более мягкие, по сравнению с мартенситными. Достаточно пластичные и прочные, легко обрабатываются. Термообработке не поддаются. Сохраняют прочность и коррозионную устойчивость в окислительных и других агрессивных средах. Недорогие. Обозначение – F.

Среди всех используемых сталей, аустенитные и ферритные составляют 95%. Двухфазные сочетают свойства разных типов. В пищевой промышленности применяются, в основном, стабилизированные аустенитные нержавеющие стали. Для изготовления столовой посуды используют хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые разновидности.

Группы коррозионностойких сталей по структуре

Структура коррозионностойких сталей, их свойства и области применения определяются процентным содержанием углерода, перечнем и количеством легирующих добавок. По структуре нержавейка делится на несколько типов. Основные: ферритная, мартенситная, аустенитная. Существуют промежуточные варианты.

Ферритная

Эта группа относится к малоуглеродистым сплавам – C до 0,15%. Содержание хрома – до 30%. Объемнокристаллическая структура обеспечивает сочетание достаточно высокой прочности и пластичности. Нержавеющие стали ферритных марок относятся к ферромагнитным.

Основные характеристики:

• способность к холодной деформации;
• основной тип термообработки – отжиг, снимающий наклеп;
• хорошая коррозионная стойкость;
• относительно невысокая стоимость.

Основная причина потери рабочих характеристик сталями ферритного класса – межкристаллитная коррозия (МКК), в результате которой разрушение происходит по границам зерен. Для устранения этого негативного явления избегают резкого охлаждения металла от +800°C, проводят стабилизирующий отжиг, находят оптимальный баланс между содержанием углерода и хрома. Полностью устранить склонность к МКК позволяет введение карбидообразующих элементов – титана и ниобия.

По стандарту AISI ферритные стали относятся к серии 400:

• 403-420 – содержание хрома 11-14%, никель отсутствует;
• 430 и 440 – 15-18% C, никель отсутствует;
• 630 – содержит 3-5% никеля. Хорошо обрабатывается, устойчива к коррозии в различных средах, схожа по свойствам с 08Х18Н10.

Эти материалы используются при производстве широкого сортамента труб, листов, профилей.

Таблица марок нержавеющих сталей ферритного класса по ГОСТу и AISI, основные сферы использования

Марка по ГОСТу 5632	Марка по AISI	Области применения
08Х13	409	Столовые приборы
12Х13	410	Емкости для жидких алкогольсодержащих продуктов
12Х17	430	Емкости для высокотемпературной обработки пищевой продукции

Мартенситная

К этой группе относятся металлы с содержанием хрома до 17%, углерода – до 0,5% (в отдельных случаях – выше). Мартенсит – структура, получаемая путем закалки заготовки с последующим отпуском. Для нее характерно сочетание высокой твердости, прочности, упругости и устойчивости к коррозии. Сплавы используются при производстве ответственной металлопродукции, предназначенной для работы в агрессивных средах. Это пружины, валы, ножи, фланцы. При повышении содержания C в структуре появляется карбидная фаза, обеспечивающая высокую твердость и износостойкость. Проведение низкого отпуска после закалки (+200…+300°C) обеспечивает высокую твердость – 50-52 HRC, высокого (+500…+600°С) – меньшую твердость (28-30HRC) и большую вязкость. Закалка производится при температурах +950…+1050°C.

Таблица марок мартенситных сталей по ГОСТу и AISI, их основные области применения

Марка по ГОСТу 5632	Марка по AISI	Области применения
20Х13	420	Кухонное оборудование
30Х13
40Х13
14Х17Н2 (мартенситно-ферритная)	431	Детали компрессорных установок, оборудование, эксплуатируемое в агрессивных средах и при пониженных температурах

Аустенитный класс

Этот обширный класс коррозионностойких сталей (по AISI – класс 300 и представитель класса 200 – AISI 201) обладает высокой устойчивостью к коррозии, пластичностью в холодном и горячем состоянии, прочностью, хорошей свариваемостью, способностью контактировать без разрушения с азотной кислотой. Немагнитность существенно расширяет области применения материала. Экономически выгодным является сочетание 18% Cr и 8% Ni. При необходимости получения стабильного состояния аустенита количество никеля повышают до 9%. Такие стали бывают нестабилизированными и стабилизированными. Стабилизированная группа легируется титаном и ниобием, снижающими склонность аустенитных марок к межкристаллитной коррозии.

Закалка осуществляется при температурах +1050…+1100°C с быстрым охлаждением, которое закрепляет состояние пресыщенного твердого раствора. Особенность этой группы – отсутствие упрочнения при закалке. В данном случае этот вид ТО является смягчающей операцией, направленной на снятие последствий наклепа. С этой же целью может применяться отжиг. Закалке подвергают мелкие детали, отжигу – массивные.

Таблица марок аустенитных сталей по ГОСТу и AISI, их основные области применения

Марка по ГОСТу 5632	Марка по AISI	Области применения
12Х18Н10Т	321	Технологические линии химической индустрии и предприятий нефтепереработки
08Х18Н10	304	Технологические трубопроводные системы в химической и пищевой индустрии, ограниченный ассортимент посуды, не включающий изделия для горячей обработки пищи
08Х17Н13М2	316	Технологическое оборудование химической индустрии, использование в качестве «пищевого» материала
12Х15Г9НД	201	Емкости и трубопроводы, контактирующие с органическими кислотами и умеренно агрессивными средами

Краткие характеристики некоторых видов аустенитных нержавеющих сталей:

• 304 – распространенный представитель этого класса. Прекрасно поддается глубокой вытяжке, поэтому применяется для изготовления объемных изделий. Подвержен щелевой коррозии в теплых средах с повышенным содержанием хлора, поэтому не рекомендуется к применению в морской воде и в отраслях, в которых используются чистящие составы с хлором.
• 321 и 347 – усовершенствованные варианты марки 304, отличающиеся добавками ниобия или титана.
• 316 – проявляет максимальную устойчивость к коррозии среди массово используемых коррозионностойких сталей.
• 201 – относительно недорогой аналог сталей 304 и 321. Показывает хорошие рабочие характеристики в средах средней агрессивности, благодаря сбалансированному химическому составу и новым технологиям изготовления.

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.

Влияние элементов на состав нержавейки

Как влияют на состав те или иные элементы? Например, марганец – увеличивает прочность, ковкость и твердость, может заменять никель в 200 сериях. Хром – повышает стойкость к механическим нагрузкам, ударам. Также увеличивает жаростойкость, устойчивость к истиранию, отвечает за образование оксидной пленки. А вот никель отвечает за упругость, снижает ударную вязкость. Молибден относится к карбидообразующим, защищает от хрупкости, устойчив к хлористой среде. При добавлении азота можно уменьшать количественное содержание никеля в несколько раз – добавляет прочности, вязкости.

Хромистая сталь (серия 400) – аналог AISI 430 – наиболее пластичная, твердая, жаропрочная серия, сплавы поддаются свариванию, штамповке.

Хромоникелевая сталь (серия 300). Представлена устойчивыми к агрессивным средам марками — AISI 316; 316 Т; аналоги AISI 304; aisi 321.

Хромомарганцевоникелевая (серия 200). Является бюджетным аналогом хромоникелевых − высокопрочные, хорошо свариваемые, поддающиеся формовке.

Что касается формулы нержавеющей стали, то, так как это сплав различных элементов, то конкретной формулы у неё нет.

Марки нержавеющих сталей

Необходимо сказать несколько слов о маркировке легированных сталей. В ее основу положена буквенно-цифровая система (ГОСТ 4543-71). Легирующие элементы: марганец — Г, кремний — С, хром — Х, никель — Н, вольфрам — В, ванадий — Ф, титан — Т, молибден — М, кобальт — К, алюминий — Ю, медь — Д, бор — Р, ниобий — Б, цирконий — Ц, азот — А.; Количество легирующего элемента в процентах указывается цифрой, стоящей после соответствующего индекса. В начале перед буквенным обозначением пишется (регламентируется маркой) в виде цифрового значения умноженное на 10 процентное содержание углерода в стали. Отсутствие цифры после индекса элемента указывает на то, что его содержание менее 1,5 %. Высококачественные стали имеют в обозначении букву А, а особо-высококачественные — букву Ш, проставляемую в конце.

Например, сталь 12Х2Н4А содержит 0,12% С, около 2% Cr, около 4% Ni и менее 0,025% S и P.

Изготовление

Существует 3 метода изготовления нержавеющей стали:

1. Мартеновский. Традиционная методика, применяемая многие десятилетия на разных металлургических, литейных предприятиях. Свое название способ берет от инженера, который создал печь для плавки металлов. Оборудование нагревается до 1700 °C. Длина — 16 метров. Высота — 1 метр. Ширина — до 6 метров. Подобные ванны подходят для переплавки 900 тонн нержавеющей стали.
2. Электросталеплавительный. Для производства стали применяют электропечи, которые имеют ограниченный доступ к кислороду, поступающему в рабочую камеру. С помощью подобного оборудования можно добиться нагревания до 1650 °C.
3. Конверторный. Для проведения этого метода плавки металлов не нужен внешний источник энергии. С помощью конвертора можно добиться высокой скорости плавки — до 40 минут.

Около 60% нержавеющей стали произведено с помощью электросталеплавительного метода.

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.

Особенности ухода

Особых правил по уходу за нержавейкой придерживаться не нужно. Загрязнения можно протирать влажной тряпкой с моющими средствами. Важно не использовать жесткие щетки, чтобы сохранить целостность поверхностей.

Нержавеющая сталь применяется в разных сферах деятельности. Для получения сплавов с измененным свойствами они насыщаются легирующими добавками. Металл может применяться в нестандартных областях.

Сферы применения

Нержавеющий металл применяется в разных сферах:

1. Химической промышленности. Чтобы работать с агрессивными составами, нужно применять специальное оборудование. Детали для него изготавливаются из аустенитных сплавов. Емкости, трубы, которые изготовлены из нержавейки, устойчивы к воздействию химических веществ, не теряют эксплуатационных свойств.
2. Машиностроении. Нержавеющая сталь используется при изготовлении деталей для сборки автомобилей, промышленного оборудования.
3. Пищевой промышленности. К емкостям, которые предназначены для хранения, транспортировки продуктов, применяются высокие требования. Для производства сосудов можно применять стекло, нержавеющую сталь, определенные виды полимеров.
4. Энергетике. Нержавейка подходит для изготовления рабочих узлов.
5. Авиационно-космической. Благодаря добавлению в состав нержавеющей стали дополнительных компонентов производители смогли выпустить сплавы на ее основе. Они получили большую популярность в производстве космических кораблей, самолетов.
6. Целлюлозно-бумажной промышленности. Оборудование для этой сферы в большинстве своем изготавливается из нержавейки.

Еще одна популярная сфера деятельности, где применяется нержавеющая сталь, — строительство. Из нее изготавливают строительные материалы, инструменты.

Что еще необходимо знать о коррозионностойкой стали?

Сталь этого вида представляется в качестве металлического сплава, обладающего увеличенными показателями устойчивости к возникновению коррозии в разнообразных атмосферных, а также климатических условиях. Сюда стоит отнести не только щелочи и кислоты, но и пресную, а также соленую воду.

Существуют различные классы такой стали, при разделении которых учитываются структурные характеристики. Дополнительно детальную классификацию подобного рода принято считать конечной и условной структурой. Она получается за счет медленного охлаждения в результате сильнейшего нагрева металла. Вся процедура выполняется в пределах производственной площади.

Главным химическим элементом в данной ситуации выступает именно хром. Благодаря ему и достигается отличный уровень антикоррозийной устойчивости. Элемент этого вида сам обладает высочайшими показателями такой характеристики. За счет него возможно образование специальной защитной пленки. Она формируется непосредственно на самой поверхности материала, и считается главным вариантом обеспечения защиты. Другими словами, чем больше в сплаве окажется такого элемента, как хром, тем более высоким уровнем противодействия коррозии будет обладать само изделие. Кстати, этого можно достичь вне зависимости от разновидности имеющейся среды.

Таким образом, отвечая на вопрос, что такое коррозионностойкая сталь, первоначально необходимо отметить, что она обладает прекрасными показателями противостояния к возникновению коррозии, даже при присутствии слишком агрессивных условий.

Источники

• https://www.metotech.ru/nergstal-opisanie. htm
• https://metallolom-msk.ru/k-kakomu-metallu-otnositsya-nerzhavejka.html
• https://www.russkayaferma.ru/stati/kakie_marki_nerzhaveyushchey_stali_otnosyatsya_k_pishchevym/
• https://vt-metall.ru/articles/447-svojstva-nerzhaveyushhej-stali
• https://tutmet.ru/sostav-nerzhaveyushhej-stali.html
• https://TreydMetall.ru/info/nerzhaveyushchaya-stal-marki-vidy-i-harakteristiki
• https://martensit.ru/stal/korrozionnostojkaya-stal/
• http://betall.ru/info/sostav-i-formula-nerzhavejushhej-stali
• https://metalloy.ru/metally/nerzhaveyka
• https://weller.ru/stroitelstvo/chto-takoe-korrozionnostojkaya-stal-i-v-chem-preimushhestva-takix-stalnyx-listov/

Легирующие элементы|Нержавеющая сталь Outokumpu | Оутокумпу

Различные легирующие элементы оказывают особое влияние на свойства нержавеющей стали. Именно совокупное воздействие всех легирующих элементов, термической обработки и, в некоторой степени, примесей определяет профиль свойств конкретной марки стали. Следует отметить, что влияние легирующих элементов в некоторой степени различается между различными типами нержавеющей стали.

Алюминий (Al)

При добавлении в значительных количествах алюминий улучшает стойкость к окислению и используется для этой цели в некоторых жаростойких марках. В дисперсионно-твердеющих сталях алюминий используется для образования интерметаллических соединений, повышающих прочность в состаренном состоянии.

Углерод (C)

Углерод является мощным аустенитообразователем, который также значительно повышает механическую прочность. В ферритных марках углерод значительно снижает ударную вязкость и коррозионную стойкость. В мартенситных сортах углерод увеличивает твердость и прочность, но снижает ударную вязкость.

Церий (Ce)

Церий является одним из редкоземельных металлов (РЗМ) и добавляется в небольших количествах к некоторым термостойким сортам для повышения устойчивости к окислению при высоких температурах.

Хром (Cr)

Хром является наиболее важным легирующим элементом, так как он придает нержавеющей стали ее общую коррозионную стойкость. Все нержавеющие стали имеют содержание Cr не менее 10,5%. Кроме того, коррозионная стойкость увеличивается при более высоком содержании хрома. Хром также повышает устойчивость к окислению при высоких температурах и способствует формированию ферритной микроструктуры.

 

Кобальт (Co)

Кобальт используется в мартенситных сталях, где он повышает твердость и сопротивление отпуску, особенно при более высоких температурах.

Медь (Cu)

Медь улучшает коррозионную стойкость к некоторым кислотам и поддерживает аустенитную микроструктуру. Его также можно добавлять для уменьшения наклепа в сплавы, предназначенные для улучшения обрабатываемости. Кроме того, его также можно добавить для улучшения формуемости.

Молибден (Mo)

олибден значительно повышает стойкость как к равномерной, так и к локальной коррозии. Он немного повышает механическую прочность и сильно способствует формированию ферритной микроструктуры. Однако молибден также увеличивает риск образования вторичных фаз в ферритных, дуплексных и аустенитных сталях. В мартенситных сталях молибден повышает твердость при более высоких температурах отпуска из-за его влияния на выделение карбидов.

Марганец (Mn)

Марганец обычно используется для повышения пластичности в горячем состоянии. Его влияние на баланс феррит/аустенит меняется в зависимости от температуры: при низких температурах марганец является стабилизатором аустенита, но при высоких температурах он стабилизирует феррит. Марганец увеличивает растворимость азота и используется для получения высокого содержания азота в дуплексных и аустенитных нержавеющих сталях. Марганец, как аустенитообразователь, также может частично заменить никель в нержавеющей стали.

Никель (Ni)

Никель обычно повышает пластичность и ударную вязкость. Основной причиной добавления никеля является создание аустенитной микроструктуры. Он также снижает скорость коррозии в активном состоянии и поэтому предпочтителен в кислых средах. В дисперсионно-твердеющих сталях никель также используется для образования интерметаллических соединений, используемых для повышения прочности. Добавление никеля в мартенситные марки в сочетании со снижением содержания углерода улучшает свариваемость.

Ниобий (Nb)

Ниобий является сильным феррито- и карбидообразователем и, как и титан, способствует образованию ферритной структуры. В аустенитные стали добавляют ниобий для повышения стойкости к межкристаллитной коррозии (стабилизированные марки). Кроме того, он улучшает механические свойства при высоких температурах. В ферритные марки иногда добавляют ниобий и/или титан для повышения ударной вязкости и минимизации риска межкристаллитной коррозии. В мартенситных сталях ниобий снижает твердость и повышает стойкость к отпуску. В США ниобий обозначается как Колумбий (Cb).

Азот (N)

Азот является очень мощным аустенитным формирователем, который также значительно повышает механическую прочность. Он также повышает устойчивость к локальной коррозии, особенно в сочетании с молибденом. В ферритной нержавеющей стали азот сильно снижает ударную вязкость и коррозионную стойкость. В мартенситных сплавах азот увеличивает как твердость, так и прочность, но снижает ударную вязкость.

Кремний (Si)

Кремний повышает устойчивость к окислению как при высоких температурах, так и в сильно окисляющих растворах при более низких температурах. Это способствует ферритной микроструктуре и увеличивает прочность.

 

Сера (S)

Сера добавляется в некоторые нержавеющие стали для улучшения их обрабатываемости. На уровнях, присутствующих в этих сортах, сера немного снижает коррозионную стойкость, пластичность, свариваемость и формуемость. На Outokumpu торговая марка PRODEC (PRODuction EConomy) используется для некоторых марок со сбалансированным содержанием серы для улучшения обрабатываемости. Можно добавить меньшее количество серы, чтобы уменьшить деформационное упрочнение и улучшить формуемость. Несколько повышенное содержание серы также улучшает свариваемость стали.

Титан (Ti)

Титан является сильным феррито- и карбидообразователем, который снижает эффективное содержание углерода и способствует формированию ферритной структуры двумя способами. За счет добавления титана в аустенитных сталях повышается стойкость к межкристаллитной коррозии (стабилизированные марки), а также улучшаются содержание углерода и механические свойства при высоких температурах. В ферритные марки добавляется титан для улучшения ударной вязкости, формуемости и коррозионной стойкости. В мартенситных сталях титан в сочетании с углеродом снижает твердость мартенсита и повышает стойкость к отпуску. В дисперсионно-твердеющих сталях титан используется для образования интерметаллических соединений, которые используются для повышения прочности.

Вольфрам (W)

Вольфрам присутствует в качестве примеси в большинстве нержавеющих сталей, хотя его добавляют в некоторые специальные марки, например, в супердуплексную сталь марки 4501, для повышения стойкости к точечной коррозии.

 

Ванадий (V)

Ванадий образует карбиды и нитриды при более низких температурах, продвигает феррит в микроструктуре и повышает ударную вязкость. Это увеличивает твердость мартенситных сталей из-за его влияния на тип присутствующего карбида. Это также повышает устойчивость к отпуску. Он используется только в нержавеющих сталях, которые могут быть закалены.

 

Глоссарий

Прочность
Способность поглощать энергию в пластическом диапазоне.

Активный
(1) Состояние металла, которое подвергается коррозии без значительного влияния продукта реакции.
(2) Более низкий или более низкий потенциал отрицательного электрода.

Легирующие элементы – SSINA

Металлы редко используются в чистом виде. Легирующие элементы добавляются для изменения их свойств. Нержавеющие стали — это сплавы на основе железа, соответствующие стандарту ASTM A9.41 для этого семейства сплавов, в частности, для стали, которая соответствует спецификации, требующей минимального содержания хрома в процентах по массе 10,5 и максимального содержания углерода 1,20.

Существует более 150 различных нержавеющих сталей с уникальными комбинациями легирующих элементов. Эти легирующие добавки улучшают коррозионную стойкость в различных условиях эксплуатации и определяют уровень прочности, формуемость, обрабатываемость и другие желательные характеристики.

Углерод всегда присутствует в нержавеющей стали. Ключевое значение имеет количество углерода. Во всех категориях, кроме мартенситной, уровень остается довольно низким. В мартенситном классе уровень преднамеренно повышен для получения высокой прочности и твердости. Термическая обработка путем нагревания до высокой температуры, закалки и последующего отпуска приводит к образованию мартенситной фазы.

Углерод может влиять на коррозионную стойкость. Если позволить углероду соединиться с хромом (с образованием карбидов хрома), это может отрицательно сказаться на способности к формированию «пассивного» слоя. Если на отдельных участках содержание хрома уменьшится ниже 10,5%, слой не образуется.

Хром является высокореактивным элементом и объясняет «пассивный» характер всех нержавеющих сталей. Устойчивость к химическому воздействию коррозии и типичному «ржавлению» (окислению), которое происходит с незащищенной углеродистой сталью, является прямым результатом присутствия хрома. Как только композиция содержит не менее 10,5% хрома, мгновенно образуется прочная и нерастворимая поверхностная пленка, которая предотвращает дальнейшую диффузию кислорода на поверхность и предотвращает окисление железа в матрице. Чем выше уровень хрома, тем выше защита.

Никель является основным связующим элементом в марках нержавеющей стали серии 300. Присутствие никеля приводит к образованию «аустенитной» структуры, которая придает этим маркам стали прочность, пластичность и ударную вязкость даже при криогенных температурах. Это также делает материал немагнитным. Хотя роль никеля не оказывает прямого влияния на развитие «пассивного» поверхностного слоя, она приводит к значительному улучшению устойчивости к кислотному воздействию, особенно к серной кислоте.

Добавление молибдена в матрицу Cr-Fe-Ni повышает устойчивость к локальному точечному воздействию и лучшую стойкость к щелевой коррозии (особенно в ферритных марках Cr-Fe). Он помогает противостоять пагубному воздействию хлоридов (316 с 2% молибдена предпочтительнее, чем 304, в прибрежных и противообледенительных условиях). Чем выше содержание молибдена (существуют нержавеющие стали с содержанием молибдена 6%), тем выше устойчивость к более высоким уровням хлоридов.

Обычно марганец добавляют в нержавеющие стали для облегчения раскисления во время плавки и для предотвращения образования включений сульфида железа, которые могут вызвать проблемы с горячим растрескиванием. Он также является «аустенитным» стабилизатором и при добавлении в более высоких количествах (от 4 до 15%) заменяет часть никеля в марках нержавеющей стали серии 200.

Небольшие количества кремния и меди обычно добавляют в аустенитные нержавеющие стали, содержащие молибден, для улучшения коррозионной стойкости к серной кислоте. Кремний также улучшает стойкость к окислению и является стабилизатором «феррита». В «аустенитных нержавеющих сталях высокое содержание кремния улучшает стойкость к окислению, а также предотвращает науглероживание при повышенных температурах (примерами являются 309 и 310).

Добавки ниобия предотвращают межкристаллитную коррозию, особенно в околошовной зоне после сварки. Ниобий помогает предотвратить образование карбидов хрома, которые могут лишить микроструктуру необходимого количества хрома для пассивации. В «ферритных» нержавеющих сталях добавление ниобия является эффективным способом повышения сопротивления термической усталости.

Титан является основным элементом, используемым для стабилизации нержавеющей стали перед использованием сосудов для аргонно-кислородного обезуглероживания. Когда нержавеющая сталь плавится на воздухе, трудно снизить уровень углерода. 302, наиболее распространенному сорту до AOD, разрешалось иметь максимальный уровень углерода 0,15%). На таком высоком уровне требовалось что-то для стабилизации углерода, и титан был наиболее распространенным способом. Титан будет реагировать с углеродом с образованием карбидов титана и предотвращать образование карбидов хрома, что может повлиять на формирование «пассивного» слоя. Сегодня вся нержавеющая сталь обрабатывается в сосуде AOD, а уровень углерода, как правило, низкий из-за отсутствия кислорода. На сегодняшний день наиболее распространен сорт 304 (с максимальным содержанием углерода 0,08, хотя на самом деле уровни ниже).

Содержание серы обычно поддерживается на низком уровне, поскольку она может образовывать сульфидные включения. Он используется для улучшения обрабатываемости (где эти включения действуют как «стружколомы»). Однако добавление серы снижает стойкость к точечной коррозии.

Элемент	Воздействие на нержавеющую сталь
Хром	Образует с кислородом пассивную пленку, препятствующую дальнейшей диффузии кислорода в поверхность. Состав должен содержать не менее 10,5%, чтобы быть нержавеющей сталью.
Никель	Повышает пластичность и прочность. Повышение коррозионной стойкости к кислотам. Аддитон создает немагнитную структуру.
Молибден	Повышает стойкость к точечной и щелевой коррозии. Повышение устойчивости к хлоридам.
Медь	Повышение коррозионной стойкости к серной кислоте.
Марганец	Заменитель никеля (серия 200).
Титин/ниобий	Связывает углерод и предотвращает межкристаллитную коррозию в зоне сварки ферритных марок.
Азот	Повышение прочности и коррозионной стойкости аустенитных и дуплексных марок.
Силикон	Повышает устойчивость к образованию накипи при высоких температурах.
Сера	Обычно поддерживается на низком уровне для марок “свободной механической обработки”.
Углерод	Обычно поддерживается на низком уровне. Используется в мартенситных сплавах для повышения прочности и твердости.
Элемент	Воздействие на нержавеющую сталь

Влияние легирующих элементов на свойства нержавеющей стали.

Ссылка: «Легирующие элементы в нержавеющей стали», Пьер-Жан Куна, опубликовано Международной ассоциацией развития хрома.

Что такое нержавеющая сталь? – аперам

Главная Нержавеющая сталь Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь представляет собой устойчивый к коррозии сплав железа, хрома и, в некоторых случаях, никеля и других металлов.

Нержавеющая сталь, полностью и бесконечно перерабатываемая, является «зеленым материалом» по преимуществу. Фактически, в строительном секторе фактическая степень его восстановления близка к 100%. Нержавеющая сталь также экологически нейтральна и инертна, а ее долговечность обеспечивает соответствие требованиям устойчивого строительства. Кроме того, он не выделяет соединений, которые могут изменить его состав при контакте с такими элементами, как вода.

В дополнение к этим экологическим преимуществам, нержавеющая сталь также эстетически привлекательна, чрезвычайно гигиенична, проста в обслуживании, очень долговечна и предлагает широкий спектр аспектов. В результате нержавеющую сталь можно найти во многих повседневных предметах. Он также играет заметную роль в ряде отраслей, включая энергетику, транспорт, строительство, исследования, медицину, продукты питания и логистику.

увидеть наш производственный процесс

Состав нержавеющей стали

Сталь представляет собой сплав железа и углерода. Нержавеющие стали — это стали, содержащие не менее 10,5 % хрома, менее 1,2 % углерода и другие легирующие элементы. Коррозионная стойкость и механические свойства нержавеющей стали могут быть улучшены добавлением других элементов, таких как никель, молибден, титан, ниобий, марганец и т. д.

Реакция на контакт с воздухом, влагой или водой на поверхности материала образуется слой оксида хрома. Этот пассивный слой защищает его и обладает уникальной способностью восстанавливаться.

Общие свойства нержавеющей стали

Эстетика

Нержавеющая сталь имеет множество вариантов отделки поверхности, от матовой до блестящей, включая матовую и гравированную. Его можно тиснить или тонировать, что делает нержавеющую сталь уникальным и эстетичным материалом. Он часто используется архитекторами для ограждающих конструкций зданий, дизайна интерьера и уличной мебели.

Механические свойства

По сравнению с другими материалами нержавеющая сталь обладает сильными механическими свойствами при температуре окружающей среды — в конце концов, это сталь! В частности, он сочетает в себе пластичность, эластичность и твердость, что позволяет использовать его в сложных режимах обработки металлов давлением (глубокая штамповка, плоская гибка, экструзия и т. д.), обеспечивая при этом стойкость к сильному износу (трению, истиранию, удару, эластичности и т. д.). ). Кроме того, он обеспечивает хорошие механические свойства как при низких, так и при высоких температурах.

Сопротивление огню

Нержавеющая сталь имеет наилучшую огнестойкость среди всех металлических материалов при использовании в конструкционных целях, имея критическую температуру выше 800°C. Нержавеющая сталь имеет рейтинг A2s1d0 по огнестойкости без эмиссии токсичных паров.

Устойчивость к коррозии

При минимальном содержании хрома 10,5% нержавеющая сталь постоянно защищена пассивным слоем оксида хрома, который естественным образом образуется на поверхности в результате реакции хрома с кислородом воздуха или воды. Если поверхность поцарапана, она восстанавливается. Эта особенность придает нержавеющим сталям их коррозионную стойкость.

Очищаемость

Изделия из нержавеющей стали легко чистятся, достаточно обычных чистящих средств (моющих средств, мыльных порошков), которые не повреждают поверхность. Нержавеющая сталь полностью отвечает требованиям декоративной и кухонной посуды, требующей частого и эффективного мытья.

Переработка

Нержавеющая сталь — это по преимуществу «зеленый материал», который можно многократно перерабатывать. В строительном секторе фактическая степень его восстановления близка к 100%. Он экологически нейтрален и инертен при контакте с такими элементами, как вода, и не выделяет соединений, которые могут изменить их состав. Эти качества делают нержавеющую сталь идеально подходящей для строительных конструкций, подверженных неблагоприятным погодным условиям, таких как крыши, фасады, системы рекуперации дождевой воды и водопроводные трубы. Долговечность нержавеющей стали соответствует требованиям устойчивого строительства, а эффективный монтаж, установка и низкие эксплуатационные расходы гарантируют пользователю непревзойденный срок службы.

Семейства нержавеющей стали

Имея пять категорий нержавеющих сталей, каждая из которых различается легирующими элементами, добавленными к железу, углероду и хрому, мы предлагаем полный спектр решений.

• Аустениты или серия 300
  От 0,015 до 0,10 % углерода, от 16 до 21 % хрома, от 6 до 26 % никеля, от 0 до 7 % молибдена. Присутствие никеля повышает коррозионную стойкость в определенных средах и делает нержавеющую сталь более пластичной. Присутствие молибдена дополнительно повышает стойкость к коррозии в кислой среде. Наиболее распространены марки 304/304L и 316/316L.
• Применение
  Рынок котлов, аэронавтика, электронные компоненты, железнодорожное оборудование, трубы, химические резервуары и пищевые баки, морское оборудование, контейнеры и т. д.

• Аустенитные стали с марганцем или серии 200
  Это хромомарганцевые стали с низким содержанием никеля (всегда ниже 5%).
• Приложения
  Цистерны для асфальта, трубы, контейнеры для пищевых продуктов, бункеры, конвейерные цепи, защитные подошвы и т. д.

• Ферриты или серия 400: предложение KARA по ферритам
  От 0,02 до 0,06 % углерода, от 10,5 до 30 % хрома, от 0 до 4 % молибдена. Обычно используемые внутри компании, эти марки в настоящее время разрабатываются для изготовления оболочек и конструкционных изделий.
• KARA — торговая марка Aperam для ферритных нержавеющих сталей
  В отличие от других нержавеющих сталей, серия KARA не содержит никеля и поэтому не подвержена неустойчивым колебаниям цен на этот легирующий элемент. В результате цены становятся более стабильными во времени, что дает KARA сильный аргумент в строительном секторе, где стоимость проекта и экономичность являются ключевыми элементами.
• Применение
  Автомобильные выхлопные системы, конвейерные цепи, кухонная утварь, котлы, бытовая техника, отделка, посуда, отопление, баки для горячей воды, трубы и т. д.

• % углерода, от 0 до 4% молибдена, от 1 до 7% никеля и от 21 до 26% хрома. Эти нержавеющие стали не только отличаются превосходным качеством из-за низкого содержания никеля — материала, цены на который спекулятивны, но и очень экономичны.
• Области применения
  Нефть, газ, целлюлоза и бумага, опреснительные отрасли, химическая промышленность и т. д.

• Мартенситы
  0,1% углерода, от 10,5 до 17% хрома.
• Применение
  Столовые приборы, режущие инструменты, ручные инструменты, пружины и т. д. 

Контактный запрос

Будь то общий вопрос об Aperam или помощь в выборе подходящей продукции для вашего проекта, наши специалисты всегда рядом и готовы помочь

Информационный бюллетень

Newsletter

Type of NewsletterNewsletter in EnglishNewsletter in Portuguese

CountryAfghanistanAlbaniaAlgeriaAngolaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelauBelgiumBelizeBeninBhutanBoliviaBosniaBotswanaBrazilBruneiBulgariaBurkina-FasoBurmaBurundiCambodiaCameroonCanadaCape Verde IslandCentral African RepublicChadChileChinaColombiaComoro IslandsCongoCook IslandsCosta RicaCôte d’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDemocratic Republic of the CongoDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFijiFinlandFranceGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGreeceGrenadaGuatemalaGuineaGuinea BissauGuyanaHaitiHondurasHungaryIcelandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakhstanKenyaKiribatiKuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarsha ll IslandsMauritaniaMauritiusMexicoMicronesiaMoldaviaMonacoMongoliaMoroccoMozambiqueNamibiaNauruNepalNetherlandsNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorth KoreaNorwayOmanPakistanPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPeruPhilippinesPolandPortugalQatarRomaniaRussiaRwandaSaint Kitts-NevisSaint LuciaSaint Vincent and the GrenadinesSan MarinoSao Tomé and PrincipeSaudi ArabiaScotlandSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSoloman IslandsSomaliaSouth AfricaSouth KoreaSpainSri LankaSudanSurinameSwazilandSwedenSwitzerlandSyriaTajikistanTanzaniaThailandTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited StatesUruguayUzbekistanVanuatuVatican CityVenezuelaVietnamWestern SamoaYemenYugoslaviaZambiaZimbabwe

Установите флажок «Соответствие GDPR». Регистрируясь, вы соглашаетесь с тем, что Aperam будет использовать предоставленные данные для связи со мной с помощью цифровых средств. См. нашу Политику конфиденциальности

Нержавеющая сталь: Роль никеля

Нержавеющая сталь: Роль никеля | Институт никеля

Более двух третей мирового производства никеля используется для производства нержавеющей стали. В качестве легирующего элемента никель улучшает его важные свойства, такие как формуемость, свариваемость и пластичность, а также повышает коррозионную стойкость в некоторых областях применения.

Нержавеющая сталь

используется уже более ста лет. Он включает в себя широкий спектр сплавов на основе железа, но, в отличие от обычной стали, они устойчивы к коррозии и не ржавеют под воздействием воды. Легирующим элементом, который делает сталь «нержавеющей», является хром; однако именно добавление никеля позволяет нержавеющей стали стать таким универсальным сплавом.

Благодаря добавлению никеля нержавеющая сталь стала таким универсальным сплавом.

В дополнение к присущей им коррозионной стойкости никельсодержащие нержавеющие стали легко формуются и свариваются; они остаются пластичными при очень низких температурах и, тем не менее, могут использоваться при высоких температурах. Кроме того, в отличие от обычной стали и нержавеющей стали, не содержащей никель, они немагнитны. Это означает, что они могут быть превращены в исключительно широкий спектр продуктов, охватывающих применение в химической промышленности, секторе здравоохранения и домашнем использовании. На самом деле, никель настолько важен, что никельсодержащие марки составляют 75% производства нержавеющей стали. Наиболее известными из них являются тип 304 с содержанием никеля 8% и тип 316 с содержанием никеля 11%.

Никель

обеспечивает эти свойства за счет изменения кристаллической структуры стали на аустенитную (гранецентрированный кубический кристалл) почти при всех температурах. Обычная сталь имеет ферритную (объемно-центрированный кубический кристалл) структуру при температуре окружающей среды. Именно добавление достаточного количества никеля – обычно 8-10% – придает эти уникальные свойства.

Ферритный куб

Аустенитный куб

Никель настолько важен, что никельсодержащие марки составляют 75% производства нержавеющей стали.

Свойства никельсодержащей нержавеющей стали

• Формуемость

  Аустенитная структура обеспечивает нержавеющим сталям хорошую пластичность и формуемость. Обычный сплав типа 304 с содержанием 18 % хрома и 8 % никеля, в частности, демонстрирует хорошие характеристики деформации при растяжении. Немного более высокое содержание никеля дополнительно увеличивает стабильность аустенита и снижает склонность к деформационному упрочнению, повышая пригодность для глубокой вытяжки. В отличие от сплавов с низким содержанием никеля и высоким содержанием марганца эти сплавы не склонны к замедленному холодному растрескиванию. Их превосходная формуемость привела к тому, что аустенитные сплавы серии 300 стали широко использоваться для таких изделий, как кухонные мойки и кастрюли.

• Свариваемость

  Многие детали оборудования из нержавеющей стали изготавливаются с помощью сварки. В целом, никелевые аустенитные сплавы лучше подходят для сварки, чем другие сплавы, при этом марки 304 и 316 являются наиболее распространенными нержавеющими сталями в мире. В отличие от ферритных сплавов они не склонны к охрупчиванию в результате высокотемпературного роста зерен, а сварные швы обладают отличными характеристиками при изгибе и ударе. Они легко свариваются как в толстых, так и в тонких секциях.

• Прочность

  Прочность — способность материала поглощать энергию без разрушения — имеет важное значение во многих инженерных приложениях. Большинство нержавеющих сталей имеют хорошую ударную вязкость при комнатной температуре, однако по мере понижения температуры ферритная структура становится все более хрупкой, что делает ферритные нержавеющие стали непригодными для использования при криогенных температурах. Напротив, обычные аустенитные нержавеющие стали сохраняют хорошую ударную вязкость даже при температурах жидкого гелия (-270 °C), поэтому такие марки, как тип 304, широко используются для криогенных применений.

• Высокотемпературные свойства

  Добавление никеля придает аустенитным сплавам нержавеющей стали значительно более высокую жаропрочность, чем другие сплавы, в частности, способность сопротивляться склонности к медленному движению или постоянной деформации под действием механических напряжений, известной как ползучесть. Эти сплавы также гораздо менее склонны к образованию повреждающих хрупких фаз при воздействии температур выше 300°C. Никель также стабилизирует защитную оксидную пленку и уменьшает выкрашивание при термоциклировании. Вот почему аустенитные сплавы предпочтительны для высокотемпературных применений и там, где требуется огнестойкость.

• Устойчивое развитие

  Большинство никельсодержащих материалов полностью подлежат вторичной переработке по истечении срока службы изделия; действительно, их высокая стоимость поощряет переработку. Это, в свою очередь, снижает воздействие никельсодержащих нержавеющих сталей на окружающую среду за счет снижения как потребности в первичных материалах, так и энергии, необходимой для их производства. Например, количество используемого в настоящее время лома нержавеющей стали снижает энергию, необходимую для производства нержавеющей стали, примерно на одну треть по сравнению с использованием 100% первичных материалов.

  Долговечность нержавеющей стали можно увидеть в зданиях. Реставрация собора Святого Павла и навеса отеля «Савой» в Лондоне, Великобритания (1925 и 1929 годы соответственно), Крайслер-билдинг в Нью-Йорке и Арки ворот в Сент-Луисе в США (1930 и 1965 годы), пирса Прогресо в Мексике. Штат Юкатан (около 1940 г.) и здание Тиссена в Дюссельдорфе, Германия (1960 г.) свидетельствуют о долговечности, которую можно ожидать от никельсодержащей нержавеющей стали.

• Простота производства

  Простота производства не сразу бросается в глаза конечному пользователю. Однако многолетний опыт производства обычных аустенитных сплавов, их широкое применение, универсальность и масштабы производства позволили им стать широко и экономически доступными во всех формах и количествах во всех частях мира.

Применение в нержавеющей стали

Обычные никельсодержащие аустенитные сплавы явно превосходны во всех отношениях. Они широко доступны, их свойства и применение хорошо изучены, они универсальны и просты в использовании. Они также демонстрируют превосходную долговечность и широко перерабатываются, когда их срок службы заканчивается. Часто они представляют собой наиболее практичный выбор материала с наименьшим риском, а это означает, что эти марки используются в самых разных областях:

• Материалы, контактирующие с пищевыми продуктами и сектором здравоохранения, поскольку их легко чистить и дезинфицировать, что упрощает поддержание гигиены
• Промышленность, перерабатывающие предприятия, нефть и газ, производство электроэнергии, борьба с загрязнением, химическое и фармацевтическое производство
• Транспорт, автомобильный, железнодорожный, аэрокосмический и морской
• Архитектура, для облицовки, уличной мебели, строительных конструкций и армирования бетона
• Вода для очистки сточных вод, водораспределения, водопровода и опреснения.

Чтобы узнать больше о никеле в нержавеющей стали

• Преимущество никеля

Спросите у экспертов

Мы ценим вашу конфиденциальность

Файлы cookie используются для того, чтобы мы могли анонимно анализировать использование нашего веб-сайта и количество посетителей с помощью службы Google Analytics. С политикой конфиденциальности Google Analytics можно ознакомиться здесь. Мы не храним и не отслеживаем какие-либо идентифицирующие пользователя данные о вашем посещении. Вы можете отозвать свое согласие на использование файлов cookie в любое время на странице нашей Политики конфиденциальности.

Я принимаю файлы cookie я отказываюсь от куки

Введение в нержавеющую сталь — промышленные металлурги

Нержавеющая сталь — это сталь с содержанием хрома не менее 10,5%. Они получают свою устойчивость к коррозии благодаря тонкому прочному поверхностному слою оксида хрома. Если оксидный слой физически поврежден, происходит быстрая регенерация слоя, что сохраняет коррозионную стойкость. Однако химическая среда, которая может разрушить этот слой, может инициировать коррозию. Следовательно, нержавеющая сталь обладает высокой устойчивостью к атмосферной коррозии, но не невосприимчива к коррозии во всех средах.

Нержавеющие стали делятся на несколько основных классов: аустенитные, ферритные, мартенситные, дуплексные и дисперсионно-твердеющие. Различие между каждым классом основано главным образом на преобладающей фазе, присутствующей в нержавеющей стали, определяемой основными легирующими элементами.

Нужна помощь эксперта-металлурга в разработке компонента из нержавеющей стали? Мы помогаем с выбором сплава, покрытия и процесса. См. нашу страницу консультаций по металлургии.

Основными легирующими элементами в нержавеющих сталях являются хром и никель. Хром в первую очередь обеспечивает коррозионную стойкость и дополнительную прочность. Никель обеспечивает прочность и некоторую коррозионную стойкость. Второстепенные легирующие элементы включают марганец, углерод и молибден. Марганец присутствует в сталях в небольших количествах, но в более высоких концентрациях он стабилизирует аустенит и частично заменяет никель в сталях 200-й серии. Углерод в значительной степени является примесью в аустенитной стали, но он является упрочняющим элементом в ферритной и мартенситной стали, так же как и в углеродистой и низколегированной стали. Молибден обеспечивает дополнительную прочность и устойчивость к точечной коррозии. Другие элементы, такие как титан или ниобий, служат другим целям, характерным для применения, для которого был разработан сплав.

Стали серии 400 были первыми версиями нержавеющей стали. К ним относятся ферритные и мартенситные марки, которые содержат только хром в качестве основного легирующего элемента, что делает их менее дорогими, чем аустенитные марки. Они магнитные, как правило, более устойчивы к воздействию хлоридов, чем сплавы серии 300, а некоторые марки могут быть упрочнены путем термообработки.

Тип 410 содержит около 12% хрома. Способность упрочнять этот сплав путем термообработки с образованием мартенсита делает его мартенситным. Низкое содержание хрома обеспечивает умеренную коррозионную стойкость. При достаточном количестве времени воздействие погодных условий вызовет ржавчину. Тип 430 представляет собой ферритную марку, содержащую около 17% хрома. Его нельзя укрепить термической обработкой. Нержавеющие стали серии 400, как правило, более устойчивы к воздействию хлоридов, чем стали серии 300.

Нужна помощь в определении неисправности компонента или проблемы с качеством? Мы можем помочь. См. нашу страницу анализа отказов. [email protected]

При достаточном количестве никеля нержавеющая сталь остается аустенитной при комнатной температуре, создавая аустенитные стали. Они немагнитны и не могут подвергаться термической обработке сквозной закалкой, как углеродистые стали, поскольку в этих сплавах не происходит фазового превращения в мартенсит. Основной причиной их использования является превосходная стойкость к коррозии в атмосфере и агрессивным химическим средам по сравнению с 400-й серией.

Сплавы серии 300 содержат хром и никель и являются наиболее популярными аустенитными марками. Типы 301 и 304 являются наиболее распространенными сплавами и предназначены для общего использования. Они содержат 18 % хрома, от 9 до 10 % никеля и до 0,15 % углерода (301) или 0,08 % углерода (304) в качестве примеси. Другие сплавы серии 300 представляют собой модифицированные версии этих сплавов для достижения определенных свойств. Тип 316 содержит 2%-3% молибдена для улучшения коррозионной стойкости в хлоридсодержащих средах. Типы 304L, 316L и другие марки L содержат восстановленный углерод, менее 0,03%, чтобы избежать изменений микроструктуры во время сварки и других термических процессов, которые могут повредить коррозионную стойкость. Это вредное изменение известно как сенсибилизация. Типы 321 и 347 содержат небольшое количество титана и ниобия соответственно для предотвращения сенсибилизации. Они способны работать при повышенных температурах, в то время как L-классы предназначены для защиты от сенсибилизации во время изготовления. На изображении ниже показаны зерна аустенита в сплаве 304.

Зерна аустенита в сплаве 304. Частицы на границах зерен представляют собой карбиды хрома.

Совершенствуйте свои знания в области металлургии нержавеющей стали, разрабатывайте более дешевые компоненты и быстрее решайте проблемы. См. нашу страницу курсов по металлургии для вариантов обучения.

В сталях серии 200, также аустенитных, часть никеля заменена марганцем в целях экономии. Марка 201 содержит около 17% хрома, 6,5% марганца и 4% никеля. Обладает коррозионной стойкостью, аналогичной 301.

Стали с дисперсионным твердением (PH) упрочняются путем термической обработки с образованием выделений, а также путем образования мартенсита. Их можно упрочнить до более высокой твердости, чем марки серии 400, с помощью метода старения, аналогичного методу старения алюминиевых сплавов. Стали 17-4 РН и 17-7 РН содержат 17 % хрома и 4 % или 7 % никеля соответственно. Второстепенные легирующие элементы могут включать медь, титан, ниобий и другие.

Дуплексные нержавеющие стали позволяют сэкономить на материальных затратах в агрессивных средах, таких как химическая обработка, в том числе в средах, содержащих хлориды и серу. Они состоят из смеси аустенита и феррита примерно в равных пропорциях. Дуплексные нержавеющие стали подразделяются на тощие, стандартные, супер- и гипердуплексные в зависимости от количества легирующих элементов. Дуплексные нержавеющие стали содержат больше хрома и меньше никеля, чем стали серии 300, и обычно содержат азот в качестве дополнительного стабилизатора аустенита и молибден для коррозионной стойкости. 2205 (22% хрома, 5% никеля и 3% молибдена) — обычная стандартная дуплексная нержавеющая сталь, а 2507 (25% Cr, 7% Ni плюс 4% Mo) — обычная супердуплексная сталь. На микрофотографии ниже показана дуплексная нержавеющая сталь.

Микрофотография дуплексной нержавеющей стали. Фаза коричневого цвета – это феррит, а фаза светлого цвета – аустенит. (С любезного разрешения Charles Young, P.E.)

Широкий спектр доступных нержавеющих сталей обеспечивает широкий спектр возможностей. Однако каждый сплав имеет свои преимущества и недостатки. При выборе марки доступных нержавеющих сталей важно учитывать, как компоненты будут изготавливаться и соединяться друг с другом, конкретная среда, в которой они будут подвергаться, в дополнение к соображениям, общим для других сплавов, таким как механические требования и стоимость.

Более подробная информация о нержавеющих сталях содержится в Специальном справочнике ASM: Нержавеющие стали Дж. Р. Дэвиса и ASM Metals Handbook Volume 1: Properties and Selection of Irons, Steels, and High-Performance Alloys. Эта статья была написана при содействии Charles Young, P.E.

Спецификация: Легирующие элементы в нержавеющей стали

Нержавеющая сталь

Общая информация

Скачать PDF

---

Нержавеющие стали содержат ряд легирующих элементов в зависимости от марки и состава. Ниже перечислены легирующие добавки с указанием причины их присутствия, а в приложении представлена ​​сводная таблица.

Углерод (C): Железо сплавляется с углеродом для изготовления стали и увеличивает твердость и прочность железа. Чистое железо не может быть закалено или упрочнено термической обработкой, но добавление углерода обеспечивает широкий диапазон твердости и прочности. В аустенитных и ферритных нержавеющих сталях нежелательно высокое содержание углерода, особенно при сварке, из-за угрозы выделения карбидов.

Марганец (Mn): Марганец добавляется в сталь для улучшения свойств горячей обработки и повышения прочности, ударной вязкости и прокаливаемости. Марганец, как и никель, является элементом, образующим аустенит, и использовался в качестве заменителя никеля в аустенитных нержавеющих сталях серии AISI200, например AISI 202 вместо AISI 304.

Хром (Cr): Хром добавляют в сталь для повышения стойкости к окислению. Это сопротивление увеличивается по мере добавления хрома. «Нержавеющие стали содержат минимум 10,5% хрома (традиционно 11 или 12%). Это дает очень заметную степень общей коррозионной стойкости по сравнению со сталями с более низким процентным содержанием хрома. Коррозионная стойкость обусловлена ​​образованием самовосстанавливающегося пассивного слоя оксида хрома на поверхности нержавеющей стали.

Никель (Ni): Никель добавляется в больших количествах, более 8%, в нержавеющие стали с высоким содержанием хрома для образования самого важного класса коррозионностойких и жаропрочных сталей. Это аустенитные нержавеющие стали, типичным примером которых является 18-8 (304/1.4301), в которых склонность никеля к образованию аустенита отвечает за большую ударную вязкость (ударную вязкость) и высокую прочность как при высоких, так и при низких температурах. Никель также значительно повышает устойчивость к окислению и коррозии.

Молибден (Mo): Молибден при добавлении в хромоникелевые аустенитные стали повышает устойчивость к точечной и щелевой коррозии, особенно в средах, содержащих хлориды и серу.

Азот (N): Азот увеличивает стабильность аустенита в нержавеющих сталях и, как и в случае никеля, является элементом, образующим аустенит. Предел текучести значительно повышается при добавлении азота в нержавеющие стали, как и устойчивость к точечной коррозии.

Медь (Cu): Медь обычно присутствует в нержавеющей стали в качестве остаточного элемента. Однако его добавляют в некоторые сплавы для придания им свойств дисперсионного твердения или для повышения коррозионной стойкости, особенно в среде морской воды и серной кислоты.

Титан (Ti): Титан добавляется для стабилизации карбида, особенно при сварке материала. Он соединяется с углеродом с образованием карбидов титана, которые достаточно стабильны и плохо растворяются в стали, что сводит к минимуму возникновение межкристаллитной коррозии. Добавление примерно 0,25/0,60% титана вызывает соединение углерода с титаном, а не с хромом, предотвращая связывание устойчивого к коррозии хрома в виде межкристаллитных карбидов и сопутствующую потерю коррозионной стойкости на границах зерен. Однако в последние годы использование титана постепенно сокращается из-за способности производителей стали поставлять нержавеющие стали с очень низким содержанием углерода, которые легко свариваются без стабилизации.

Фосфор (P): Фосфор обычно добавляют с серой для улучшения обрабатываемости. Фосфор, присутствующий в аустенитных нержавеющих сталях, увеличивает прочность. Однако он пагубно влияет на коррозионную стойкость и повышает склонность материала к растрескиванию при сварке.

Сера (S): При добавлении в небольших количествах сера улучшает обрабатываемость. Однако, как и фосфор, он отрицательно влияет на коррозионную стойкость и свариваемость.

Селен (Se): Селен ранее использовался в качестве добавки для улучшения обрабатываемости.

Ниобий/коломбий (Nb): ниобий добавляется в сталь для стабилизации углерода, и поэтому действует так же, как описано для титана. Ниобий также обладает эффектом упрочнения сталей и сплавов для работы при высоких температурах.

SiIicon (Si): Кремний используется в качестве раскислителя (раскислителя) при плавке стали, поэтому большинство сталей содержат небольшой процент кремния.

Кобальт (Co): Кобальт становится высокорадиоактивным при воздействии интенсивного излучения ядерных реакторов, и в результате любая нержавеющая сталь, используемая в ядерной сфере, будет иметь ограничение содержания кобальта, обычно не более 0,2%. Эта проблема особенно актуальна, поскольку в никеле, используемом при производстве аустенитных нержавеющих сталей, обычно присутствует остаточное содержание кобальта.

Кальций (Ca): Небольшие добавки используются для улучшения обрабатываемости без вредного воздействия серы, фосфора и селена на другие свойства.

---

Отказ от ответственности

Эти данные являются ориентировочными, и поэтому на них нельзя полагаться вместо полной спецификации. В частности, требования к механическим свойствам сильно различаются в зависимости от состояния, продукта и размеров продукта. Вся информация основана на наших текущих знаниях и предоставляется добросовестно. Компания не несет никакой ответственности в отношении любых действий, предпринятых какой-либо третьей стороной в связи с этим.

Обратите внимание, что указанная выше дата «Обновления таблицы данных» не является гарантией точности или актуальности таблицы данных.

Информация, представленная в этом техническом паспорте, была получена из различных признанных источников, включая стандарты EN, признанные отраслевые справочники (печатные и онлайновые) и данные производителей.