Нержавеющая сталь — легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.
В 1913 году Гарри Бреарли (Harry Brearley), экспериментировавший с различными видами и свойствами сплавов, обнаружил способность стали с высоким содержанием хрома сопротивляться кислотной коррозии.

Нержавеющие стали делят на три группы:

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

Химический состав

При выборе химического состава коррозионностойкого сплава руководствуются так называемым правилом Description: \frac{N}{8}: если к металлу, неустойчивому к коррозии (например, к железу) добавлять металл, образующий с ним твердый раствор и устойчивый против коррозии (к примеру хром), то защитное действие проявляется скачкообразно при введении Description: \frac{1}{8}, \frac{2}{8}, \frac{3}{8} … \frac{N}{8} моля второго металла (коррозионная стойкость возрастает не пропорционально количеству легирующего компонента, а скачкообразно). Основной легирующий элемент нержавеющей стали — хром Cr (12-20 %); помимо хрома, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo).

Сопротивление нержавеющей стали к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности, в азотной кислоте крепостью до 50 %.

Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов.

В сильных кислотах (серной, соляной, фосфорной и их смесях) применяют сложнолегированные сплавы с высоким содержанием Ni и присадками Mo, Cu, Si.

Классификация

По химическому составу нержавеющие стали делятся на:

· Хромистые, которые, в свою очередь, по структуре делятся на;

· Мартенситные;
· Полуферритные (мартенисто-ферритные);
· Ферритные;
· Хромоникелевые;
· Аустенитные
· Аустенитно-ферритные
· Аустенитно-мартенситные
· Аустенитно-карбидные
· Хромомарганцевоникелевые (классификация совпадает с хромоникелевыми нержавеющими сталями).
Различают аустенитные нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, и стабилизированные — с добавками Ti и Nb. Значительное уменьшение склонности нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии достигается снижением содержания углерода (до 0,03 %).

Нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, после сварки, как правило, подвергаются термической обработке.

Широкое распространение получили сплавы железа и никеля, в которых за счёт никеля аустенитная структура железа стабилизируется, а сплав превращается в слабо-магнитный материал.

Мартенситные и мартенситно-ферритные стали
Мартенситные и мартенситно-ферритные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства. В основном их используют для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, в частности, ножей, для упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами. К этому виду относятся, стали типа 30Х13, 40Х13 и т. д.

Ферритные стали
Эти стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении. Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах. К этому виду относятся стали 400 серии.

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

Аустенито-ферритные и аустенито-мартенситные стали
Аустенито-ферритные стали. Преимущество сталей этой группы — повышенный предел текучести по сравнению с аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зёрен при сохранении двухфазной структуры, меньшее содержание остродефицитного никеля и хорошая свариваемость. Аустенито-ферритные стали находят широкое применение в различных отраслях современной техники, особенно в химическом машиностроении, судостроении, авиации. К этому виду относятся, стали типа 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т.

Аустенито-мартенситные стали. Потребности новых отраслей современной техники в коррозионностойких сталях повышенной прочности и технологичности привели к разработке сталей мартенситного (переходного) класса. Это стали типа 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.

Сплавы на железоникелевой и никелевой основе.

При изготовлении химической аппаратуры, особенно для работы в серной и соляной кислотах, необходимо применять сплавы с более высокой коррозионной стойкостью, чем аустенитные стали. Для этих целей используют сплавы на железоникелевой основе типа 04ХН40МТДТЮ и сплавы на никель-молибденовой основе Н70МФ, на хромоникелевой основе ХН58В и хромоникельмолибденовой основе ХН65МВ, ХН60МБ.

Маркировка сталей и сплавов, как в ней разобраться

Наличие широкого сортамента выпускаемых сталей и сплавов, изготавливаемых в различных странах, обусловило необходимость их идентификации, однако до настоящего времени не существует единой системы маркировки сталей и сплавов, что создает определенные трудности для металлоторговли.

Так в России и в странах СНГ (Казахстан, Белоруссия и др.) принята разработанная раннее в СССР буквенно-цифровая система обозначения марок сталей и сплавов, где согласно ГОСТу, буквами условно обозначаются названия элементов и способов выплавки стали, а цифрами — содержание элементов.

Европейская система обозначений стали, регламентирована стандартом EN 100 27. Первая часть этого стандарта определяет порядок наименования сталей, а вторая часть регламентирует присвоение сталям порядковых номеров.

В Японии наименование марок стали, как правило, состоит из нескольких букв и цифр. Буквенное обозначение определяют группу, к которой относится данная сталь, а цифры — ее порядковый номер в группе и свойство.

В США существует несколько систем обозначения металлов и их сплавов. Это объясняется наличием нескольких организаций по стандартизации, к ним относятся АMS, ASME, ASTM, AWS, SAE, ACJ, ANSI, AJS. Вполне понятно, что такая маркировка требует дополнительного разъяснения и знания при торговле металлом, оформлении заказов и т. п.

До настоящего времени международные организации по стандартизации не выработали единую систему маркировки сталей.

В связи с этим существуют разночтения, приводящие к ошибкам в заказах и как следствие нарушения качества изделий.

В России и странах СНГ принята буквенно-цифровая система, согласно которой цифрами обозначается содержание элементов стали, а буквами — наименование элементов. Буквенные обозначения применяются также для указания способа раскисления стали: «КП — кипящая сталь, ПС полуспокойная сталь, СП — спокойная сталь».

Существуют определенные особенности обозначения для разных групп сталей конструкционных, строительных, инструментальных, нержавеющих и др. Общими для всех обозначениями являются буквенные обозначения легирующих элементов: Н — никель, Х — хром, К — кобальт, М — молибден, В — вольфрам, Т — титан, Д — медь, Г — марганец, С — кремний.

Конструкционные стали обыкновенного качества нелегированные (ГОСТ 380-94) обозначают буквами СТ., например СТ. 3. Цифра, стоящая после букв, условно обозначает процентное содержание углерода стали.

Конструкционные нелегированные качественные стали (ГОСТ 1050-88) обозначают двузначным числом, указывающим на среднее содержание углерода (например, СТ. 10).

Качественные стали для производства котлов и сосудов высокого давления согласно (ГОСТ 5520-79) обозначают как конструкционные нелегированные стали, но с добавлением буквы К (например, 20К).

Конструкционные легированные стали, согласно ГОСТ 4543-71, обозначают буквами и цифрами. Цифры после каждой буквы обозначают примерное содержание соответствующего элемента, однако при содержании легирующего элемента менее 1,5% цифра после соответствующей буквы не ставится. Качественные дополнительные показатели пониженное содержание примесей типа серы и фосфата обозначаются буквой — А или Ш, в конце обозначения, например (12 Х НЗА, 18ХГ-Ш) и т. п.

Литейные конструкционные стали, согласно ГОСТ 977-88, обозначаются как качественные и легированные, но в конце наименования ставят букву Л.

Стали строительные, согласно ГОСТ 27772-88, обозначают буквой С и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали.

Дополнительно применяют обозначения: Т — термоупрочненный прокат, К — повышенная коррозионная стойкость, (например, С 345 Т, С 390 К и т. п.). Аналогично буквой Д обозначают повышенное содержание меди.

Стали подшипниковые, согласно ГОСТ 801-78, обозначаются также как и легированные, но с буквой Ш в конце наименования. Следует заметить, что для сталей электрошлакового переплава буква Ш обозначается через тире, (например, ШХ 15, ШХ4-Ш).

Стали инструментальные нелегированные, согласно ГОСТ 1435-90 делят на качественные, обозначаемые буквой У и цифрой, указывающей среднее содержание углерода (например, У7, У8, У10) и высококачественные, обозначаемые дополнительной буквой А в конце наименования (например, У8А) или дополнительной буквой Г, указывающей на дополнительное увеличение содержания марганца (например, У8ГА).

Стали инструментальные легированные, согласно ГОСТ 5950-73, обозначаются также как и конструкционные легированные (например, 4Х2В5МФ и т. п.).

Стали быстрорежущие в своем обозначении имеют букву Р (с этого начинается обозначение стали), затем следует цифра, указывающая среднее содержание вольфрама, а затем буквы и цифры, определяющие массовое содержание элементов. Не указывают содержание хрома, т. к. оно составляет стабильно около 4% во всех быстрорежущих сталях и углерода, т. к. последнее всегда пропорционально содержанию ванадия.

Следует заметить, что если содержание ванадия превышает 2,5%, буква Ф и цифра указываются, (например, стали Р6М5 и Р6 М5Ф3).

Стали нержавеющие стандартные, согласно ГОСТ 5632-72, маркируют буквами и цифрами по принципу, принятому для конструкционных легированных сталей (например, 08Х18Н10Т или 16Х18Н12С4ТЮЛ).

Стали нержавеющие, нестандартные опытных партий обозначали буквами — индексами завода производителя и порядковыми номерами. Буквы ЭИ, ЭП, или ЭК присваивают сталям, впервые выплавленным заводом «Электросталь», ЧС — сталям выплавки Челябинского завода «Мечел», например, ЭИ-435, ЧС-43 и др. Для обозначения способа выплавки доводки названия ряда сталей дополняют буквами (например, 13Х18Н10-ВИ), что означает вакуумно-индукционная выплавка.

Кроме антикоррозийного свойства у нержавеющей стали следует отметить следующие качества:

• разнообразие изделий (лист, труба, профиль, пруток, уголок, сетка)

• большой выбор видов поверхности (шлифованная, полированная, матовая, декоративная, а

также цветные поверхности)

• множество марок, обладающих различными качествами

• долговечность материала

• высокая температура плавки

Надежность элементов из нержавеющей стали намного выше, чем у других отделочных материалов. Их вид не изменяется в течение десятков лет. Нержавеющая сталь имеет намного более высокие жаропрочные свойства, чем другие стали. Нержавеющая сталь используется в строительстве чаще всего как материал для перил, оконных и дверных проемов, противопожарных дверей. Из нее изготавливают бассейны и лифты. Также она является хорошим декоративным материалом для ресторанов, офисов, пабов, дискотек и станций метро. Все чаще из нее производится мебель для офисов и магазинов. Комбинируя нержавеющую сталь со стеклом, деревом или камнем получают красивые и элегантные изделия. Существуют декоративные листы из нержавеющей стали. Эти листы имеют ряд свойств, дающих им преимущество над традиционными листами — шлифованными или полированными. Важным их свойством является устойчивость к царапинам. На декоративных листах не остаются отпечатки пальцев. Следует отметить эстетические свойства листов, особенно цветных. Цвет листа устойчив и не меняется даже при изгибе.

Применение нержавеющей стали

Нержавеющую сталь используют во всех сферах деятельности человека, начиная от тяжелого машиностроения, заканчивая электроникой и точной механикой. Наиболее большее применение она нашла в:

• Строительстве и архитектуре

• Пищевой промышленности

• Бытовых приборах

• Химической и нефтехимической промышленности

• Целлюлозно-бумажном производстве

• Электроэнергетике

• Охране окружающей среды

• Транспортном машиностроении.

Строительство и архитектура.

Нержавеющая сталь появилась впервые более ста лет тому назад, но в строительстве и архитектуре ее начали массово применять недавно. Она была использована при строительстве и дизайне крупнейших торговых центров — La Defense в Париже, Canary Wharf в Лондоне, Sony Center в Берлине, Petronas Towers в Куала Лумпур. Нержавеющая сталь — это сплав железа с хромом. Её антикоррозийные свойства появляются благодаря наличию на поверхности металла слоя оксида хрома. Этот защитный слой очень устойчив и даже после механического или химического повреждения быстро приобретает свой прежний вид и антикоррозийные качества металла остаются без изменений. Нержавеющая сталь — это материал очень практичный, одновременно благородный и эстетичный. Благодаря разнообразию марок и видов поверхности он в состоянии удовлетворять разные условия, которые появляются перед строительными и отделочными материалами.

Пищевая промышленность.

Нержавеющая сталь является сегодня, вместе со стеклом и некоторыми другими синтетическими материалами, практически незаменимым материалом для изготовления оборудования для обработки, хранения и транспортировки пищевых продуктов. Это связано с высокими гигиеническими, эстетическими и токсикологическими требованиями. Существуют конкретные требования, касающиеся смываемости тяжелых металлов с оборудования, которое находится в постоянном контакте с пищевыми продуктами. Согласно с европейскими нормами количество хрома и никеля, смываемого с нержавеющей стали в стандартном тесте ISO 6486/1, составляет максимум 2 мг/дм3. У аустенитных сталей это количество меньше чем 0,02 мг/дм3, одним словом около 1% от допустимой нормы. Марками нержавеющей стали, используемыми в пищевой промышленности, являются AISI 304 и AISI 316, в сталях с большим количеством составляющих в сплаве редко бывает необходимость. Огромное значение имеет хороший вид поверхности. Для этого хватает стандартной поверхности 2В, но иногда бывает, необходима полировка.

Бытовые приборы.

Дом — это место, где каждый впервые сталкивается с нержавеющей сталью. Нержавеющая сталь является идеальным материалом для кухонной посуды. Сталь — это материал, связанный с высоким уровнем жизни и поэтому ее использование в быту будет расти.

Химическая и нефтехимическая промышленность.

Практически все емкости, баки, реакторы, трубы и иное оборудование химической промышленности изготовлено из аустенитной нержавеющей стали. Минимально-допустимой маркой, здесь является AISI 316L, часто используются сталь с содержанием молибдена до 6%. Выбор марки нержавеющей стали — это трудная задача и требует специальных знаний.

Целлюлозно-бумажное производство.

Большая часть оборудования, используемого в бумажной — целлюлозной промышленности, изготовлена из нержавеющей стали. Используется здесь марка стали AISI 316, а также стали с содержанием молибдена 3-6%. Современные предприятия и заводы этой отрасли используют 3.000-5.000 тонн нержавеющей стали в год.

Электроэнергетика.

Сегодня во всем мире электроэнергия производится путем сжигания угля, нефти или газа. Здесь также необходима нержавеющая сталь. Начиная от добычи нефти и газа заканчивая энергетическими комплексами, нержавеющая сталь нужна везде.

Охрана окружающей среды.

Современное общество старается не загрязнять окружающую среду. Старые заводы и электростанции закрывают или переоборудуют. Новые заводы строятся согласно требованиям охраны окружающей среды. Использование нержавеющей стали закономерный процесс при замене оборудования.

Транспортное машиностроение.

В последнее время необходимость перевозки грузов и материалов значительно возросла. Чтобы обеспечить максимальную безопасность груза во время транспортировки, необходимы специальные контейнеры. Сейчас производятся контейнеры из нержавеющей стали пригодные для перевозок, как пищевых продуктов, так и других грузов. В автомобилестроении нержавеющая сталь используется при изготовлении катализаторов и выхлопных труб. Применяются ферритные и аустенитные марки. На один автомобиль необходимо 10-20 кг нержавеющей стали.

Источник Википедия