Марки нержавеющей стали: состав, типы, сравнение и применение

Оглавление

• Состав нержавеющей стали, расшифровка
• Классификация, типы, виды нержавеющей стали
• Марки нержавеющей стали
• Сравнение нержавеющих сталей
• Характеристики, свойства нержавеющей стали
• Применение
• Часто задаваемые вопросы

Для многих отраслей народного хозяйства на первый план выходит устойчивость металла к действию агрессивных жидких и газообразных веществ. Для решения этих задач в начале двадцатого века были разработаны и выплавлены первые стальные сплавы, превосходящие по антикоррозионным свойствам быстро ржавеющие углеродистые марки стали.

Состав нержавеющей стали, расшифровка

Основу сплава, устойчивого к коррозии составляет железо, углерод и хром. От вхождения последнего (10.5 ‒ 17%) зависит способность материала противостоять агрессивным средам. Чем больше процент, тем выше способность сопротивляться коррозионному разрушению. Содержание никеля в нержавеющей стали усиливает антикоррозионные качества, а также повышает жаростойкость, пластичность, вязкость. В суперсплавах м.д. Cr и Ni может превышать 50%, (их сочетание также усиливает прочность), используют в особо ответственных проектах, где недопустимы аварии.

Кроме того, в состав могут входить другие легирующие добавки, влияющие на характеристики металла, например:

• С, чем его больше, тем прочность, ниже пластичность, повышается риск возникновения межкристаллитной коррозии, хуже свариваемость;

• Ti, Nb, стабилизируют действие углерода, упрочняют материал;

• Mn, влияет положительно на износостойкость, иногда заменяет никель;

• Si, служит для сопротивляемости окислению при нагреве;

• Cu, повышает устойчивость к действию некоторых кислот;

• Mo, благоприятно влияет на коррозионную стойкость, красностойкость;

• так далее.

В обозначении марки зашифрован основной состав, значимый для характеристик металлопродукта. Буквенно-цифровой код формируется на основании требований ГОСТ:

• буква кириллицы обозначают химический элемент, например, Г ー марганец, М ー молибден, В ー вольфрам, С ー углерод, т.д.;

• цифры: первая ー % Сх100, следующие за буквами указывают на процент элемента, если менее 1.5%, то ничего не указывается.

Например, 12Х18Н10Т, в %: 0.12 углерода, хрома 18, никеля, 10, титана до 1.0.

AISI, американская система стандартизации, включает три числа, последовательно: первое ー класс стали, два последующих ー порядковый номер в группе. Буквы, добавленные в конце маркировки говорят о повышенном содержании какого-то элемента.

Классификация, типы, виды нержавеющей стали

Выделяют следующие классы в зависимости от микроструктуры на базе α-железа: 

• мартенситная, имеющая тетрагональное строение, характеризуется повышенной прочностью, устойчива к действию умеренных агрессивных сред, никель отсутствует или присутствует в минимальных незначимых количествах;

• ферритная, с большим количеством хрома, с объемноцентрированной кубической решёткой, устойчива к окислению при высоких температурах, к коррозионному растрескиванию, намагничивается, замена Ni другими менее дорогими элементами способствует подверженности межкристаллитной коррозии;

• аустенитная с ГКЦ-структурой, содержит хром и никель в значительных количествах, работает в широком диапазоне отрицательных и положительных температур, не магнитится, не разрушается под действием особо агрессивных жидкостей, газов.

Комбинированные сплавы (мартенсито-ферритные, аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные) сочетают и приумножают свойства родительской базы.

Типы различают по назначению: 

• пищевая, устойчива к окислению, подходит для контакта с продуктами питания;

• жаропрочная, выдерживает высокотемпературный нагрев, применяется для теплообменников, печей, котельного оборудования;

• техническая подходит для металлоконструкций, не требующих сверхстойкости;

• криогенная, работает при сверхнизком охлаждении, устанавливается в холодильных установках, в агрегатах, работающих со сжиженными газами;

• прочие.

Виды идентифицируют по форме выпуска: для производства круглых, профильных труб, листового, сортового, фасонного проката, т.д.

Марки нержавеющей стали

Существует 250 разновидностей, наиболее популярные зарубежные и российские: 

• серия 200: AISI 201 (12Х15Г9НД), удешевление за счёт замены никеля марганцем, хорошо сваривается, не подходит для сильных кислот, достаточно прочная;

• серия 300 (российские аналоги 08Х18Н10, 12Х18Н10Т) аустенитные и комбинированные нержавейки:

• AISI 304 пищевая сталь, свойственна устойчивость к воде, в том числе к солёной, а также к уксусной, азотной кислоте;

• AISI 321 жаропрочная, выдерживает нагрев до +800°C, не подвергается межкристаллитной коррозии благодаря присутствию титана;

• серия 400 хромистая, мартенситная или ферритная:

• AISI 430 (08Х17Т, 12Х17), магнитится, не поддаётся атмосферным факторам, но имеет ограниченную кислотостойкость.

Сравнение нержавеющих сталей

Основные признаки:

• главный показатель, определяющий различия: содержание ключевых элементов: Cr, влияющего на устойчивость к коррозии и Ni, улучшающего пластичность, свариваемость; обращают внимание также на содержание других легирующих добавок, каждая из которых в большей мере влияет на запрашиваемое качество;

• сопротивление действию коррозии: оценивают по способности противостоять ржавлению в разных средах (влажная атмосфера, пресная/морская вода, агрессивные химические вещества), например, AISI 316 по сравнению с AISI 304 более коррозионностойкая из-за вхождения молибдена;

• структура, влияющая на коррозионную стойкость, магнитные свойства, прочностные характеристики; так, аустенитные серии более коррозионностойкие, пластичные, а ферритные магнитятся, менее устойчивые, но при этом меньше стоят;

• механические свойства, характеризующие прочность, твёрдость, пластичность, ударную вязкость, упругость, способность сопротивляться деформации;

• технологичность: свариваемость, обрабатываемость разными методами; к примеру, AISI 304L лучше сваривается по сравнению с 304 из-за меньшего содержания углерода;

• жаростойкость (не образует окалины), жаропрочность (сохраняет структуру) при нагреве до высоких температур;

• себестоимость производства, самые дорогие аустенитные сплавы с высоким содержанием никеля (серия 300), ферритные дешевле, 200-серия относится к эконом-классу.

Конкретный сплав выбирают в зависимости от того, где он будет использоваться. Так, например, для химической, пищевой отрасли применяют AISI 304/316, для декорирования больше подойдёт технический типа AISI 430, для сооружения конструкций повышенной прочности ー недорогой материал AISI 201.

Характеристики, свойства нержавеющей стали

• основное, определяющее потребность в нержавейке качество ー это устойчивость к разным видам коррозии, к какому конкретно зависит от структуры и химсостава сплава;

• стойкость к температурным перепадам в широком диапазоне;

• сочетание прочности и пластичности;

• способность к самопассивации, восстановлению защитного оксидного слоя при его повреждении.

Применение 

• производство деталей турбин, крепежа, режущих инструментов, узлов машин и механизмов, медицинского оснащения;

• выпуск бытовой техники, автомобилей, летательных аппаратов, судов, высокоточных приборов;

• изготовление металлоконструкций, теплообменников, оборудования для опасных, особо ответственных производств. 

Нержавеющие стальные материалы благодаря своим эксплуатационным характеристикам востребованы в различных отраслях:

• химическая, пищевая, криогенная, аэрокосмическая, фармацевтическая промышленность;

• нефтегазовый сектор;

• строительство;

• медицина, 

• энергетика,

• металлургия;

• военное дело, 

• приборостроение, машиностроение, судостроение;

• прочие.