Нержавеющая сталь: этапы производства, виды, преимущества, область использования
Нержавеющая сталь благодаря введению в ее состав хрома в количестве минимум 12% устойчива к коррозии в агрессивных средах и атмосфере, имеет термостойкие свойства. Патент на нее получил металлург Г. Бреарли. Это произошло в Великобритании в 1913 г. Благодаря этому изобретению сталелитейная и другие промышленные отрасли значительно продвинулись вперед в своем развитии.
Содержание:
- Особенности производства
- Основные преимущества нержавеющей стали
- Свойства и состав нержавейки
- Классификация
- Принципы маркировки, действующей в Российской Федерации
- Популярные марки
- Магнитность нержавеющей стали
- Область применения
- Продукция из нержавеющей стали
Особенности производства
Этапы изготовления нержавеющей стали:
- Плавление: все компоненты плавят в конвертерах и электропечах. Это могут быть никель, хром, железо и т.д.
- Легирование: в смесь добавляют никель, хром и другие компоненты в точно выверенном количестве, чтобы добиться требуемых характеристик готового изделия.
- Очистка: из стали удаляют примеси, лишний углерод, чтобы избежать коррозии, добиться однородной структуры.
- Прокатка или литье: расплавленный металл заливают в формы или прокатывают для получения прутков, труб, листов и т.д.
- Горячая или холодная обработка: она необходима, чтобы улучшить форму и механические свойства изделий.
- Отжиг: нагревание до определенной температуры, а затем охлаждение. Этот этап снимает внутренние напряжения и улучшает свойства продукции.
Основные плюсы
Металлопрокат данного типа отличается прочностью, эстетичным внешним видом. Его сложно поцарапать, он не окисляется при высоких температурах, не боится атмосферных воздействий, влаги. Такой металлопрокат допустимо использовать в агрессивных средах даже без нанесения защитного слоя.
К другим плюсам относят:
- срок эксплуатации 20–50 лет с сохранением первоначальных свойств;
- хорошее сочетание с другими материалами;
- гигиеничность: нержавеющую сталь используют в медучреждениях, пищевой промышленности, детских учреждениях;
- возможность вторичной переработки, отсутствие выделения вредных веществ;
- возможность использования различных способов обработки;
- отсутствие коррозии;
- отсутствие необходимости окрашивания;
- легкость формовки, сварки;
- отсутствие затрат на содержание;
- пожаробезопасность;
- легкость сборки деталей, изготовленных из этой стали;
- большой выбор металлопроката;
- высокое качество.
На поверхности изделий из стали не появляются поры и трещины, она совершенно безопасны для здоровья людей. Этот вид металлопроката не подвержен окислению, разложению, сталь не вступает в химические реакции с другими веществами. При правильном уходе и эксплуатации изделия из нее служат долго, сохраняя первоначальный вид и свойства.
Свойства, состав
По основным свойствам изделия из нержавеющей стали подразделяют на несколько групп:
- Жаропрочные: способны сохранять свои параметры при краткосрочном воздействии температуры выше 500 градусов.
- Жаростойкие: длительный период сохраняют свои антикоррозийные свойства, находясь при температуре 500 градусов и выше.
- Коррозионностойкие: не боятся любых видов коррозии, подходят для использования в различных химических средах.
Этот металлопрокат для лучшей корозионностойкости подвергается легированию хромом. После этого технологические параметры сплава существенно изменяются.
| Хром, % | Характеристики |
| 10.5 | Минимальное значение |
| >13 | Сплавы не боятся коррозии в обычных условиях или когда на них воздействуют вещества со слабой агрессивностью |
| >17 | Устойчивость в агрессивных средах (азотная кислота в концентрации 50%) |
Металлы, в которых никеля и хрома более 50%, являются суперсплавами. Они подходят для эксплуатации в высокоагрессивных средах, где необходима длительная прочность и очень важна недопустимость аварийных ситуаций.
Основу сплава составляют железо, хром, углерод. К ним добавляют другие вещества, способные влиять на свойства готового изделия:
- никель: улучшает антикоррозионные характеристики, усиливает жаростойкость;
- медь: улучшает сопротивление негативному воздействию атмосферы;
- ниобий, молибден: повышают рабочую температуру;
- кобальт: продлевает время использования изделия благодаря снижению износа.
Выделяют следующий сортамент нержавеющей стали:
- листовая нержавеющая;
- сортовой прокат;
- фасонный прокат;
- декоративный прокат;
- отводы;
- различные виды трубопроводной арматуры;
- фитинги, элементы трубопровода.
Классификация
Тип, объем легирующих примесей влияют на то, какую структуру приобретет конечный сплав. По структуре сплавы делят на 4 вида.
Аустенитные
Благодаря введению в сплав марганца, никеля и хрома создается кубическая решетка гранецентрированного типа. Эти добавки стабилизируют металл, они составляют до 33% общей массы. Такие сплавы — наиболее распространенный вид. Сюда относят специальные стали, особо устойчивые к агрессивным средам, а также виды материала, подходящие для пищевой промышленности.
Мартенситные
Имеют тетрагональное строение: у них образованы ячейки в виде параллелепипедов. Это наиболее прочные марки, в которых много хрома. Никель добавляют в небольшом количестве или он полностью отсутствует.
Такой металлопрокат используют для изготовления:
- жаропрочных деталей;
- крепежей, фитингов;
- твердосплавного инструмента.
Чтобы получить мартенситную основу, материал должен быть подвержен термообработке.
Ферритные
Имеют объемноконцентрированную кристаллическую решетку. Главной легирующей добавкой является хром. Такие материалы очень прочные и пластичные, они магнитятся.
Область испльзования схожа с аустенитными, но никель здесь заменяют другими элементами, что делает сплав уязвимым к межкристаллической коррозии.
Комбинированные
Такие сплавы используются в областях, где важную роль играет комбинация различных свойств в одном металле:
- аустенитно-ферритные: недорогая замена аустенитным разновидностям;
- ферритно-мартенситные: износоустойчивые;
- аустенитно-мартенситные: устойчивы к воздействию уксуснокислых сред, применяются в криогенике.
Принципы маркировки, действующей в Российской Федерации
В основе ГОСТа РФ — буквенно-цифровая система. Заглавные буквы кириллицы используются для обозначения легирующих металлов и присадок:
- А — N (азот);
- Б — Nb (ниобий);
- В — W (вольфрам);
- Г — Mn (марганец);
- Д — Cu (медь);
- К — Co (кобальт);
- М — Mo (молибден);
- Н — Ni (никель);
- Р — B (бор);
- С — Si (кремний);
- Т — Ti (титан);
- Ф — V (ванадий);
- Х — Cr (хром);
- Ц — Zr (цирконий);
- Ю — Al (алюминий).
В описании марки числа используют, чтобы обозначить количество элемента в процентах. Их пишут после индекса в буквенном эквиваленте. Первое число указывает в процентах содержание в составе углерода. Этот показатель умножен на 10. Десятичные дроби округляются. Если после буквы нет числа, значит, содержание элемента составляет менее 1,5%.
Стандарты AISI используются в ЕС, США, опционально в Китае, Малайзии, Японии. В РФ этими стандартами также пользуются. В маркировке 3 цифры. Буквы не обязательны, но используются достаточно часто. Первая цифра указывает на класс стали. Если она аустенитная, будет цифра 2 или 3, у совместно ферритных, мартенситных указывается цифра 4. По остальным цифрам можно узнать порядковый номер конкретного сплава, который можно посмотреть в сводной таблице AISI.
Буквы используются для указания на дополнительные факторы, например, на то, что в сплаве количество каких-либо элементов повышено:
- S — C (углерод) <0,08%;
- L — C <0,03%;
- B — + Si (кремний);
- F — + S (сера) и P (фосфор);
- N — + азот;
- Se — + селен;
- Cu — + медь.
Популярные марки
Серия 200
| AISI | Аналог в РФ | Описание |
| 201 (содержит много Mn, C, Cu, S) | 12Х15Г9НД | Аустенитные сплавы на основе следующих металлов: Cu, N, Mn, Ni, Cr. Изделия из них получаются очень прочными. Они не боятся коррозии. Такие металлы оптимальны для изготовления труб. Справы сохраняют свои физические свойства при использовании в умеренно агрессивных средах. |
| 202 (большое содержание никеля) | 12Х17Г9АН4 |
Серия 300
| AISI | Аналог в РФ | Описание |
| 301 | 07Х16Н6 | Немагнитный, очень прочный, пластичный, прост в обработке. Подходит для производства деталей для авто- и ж/д транспорта, медтехники, бытовых приборов. |
| 302 | 12Х18Н9 | Пластичный, прочный, не боится коррозии. Подходит для производства стопорных колец и пружин. |
| 304 | 08Х18Н10 | Пищевой, подходит для сварки, коррозионностойкий. Область применения — фармацевтика, текстильное производство, нефтехимическая промышленность. |
| 316 | 10Х17Н13М2 | Коррозионностойкий благодаря добавке молибдена. Применяется в судостроении, нефтегазовой промышленности. |
| 316L | 03Х17Н14М3 | Податлив при сварке и обработке. Твердый, имеет высокую плотность. |
| 316T | 10Х17Н13М2Т | Высокопрочный благодаря добавке титана, устойчивый к воздействию высоких температур, ионов хлора. Область применения — производство пищевых продуктов, химическое производство. |
| 321 | 12Х18Н10Т | Высокопрочный благодаря добавке титана, легко поддается сварке, выдерживает температуру до 800 градусов. Применяется для производства элементов трубопроводов, бесшовных труб. |
Серия 400
| AISI | Аналог в РФ | Описание |
| 403 | 15Х12 | Мартенсивно-ферритный, высокопластичный, хорошо переносит высокие температуры. Подходит для эксплуатации в слабоагрессивных средах. |
| 409 | 08Х13 | Хорошо выдерживает ударные нагрузки, слабоагрессивные среды. Продукция из этого металла — трубы, клапаны, болты и т.д. |
| 410 | 12Х13 | Прочный, коррозионностойкий, пластичный, хорошо переносит воздействие высоких температур, не меняя своих исходных качеств. Подходит для изготовления деталей и конструкций, которые будут применяться при высоких температурах. |
| 416 | 12Х18Н10Т | Мартенситный, подходит для изготовления трубопроводов, металлопрофиля, листового проката. Часто применяется при изготовлении стволов огнестрельного оружия. |
| 420 | 30Х13, 40Х13 и 20Х13 | Жаропрочный, износостойкий, устойчив к коррозии. Имеет низкую цену из-за отсутствия дорогостоящих элементов в составе. Подходит для производства режущего инструмента, рессор, пружин. |
| 430 | 12Х17 | Коррозионностойкий, ферритный. Доступный по цене благодаря отсутствию в составе дорогостоящих элементов. Используется в гражданском машиностроении, дизайне интерьеров, производстве бытовой техники, кухонной утвари. |
| 439 | 08Х17Т | Ферритный, никель в нем отсутствует, для стабилизации добавлен титан. Высокоустойчивый к коррозии, хорошо переносит агрессивные, среднеагрессивные среды. Область применения — фурнитура разного назначения, строительство, машиностроение. |
| 441 | 12Х17Т | Ферритный, в состав добавлен хром в большом количестве, что значительно повышает его устойчивость к коррозии. Для стабилизации в сплав введены титан и ниобий. Используется в автопромышленности, при производстве труб. |
Магнитность
Углеродистая сталь является одним из наиболее распространенных магнитных сплавов. Она обладает высокой прочностью. Ферриты и мартенситы также являются магнитными сплавами. Мартенситы, помимо магнитности, обладают высокой твердостью и износостойкостью. Магнитные сплавы используются в производстве режущих инструментов, ножей, магнитных подъемников и сепараторов.
К немагнитным сплавам относятся аустенитно-ферритные марки, содержащие хром и марганец. Они широко используются при изготовлении корпусов кораблей, химических аппаратов, элементов зданий и конструкций, в нефтехимической и пищевой промышленности.
Область применения
Из нержавеющей стали изготавливают:
- различные емкости;
- трубы;
- строительные конструкции;
- нефтехимические, химические агрегаты;
- турбины и другие механизмы для эксплуатации под водой;
- конструкции для очистных сооружений, нефтевышек;
- силовые приборы;
- агрегаты, элементы для машин и авиатехники;
- оборудование для пищевой промышленности, фармакологии, медицины;
- элементы крепежа;
- сварные конструкции и т.д.
Декоративные свойства этого материала, устойчивость к коррозии позволяют изготавливать из него фонтаны, витрины, установки для рекламы, элементы фасадов.
Область использования жаропрочных сталей
Легированные металлы, которые не боятся высоких температур, подходят для изготовления промышленного оборудования, труб, деталей различных агрегатов и машин. Сюда можно отнести:
- элементы термопечей;
- двигатели;
- элементы конвейерных лент печных транспортеров;
- печные экраны и т.д.
Жаропрочные сплавы оптимальны для изготовления изделий, которые будут эксплуатироваться в агрессивных средах. Также легированный материал часто используется при производстве лифтов, перил, лестниц, дверей.
Продукция из нержавеющей стали
Из нержавейки изготавливают огромный ассортимент продукции для различных сфер, например:
| Листовой прокат | Сортовой нержавеющий прокат | Сварочные материалы |
|
|
|
| Трубы нержавеющие | Трубопроводная арматура | Арматура пищевая |
|
|
|