Из чего состоит нержавеющая сталь

30.09.2024

Рейтинг: 4.1 Голосов: 8

Время прочтения: 10 мин

Рейтинг: 4.1 Голосов: 8

Время прочтения: 10 мин

Полезное

Нержавеющая сталь – это сплав, в составе которого не менее 10,5% хрома. Он взаимодействует с кислородом, образуя на поверхности стали тонкий, но прочный пассивный слой оксида хрома.

Прежде чем рассказать о том, из чего состоит нержавейка, перечислим достоинства сплава:

Высокая устойчивость к коррозии в разных агрессивных средах, включая влажные и кислые условия.
Высокая механическая прочность/твердость.
Долговечность – нержавейка сохраняет свои свойства, внешний вид в процессе эксплуатации.
Эстетическая привлекательность – гладкая блестящая поверхность, что актуальна в декоративных целях.
Легкость в очистке, нейтральность по отношению к пищевым продуктам.
Нержавейка устойчива к высоким температурам.
Экологичность, возможность вторичной переработки – сплав можно повторно использовать.

Благодаря хим составу нержавейка используется в:

Строительстве – используется для облицовки зданий, производства перил, лестниц, фасадов, других конструктивных элементов.
Пищевой промышленности – кухонное оборудование, посуда, резервуарах, трубопроводах.
Медицине – хирургические инструменты, импланты, оборудование.
Автомобилестроении – детали выхлопных систем, топливных баков, элементов кузова.
Химической промышленности – реакторы, трубопроводы, резервуары.
Энергетика – теплообменники, турбины, работающие при высоких температурах/давлении.

Нержавеющая сталь, благодаря своим уникальным свойствам, широко используется в самых разных отраслях, от строительства до медицины.

Химический состав

Свойства нержавеющей стали зависят напрямую от состава. Ключевые элементы в сплаве собрали ниже:

Железо (Fe) – основной элемент с содержанием порядка 65-75%.
Хром (Cr) – отвечает устойчивость к коррозии. Он образует на поверхности стали пассивный слой оксида хрома с содержанием 10,5-30%.
Никель (Ni) – повышает устойчивость к коррозии, особенно в агрессивных средах, повышает прочность, пластичность.
Углерод (C) влияет на прочность/твердость стали. Низкое его содержание снижает риск межкристаллитной коррозии.
Марганец (Mn) улучшает прочность и износостойкость стали, способствует удалению серы из сплава.
Кремний (Si) повышает прочность и сопротивление окисления при высоких температурах, повышает литейные свойства стали.
Титан (Ti) применяют для стабилизации структуры сплава, предотвращает образование карбидов хрома.
Молибден (Mo) повышает стойкость к коррозии, особенно в кислых и хлоридных средах, улучшает жаростойкость продукта.

Пример состава нержавейки стали (AISI 304):

Железо (Fe) ~71%, Хром (Cr) – 18-20%, Никель (Ni – 8-10.5%, Углерод (C) – ≤ 0.08%,- Марганец (Mn) – ≤ 2%, Кремний (Si) – ≤ 1%, Фосфор (P) – ≤ 0.045%, Сера (S) – ≤ 0.03%.

Хим состав нержавеющего сплава (AISI 316):

Железо (Fe) – 67-70%, Хром (Cr) – 16-18%, Никель (Ni) – 10-14%, Молибден (Mo) – 2-3%, Углерод (C) – ≤ 0.08%, Марганец (Mn) – ≤ 2%, Кремний (Si) – ≤ 1%, Фосфор (P) – ≤ 0.045%, Сера (S) – ≤ 0.03%.

Эти элементы, в определенных пропорциях, дает нержавейке нужные механические свойства, устойчивость к коррозии, жаропрочность.

Виды нержавейки

На рынке большое количество видов нержавейки, обладающих особыми свойствами. Жаропрочные стали предназначены для работы в условиях высоких температур, где требуется высокая прочность и стабильность структуры. Часто такие изделия используются в средах с температурой выше 600°C.

У сплава высокая термостойкость, устойчивость к термическому расширению, способность сохранить механические свойства.

Популярная марка AISI 309 содержит 22% хрома и 12% никеля. У нее высокая устойчивость к коррозии, что актуально для тепловых и электрических печей.

В составе нержавейки стали AISI 310 25% хрома и 20% никеля. У марки отличная жаропрочность в высокотемпературных печах, газовых и нефтяных установках.

Жаростойкие марки предназначены для работы в средах с умеренными температурами, где важна устойчивость к окислению при воздействии тепла. Изделия выдерживают температуры до 600-800°C.

AISI 316 содержит 16-18% хрома, 10-14% никеля и 2-3% молибдена. Сталь выдерживает воздействие высоких температур и коррозии в морской воде, других химических средах.

У AISI 321 17-19% хрома, 9-12% никеля со стабилизацией титаном. Сплав используется в авиационной, автомобильной промышленности, химических установках.

Коррозионностойкие стали специально созданы для агрессивных сред, где нужна высокая стойкость к разным формам коррозии, включая химическую, атмосферную, морскую.

У AISI 304 содержит 18% хрома и 8% никеля. Это универсальный тип для использования в бытовых/промышленных приложениях, кухонных приборах, фасадах зданий.

У AISI 316 еще большая стойкость к коррозии, особенно к хлоридам и морской воде. Сплав актуален в химической и нефтегазовой промышленности, морских конструкциях, медицинских устройствах.

У каждого типа нержавейки свои особенности, регламентирующие для различных областей применения от строительных решений до специализированных промышленных приложений.

Классификация нержавеющих сталей

Нержавеющая сталь делится на несколько видов, в зависимости от ее химического состава, структуры и свойств.

Аустенитная

У аустенитной марки стали кубическая гранецентрированная структура с высокой устойчивостью к коррозии, хорошей пластичностью, ударной вязкостью при низких температурах. AISI 304 – одна из самых распространенных марок с содержанием около 18% хрома и 8% никеля. Марка актуальна в пищевой промышленности, архитектуре, в бытовых изделиях. В AISI 316 добавляют 2-3% молибдена для повышения стойкости к хлоридам, кислотам.

Ферритная

У ферритной стали кубическая объемноцентрированная структура со средней устойчивостью к коррозии и высоким температурам. Недостаток – это плохая свариваемость. AISI 430 содержит около 16-18% хрома, что применяется в автомобилестроении, кухонных принадлежностях, бытовой технике. В AISI 409 около 10-12% хрома для выхлопных систем, в автомобильной промышленности.

Мартенситная

У мартенситного типа кубическая объемноцентрированная структура с высокой прочностью, хорошей закаливаемостью. AISI 410 содержит около 11-13% хрома, и используется в режущих инструментов/клапанов. У AISI 420 хорошая твердость.

Дуплексная

Дуплексная сталь – это сочетание аустенитной и ферритной структур, примерно в равных пропорциях. У сплава высокая усталостная прочность, устойчивость к коррозии, хорошая свариваемость. У AISI 2205 (1.4462) в составе около 22% хрома и 5% никеля. В AISI 2507 высокое содержание хрома (25%) и никеля (7%), что улучшает стойкость к коррозии.

Правила маркировки

Маркировка нержавейки помогает заранее определить ее химический состав, свойства и область применения. В мире существует несколько систем, актуальных в разных странах.

AISI (American Iron and Steel Institute) широко используется в США и других странах. Здесь маркировка состоит из числа, указывающего на содержание хрома и никеля в сплаве. Например, AISI 304 – распространенный тип нержавейки, также известной как 18/8. В сплаве около 18% хрома и 8% никеля.

ГОСТ (Государственный стандарт) – это система стандартизации, используемая в России и других странах СНГ. В ГОСТах сплав обозначается буквами и цифрами. Например, 03Х18Н10 указывает на следующий химический состав нержавейки:

Хром – 18%.
Никель – 10%.
Углерод – ≤0,08%.
Марганец – ≤2%.
Кремний – ≤1%.

Существуют и другие системы маркировки, распространенные в странах Азии, Японии. Например, EN или JIS. Стандартизация в целом помогает быстро оценить состав стали и ее примерные свойства.

Но чтобы ускорить подбор нужного материала под конкретную задачу, в сети есть справочный материал.

Марка, AISI	Свойства/состав	Применение	Аналог по ГОСТ
Серия 200 – аустенитные стали. Пластичны, обладают высокой антикоррозионной стойкостью. Рекомендована эксплуатация в слабо и умеренно агрессивной среде.
201	высокая пластичность и прочность за счет высокого содержания C, Mn, Cu, S	бытовые приборы, строительные конструкции	12Х15Г9НД
202	повышенный Ni	бытовые приборы, строительные конструкции	12Х17Г9АН4
Серия 300 – аустенитные стали. Считаются универсальными.
301	устойчивость перед атмосферной коррозией, слабокислыми растворами	бытовое и медицинское оборудование, техника, запчасти для автомобилей	15Х17Н7
302	прочность, пластичность	пружины, стопорные кольца	12Х18Н9
303	добавлена сера, снижена коррозионная стойкость	механические узлы	12Х18Н9
304	пищевая нержавейка, выдерживает агрессивную среду	посуда, кухонная утварь, фармацевтическое и химическое производство	08Х18Н10
316	содержит молибден, устойчива к высоким температурам, есть обогащенный титаном подвид 316Ti	нефтегаз, нефтехимия, судостроение, авиапромышленность, строительство	03Х17Н14М3
321	10% титана, держит температуру до 800 градусов	системы отопления, авиация	08Х18Н10Т
Серия 400 содержит мало углерода и много хрома.
403	пластичность		15Х12
409	добавлен Ni	запчасти для ударных нагрузок на прессы, насосы, клапаны	08Х13
410	коррозионная стойкость при высоких температурах	ножи, кухонная посуда и утварь	12Х13
416	мартенситный класс	профиль, металлопрокат
420	износостойкость, жаропрочность	универсальная	40Х13
430	дешевле аналогов	пищевая промышленность, строительство, нефтехимия	12Х17
441	добавлен титан, ниобий, не перегревается, не деформируется при нагреве	автомобилестроение, архитектура

Марка	Аналог по ГОСТ	Описание
AISI 304	08х18н10	Используется в пищевой отрасли, медицине. Сталь служит материалом для посуды, изготовления водопроводов, панелей лини производства.
AISI 316	10х17н13м2	Имеет в составе молибден, усиливающий сплав. Пригодна для эксплуатации в условиях высоких температур, соленой воды, кислот.
AISI 316Т	10х17н13м2т	Титан в составе повышает устойчивость к высоким температурам, воздействию ионов хлора, делает металл прочнее. Сталь подходит для производства режущих приспособлений, теплообменников, деталей, использующихся в среде кислот.
AISI 321	08х18н10т	Жаростойкая марка, использующаяся для изготовления деталей, работающих при высоких температурах.
AISI 430	12х17н	Ферритная, рассчитанная на длительное использование, жаропрочная. Используется для элементов, эксплуатируемых в условиях трения.
AISI 201	12х15г9нд	Аналог 304-ой с меньшей долей хрома и никеля. В составе есть медь, обеспечивающая защиту от погодных факторов. Не является пищевой, т.к. менее устойчива к кислотам, щелочам.