Что такое марка коррозионностойкой стали

Нержавеющая сталь — марки, виды и характеристики

Нержавеющие (коррозионностойкие) стали – сплавы на основе железа и углерода, содержащие, помимо основных компонентов и стандартных примесей, легирующие элементы. Основной добавкой является хром (Cr), которого в коррозионностойком сплаве должно быть не менее 10,5%. В таком количестве Cr оказывает существенное влияние на диаграмму состояния «железо-углерод». Хром и никель, также в большинстве случаев присутствующие в нержавеющих сталях, повышают не только устойчивость металла к коррозии, но и другие технические характеристики.

Правила маркировки коррозионностойких сталей

Обозначение состоит из цифр и букв. Двузначное число в начале маркировки – количество углерода в сотых долях процента. Далее следуют буквы, характеризующие определенные легирующие элементы. После них ставятся цифры, равные процентному содержанию легирующих элементов, округленному до целого числа. Если процент добавки находится в пределах 1-1,5, то после буквы цифра не ставится. Для условного обозначения легирующих компонентов в российской нормативной документации используется русский алфавит:

  • Х – хром;
  • Н – никель;
  • Т – титан;
  • В – вольфрам;
  • Г – марганец;
  • Д – медь;
  • М – молибден.

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.

  • 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.

Читайте также:  Если проглотить золото что будет

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.

Источник

Все о коррозионностойкой стали

Коррозионная сталь больше известна как нержавеющая. Она отличается высокой устойчивостью по отношению к коррозийным процессам. Подобное свойство железосодержащие сплавы получают, если к базовому химическому составу добавляют хром в большом количестве.

Что это такое и как производят?

Впервые о нержавейке заговорили два столетия назад. В 1820-21 гг. Майкл Фарадей и Пьер Бертье заметили, что сплав, состоящий из железа и хрома, обладает способностью сопротивляться агрессивным воздействиям. Однако на тот момент ученым еще не было известно о роли углерода, поэтому получить сплав с повышенной концентрацией хрома они не смогли. Только в 1912 г. немецкие инженеры освоили и запатентовали технологию производства нержавеющей стали и вскоре её начали использовать в производстве столовых приборов.

Коррозионностойкие стали представляют собой сплавы железа с углеродом. В них добавлены специальные легирующие компоненты.

Такой состав обеспечивает максимальную стойкость к окислительным процессам в самых разных атмосферных условиях, кислотно-щелочных, газовых средах, а также в соленой и пресной воде.

Основным элементом, обеспечивающим высокие антикоррозийные характеристики металла, является хром. Этот элемент сам по себе проявляет повышенную противоокислительную стойкость, а при введении в состав сплава образует на поверхности защитную пленку. Она препятствует взаимодействию металла и кислорода, сдерживая процессы окисления на поверхности и не давая им проникать внутрь.

Замечено, что концентрация хрома в пределах 10-30% существенно повышает защитные параметры материала и его способность сопротивляться средам разных типов:

  • при концентрации хрома от 12 до 16% железный сплав не ржавеет в слабоагрессивных средах и в воде;
  • если содержание хрома превышает 17%, то противокоррозионные характеристики проявляются также в агрессивных растворах — кислотных, щелочных и окислительных.

Стали с добавлением хрома являются одними из самых экономически выгодных, с точки зрения легирования и технологии производства, антикоррозийных сплавов. Такой металл отвечает всем предъявляемым требованиям и обладает неоспоримыми преимуществами:

  • способностью выдерживать воздействие пресной воды и отдельных сред;
  • сохранение структуры при высоких температурах;
  • некоторые сплавы проявляют хорошую свариваемость.

Для повышения противокоррозионных характеристик и укрепления кристаллической решетки металла в сплав вводят никель. Он способствует образованию прочных и твёрдых связей и усиливает защитные свойства хрома. Сплавы с повышенной долей никеля получили распространение в средах, где основной задачей является предотвращение межкристальной коррозии.

Кроме хрома и никеля, повышение противокоррозионных характеристик вызывает включение молибдена, кремния, меди, алюминия и марганца.

В качестве стабилизирующих компонентов в сплавы нередко вводят ниобий и титан — первый способствует повышению свариваемости, второй улучшает устойчивость к межкристаллическому окислению. При этом процентное соотношение титана, ниобия меди и прочих стабилизирующих элементов должно превышать концентрацию углерода. В противном случае загрязнённость неметаллическими включениями приведет к утрате пластичности сплава.

Читайте также:  Как будет золото по грузински

Характеристики

Нержавеющая сталь проявляет исключительно высокую устойчивость к неблагоприятному воздействию агрессивных сред и некоторых химических компонентов. Отдельно следует обозначить повышенные жаростойкие и жаропрочные характеристики продукции, возможность использования изделий из коррозионностойкой стали при критических температурах — как высоких, так и низких.

Любые нержавеющие сплавы с железом подчиняются химическому правилу.

Оно говорит о том, что при добавлении к металлу, малоустойчивому к коррозии, какого-либо иного металла, образующего с ним плотные твердые растворы, защита от ржавчины будет увеличиваться непропорционально, а скачками. Марки, содержащие никель, отличаются высокой свариваемостью. Некоторые типы хромоникелевых сталей проявляют магнитные характеристики.

В зависимости от структуры и типа сплава, доли углерода и концентрации легирующих примесей, коррозионностойкую сталь можно условно разделить на 4 группы:

  • аустенитные;
  • ферритные;
  • мартенситные;
  • комбинированные.

Подобная классификация является условной. В её основе лежит конечная структура металла, полученная методом постепенного охлаждения металла после нагрева его до предельных высоких температур.

Ферритные

К категории ферритов относят любые хромистые стали с повышенной концентрацией хрома — до 30% и низким содержанием углерода — не более 0,15%.

Такие сплавы проявляют выраженные ферромагнитные свойства, то есть могут намагничиваться вне пределов магнитного поля при эксплуатации в условиях предельно низких температур.

К преимуществам такой стали относят:

  • хорошую пластичность;
  • исключительную прочность;
  • деформируемость при холодной деформации;
  • подверженность термообработке отжигом;
  • повышенную стойкость к коррозии.

Такую сталь применяют для изготовления листовых профилированных изделий, а также трубопроката.

Мартенситные

Мартенсит — это определённая металлическая структура, которая становится результатом закалки металлического слитка с последующим отпуском. В этом случае закалку производят при нагреве до температурного уровня, превышающего критическую отметку.

Отпуск предполагает максимально быстрое охлаждение металла.

Такой процесс приводит к перестройке кристаллической решетки материала, на выходе он получается более твёрдым, прочным, упругим и жаростойким. Если при этом в состав вводится повышенное содержание углерода, то сплав приобретает исключительную стойкость к износу.

Аустенитные

Аустенитный сплав содержит максимально высокий процент хрома и никеля — на их долю приходится до 33%. Благодаря этому сталь можно использовать в расширенном спектре технологических процессов. Сплав такого типа обладает прочностью, пластичностью и хорошей свариваемостью на высоте, его отличает стойкость к электромагнитным воздействиям, резистентность к азотной кислоте и другим агрессивным средам, а также экологичность.

Аустенитная сталь относится к сложнообрабатываемым материалам, поэтому для облегчения работы с ней задействуют термические воздействия.

  • Отжиг осуществляют путем нагревания до 1200 гр. в течение 3-4 часов, после чего в водной среде, маслянистой жидкости либо на открытом воздухе происходит остывание. Такая техника позволяет повысить гибкость материала с параллельным уменьшением твердости.
  • Двойная закалка предусматривает нормализацию твёрдого металлического раствора при нагреве 1200 гр., вторичную закалку проводят уже при 1000 гр. На выходе сплав приобретает исключительную жаропрочность с одновременным ростом пластичности.

Комбинированные

Комбинированные составы объединяют в себе свойства нескольких типов сталей.

  • Аустенитно-ферритные — включают невысокий процент никеля, при этом на долю хрома приходится больше 20%. Легирование производится медью, а также ниобием и титаном. Такие сплавы легко выдерживают ударные нагрузки. Их отличает пластичность и стойкость к коррозии межкристаллического типа.

  • Аустенитно-мартенситные — содержат меньше хрома, от 12 до 18%, а никеля — от 3,5 до 7,5%. Укрепление производится путём закалки при температуре свыше 970 гр. и дальнейшим отпуском при 400-500 гр. Такие сплавы характеризуются высокой текучестью, проявляют высокую свариваемость.

Маркировка

Маркировка коррозионноустойчивых сталей включает набор буквенных и цифровых обозначений в соответствии с ГОСТ. Стандарт предполагает следующую схему, рассмотрим на примере стали 12Х15Г9:

  • 12 — доля углерода, вычисленная в сотых долях, в данном случае она составляет 0,12%;
  • Х — основной легирующий компонент хром;
  • 15 — доля основного легирующего компонента, округленная до целого значения;
  • Г — дополнительный легирующий элемент;
  • 9 — доля дополнительных легирующих металлов, округленная до целого значения.
Читайте также:  Что такое плоскостность листа стали

Применение

В наши дни известно свыше 50 марок коррозионно-стойких хромоникелевых сплавов. Из них изготавливают трубный и плоский прокат, арматуру, швеллеры, балки, уголки профиль.

Помимо этого, нержавеющая сталь нашла широкое применение в авто-, авиастроении, а также в энергетической области промышленности.

Аустенитные материалы получили широкое применение при изготовлении изделий, идущих под сварку и холодную штамповку. В частности, из них производят:

  • строительные резервуары;
  • трубы;
  • установки для нефтяных вышек и очистительных систем;
  • турбины и другие механизмы, эксплуатируемые в воде;
  • силовые агрегаты для энергетической отрасли;
  • детали для самолетов и автомобилей;
  • оборудование для пищевых продуктов;
  • фармакологическую и медицинскую технику;
  • сварные металлоконструкции;
  • метизы.

Примерами таких сплавов по ГОСТ являются такие.

  • 12Х18Н10Т — сплав содержит добавки никеля и титана. Используется для изготовления оборудования для нужд химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
  • 12Х18Н10Т — востребован при создании трубопроводов.
  • 12Х15Г9НД — содержит никель, марганец и медь. Нашла своё применение в создании емкостей и трубопроводов, работающих с растворами умеренной агрессивности.

Мартенситная сталь востребована при производстве металлоизделий, предназначенных для работы в агрессивных средах в условиях низкой либо средней интенсивности.

Благодаря упругости, из нее производят пружины, а также фланцы и валы.

Такие составы нашли применение в производстве режущих поверхностей для пищевой и химической промышленности.

К мартенситным сталям относят:

  • 20Х13, 30Х13 – используется для изготовления бытовой техники;
  • 14Х17Н2 — состав с никелем, подходит для изготовления компрессоров и другого оборудования, эксплуатируемого при низкой температуре, а также в агрессивных средах.

Сплавы ферритной группы нашли применение в таких отраслях:

  • химическая и нефтехимическая сфера;
  • энергетика;
  • тяжёлое машино- и станкостроение;
  • приборостроение;
  • медицинская отрасль;
  • выпуск бытовой техники;
  • пищевая отрасль.

К ним относятся следующие типы стали:

  • 08Х13 – используется для изготовления кухонной утвари;
  • 12Х13 – подходит для хранения и транспортировки спиртосодержащих жидкостей;
  • 12Х17– сплав с высокими жаропрочными характеристиками – в резервуарах, изготавливаемых из него, производят обработку продуктов питания на высоких температурах.

Обработка

Сварка любых противокоррозийных сталей имеет свои особенности. В первую очередь, при выполнении сварки необходимо предотвращать риск выгорания элементов и связанные с ним изменения химического состав. Из-за низкой теплопроводности сталей (до 50% от обычных) может возникать опасность перегрева участка сварки. Такой металл проявляет высокое удельное электрическое сопротивление.

Это значит, что под действием теплового расширения могут возникнуть деформации.

При ручной работе более востребована аргоно-дуговая сварка при помощи вольфрамовых неплавящихся электродов с подачей присадочной проволоки ручного типа. Чуть менее распространена полуавтоматическая сварка в среде защитного газа плавящимся электродом или сварка штучными электродами. При использовании автоматических технологий прибегают к сварке плавящимся или угольным электродом, при этом в качестве защитной среды используется углекислый газ либо аргон. Для сваривания тонких металлов предпочтение отдается электросварке в импульсном режиме. Газовая ацетилено-кислородная сварка коррозионных стали возможна, но в наши дни она практически не используется.

Повышение качества

Современная промышленность разработала много методов, позволяющих защитить металл от коррозии. В этом случае на поверхность изделия тонким слоем наносят металл, выполненный из коррозионностойкой стали с предварительным обезжириванием. Такое покрытие делает поверхность металлических изделий стойким к воде и агрессивным растворам.

Выделяют два варианта таких покрытий — анодное и катодное. Для железоуглеродистых сталей в качестве анодного покрытия используют цинк и кадмий. Во влажной среде они покрываются тонким слоем белой углекислой соли, создающей эффективную защиту от разрушительных процессов.

Цинковое покрытие используют для защиты труб, резервуаров и арматуры от действия горячих жидкостей и воды.

Наносить металлические покрытия можно разными способами.

  • Горячий метод — предполагает погружение изделия в расплавленный металл. После этого заготовку вынимают и охлаждают. Такая техника эффективна при устройстве покрытий на пищевых котлах, водопроводных трубах и кровельного железа.
  • Гальванизация — металлоизделия размещают в гальваническую ванну, где под воздействием переменного тока на поверхности возникает катодное осаждение пленки защищающего металла.

Создать покрытия также можно методом распыления расплавленного металла. Этот вид защиты востребован при обработке железнодорожных мостов и прочих крупных габаритных конструкций. В качестве основного защитного материала используют коррозионностойкие стали.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни