Нержавеющая сталь; марки, виды и характеристики

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.

Разделение по типам

Разнообразие, представленных на рынке сталей с сопротивлением к ржавлению, определяется ГОСТ 5632-2014 «Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные». Основные виды нержавеющей стали, исходя из этого документа, это

• жаростойкая
• жаропрочная
• устойчивая к коррозии

Структура металлической матрицы, преобладающей для данной марки стали, производит разделение ее по классам:

• мартенситный (мартенсит единственная структура, определяющая свойства сплава)
• мартенсито-ферритный (ферритная структура больше 10%, мартенсит оставшаяся фаза)
• ферритный (сталь не претерпевшая аллотропических превращений)
• аустенитно-мартенситный (каждая из фаз может варьироваться в широком поле значений)
• аустенито-ферритный (феррита не меньше 10%, аустенит – оставшаяся доля)
• аустенитные (фаза аустенита имеет устойчивый характер)

В современном производстве самые затребованные марки ферритные и аустенитные.

Классы деления определенные этим документом являются условными, нормативно предполагается исключительно единственный тип термической обработки. Нагрев свыше 900 градусов и нормальное охлаждение в воздушной среде. Если нет оговоренных ранее ограничений при поставке нержавеющей стали, то класс не является выбраковочным фактором.

Классификация нержавеющих сталей

Легированные нержавеющие стали в зависимости от структуры подразделяют на классы:

• мартенситный — стали с основной структурой мартенсита;
• мартенсито-ферритный — стали, содержащие в структуре кроме мартенсита не менее 10% феррита;
• ферритный — стали, имеющие структуру феррита (без превращений);
• аустенито-мартенситный — стали, имеющие структуру аустенита и мартенсита, количество которых можно изменять в широких пределах;
• аустенито-ферритный — стали, имеющие структуру аустенита и феррита (феррит более 10%);
• аустенитный — стали, имеющие структуру устойчивого аустенита.

Подразделение стали на классы по структурным признакам является условным, так как предполагает только одну термическую обработку, а именно — охлаждение на воздухе после высокотемпературного нагрева (свыше 900°С) образцов небольших размеров. Поэтому структурные отклонения в стали браковочным признаком не являются.

В зависимости от основных свойств легированные нержавеющие стали можно разделить на три группы:

• Коррозионностойкие (нержавеющие) стали, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением в обычных промышленных и бытовых условиях. Из коррозионностойкой стали изготавливают детали оборудования для нефтегазовой, легкой, машиностроительной промышленности, хирургические инструменты, бытовую нержавеющую посуду и тару.
• Жаростойкие (окалиностойкие) стали, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Из жаростойкой стали производят оборудование для химических заводов.
• Жаропрочные стали, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

В зависимости от химического состава сплавы подразделяют на классы по основному составляющему элементу:

• сплавы на железоникелевой основе;
• сплавы на никелевой основе.

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 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.

Нержавеющая сталь прекрасный материал для производства прямоугольных пожарных резервуаров и пожарных емкостей, производство которых осуществляют специалисты завода нестандартного оборудования «Машинопромышленное объединение» как по стандартным типоразмерам так и по специальным проектам. Кроме изготовления емкостей наши специалисты произведут техническое диагностирование пожарных емкостей и резервуаров из нержавейки и определение технического состояния конструкций резервуара, определение пригодности его элементов к дальнейшей эксплуатации.

Популярные марки стали

В России развита сталелитейная промышленность и существуют собственные обозначения для марок стали, однако самые популярные марки имеют зарубежные аналоги. Это стали так называемых 300-й и 400-й серий, которые отличаются высокими характеристиками коррозионной стойкости, устойчивости к агрессивным средам, пластичности и прочности. Они практически универсальны и применяются для производства самой разнообразной продукции – от медицинских инструментов до крупных строительных конструкций. 200-я серия постепенно догоняет их по популярности за счет выгодного соотношения цена-качество.

Виды стали 300-й серии

Хромникелевая нержавейка этой группы по своему химическому составу бывает аустенитная, аустенитно-ферритная и аустенитно-мартенситная, в зависимости от процентного содержания углерода, никеля, хрома и титана. Это самая универсальная нержавейка, свойства которой обеспечивают ей неизменно высокий спрос на рынке.

AISI 304 (08Х18Н10)

Востребованная во всех отраслях промышленности, эта нержавейка, однако, снискала славу «пищевой». Ее химический состав и свойства делают ее наиболее подходящей для применения в пищепроме. Она легко поддается сварке, показывает высокие характеристики коррозийной стойкости в агрессивных средах. Ее также часто выбирают для химической, фармацевтической, нефтяной и текстильной промышленности.

AISI 316 (10Х17Н13М2)

Нержавейка 316 получается, если добавить в 304-ю нержавейку молибден, что еще больше повышает коррозионную устойчивость и способность к сохранению свойств в агрессивных кислотных средах, а также при высоких температурах. Эта нержавеющая сталь дороже, чем 304, она используется в химической, нефтегазовой и судостроительной промышленности.

AISI 316T (10Х17Н13М2Т)

Эта марка стали нержавейки содержит небольшое количество титана, повышающего прочность материала, делающего его устойчивым к высоким температурам, а также к ионам хлора. Используется в сварных конструкциях, для изготовления лопастей газовых турбин, в пищевой и химической промышленности. Доступная цена и высокие технические характеристики делают эту нержавеющую сталь очень популярной.

AISI 321 (12-08Х18Н10Т)

Нержавеющая сталь, характеристики которой обусловлены повышенным содержанием титана. Легко поддается сварочной обработке, устойчива к температуре до 800 o С. Широко востребована для изготовления бесшовных труб, а также трубопроводных фитингов — фланцев, тройников, отводов и переходов.

Виды стали 400-й серии

Эта серия имеет более узкий диапазон, чем 300-я. К ней относится нержавейка с высоким содержанием хрома, – других легирующих элементов в ней почти не содержится, что положительно сказывается на ее стоимости. Низкое содержание углерода делает эти нержавейки пластичными и хорошо свариваемыми.

AISI 430 (12Х17)

Это нержавейка с высоким процентом хрома и низким – углерода. Такое соотношение способствует высокой прочности и одновременно пластичности. AISI 430 хорошо гнется, сваривается, штампуется. Сохраняет свои свойства в коррозионно опасных и серосодержащих средах, устойчива к резким перепадам температуры. Используется в нефтегазовой промышленности, а также в качестве декоративного материала для отделки зданий и помещений.

Виды стали 200-й серии

Пока можно говорить только об одной марке стали в этой серии, но она успешно догоняет своих конкуренток в сериях 300 и 400.

AISI 201 (12Х15Г9НД)

Сталь нержавеющая марки AISI 201 значительно дешевле аналогичной по свойствам нержавейки других серий. В ней дорогой никель частично заменен марганцем и азотом. Выгодно сбалансированный химический состав делает характеристики нержавейки AISI 201 не уступающими AISI 304 и AISI 321. Она нашла свое применение в медицинской и пищевой промышленности. Используется также при изготовлении круглых и профильных труб, которые требуются для создания перил, поручней и ограждений.

Продажа нержавеющего металлопроката по всей России и СНГ

Компания «МетПромСтар» занимается продажей нержавеющей стали всех марок, снабженной сертификатами качества и отвечающей международным стандартам. Гибкое ценообразование и широкий выбор стального проката привлекают в качестве клиентов как крупные предприятия, так и небольшие частные компании. Консультанты «МетПромСтар» готовы ответить на все вопросы по любой марке нержавейки. Доставка осуществляется по всей России и в страны СНГ. Возможно индивидуальное изготовление изделий из нержавейки по эскизам заказчика.

Принципы обозначения нержавеющих сталей в России и странах СНГ

Нержавеющие стали в России и странах СНГ, как уже говорилось выше, маркируются при помощи сочетания буквенных и цифровых символов. При этом первые указывают на то, какие химические элементы содержатся в составе стали, а также на способы ее выплавки, а по цифрам можно определить количественное содержание перечисленных в обозначении нержавейки элементов.

Все буквенные обозначения химических элементов, используемые в маркировке нержавеющих сталей, унифицированы и по ним можно однозначно определить состав нержавейки.

Так, в стандарте, основой которого стал советский ГОСТ, оговариваются следующие буквенные обозначения химических элементов:

• С – кремний, который вводят в состав нержавейки для того, чтобы на поверхности изделий, которые из нее изготовлены, после выполнения термообработки не формировался слой окалины;
• Ю – алюминий, при помощи которого добиваются стабилизации структуры нержавеющей стали, а также снижают риск формировании в структуре сплава посторонних включений, что может происходить в тот момент, когда изделия из него контактируют с кипящими жидкостями;
• Х – хром, являющийся основным легирующим элементом всех нержавеющих стальных сплавов и придающий им исключительную коррозионную устойчивость, за которую они и ценятся;
• М – молибден, придающий структуре нержавеющих сталей устойчивость при их взаимодействии с агрессивными газовыми средами;
• Е – селен, обеспечивающий изделиям из нержавеющих сталей требуемые параметры электрического сопротивления;
• Р – бор, повышающий коррозионную устойчивость сталей при воздействии на них химических сред и высокой температуры;
• К – кобальт, применяемый для стабилизации углерода, содержащегося в стали;
• П – фосфор, используемый в стали в качестве коррозионного пассиватора;
• Б – ниобий, который вводят в состав нержавейки для того, чтобы активировать ферритные процессы, протекающие в кристаллах внутренней структуры металла;
• Ф – ванадий, добавляемый в состав нержавеющей стали для повышения ее пластичности.

Дополнительные буквы в маркировке высококачественных сталей

Естественно, это не весь перечень химических элементов, которые могут содержаться в составе нержавейки. Как и в любой другой стали, в составе нержавеющего сплава в обязательном порядке содержится углерод (буква «У» в маркировке), который не только придает ему требуемые прочностные характеристики, но и повышает устойчивость к окислительным процессам. Чтобы придать нержавейке хорошую ковкость и повысить ее устойчивость к воздействию высоких температур, в нее добавляют никель, который в маркировке сплава обозначается буквой «Н».

Несмотря на то, что нержавеющие стали и так отличаются высокой коррозионной устойчивостью, степень такой защиты можно повысить, если добавить в их состав медь, обозначаемую в маркировке буквой «Д». Кроме перечисленных элементов, в составе нержавеющих сталей могут присутствовать марганец (буква «Г»), титан («Т»), цирконий («Ц») и вольфрам («В»).

2 Буквенная маркировка нержавеющих сталей в странах СНГ

Антикоррозионные сплавы в ряде государств бывшего СССР маркируют буквами и цифрами. Под буквами закодированы химические элементы, входящие в состав стали, под цифрами – количественный состав этих самых элементов. В марках нержавеющей стали могут присутствовать далее указанные литеры:

• С – обозначение кремния, его вводят в сплавы для снижения вероятности образования окалины при выполнении их термообработки;
• Ю – под этой буквой «скрывается» алюминий, необходимый для того, чтобы нивелировать риск формирования посторонних включений в антикоррозионном сплаве при его контакте с кипящей водой и иными жидкостями, а также для стабилизации структуры металла;
• Х – кодировка хрома, который является главным химическим элементом нержавеющей стали, придающим ей стойкость к ржавлению;
• М – обозначение молибдена, в агрессивных атмосферах он обеспечивает устойчивость структуры сплава;
• С – так кодируется селен, отвечающий за полупроводниковые и термоэлектрические характеристики готовой металлургической продукции;
• Р – придающий металлам стойкость в термальным и сугубо химическим влияниям бор;
• К – необходимый для стабилизации углерода кобальт;
• П – фосфор, выполняющий функцию антикоррозионного пассиватора;
• Б – элемент ниобий, который вводят с целью активизации ферритных процессов внутри кристаллов (его используют исключительно в комбинации с углеродом);
• Ф – обозначение ванадия, обеспечивающего нержавейку пластичными свойствами.

Также маркировка нержавеющих сталей содержит и другие буквы. Углерод кодируется литерой У. Он, кстати, является главной составляющей любой современной стали, так как повышает ее сопротивляемость процессам окисления и обеспечивает ее требуемыми прочностными показателями. Под буквой Н «прячется» никель, благодаря которому нержавейка обретает стойкость к повышенным температурам, хорошую ковкость и прочность.

Медь маркируется литерой Д. Данный элемент повышает уровень антикоррозионной защиты сплавов, он предупреждает их усталость и гарантирует высокую прочность в течение длительного времени эксплуатации металлических изделий. Аналогом никеля является марганец (обозначается буквой Г), а ниобия – титан (буква Т в маркировке). Кроме того, в нержавейке нередко присутствует цирконий (Ц) и вольфрам (В). Последний из указанных элементов увеличивает температуру закалки металла и делает меньше величину его зерна.

Свойства нержавеющей стали

За счет чего достигаются коррозионностойкие свойства? — Благодаря добавлению дополнительных химических элементов на этапе производства металла на поверхности образуется оксидная пленка, которая не растворяется, а, наоборот, защищает сам сплав от влияния коррозии.

К основным свойствам нержавейки также относятся:

• высокая прочность
• высокое качество сварных соединений
• пластичность
• большой срок службы с сохранением своих свойств

В качестве базового металла могут использоваться никель (сплавы на никелевой основе) и железоникель (сплавы на железоникелевой основе).

Введение различных легирующих элементов добавляет те или иные свойства к исходному металлу:

• хром повышает коррозионную стойкость, твердость и прочность сплава; уменьшение коэффициента линейного расширения упрощает процесс сварки
• никель дополнительно повышает вязкость, пластичность, прокаливаемость и снижает коэффициент теплового расширения, что позволяет использовать изделие из такого сплава с серной, соляной и фосфорной кислотами
• марганец в процентном соотношении более 1% способствует увеличению стойкости, прокаливаемости, твердости и износоустойчивости (частично может быть заменен на никель)
• титан увеличивает прочность стали и ее плотность, что обеспечивает высокие коррозионностойкие свойства
• молибден повышает упругость, антикоррозионные свойства, увеличивает предел прочности на растяжение и сопротивление высоким температурам
• ниобий обеспечивает низкую коррозию в сварных изделиях
• ванадий увеличивает прочность, плотность и твердость сплава
• вольфрам увеличивает твердость и уменьшает хрупкость при термообработке (отпуске) за счет образования с другими элементами твердых соединений карбидов
• кремний в процентном соотношении более 1% увеличивает жаростойкость, упругость, окалиностойкость и кислотность, а также повышает электросопротивление и прочность с теми же параметрами вязкости
• кобальт способствует повышению ударного сопротивления, улучшению жаропрочных свойств
• медь придает сплаву высокую стойкость к атмосферной коррозии
• алюминий способствует уменьшению старения металла, а также увеличивает ударную вязкость и текучесть

Марки нержавеющей стали для изготовления дымоходов

При покупке модульных дымоходных систем необходимо узнать, из какой стали они изготовлены. В продаже можно встретить дымоходы, которые примерно в полтора раза дешевле, чем остальные изделия этой категории. При их производстве используется сталь AISI 201 (12Х15Г9НД). По международным стандартам, необходимо применять сталь марки AISI 321 (08Х18Н12Т), стоимость которой примерно в 2 раза превышает стоимость AISI 201. Визуально отличить AISI 201 от AISI 321 невозможно, к тому же оба сплава немагнитны. Различить их можно только путем проведения химического анализа.

Различия по химическому составу

Марка	С	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	Cu	Ti
AISI 201	До 0,15%	7-9,5	До 0,1%	До 0,03%	До 1,0%	13-18	0,3-3,0	0,5-2,5	—
AISI 321	До 0,08%	До 2,0	До 0,05%	До 0,03%	До 1,0%	17-19	9,0-12,0	—	Min 0,5%

Сталь марки AISI 201 имеет невысокие антикоррозионные характеристики, неустойчивость структуры, риск появления трещин при вытяжке. Ее применение приведет к скорому выходу дымохода из строя из-за быстро развивающейся коррозии. В основном эта сталь распространена в Китае и Индии.

Известные зарубежные и добросовестные российские производители, помимо стали AISI 321, используют высоколегированные сплавы, стабилизированные Ti. Они отличаются кислото- и жаростойкостью. Использование для газоотводящих труб более дешевых сталей (AISI 409, AISI 430), не отвечающих требованиям по кислотостойкости, приводит к их выходу из строя вскоре после начала отопительного сезона.

Область применения нержавеющих сталей

С момента разработки, коррозионностойкие стали применялись только в высокотехнологичном производстве в таких сферах как авиастроение, атомная энергетика, нефтехимическое производство и машиностроении. На сегодняшний день нержавеющие стали широко используются в различных сферах нашей жизни.

Деталь автомобиля из нержавеющей стали

Выделим основные сферы использования нержавеющих сплавов:

1. Машиностроение. Нержавейка массово используется для производства автомобилей, промышленных станков и различных агрегатов. Обычно применяются ферритные и аустенитные типы.
2. Химическая промышленность. Химическая промышленность сопровождается использованием агрессивных веществ, для содержания которых требуется специальное оборудование. Для его производства применяют аустенитные сплавы. Производственные емкости, трубы и сосуды не подвергаются воздействию химикатов и не теряют эксплуатационных свойств.
3. Энергетика. В сфере электроэнергетики используются только высокопрочные материалы, так как прочность и надежность рабочих узлов имеют особую важность.
4. Целлюлозно-бумажная промышленность. Практически все оборудование в этой сфере изготавливается из высококачественной нержавейки.
5. Пищевая промышленность. К производству, хранению и перевозки продуктов питания выставлены повышенные требования. Поэтому при изготовлении оборудования можно использовать только стекло, несколько видов пластика и нержавейки. Это обеспечивает повышенный уровень гигиены.

В пищевой промышленности обычно используется сплав с содержанием малого количества компонентов, так как оборудование не подвергается воздействию сверхвысоких температур и агрессивных веществ. Для холодильных установок применяют морозостойкие материалы.

1. Авиационно-космическая сфера. Особые типы нержавейки стали применять для постройки самолетов, ракет и космических кораблей.
2. Строительство. Нержавейка широко используется в строительстве и в дизайне. Такие листы не поддаются царапинам и не оставляют следов от рук.

Коррозионностойкие стали также применяется во многих сферах, благодаря разнообразию видов и свойств.