Што такое нержавеючая сталь?
«Нержавеючая сталь» - гэта тэрмін, уведзены ў пачатку распрацоўкі гэтых сталей для сталовых прыбораў. Яно было прынята ў якасці агульнай назвы для гэтых сталей і цяпер ахоплівае шырокі спектр тыпаў і марак сталі для прымянення, устойлівага да карозіі або акіслення.
Нержавеючая сталь - гэта сплав жалеза з мінімум 10,5% хрому. Іншыя легіруючыя элементы дадаюцца для паляпшэння іх структуры і такіх уласцівасцей, як здольнасць да фарміравання, трываласць і крыягенная трываласць.
Гэтая крышталічная структура робіць такія сталі немагнітнымі і менш далікатнымі пры нізкіх тэмпературах. Для большай цвёрдасці і трываласці дадаецца вуглярод. Пры адпаведнай тэрмічнай апрацоўцы гэтыя сталі выкарыстоўваюцца ў якасці лязоў для брытваў, сталовых прыбораў, інструментаў і г.д.
Значныя колькасці марганца выкарыстоўваліся ў многіх складах з нержавеючай сталі. Марганец захоўвае аўстэнітную структуру ў сталі, як і нікель, але па меншай цане.
Асноўныя элементы з нержавеючай сталі
Нержавеючая сталь або ўстойлівая да карозіі сталь - гэта свайго роду металічны сплаў, які сустракаецца ў розных формах. Ён настолькі добра служыць нашым практычным патрэбам, што цяжка знайсці якую-небудзь сферу нашага жыцця, дзе б мы не ўжывалі гэты від сталі. Асноўныя кампаненты нержавеючай сталі: жалеза, хром, вуглярод, нікель, малібдэн і невялікая колькасць іншых металаў.
Сюды ўваходзяць такія металы, як:
- Нікель
- Малібдэн
- Тытан
- медзь
Вырабляюцца і неметалічныя дапаўненні, асноўнымі з якіх з'яўляюцца:
- Вуглярод
- Азот
ХРОМ І НІКЕЛЬ:
Хром - гэта элемент, які робіць нержавеючую сталь нержавеючай. Гэта важна для фарміравання пасіўнай плёнкі. Іншыя элементы могуць уплываць на эфектыўнасць хрому ў фарміраванні або захаванні плёнкі, але ніякі іншы элемент сам па сабе не можа стварыць уласцівасці нержавеючай сталі.
Пры прыкладна 10,5% хрому ўтворыцца слабая плёнка, якая забяспечвае слабую абарону ад атмасферы. Пры павелічэнні ўтрымання хрому да 17-20%, што з'яўляецца тыповым для аўстэнітнай нержавеючай сталі тыпу 300, стабільнасць пасіўнай плёнкі павышаецца. Далейшае павелічэнне ўтрымання хрому забяспечыць дадатковую абарону.
| Сімвал | элемент |
| Ал | Алюміній |
| С | Вуглярод |
| кр | Хром |
| Cu | медзь |
| Fe | Жалеза |
| мо | Малібдэн |
| Мн | Марганец |
| Н | Азот |
| Ni | Нікель |
| П | Фосфарысты |
| С | сера |
| Se | Селен |
| Та | Тантал |
| Ti | Тытан |
Нікель стабілізуе аўстэнітную структуру (зярністую або крышталічную структуру) нержавеючай сталі і палепшыць механічныя ўласцівасці і характарыстыкі вырабу. Утрыманне нікеля 8-10% і вышэй знізіць схільнасць металу да парэпання з-за карозіі пад напругай. Нікель таксама спрыяе репассивации ў выпадку пашкоджання плёнкі.
марганец:
Марганец у спалучэнні з нікелем выконвае многія з функцый, якія прыпісваюцца нікелю. Ён таксама будзе ўзаемадзейнічаць з серай у нержавеючай сталі, утвараючы сульфіты марганца, што павялічвае ўстойлівасць да кропкавай карозіі. Пры замене нікеля марганцам, а затым злучэнні яго з азотам трываласць таксама павялічваецца.
МАЛІБДЭН:
Малібдэн у спалучэнні з хромам вельмі эфектыўна стабілізуе пасіўную плёнку ў прысутнасці хларыдаў. Ён эфектыўны ў прадухіленні шчыліннай або кропкавай карозіі. Малібдэн, побач з хромам, забяспечвае найбольшае павышэнне ўстойлівасці да карозіі ў нержавеючай сталі. Кампанія Edstrom Industries выкарыстоўвае нержавеючую сталь 316, таму што яна ўтрымлівае 2-3% малібдэна, які забяспечвае абарону пры даданні хлору ў ваду.
ВУГЛЯД:
Для павышэння трываласці выкарыстоўваецца вуглярод. У мартэнсітнай марцы даданне вугляроду палягчае зацвярдзенне праз тэрмічную апрацоўку.
АЗОТ:
Азот выкарыстоўваецца для стабілізацыі аўстэнітнай структуры нержавеючай сталі, што павышае яе ўстойлівасць да кропкавай карозіі і ўмацоўвае сталь. Выкарыстанне азоту дазваляе павялічыць утрыманне малібдэна да 6%, што павышае каразійную ўстойлівасць у хларыдных асяроддзях.
ТЫТАН І МІОБІЙ:
Тытан і міёбій выкарыстоўваюцца для зніжэння сенсібілізацыі нержавеючай сталі. Пры сенсібілізацыі нержавеючай сталі можа ўзнікнуць міжкрышталітная карозія. Гэта выклікана выпадзеннем карбідаў хрому падчас фазы астуджэння пры зварцы дэталяў. Гэта высільвае вобласць зварнога шва хромам. Без хрому пасіўная плёнка не можа ўтварыцца. Тытан і ніёбій узаемадзейнічаюць з вугляродам, утвараючы карбіды, пакідаючы хром у растворы, каб магла ўтварыцца пасіўная плёнка.
МЕДЗЬ І АЛЮМІНІЙ:
Медзь і алюміній разам з тытанам можна дадаваць у нержавеючую сталь, каб паскорыць яе зацвярдзенне. Зацвярдзенне дасягаецца замочваннем пры тэмпературы ад 900 да 1150F. Гэтыя элементы ў працэсе вымочвання пры падвышанай тэмпературы ўтвараюць цвёрдую інтэрметалідную мікраструктуру.
СЕРА І СЕЛЕН:
Сера і селен дадаюцца ў нержавеючую сталь 304, каб зрабіць яе свабоднай апрацоўкай. Гэта становіцца нержавеючая сталь 303 або 303SE, якая выкарыстоўваецца кампаніяй Edstrom Industries для вырабу свіных клапанаў, гаек і дэталяў, якія не падвяргаюцца ўздзеянню пітной вады.
Віды нержавеючай сталі
AISI ВЫЗНАЧАЕ СЯРОД ІНШЫХ НАСТУПНЫЯ КАТАЛОГІ:
Таксама вядомая як нержавеючая сталь марскога класа з-за яе падвышанай здольнасці супрацьстаяць карозіі ў салёнай вадзе ў параўнанні з тыпам 304. SS316 часта выкарыстоўваецца для будаўніцтва заводаў па перапрацоўцы ядзерных рэчываў.
НЕРЖАВЕЮЧАЯ СТАЛЬ 304/304L
Тып 304 мае крыху меншую трываласць, чым 302, з-за меншага ўтрымання вугляроду.
НЕРЖАВЕЮЧАЯ СТАЛЬ 316/316L
Нержавеючая сталь тыпу 316/316L - гэта малібдэнавая сталь, якая валодае палепшанай устойлівасцю да кропкавай адукацыі растворамі, якія змяшчаюць хларыды і іншыя галагеніды.
НЕРЖАВЕЮЧАЯ СТАЛЬ 310S
Нержавеючая сталь 310S валодае выдатнай устойлівасцю да акіслення пры пастаянных тэмпературах да 2000°F.
НЕРЖАВЕЮЧАЯ СТАЛЬ 317L
317L - гэта аўстэнітная хроманікелевая сталь, якая змяшчае малібдэн, падобная да тыпу 316, за выключэннем таго, што ўтрыманне сплаву ў 317L некалькі вышэйшае.
НЕРЖАВЕЮЧАЯ СТАЛЬ 321/321H
Тып 321 - гэта асноўны тып 304, мадыфікаваны шляхам дадання тытана ў колькасці, як мінімум у 5 разоў перавышае ўтрыманне вугляроду і азоту.
НЕРЖАВЕЮЧАЯ СТАЛЬ 410
Тып 410 - гэта мартэнсітная нержавеючая сталь, якая з'яўляецца магнітнай, супрацьстаіць карозіі ў мяккіх умовах і мае даволі добрую пластычнасць.
ДУПЛЕКС 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803), або Avesta Sheffield 2205 - гэта ферыта-аўстэнітная нержавеючая сталь.
НЕРЖАВУЮЧЫЯ СТАЛІ ТАКСАМА КЛАСІФІКУЮЦЬ ПА ІХ КРЫШТАЛІЧНАЙ СТРУКТУРЫ:
- Аўстэнітная нержавеючая сталь складае больш за 70% ад агульнай вытворчасці нержавеючай сталі. Яны ўтрымліваюць максімум 0,15% вугляроду, мінімум 16% хрому і дастатковую колькасць нікеля і/або марганца для захавання аўстэнітнай структуры пры любых тэмпературах ад крыягеннай вобласці да тэмпературы плаўлення сплаву. Тыповы склад складаецца з 18% хрому і 10% нікеля, шырока вядомы як нержавеючая сталь 18/10, часта выкарыстоўваецца ў сталовых прыборах. Таксама даступныя 18/0 і 18/8. ¨Супераўстенітная〃 нержавеючая сталь, такая як сплаў AL-6XN і 254SMO, праяўляе вялікую ўстойлівасць да хларыднай пітынгавай і шчыліннай карозіі з-за высокага ўтрымання малібдэна (>6%) і азоту, а больш высокае ўтрыманне нікеля забяспечвае лепшую ўстойлівасць да каразійнага расколіны пад напругай. больш за 300 серый. Больш высокае ўтрыманне сплаву ў «супераустенитных» сталях азначае, што яны страшэнна дарагія, і падобныя характарыстыкі звычайна могуць быць дасягнуты з выкарыстаннем дуплексных сталей пры значна меншых выдатках.
- Ферытныя нержавеючыя сталі вельмі ўстойлівыя да карозіі, але значна менш трывалыя, чым аўстенітныя маркі, і не могуць быць загартаваныя тэрмічнай апрацоўкай. Яны ўтрымліваюць ад 10,5% да 27% хрому і вельмі мала нікеля, калі такі маецца. Большасць кампазіцый ўключаюць малібдэн; некаторыя, алюміній або тытан. Агульныя маркі ферыту ўключаюць 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo і 29Cr-4Mo-2Ni.
- Мартэнсітная нержавеючая сталь не такая ўстойлівая да карозіі, як два іншых класа, але надзвычай трывалая і цвёрдая, а таксама добра паддаецца апрацоўцы і можа быць загартаваная тэрмічнай апрацоўкай. Мартэнсітная нержавеючая сталь змяшчае хром (12-14%), малібдэн (0,2-1%), не змяшчае нікеля і каля 0,1-1% вугляроду (што надае ёй большую цвёрдасць, але робіць матэрыял крыху больш далікатным). Ён загартаваны і магнітны. Яна таксама вядомая як сталь «серыі-00».
- Дуплексная нержавеючая сталь мае змешаную мікраструктуру аўстэніту і ферыту, мэта складаецца ў тым, каб атрымаць сумесь 50:50, хоць у камерцыйных сплавах сумесь можа складаць 60:40. Дуплексная сталь мае павышаную трываласць у параўнанні з аўстэнітнай нержавеючай сталлю, а таксама павышаную ўстойлівасць да лакалізаванай карозіі, у прыватнасці да кропкавай, шчыліннай карозіі і каразійнага расколіны пад напругай. Яны характарызуюцца высокім утрыманнем хрому і меншым утрыманнем нікеля, чым аўстэнітныя нержавеючыя сталі.
Гісторыя нержавеючай сталі
Некалькі вырабаў з жалеза, устойлівага да карозіі, захаваліся са старажытнасці. Вядомым (і вельмі вялікім) прыкладам з'яўляецца Жалезная калона ў Дэлі, узведзеная па загаду Кумары Гупты I прыкладна ў 400 годзе нашай эры. Аднак, у адрозненне ад нержавеючай сталі, гэтыя артэфакты абавязаны сваёй трываласцю не хрому, а высокаму ўтрыманню фосфару, што разам са спрыяльнымі мясцовымі ўмовамі надвор'я спрыяе ўтварэнню цвёрдага ахоўнага пасівацыйнага пласта з аксідаў жалеза і фасфатаў, а не неахоўнага, патрэсканага пласта іржы, які развіваецца на большасці металічных вырабаў.
Каразійная ўстойлівасць жалеза-хромавых сплаваў была ўпершыню прызнана ў 1821 годзе французскім металургам П'ерам Берцье, які адзначыў іх устойлівасць да ўздзеяння некаторых кіслот і прапанаваў выкарыстоўваць іх у сталовых прыборах. Аднак металургі 19-га стагоддзя не змаглі вырабіць камбінацыю з нізкім утрыманнем вугляроду і высокім утрыманнем хрому ў большасці сучасных нержавеючых сталей, а сплавы з высокім утрыманнем хрому, якія яны маглі вырабляць, былі занадта далікатнымі, каб прадстаўляць практычны інтарэс.
Гэтая сітуацыя змянілася ў канцы 1890-х гадоў, калі Ганс Гольдшміт з Германіі распрацаваў алюмінатэрмічны (тэрмітны) працэс атрымання безвугляроднага хрому. У 1904–1911 гадах некалькі даследчыкаў, у прыватнасці Леон Гійе з Францыі, падрыхтавалі сплавы, якія сёння будуць лічыцца нержавеючай сталлю. У 1911 г. Філіп Моннарц з Германіі паведаміў пра сувязь паміж утрыманнем хрому і каразійнай устойлівасцю гэтых сплаваў.
Гары Брырлі з даследчай лабараторыі Браўн-Ферт у Шэфілдзе, Англія, часцей за ўсё лічыцца "вынаходнікам" нержавеючай сталі
сталь. У 1913 годзе, шукаючы ўстойлівы да эрозіі сплаў для ствалоў гармат, ён адкрыў і пасля індустрыялізаваў мартенситный сплаў з нержавеючай сталі. Аднак падобныя прамысловыя распрацоўкі адбываліся адначасова на металургічным заводзе Круп у Германіі, дзе Эдуард Маўрэр і Бена Штраўс распрацоўвалі аўстэнітны сплаў (21% хрому, 7% нікеля), і ў ЗША, дзе Крысціян Данцызен і Фрэдэрык Бэкет былі індустрыялізацыі ферытнай нержавеючай.
Звярніце ўвагу, што вас могуць зацікавіць іншыя тэхнічныя артыкулы, якія мы апублікавалі:
Час публікацыі: 16 чэрвеня 2022 г