Что такое нержавеющая сталь?
«Нержавеющая сталь» — это термин, придуманный на ранних стадиях разработки этих сталей для столовых приборов. Оно было принято в качестве общего названия для этих сталей и теперь охватывает широкий спектр типов и марок сталей, устойчивых к коррозии и окислению.
Нержавеющие стали представляют собой сплавы железа с содержанием хрома минимум 10,5%. Другие легирующие элементы добавляются для улучшения их структуры и свойств, таких как формуемость, прочность и криогенная вязкость.
Такая кристаллическая структура делает такие стали немагнитными и менее хрупкими при низких температурах. Для большей твердости и прочности добавляют углерод. При соответствующей термической обработке эти стали используются в качестве лезвий для бритв, столовых приборов, инструментов и т. д.
Значительные количества марганца использовались во многих композициях нержавеющей стали. Марганец сохраняет аустенитную структуру стали, как и никель, но при более низкой стоимости.
Основные элементы из нержавеющей стали.
Нержавеющая сталь или коррозионностойкая сталь — это разновидность металлического сплава, который встречается в различных формах. Она настолько хорошо служит нашим практическим потребностям, что трудно найти какую-либо сферу нашей жизни, где бы мы не использовали этот тип стали. Основными компонентами нержавеющей стали являются: железо, хром, углерод, никель, молибден и небольшое количество других металлов.
К ним относятся такие металлы, как:
- Никель
- Молибден
- Титан
- Медь
Также изготавливаются неметаллические добавки, основными из которых являются:
- Углерод
- Азот
ХРОМ И НИКЕЛЬ:
Хром — это элемент, который делает нержавеющую сталь нержавеющей. Это важно для формирования пассивной пленки. Другие элементы могут влиять на эффективность хрома в формировании или поддержании пленки, но ни один другой элемент сам по себе не может создать свойства нержавеющей стали.
При содержании хрома около 10,5% образуется слабая пленка, обеспечивающая мягкую защиту от атмосферных воздействий. За счет увеличения содержания хрома до 17-20%, что характерно для аустенитных нержавеющих сталей серии 300, повышается стабильность пассивной пленки. Дальнейшее увеличение содержания хрома обеспечит дополнительную защиту.
| Символ | Элемент |
| Ал | Алюминий |
| С | Углерод |
| Кр | Хром |
| Cu | Медь |
| Фе | Железо |
| Мо | Молибден |
| Мин. | Марганец |
| Н | Азот |
| Ни | Никель |
| П | фосфористый |
| С | сера |
| Се | Селен |
| Та | Тантал |
| Ти | Титан |
Никель стабилизирует аустенитную структуру (зернистую или кристаллическую структуру) нержавеющей стали и улучшает механические свойства и характеристики изготовления. Содержание никеля 8-10% и выше снижает склонность металла к растрескиванию из-за коррозии под напряжением. Никель также способствует репассивации в случае повреждения пленки.
МАРГАНЕЦ:
Марганец в сочетании с никелем выполняет многие функции, приписываемые никелю. Он также будет взаимодействовать с серой нержавеющей стали с образованием сульфитов марганца, что повышает устойчивость к точечной коррозии. Заменив никель марганцем, а затем соединив его с азотом, прочность также увеличивается.
МОЛИБДЕН:
Молибден в сочетании с хромом очень эффективен для стабилизации пассивной пленки в присутствии хлоридов. Он эффективен в предотвращении щелевой или точечной коррозии. Молибден, наряду с хромом, обеспечивает наибольшее повышение коррозионной стойкости нержавеющей стали. Edstrom Industries использует нержавеющую сталь 316, поскольку она содержит 2–3% молибдена, который обеспечивает защиту при добавлении в воду хлора.
УГЛЕРОД:
Углерод используется для увеличения прочности. В мартенситных марках добавление углерода облегчает закалку за счет термообработки.
АЗОТ:
Азот используется для стабилизации аустенитной структуры нержавеющей стали, что повышает ее устойчивость к питтинговой коррозии и упрочняет сталь. Использование азота позволяет увеличить содержание молибдена до 6%, что повышает коррозионную стойкость в хлоридных средах.
ТИТАН И МИОБИЙ:
Титан и миобий используются для снижения чувствительности нержавеющей стали. Когда нержавеющая сталь становится сенсибилизированной, может возникнуть межкристаллитная коррозия. Это вызвано выделением карбидов хрома на этапе охлаждения при сварке деталей. Это истощает зону сварного шва хромом. Без хрома пассивная пленка не может образоваться. Титан и ниобий взаимодействуют с углеродом с образованием карбидов, оставляя хром в растворе, в результате чего может образоваться пассивная пленка.
МЕДЬ И АЛЮМИНИЙ:
Медь и алюминий, а также титан можно добавлять в нержавеющую сталь для ускорения ее закалки. Затвердевание достигается путем вымачивания при температуре от 900 до 1150 F. Эти элементы образуют твердую интерметаллическую микроструктуру в процессе выдержки при повышенной температуре.
СЕРА И СЕЛЕН:
В нержавеющую сталь 304 добавляют серу и селен, чтобы она легко обрабатывалась. Это становится нержавеющей сталью 303 или 303SE, которую Edstrom Industries использует для изготовления клапанов, гаек и деталей, не подвергающихся воздействию питьевой воды.
Виды нержавеющей стали
AISI ОПРЕДЕЛЯЕТ СРЕДИ ПРОЧИХ СЛЕДУЮЩИЕ ОЦЕНКИ:
Также известна как нержавеющая сталь «морского класса» из-за ее повышенной способности противостоять коррозии в соленой воде по сравнению с типом 304. SS316 часто используется для строительства заводов по переработке атомной энергии.
НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ 304/304L
Тип 304 имеет немного меньшую прочность, чем 302, из-за меньшего содержания углерода.
НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ 316/316L
Нержавеющая сталь типа 316/316L представляет собой молибденовую сталь, обладающую повышенной устойчивостью к точечной коррозии под действием растворов, содержащих хлориды и другие галогениды.
НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ 310S
Нержавеющая сталь 310S обладает превосходной стойкостью к окислению при постоянных температурах до 2000°F.
НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ 317L
317L представляет собой молибденсодержащую аустенитную хромоникелевую сталь, аналогичную марке 316, за исключением того, что содержание легирующих элементов в 317L несколько выше.
НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ 321/321H
Тип 321 представляет собой базовый тип 304, модифицированный добавлением титана в количестве, как минимум в 5 раз превышающем содержание углерода и азота.
410 НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ
Тип 410 представляет собой мартенситную нержавеющую сталь, которая обладает магнитными свойствами, устойчива к коррозии в мягких средах и имеет довольно хорошую пластичность.
ДУПЛЕКС 2205 (UNS S31803)
Дуплекс 2205 (UNS S31803), или Авеста Шеффилд 2205, представляет собой ферритно-аустенитную нержавеющую сталь.
НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ КЛАССИФИЦИРУЮТ ТАКЖЕ ПО КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЕ:
- Аустенитные нержавеющие стали составляют более 70% от общего объема производства нержавеющей стали. Они содержат максимум 0,15% углерода, минимум 16% хрома и достаточное количество никеля и/или марганца для сохранения аустенитной структуры при всех температурах от криогенной области до температуры плавления сплава. Типичный состав составляет 18% хрома и 10% никеля. Нержавеющая сталь 18/10 часто используется в столовых приборах. Аналогично также доступны 18/0 и 18/8. ¨Супераустенитные нержавеющие стали, такие как сплав AL-6XN и 254SMO, обладают высокой устойчивостью к хлоридной точечной и щелевой коррозии благодаря высокому содержанию молибдена (>6%) и добавкам азота, а более высокое содержание никеля обеспечивает лучшую стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением. более 300 серии. Более высокое содержание легированных сплавов в «супераустенитных» сталях означает, что они пугающе дороги, и аналогичные характеристики обычно могут быть достигнуты с использованием дуплексных сталей при гораздо меньших затратах.
- Ферритные нержавеющие стали обладают высокой коррозионной стойкостью, но гораздо менее долговечны, чем аустенитные марки, и не могут быть упрочнены термической обработкой. Они содержат от 10,5% до 27% хрома и очень мало никеля, если таковой имеется. Большинство композиций включают молибден; некоторые из алюминия или титана. Обычные ферритные марки включают 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo и 29Cr-4Mo-2Ni.
- Мартенситные нержавеющие стали не так устойчивы к коррозии, как два других класса, но чрезвычайно прочны и вязки, а также хорошо поддаются механической обработке и могут быть упрочнены термической обработкой. Мартенситная нержавеющая сталь содержит хром (12-14%), молибден (0,2-1%), не содержит никеля и около 0,1-1% углерода (что придает ей большую твердость, но делает материал более хрупким). Он закаленный и магнитный. Она также известна как сталь «серии-00».
- Дуплексные нержавеющие стали имеют смешанную микроструктуру аустенита и феррита, поэтому цель состоит в том, чтобы получить смесь 50:50, хотя в коммерческих сплавах смесь может составлять 60:40. Дуплексная сталь имеет улучшенную прочность по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями, а также улучшенную стойкость к локальной коррозии, особенно к точечной, щелевой коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Они характеризуются высоким содержанием хрома и меньшим содержанием никеля, чем аустенитные нержавеющие стали.
История нержавеющей стали
С древности сохранилось несколько устойчивых к коррозии железных артефактов. Известным (и очень крупным) примером является Железный столб Дели, воздвигнутый по приказу Кумары Гупты I около 400 года нашей эры. Однако, в отличие от нержавеющей стали, эти артефакты обязаны своей долговечностью не хрому, а высокому содержанию фосфора, что вместе с благоприятными местными погодными условиями способствует образованию прочного защитного пассивационного слоя из оксидов и фосфатов железа, а не незащитного слоя потрескавшейся ржавчины, который образуется на большинстве металлических изделий.
Коррозионная стойкость железо-хромовых сплавов была впервые признана в 1821 году французским металлургом Пьером Бертье, который отметил их устойчивость к воздействию некоторых кислот и предложил использовать их в столовых приборах. Однако металлурги XIX века не смогли создать сочетание низкого содержания углерода и высокого содержания хрома, присутствующее в большинстве современных нержавеющих сталей, а сплавы с высоким содержанием хрома, которые они могли производить, были слишком хрупкими, чтобы представлять практический интерес.
Ситуация изменилась в конце 1890-х годов, когда Ганс Гольдшмидт из Германии разработал алюминотермический (термитный) процесс производства безуглеродистого хрома. В 1904–1911 годах несколько исследователей, в частности Леон Гийе из Франции, получили сплавы, которые сегодня считаются нержавеющей сталью. В 1911 году Филип Моннарц из Германии сообщил о взаимосвязи между содержанием хрома и коррозионной стойкостью этих сплавов.
Гарри Брирли из исследовательской лаборатории Браун-Ферт в Шеффилде, Англия, чаще всего называют «изобретателем» нержавеющей стали.
сталь. В 1913 году, пытаясь найти устойчивый к эрозии сплав для стволов орудий, он обнаружил и впоследствии внедрил в производство мартенситный сплав нержавеющей стали. Однако аналогичные промышленные разработки происходили одновременно на металлургическом заводе Круппа в Германии, где Эдуард Маурер и Бенно Штраус разрабатывали аустенитный сплав (21% хрома, 7% никеля), а также в Соединенных Штатах, где Кристиан Данцизен и Фредерик Беккет вели индустриализацию ферритной нержавеющей стали.
Обратите внимание, что вас могут заинтересовать другие опубликованные нами технические статьи:
Время публикации: 16 июня 2022 г.