Що таке нержавіюча сталь?
Термін «нержавіюча сталь» був введений на початку розробки цих сталей для столових приборів. Його було прийнято як загальну назву для цих сталей і тепер охоплює широкий діапазон типів і марок сталей для застосування, стійкого до корозії або окислення.
Нержавіючі сталі - це сплави заліза з мінімум 10,5% хрому. Інші легуючі елементи додаються для покращення їхньої структури та властивостей, таких як формування, міцність і кріогенна міцність.
Така кристалічна структура робить такі сталі немагнітними і менш крихкими при низьких температурах. Для більшої твердості і міцності додається карбон. Після відповідної термічної обробки ці сталі використовуються як леза для бритв, столові прилади, інструменти тощо.
У багатьох композиціях з нержавіючої сталі використовується значна кількість марганцю. Марганець зберігає аустенітну структуру сталі, як і нікель, але з нижчою ціною.
Основні елементи з нержавіючої сталі
Нержавіюча сталь або корозійно-стійка сталь — це різновид металевого сплаву, який зустрічається в різноманітних формах. Він настільки добре служить нашим практичним потребам, що важко знайти будь-яку сферу нашого життя, де б ми не використовували цю сталь. Основними компонентами нержавіючої сталі є: залізо, хром, вуглець, нікель, молібден і невелика кількість інших металів.
До них відносяться такі метали, як:
- Нікель
- Молібден
- Титан
- Мідь
Виробляються також неметалеві добавки, основними з яких є:
- Карбон
- Азот
ХРОМ І НІКЕЛЬ:
Хром - це елемент, який робить нержавіючу сталь нержавіючої. Це важливо для формування пасивної плівки. Інші елементи можуть впливати на ефективність хрому у формуванні або збереженні плівки, але жоден інший елемент сам по собі не може створити властивості нержавіючої сталі.
При приблизно 10,5% хрому утворюється слабка плівка, яка забезпечить легкий атмосферний захист. Завдяки збільшенню вмісту хрому до 17-20%, що є типовим для серії аустенітних нержавіючих сталей типу 300, стабільність пасивної плівки підвищується. Подальше збільшення вмісту хрому забезпечить додатковий захист.
| символ | елемент |
| Ал | Алюміній |
| C | Карбон |
| кр | Хром |
| Cu | Мідь |
| Fe | Залізо |
| пн | Молібден |
| Мн | Марганець |
| Н | Азот |
| Ni | Нікель |
| П | Фосфорний |
| С | Сірка |
| Se | Селен |
| Та | тантал |
| Ti | Титан |
Нікель стабілізує аустенітну структуру (зернисту або кристалічну структуру) нержавіючої сталі та покращить механічні властивості та характеристики виготовлення. Вміст нікелю 8-10% і вище зменшить схильність металу до розтріскування внаслідок корозії під напругою. Нікель також сприяє репасивації у разі пошкодження плівки.
МАРГАНЕЦЬ:
Марганець у поєднанні з нікелем виконує багато функцій, приписуваних нікелю. Він також буде взаємодіяти з сіркою в нержавіючій сталі з утворенням сульфітів марганцю, що підвищує стійкість до точкової корозії. Завдяки заміні нікелю на марганець, а потім поєднанню його з азотом міцність також підвищується.
МОЛІБДЕН:
Молібден у поєднанні з хромом дуже ефективно стабілізує пасивну плівку в присутності хлоридів. Він ефективний у запобіганні щілинної або ямкової корозії. Молібден, поряд з хромом, забезпечує найбільше підвищення корозійної стійкості нержавіючої сталі. Edstrom Industries використовує нержавіючу сталь 316, оскільки вона містить 2-3% молібдену, який забезпечує захист від додавання хлору у воду.
ВУГЛЕЦЬ:
Для збільшення міцності використовується карбон. У мартенситному сорті додавання вуглецю полегшує загартування через термічну обробку.
АЗОТ:
Азот використовується для стабілізації аустенітної структури нержавіючої сталі, що підвищує її стійкість до точкової корозії та зміцнює сталь. Застосування азоту дозволяє підвищити вміст молібдену до 6%, що покращує корозійну стійкість у хлоридних середовищах.
ТИТАН І МІОБІЙ:
Титан і міобій використовуються для зменшення сенсибілізації нержавіючої сталі. При сенсибілізації нержавіючої сталі може виникнути міжкристалічна корозія. Це викликано випаданням карбідів хрому під час фази охолодження під час зварювання деталей. Це виснажує зону зварювання хромом. Без хрому пасивна плівка не може утворитися. Титан і ніобій взаємодіють з вуглецем, утворюючи карбіди, залишаючи хром у розчині, щоб утворилася пасивна плівка.
МІДЬ ТА АЛЮМІНІЙ:
Мідь і алюміній разом із титаном можна додавати до нержавіючої сталі, щоб прискорити її твердіння. Затвердіння досягається шляхом замочування при температурі від 900 до 1150F. Ці елементи утворюють тверду інтерметалідну мікроструктуру в процесі замочування при підвищеній температурі.
СІРКА І СЕЛЕН:
Сірка та селен додаються до нержавіючої сталі 304, щоб зробити її вільною машиною. Це стає нержавіюча сталь 303 або 303SE, яка використовується компанією Edstrom Industries для виготовлення свинячих клапанів, гайок і деталей, які не піддаються впливу питної води.
Види нержавіючої сталі
AISI СЕРЕД ІНШОГО ВИЗНАЧАЄ НАСТУПНІ РЯДИ:
Також відома як нержавіюча сталь «морського класу» через її підвищену здатність протистояти корозії в солоній воді порівняно з типом 304. SS316 часто використовується для будівництва заводів з ядерної переробки.
НЕРЖАВІЮЧА СТАЛЬ 304/304L
Тип 304 має трохи нижчу міцність, ніж 302 через менший вміст вуглецю.
НЕРЖАВІЮЧА СТАЛЬ 316/316L
Нержавіюча сталь типу 316/316L — це молібденова сталь, яка має покращену стійкість до точкової утворення розчинами, що містять хлориди та інші галогеніди.
НЕРЖАВІЮЧА СТАЛЬ 310S
Нержавіюча сталь 310S має чудову стійкість до окислення за постійних температур до 2000°F.
НЕРЖАВІЮЧА СТАЛЬ 317L
317L — це молібденовмісна аустенітна хромонікелева сталь, подібна до типу 316, за винятком того, що вміст сплаву в 317L дещо вищий.
НЕРЖАВІЮЧА СТАЛЬ 321/321H
Тип 321 — це основний тип 304, модифікований шляхом додавання титану в кількості, щонайменше в 5 разів перевищує вміст вуглецю плюс азот.
НЕРЖАВІЮЧА СТАЛЬ 410
Тип 410 — мартенситна нержавіюча сталь, яка є магнітною, стійкою до корозії в м’якому середовищі та має досить добру пластичність.
ДУПЛЕКС 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803), або Avesta Sheffield 2205 - феритно-аустенітна нержавіюча сталь.
НЕРЖАВІЮЧІ СТАЛІ ТАКОЖ КЛАСИФІКУЮТЬ ЗА ЇХ КРИСТАЛІЧНОЮ БУДОВОЮ:
- Аустенітні нержавіючі сталі складають понад 70% загального виробництва нержавіючої сталі. Вони містять максимум 0,15% вуглецю, мінімум 16% хрому та достатню кількість нікелю та/або марганцю для збереження аустенітної структури за будь-яких температур від кріогенної області до точки плавлення сплаву. Типовий склад 18% хрому та 10% нікелю, широко відомий як нержавіюча сталь 18/10, часто використовується в столовому посуді. Також доступні 18/0 і 18/8. ¨Супераустенітні〃 нержавіючі сталі, такі як сплав AL-6XN і 254SMO, виявляють високу стійкість до хлоридної точкової та щілинної корозії завдяки високому вмісту молібдену (>6%) і додавання азоту, а високий вміст нікелю забезпечує кращу стійкість до корозійного розтріскування під напругою. понад 300 серій. Вищий вміст сплавів у «супераустенітних» сталях означає, що вони надзвичайно дорогі, і подібних характеристик зазвичай можна досягти, використовуючи дуплексні сталі за набагато менших витрат.
- Феритні нержавіючі сталі мають високу корозійну стійкість, але набагато менш міцні, ніж аустенітні сорти, і не можуть бути загартовані термічною обробкою. Вони містять від 10,5% до 27% хрому і дуже мало нікелю, якщо такий є. Більшість композицій включає молібден; деякі, алюміній або титан. Звичайні марки фериту включають 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo та 29Cr-4Mo-2Ni.
- Мартенситна нержавіюча сталь не така стійка до корозії, як інші два класи, але є надзвичайно міцною та міцною, а також добре піддається механічній обробці та може бути загартована термічною обробкою. Мартенситна нержавіюча сталь містить хром (12-14%), молібден (0,2-1%), не містить нікелю і приблизно 0,1-1% вуглецю (що надає їй більшої твердості, але робить матеріал трохи крихкішим). Він загартований і магнітний. Вона також відома як сталь «серії-00».
- Дуплексна нержавіюча сталь має змішану мікроструктуру аустеніту та фериту, метою якої є отримання суміші 50:50, хоча в промислових сплавах суміш може становити 60:40. Дуплексна сталь має кращу міцність порівняно з аустенітною нержавіючою сталлю, а також покращену стійкість до локалізованої корозії, зокрема точкової, щілинної корозії та корозійного розтріскування під напругою. Вони характеризуються високим вмістом хрому та меншим вмістом нікелю, ніж аустенітні нержавіючі сталі.
Історія нержавіючої сталі
Кілька артефактів із заліза, стійкого до корозії, збереглося з давнини. Відомим (і дуже великим) прикладом є Залізна колона в Делі, споруджена за наказом Кумари Гупти I приблизно в 400 році нашої ери. Однак, на відміну від нержавіючої сталі, ці артефакти зобов’язані своєю довговічністю не хрому, а високому вмісту фосфору, який разом із сприятливими місцевими погодними умовами сприяє утворенню міцного захисного пасиваційного шару з оксидів заліза та фосфатів, а не незахищаючого, потрісканого шару іржі, який розвивається на більшості залізних виробів.
Стійкість до корозії залізо-хромових сплавів була вперше визнана в 1821 році французьким металургом П’єром Бертьє, який зазначив їхню стійкість до дії деяких кислот і запропонував використовувати їх у столових приборах. Однак металурги 19-го століття не змогли виробити поєднання низького вмісту вуглецю та високого вмісту хрому в більшості сучасних нержавіючих сталей, а сплави з високим вмістом хрому, які вони могли виготовити, були надто крихкими, щоб представляти практичний інтерес.
Ця ситуація змінилася наприкінці 1890-х років, коли Ганс Гольдшмідт з Німеччини розробив алюмінотермічний (термітний) процес виробництва безвуглецевого хрому. У 1904–1911 роках кілька дослідників, зокрема Леон Гійє з Франції, підготували сплави, які сьогодні вважаються нержавіючою сталлю. У 1911 році Філіп Моннарц з Німеччини повідомив про зв'язок між вмістом хрому та корозійною стійкістю цих сплавів.
Гаррі Брірлі з дослідницької лабораторії Браун-Ферт у Шеффілді, Англія, найчастіше називають «винахідником» нержавіючої сталі.
сталь. У 1913 році, шукаючи стійкий до ерозії сплав для стволів рушниць, він відкрив і згодом індустріалізував мартенситний сплав нержавіючої сталі. Однак подібні промислові розробки відбувалися одночасно на металургійному заводі Круппа в Німеччині, де Едуард Маурер і Бенно Штраус розробляли аустенітний сплав (21% хрому, 7% нікелю), і в Сполучених Штатах, де Крістіан Данцізен і Фредерік Бекет індустріалізували феритну нержавіючу сталь.
Зверніть увагу, що вас можуть зацікавити інші технічні статті, які ми опублікували:
Час публікації: 16 червня 2022 р