О производстве литья

Коррозионностойкая сталь или ее еще называют нержавейкой, получила широкое распространение в повседневной жизни и в промышленности. Эта сталь имеет более лучшие потребительские качества, имеет характеристики лучше, чем обычная сталь. А большое разнообразие  сортов этой стали, позволяет подобрать нужный сорт стали под нужный запрос.

Коррозионная сталь  знакома потребителям уже более 100 лет, а количество сортов около 50, поэтому выбирают сорт стали под свои потребности исходя из свойств  сортов стали. Из данной статьи вы узнаете характеристики  нержавеющей стали и маркировку стали.

Коррозионностойкая сталь или нержавейка это сплав

К каому же металлу можно отнести нержавейку?, к черному или цветному?

Коррозионностойкая сталь это сплав черного и цветных сплавов, с одинаковым процентным содержанием Fe и цветных металлов. Поэтому, то этот сплав не относится ни к черным сплавам ник цветным.

При сдаче в металлолом коррозионную сталь (нержавейку) принимают по цене дороже, чем черные сплавы, но несколько дешевле цветных сплавов, так как вней содержится никель и хром.

Спрос на нержавейку и черные металлы  всегда различается, ввиду того, что  эти сплавы  применяются в разных друг от друга сферах деятельности. Нержавеющая сталь (коррозионностойкая сталь) как раз и применяется в тех случаях, где требуется устойчивость применяемого материала к агрессивным средам и коррозии.

История создания

Первым открывшим свойства  нержавейки можно считать Harry Brearly (Гарри Брирли)- англичанин.

Когда в процессе изготовления  оружейных стволов проводя различные опыты и эксперименты заметил.  Что откинутые в дальний угол мастерской  забракованный сплав, продолжал блестеть пролежав много дней, без следов ржавчины. Полученный сплав оказался хорошим материалом с великолепными свойствами.

• Надежная, прочная, устойчивая против химических и механических и воздействий.
• Не поддается коррозии, долговечная.
• Хорошо сваривается, штампуется, легко поддается обработке.
• Отсутствуют расходы на содержание, нет необходимости в покраске поверхности.
• Изготавливаются очень карсивые товары, имеет внешне карсивый и привлекательный вид.
• Соответствует требованиям гигиены и санитарии, предъявляемые к пищевому оборудованию и посуде.

Соответствие требованиям гигиены и санитарии позволило применять сталь наравне со стеклом и отдельными марками пластмассы, стала очень распространенным материалом в пищевой промышленности.

Разрушение  металла под действием окружающей среды  называется коррозией. Чистое железо и низколегированные стали не устойчивы против коррозии в воде,  атмосфере и других  средах. Повысить устойчивость стали  против коррозии можно  легированием ее такими  элементами, которые образуют на поверхности стали  защитные пленки, прочно связанные с основным металлом и нарушающие контакт металла с окружающей средой, а также повышением ее  химического потенциала, благодаря этому получается коррозионностойкая сталь.

На рис.1  показано изменение потенциала  железохромистых сталей  с увеличением содержания хрома. Стали, содержащие меньше 12% хрома, имеют низкий  потенциал  и сильно подвержены коррозии.

Стали,  содержащие хрома свыше 12-14%, ведут себя как  благородные металлы, т.е.  обладают  положительным  потенциалом и высокой стойкостью  против коррозии. Кроме того,  нержавеющие стали должны иметь однофазную структуру.

Сталь 12Х13 нестабильна по свойствам, так как небольшие отклонения в составе (в пределе марки) по углероду и хрому резко изменяют структуру  стали от ферритной до полуферритной и даже мартенситной.

Стали 12Х14, 12Х17,15Х25Т,15Х28 относятся к ферритному классу.

Стали 20Х13,30Х13,40Х13 относятся к мартенситному классу. Коррозионная стойкость сталей с 13% хрома  повышается, если весь хром находится  в твердом растворе.

Поэтому, чем больше углерода в сталях Х13, тем более высокой должна быть  температура закалки, чтобы  растворимость  карбидов была более  полной.  Наличие карбидов в структуре способствует  образованию микрогальванопар, а  следовательно, понижает  коррозионную  стойкость. Повысить коррозионную стойкость нержавеющих  сталей  можно термической обработкой. Режимы термической  обработки хромистых нержавеющих  сталей  и получаемые  свойства приведены в таблице.

Коррозионностойкая сталь, свойства

Из сталей 12Х13 и 20Х13, обладающих  высокой пластичностью, можно  штамповать  различные детали.

Нержавеющие хромистые стали хорошо  свариваются . Однако ферритные  нержавеющие  стали  при этом обладают одним  существенным недостатком, а именно,  возникающей при нагреве крупнозернистостью, которая  не устраняется  последующей термической обработкой из-за отсутствия фазовых превращений в этих сталях.

Крупнозернистость вызывает повышенную  хрупкость. Ведение титана и азота  в ферритные  нержавеющие  стали оказывает сдерживающее влияние на рост  зерна и устраняет  крупнозернистость.

Присадка никеля в сталь 12Х17  приводит  к появлению у    α превращений и повышает прочность стали.

С увеличением содержания никеля  до 8-10%  хромистые нержавеющие стали  становятся  аустенитными. Нержавеющие аустенитные стали с 18 % хрома  и 9%  никеля  получили широкое  промышленное применение .  Типичным представителем является сталь 12Х18Н9(≤0,12%С, 17-19%Cr  и 8-10Ni). В отожженном состоянии  сталь имеет  структуру  аустенита + карбиды.

Хромоникелевые  нержавеющие стали подвергают  закалке с 1100-1150ᴼ С с охлаждением в воде. При таком высоком нагреве происходит  растворение  карбидов  хрома Me₂₃C₆ а быстрое охлаждение фиксирует состояние  пересыщенного твердого раствора. Медленное охлаждение недопустимо, так как при этом  происходит  выделение карбидов по границам зерен, что ухудшает  пластичность и коррозионную стойкость стали.

После закалки сталь имеет низкую прочность, но  высокую пластичность  G_в=550-580 МПа, δ= 40-45%, ψ=55-60%.

Холодной деформацией (наклепом)  можно повысить  прочность закаленной аустенитной стали до 1200-1300МПа, но пластичность  при этом  снижается (δ≈5%). Закаленная сталь хорошо  штампуется и сваривается.

Если закаленную аустенитную сталь нагреть до 500-700ᴼ С, то из  пересыщенного аустенита по границам  зерен будут выделяться  карбиды хрома. Это ведет к охрупчиванию  стали и  уменьшению содержания хрома (<12%) в пограничных областях.  Обеднение  твердого  раствора хрома  резко  снижает стойкость  против коррозии.

Коррозионное разрушение по границам зерен называется  межкристаллитной или интеркристаллитной коррозией.

Сталь, пораженная  межкристаллической коррозией,  теряет металлический звук и при изгибе легко  разрушается по границам зерен.

Склонность к интеркристаллической коррозии устраняется  следующими способами: уменьшением содержания углерода до 0,04% и менее; введением в сталь  сильных  карбидообразующих  элементов титана или ниобия.

Эти элементы в процессе кристаллизации  связывают  углерод в тугоплавкие карбиды (TiC, NbC),  которые не растворяются в аустените при нагреве для  закалки, поэтому исключается возможность образования карбидов хрома и уменьшение  его концентрации в  аустените.

Сталь 12Х18Н9Т в меньшей степени подвержена  интеркристалличекой коррозии.

Возникновение микрогальванопар при образовании  карбидов титана и ниобия оказывает  слабое влияние на  стойкость против коррозии  аустенитных сталей.

Аустенитные стали склонны к так  называемому  коррозионному растрескиванию или  к коррозии  под напряжением.  Она заключается в том, что  на поверхности детали, находящейся под нагрузкой или  имеющей внутренне  остаточные напряжения ( после наклепа) и помещенной в слабую коррозионную среду,  возникают тонкие трещины, проходящие главным образом  по телу зерна.

Прочность нержавеющих сталей аустенитно-мартенситного класса (типа 09Х15Н9Ю — ≤0,09%С, 14-16%Cr, 7-9%Ni,0.7-1.3%Al) сильно зависит от  режимов термической обработки. Нержавеющие стали  этого класса получили применение главным образом как высокопрочные.

Термическая обработка стали 09Х15Н9Ю сложная и состоит из следующих операций:

Закалка с 975 до 1 000ᴼ С аустенита, G_в=900МПа, δ = 30%, ψ=65%;

Обработка холодом при203-173К, структура 40%  мартенсита и 60% аустенита;

Отпуск (старение) при 450-500ᴼ С, структура 40%, состаренного мартенсита и 60% аустенита,  G_в=1300МПа, δ=20%,ψ=50%.

Значительно меньше практическое применение нашли аустенитно-ферритные нержавеющие стали, характеризующиеся  нестабильностью свойств.

Коррозионностойкая сталь ее маркировка и применение

На  сегодняшний день существует большое количество сортов коррозионностойкой стали.  Применяется данная сталь в энергетике, авиастроении,  автомобильной промышленности. Также применяется для изготовления уголков, профилей, различных балок, швеллеров, арматуры, при изготовлении трубопроката и плоского проката,

Из аустенитов изготавливают  различные конструкции   сваркой, методом холодной штамповки, такие как:

• резервуары строительные ;
• трубную продукцию;
• компоненты для нефтяных вышек;
• устройства и механизмы , работающие в водяной среде;
• для энергетической промышленности различные силовые агрегаты;
• детали конструкций автомобилей и самолетов;
• различное оборудование для пищевой промышленности и сферы питания;
• оборудование для фармакологии и мед.техники;
• разнообразные сварные конструкции;
• метизную продукцию

Согласно ГОСТ  маркировка стали следующая:

• 12Х18Н10Т –используется в нефтеперерабатывающей и химической промышленности. В состав этой марки стали входит титан, никель.
• 12Х18Н10Т.   Применяется при изготовлении трубопроводов.
• 12Х15Г9НД.   Применяется при производстве трубопроводов и емкостей для  агрессивных жидкостей  умеренной агрессивности. В состав этой марки входят элементы: медь, марганец, никель.  .

Таблица: марки нержавеющей стали  ферритного класса по ГОСТу и AISI, сферы применения

Таблица: марки мартенситных сталей по ГОСТу и AISI, их применение

Таблица: марки аустенитных сталей по ГОСТу и AISI, и их применение

Комбинированные

Коррозионностойкая сталь может быть комбинированной, то есть состоять из нескольких видов химических элементов. Комбинация таких элементов позволяет получить сталь, обладающую уникальными свойствами, которые не могут быть достигнуты за счет одного элемента.

Например, одна из самых распространенных комбинированных коррозионностойких сталей — это нержавеющая сталь (норма AISI 304). Она состоит преимущественно из хрома и никеля, а также содержит небольшое количество углерода. Эта комбинация дает стали способность сопротивляться коррозии и быть устойчивыми к высоким температурам.

Еще один пример комбинированной коррозионностойкой стали — это дюралей, которые состоят из алюминия, меди, магния и марганца. Эта сталь обладает высокой прочностью и долговечностью, что делает ее идеальной для создания конструкций, которые должны выдерживать большие нагрузки.

Таким образом, комбинированные коррозионностойкие стали являются одними из самых распространенных и важных материалов в инженерии и строительстве.

Марки стали

В маркировку стали положена буквенно-цифровая система. (ГОСТ 4543-71). Легирующие элементы: марганец — Г, кремний — С, хром — Х, никель — Н, вольфрам — В, ванадий — Ф, титан — Т, молибден — М, кобальт — К, алюминий — Ю, медь — Д, бор — Р, ниобий — Б, цирконий — Ц, азот — А.; Количество легирующего элемента в процентах указывается цифрой, стоящей после соответствующего буквенного обозначения. В начале перед буквенным обозначением пишется (регламентируется маркой) в виде цифрового значения умноженное на 10 процентное содержание углерода в стали. Отсутствие цифры после индекса элемента указывает на то, что его содержание менее 1,5 %. Высококачественные стали имеют в обозначении букву А, а особо-высококачественные — букву Ш, проставляемую в конце.

Например, сталь 12Х2Н4А содержит 0,12% С, около 2% Cr, около 4% Ni и менее 0,025% S и P.

Коррозионностойкая сталь- магнитные свойства

Магнитные свойства имеют не все металлы. Такие характеристики зависят от особенностей сплава, его химического состава, структуры. Различное сочетание этих составляющих и  определяют  величину магнитных  свойств.

Магнитные свойства сплавов зависят от от ферриитов и мартенситов. Они также хорошо магнитятяся, как и стальные сплавы. Разнообразное сочетание  и изменяет магнитные свойства. Сплавы с хорошими магнитными свойствами также хорошо подвергаются  штамповке и сварке, применяются при изготовлении резущего инструмента для промышленности, а также могут применяться в пищевой промышленности.

Из-за хороших коррозионно – устойчивых, свойств и большой прочности, коррозионностойкая сталь,  также применяются в строительной сфере и в промышленности.

Аустенитные и аустенитно – ферритные хромистые и марганцевые сплавы – имеют плохие магнитные свойства.

Уход

Для поддержания поверхности  нержавейки достаточно протирать ее тряпочкой, смоченной в моющем растворе. Не нужно применять при очистке поверхности жесткие щетки, так как они могут повредить поверхность – оставить царапины (что снижает коррозионностокость).

Что еще необходимо знать

Этот вид стали представляется в качестве сплава, имеющего  увеличенные свойства  устойчивости к возникновению коррозии в разных средах, а также разнообразных климатических условиях. Сюда можно отнести не только щелочи и кислоты, но и пресную и соленую воду.

Есть разные  классы такой стали, при разделении которых учитываются структурные характеристики. Дополнительно детальную классификацию следует  считать конечной и условной. Она получается при медленном охлаждении при сильном нагреве металла. Все действия  выполняется в пределах производственной площади.

Основным элементом при  этом  считается хром. Именно из-за хрома и получается высокая  коррозионная устойчивость. Хром также имеет хорошие коррозионностойкие  свойства. Под воздействием хрома  образуются защитная пленка, формирующаяся на поверхности. Т.е. чем больше содержание хрома, тем выше стойкость стали к коррозии.

Теперь прочитав про то,  что такое коррозионностойкая сталь, к вам должно прийти понимание, что такая сталь имеет высокую способность противостоять коррозии, в том числе и в агрессивных средах.

Коррозионностойкая сталь ее обработка

Коррозионностойкая сталь — сталь, способная в агрессивных средах сохранять свои свойства.

Полировка

Выполняется после выполнения механической обработки. Повышает коррозионную стойкость, уменьшает вероятность возникновения микропор и  сколов.

Оксидирование

При оксидировании появляется оксидный слой, образующийся при термической обработке в специальных условиях. Оксидная поверхность увеличивает защитные свойства стали.

Химическая обработка стали

Заключается в обработке поверхности, на которой нужно  увеличить коррозионную стойкость, кислотой или щелочью.

Имеется  марки коррозионностойких сталей, не нуждающихся в обработке по увеличению стойкости, потому, что в их составе присутствуют такие элементы как: хром, никель, молибден.

Используемая литература:

«Термическая обработка металлов»  В.М. Зуев.

Прочитали статью, понравилась? Пишите свое мнение в комментариях, делитесь ссылкой на статью с друзьями.