Ежегодно из-за коррозии пропадает очень много металла. Однако ещё больший ущерб наносит выход из строя металлических изделий в результате коррозионного воздействия. Затраты, необходимые для замены деталей либо текущего ремонта приборов, автомобилей, морских и речных судов, аппаратуры, применяемой в химическом производстве, во много раз превышают стоимость материала, пошедшего на их изготовление.
Значительными бывают и потери косвенные. К таковым можно отнести, например, утечку газа или нефти из поврежденных коррозией трубопроводов, порчу продуктов питания, разрушение строительных конструкций и многое другое. Поэтому борьба с коррозией металла имеет первостепенное значение.
Почему происходит разрушение металлических материалов?
Прежде чем перейти к вопросу о том, что такое коррозионностойкая сталь, давайте разберемся с понятием коррозии и сутью данного процесса.
В переводе с латинского corroder – разъедание. Медленное самопроизвольное разрушение металлов и сплавов на их основе, происходящее под химическим воздействием окружающей среды, именуется коррозией. Причиной такого разрушения является химическое взаимодействие (окислительно-восстановительные реакции) металлических материалов с газообразной либо жидкой средой, в которой они находятся.
Что такое коррозионностойкие стали и сплавы?
Изделия из нержавеющей и жаропрочной стали либо их сплавов предназначены для работы в агрессивных средах при высоких или обычных температурах. Поэтому основное требование, предъявляемое к материалам этой группы – жаростойкость (сопротивление воздействию газовой среды либо пара высоких температур) или коррозионная стойкость (наличие способности эффективно противостоять воздействию агрессивных факторов при обычной температуре).
Коррозионная стойкость свойственна металлическим изделиям, на поверхности которых в агрессивной среде образуется прочная пассивирующая пленка, препятствующая проникновению в более глубокие слои металла и взаимодействию с ними агрессивного вещества.
Иными словами, коррозионностойкая сталь – это сталь, обладающая стойкостью к воздействию межкристаллитной, химической, электрохимической и иной коррозии.
Группы коррозионностойких сталей по структуре
Структура коррозионностойких сталей, их свойства и области применения определяются процентным содержанием углерода, перечнем и количеством легирующих добавок. По структуре нержавейка делится на несколько типов. Основные: ферритная, мартенситная, аустенитная. Существуют промежуточные варианты.
Ферритная
Эта группа относится к малоуглеродистым сплавам – C до 0,15%. Содержание хрома – до 30%. Объемнокристаллическая структура обеспечивает сочетание достаточно высокой прочности и пластичности. Нержавеющие стали ферритных марок относятся к ферромагнитным.
Основные характеристики:
- способность к холодной деформации;
- основной тип термообработки – отжиг, снимающий наклеп;
- хорошая коррозионная стойкость;
- относительно невысокая стоимость.
Основная причина потери рабочих характеристик сталями ферритного класса – межкристаллитная коррозия (МКК), в результате которой разрушение происходит по границам зерен. Для устранения этого негативного явления избегают резкого охлаждения металла от +800°C, проводят стабилизирующий отжиг, находят оптимальный баланс между содержанием углерода и хрома. Полностью устранить склонность к МКК позволяет введение карбидообразующих элементов – титана и ниобия.
По стандарту AISI ферритные стали относятся к серии 400:
- 403-420 – содержание хрома 11-14%, никель отсутствует;
- 430 и 440 – 15-18% C, никель отсутствует;
- 630 – содержит 3-5% никеля. Хорошо обрабатывается, устойчива к коррозии в различных средах, схожа по свойствам с 08Х18Н10.
Эти материалы используются при производстве широкого сортамента труб, листов, профилей.
Таблица марок нержавеющих сталей ферритного класса по ГОСТу и AISI, основные сферы использования
| Марка по ГОСТу 5632 | Марка по AISI | Области применения |
| 08Х13 | 409 | Столовые приборы |
| 12Х13 | 410 | Емкости для жидких алкогольсодержащих продуктов |
| 12Х17 | 430 | Емкости для высокотемпературной обработки пищевой продукции |
Мартенситная
К этой группе относятся металлы с содержанием хрома до 17%, углерода – до 0,5% (в отдельных случаях – выше). Мартенсит – структура, получаемая путем закалки заготовки с последующим отпуском. Для нее характерно сочетание высокой твердости, прочности, упругости и устойчивости к коррозии. Сплавы используются при производстве ответственной металлопродукции, предназначенной для работы в агрессивных средах. Это пружины, валы, ножи, фланцы. При повышении содержания C в структуре появляется карбидная фаза, обеспечивающая высокую твердость и износостойкость. Проведение низкого отпуска после закалки (+200…+300°C) обеспечивает высокую твердость – 50-52 HRC, высокого (+500…+600°С) – меньшую твердость (28-30HRC) и большую вязкость. Закалка производится при температурах +950…+1050°C.
Таблица марок мартенситных сталей по ГОСТу и AISI, их основные области применения
| Марка по ГОСТу 5632 | Марка по AISI | Области применения |
| 20Х13 | 420 | Кухонное оборудование |
| 30Х13 | ||
| 40Х13 | ||
| 14Х17Н2 (мартенситно-ферритная) | 431 | Детали компрессорных установок, оборудование, эксплуатируемое в агрессивных средах и при пониженных температурах |
Химический состав
Свойства металла определяются его химическим составом. При содержании хрома 12-13 % сталь становится нержавеющей, то есть устойчивой в атмосфере и химических средах. Увеличение содержания хрома до 28-30 % делает её устойчивой в агрессивных средах.
В число других элементов, применяемых для легирования, входят марганец, алюминий, титан, никель. Наиболее широкое применение получили сплавы, в составе которых среднее содержание никеля составляет 10 %, хрома — 18 %, углерода — от 0,08 или 0,12 %, титана — 1 % (12Х18Н10Т – сталь коррозионностойкая, ГОСТ 5632).
Марки жаростойких и жаропрочных нержавеющих сталей
Жаростойкость, иначе называемая «окалиностойкость», – свойство металла противостоять газовой коррозии при высоких температурах в ненагруженном или малонагруженном состоянии.
Определение! Для повышения этой характеристики в состав сталей нержавеющих марок вводят хром, кремний и алюминий. Эти элементы, соединяясь с кислородом, образуют плотные структуры, повышающие устойчивость стали к температуре выше +550°C. Никель сам по себе на жаростойкость не влияет, но в сочетании с Cr, Al и Si повышает их эффективность.
Жаропрочные – это стали, которые функционируют при высоких температурах и нагрузках без склонности к кратковременной и длительной ползучести.
Таблица областей применения окалиностойких и жаропрочных сталей
| Тип | Марка | Температура, при которой начинается активная реакция с воздухом, °C | Области применения |
| Хромистые, окалиностойкие | Х18 | +850…+900 | Оборудование, изделия и конструкции, эксплуатируемые при T до +900°C без нагрузки |
| Высокохромистые, окалиностойкие | Х25 Х25Т Х28 | +1100…+1150 | Металлоизделия, предназначенные для функционирования без нагрузки до T +1150°C, Х25Т – для производства термопар |
| Сильхромовые, окалиностойкие | Х25С3Н | +1100 | Для нагревательных агрегатов и нагревателей, работающих при температурах до +1100°C |
| Высоколегированные, окалиностойкие и жаропрочные | Х23Н18 | Нагружаемые изделия и конструкции, предназначенные для эксплуатации при T до +1000°C | |
| Х20Н35 | Металлопродукция, эксплуатируемая при T +1000°C |
Классификация по типу микроструктуры: аустенитный класс нержавеющей стали
Сопротивляемость этого класса коррозионному воздействию увеличивается за счет элементов легирования никеля (от 5 до 15 %) и хрома (от 15 до 20 %). Аустенитные сплавы нечувствительны к межкристаллитной коррозии при условии, что содержание в них углерода будет меньшим, чем предел его растворимости в аустените (0,02-0,03 % и менее). Немагнитны, хорошо подвергаются сварке, холодной и горячей деформации. Обладают отличной технологичностью. Это лучшая сталь для изготовления элементов крепежа, сварных конструкций и применения в различных отраслях промышленности.
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.
Аустенитно-ферритный класс
Коррозионностойкие нержавеющие стали данного класса отличаются сниженным содержанием никеля и высоким показателем содержания хрома (от 21 до 28 %). В качестве дополнительных легирующих элементов выступают ниобий, титан, медь. После проведения термической обработки соотношение феррита и аустенита — примерно один к одному.
По прочности аустенитно-ферритные стали превышают аустенитные в два раза. При этом они пластичны, хорошо противостоят ударным нагрузкам, имеют низкий уровень коррозионного растрескивания и высокую устойчивость к межкристаллитной коррозии. Рекомендованы для использования в строительстве, обрабатывающей промышленности, для изготовления изделий, которые будут контактировать с морской водой.
Нержавеющая сталь: цена (факторы, влияющие на формирование)
В состав устойчивых к коррозии металлов входят дорогостоящие легирующие элементы, такие как хром, никель, титан, молибден. Их стоимость является определяющей при ценообразовании. Поскольку другие марки (углеродистые, конструкционные, шарикоподшипниковые, инструментальные и т. д.) содержат перечисленные элементы в гораздо меньших количествах, то в сравнении с ними стоимость коррозионностойких сталей всегда более высокая. Однако цена может меняться в зависимости от конъюнктуры рынка и затрат, требуемых на производство нержавейки.
Классификация легированных сталей
Исходя из процента легирующих элементов в составе, нержавеющая сталь подразделяется на следующие классы:
- Низколегированная сталь (менее 2,5 %)
- Среднелегированная сталь (2,5 – 10%)
- Высоколегированная сталь (более 10%)
В качестве вспомогательных компонентов для низколегированных сталей обычно используется никель, молибден и хром. Одни из самых распространенных марок стали этой группы: 13Х (используется для изготовления ювелирного, гравировального и хирургического оборудования), жаропрочная конструкционная низколегированная сталь 12Х1МФ (применяется в производстве трубопроводов, фланцев, деталей цилиндров и др.) Свойства низколегированных сталей позволяют снизить вес конструкций, сэкономить металл за счет высокого предела текучести, повысить эксплуатационные характеристики конечного изделия.
В состав среднелегированной стали может входить никель, вольфрам, молибден, ванадий. Термическая и механическая обработка позволяет достичь оптимального соотношения прочности, вязкости и пластичности. Среднелегированная сталь незаменима в машиностроении, судостроении, для изготовления различных деталей (сверла, развертки и т.д.) Например, такие популярные марки как 9Х5ВФ, 8Х4ВЗМЗФ2 прокаливаются при более высоких температурах, чем низколегированные стали, они более долговечные и прочные.
Основные добавочные элементы высоколегированных сталей – хром и никель. Благодаря их высокому содержанию металл получает такие уникальные свойства как: резистентность к экстремальным температурам, коррозионная стойкость, жаропрочность. Высоколегированная нержавеющая сталь обязана своими исключительными характеристиками не только химическому составу, но и последующей обработке. Например, сталь марки 12Х18Н10Т, устойчивая к азотной кислоте и другим агрессивным воздействиям, идеально подходит для сварных конструкций; сталь 08Х14МФ используется для производства нержавеющих труб, оборудования пищевой промышленности.
Помимо классификации по содержанию легирующих элементов, легированная сталь различается по структуре (перлитная, мартенситная, аустенитная, ферритная, карбидная), по назначению (особого назначения, конструкционные, инструментальные) и по другим параметрам.
Механические свойства
Марки коррозионностойких сталей должны иметь механические свойства, отвечающие требованиям установленных стандартов на изготовление. К ним относятся:
- максимальная твердость по шкале Бринеля (HB);
- относительное удлинение (%);
- предел текучести (H/мм2);
- сопротивление на разрыв (H/мм2).
После производства каждая партия (плавка) товарной продукции проверяется на соответствие механических свойств и микроструктуры марки стали ГОСТу. Результаты лабораторного исследования образцов указываются в сертификате на изготовление.
Система обозначений марок стали
В различных странах мира выпускается обширный сортамент сплавов и сталей. При этом пока не существует единой международной системы их маркировки.
В Соединенных Штатах Америки действует сразу несколько систем обозначения. Такое положение, обусловленное наличием большого числа организаций по стандартизации (AJS, ANSI, ACJ, SAE, AWS, ASTM, ASME), создает определенные трудности для партнеров, контрагентов и заказчиков металлопродукции американских производителей из других стран.
В Японии стали маркируются буквами и цифрами, указывающим на их группу (низколегированные, высоколегированные, сплавы специального назначения, среднелегированные, качественные, высококачественные и др.), порядковый номер в ней и свойства металла.
В странах Европейского Союза обозначения регламентирует стандарт EN 100 27, определяющий порядок, согласно которому присваивается наименование и порядковый номер.
В Российской Федерации действует разработанная во времена Советского Союза буквенно-цифровая система, в соответствии с которой и обозначаются марки стали. ГОСТ предписывает указывать каждый легирующий химический элемент, входящий в состав металла, прописной русской буквой.
Для марганца это Г, кремния – С, хрома – Х, никеля – Н, молибдена – М, вольфрама – В, ванадия – Ф, титана – Т, алюминия – Ю, ниобия – Б, кобальта – К, циркония – Ц, бора – Р.
Цифры, следующие за буквой, указывают содержание легирующих элементов в процентах. Если в составе стали содержится меньше 1 % легирующего элемента, то цифра не проставляется, при содержании от 1 до 2 % после буквы ставят 1. Указанное в начале марки двузначное число необходимо для обозначения среднего содержания углерода в сотых долях процента в пределах марочного состава.
Сортамент продукции, выпускаемой из нержавейки
Коррозионностойкая сталь используется для производства следующей продукции:
- термически обработанных травленых и полированных листов;
- термически обработанных нетравленых листов;
- термически необработанных и нетравленых листов;
- тепло-, холодно- и горячедеформированных бесшовных труб;
- стальных горячекатаных полос общего назначения;
- калиброванных шестигранников;
- кругов нержавеющих;
- проволоки нержавеющей (термически обработанной и холоднотянутой);
- отливок со специальными свойствами;
- поковок;
- иных видов, на которые разработаны ГОСТы и технические указания (ТУ).
Область применения
Являясь одним из лучших образцов прочности, эстетичности, стойкости к воздействию разрушительной силы коррозии и высоких температур, пригодности к вторичному использованию и долговечности эксплуатации, обладая отвечающим всем санитарно-гигиеническим требованиям отличным качеством обработки поверхности, коррозионностойкая сталь широко применяется практически во всех сферах хозяйственно-экономической деятельности.
Нержавейка пользуется высоким спросом в нефтехимической, химической, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности, в строительной отрасли, электроэнергетике, судостроении и транспортном машиностроении, в сферах приборостроения и охраны окружающей среды.
Эффективность и долговечность изделий, изготовленных из нержавеющей стали, определяется правильным выбором её класса и марки, пониманием физико-химических свойств и строения микроструктуры. Используя металлы, устойчивые к разрушительному воздействию коррозии, в точном соответствии с их свойствами, мы получаем возможность воспользоваться всеми неоспоримыми преимуществами современных технологий.
Нержавеющие стали для пищевой индустрии
Коррозионностойкие стали незаменимы для отраслей промышленности, производящих оборудование, инструменты и посуду, предназначенные для контакта с пищевой продукцией. Их преимущества:
- Сопротивление различным видам коррозии – химической и электрохимической. В каждом конкретном случае необходимо подбирать марки, устойчивые к средам, с которыми они будут соприкасаться во время эксплуатации. Это – нормальные атмосферные условия, вода, соленая вода, кислые, щелочные, хлористые растворы.
- Хорошая обрабатываемость. Современные инструменты позволяют сваривать, резать, формовать и обрабатывать на токарных, фрезерных и сверлильных станках коррозионностойкие сплавы так же, как и «черные» стали.
- Соответствие санитарно-гигиеническим стандартам. Благодаря различным способам обработки – шлифованию, полировке до зеркального блеска – получают поверхность практически без пор и трещин, в которые могут проникать грязь и патогенные микроорганизмы.
- Хорошие механические характеристики. Благодаря ним, можно изготавливать изделия и конструкции меньшей толщины и массы без ухудшения технических свойств. Аустенитные стали более устойчивы к низким температурам, по сравнению с металлами общего назначения.
- Эстетика. Электрополировка, сатинирование и другие способы поверхностной обработки обеспечивают стильный вид продукции из «нержавейки».
Читать также: Как заменить предохранитель в микроволновке
Таблица свойств и областей применения нержавеющих сталей пищевых марок
| Марка стали по ГОСТу | AISI | Характеристики | Области применения |
| 304 | 08Х18Н10 | Хорошо сваривается, поддается электрополировке, сохраняет высокую прочность при нормальных и пониженных температурах, проявляет стойкость к интеркристаллитной коррозии | Оборудование, инструмент, технологические трубопроводы предприятий пищевой, нефтехимической индустрии, фармацевтики и медицины, для посуды, предназначенной для высокотемпературной обработки продуктов, не используется |
| 316 | 03Х17Н14М2 | Присутствие молибдена повышает технические характеристики сплава при высоких температурах | Установки, технологическое оборудование, емкости пищевой, химической промышленности |
| 321 | 12Х18Н10Т | Хорошая свариваемость, сохранение рабочих характеристик при температурах до +800°C | Оборудование для химической и нефтеперерабатывающей индустрии |
| 409 | 08Х13 | Характеристики удовлетворительные | Посуда и столовые приборы |
| 410 | 12Х13 | Жаропрочность, устойчивость только к средам слабой агрессивности | Оборудование для виноделия, емкости для спирта |
| 420 | 20Х13-40Х13 | Универсальность, пластичность, износостойкость, повышенная устойчивость к коррозии | Посуда, кухонные мойки |
| 430 | 08Х17 | Прочность, теплопроводность, хорошая обрабатываемость, устойчивость к коррозии | Посуда для термической обработки продуктов, в том числе паровой |
| 439 | 08Х13 | Возможность применения в различных эксплуатационных условиях | Сплав массового применения – производство холодильников, моек, стиральных машин |
Таблица сталей нержавеющих марок, применяемых в пищевой индустрии
Представить современную жизнь без антикоррозийной стали невозможно. Разработка такого сплава позволила сделать качественный рывок не только в металлургии, но и во многих других сферах. Нержавеющие стали отличаются от классической тем, что содержат в составе кроме железа и углерода еще и хром. Именно добавление хрома придает сплаву антикоррозийные свойства.
Продукция из нержавеющей стали очень разнообразна. У любого производителя вы сможете найти широкий выбор изделий. Так, например, качественную продукцию, что подтверждают многочисленные отзывы, можно заказать в интернет-магазине БСМ – Металл.
