Нержавеющие марки стали: химические свойства, классификация, аналоги

Версия для печати 31 Июля 2021 г.

Получая заказы на изготовление резервуаров и емкостей из нержавеющей стали, нам часто задают вопросы, чем одна марка отличается от другой в плане эксплуатационных характеристик и долговечности работы. Чтобы расставить все точки над «i», в этой статье мы разберемся в марках нержавеющей стали и их зарубежных аналогах, проанализируем их физико-химические свойства.

• Понятие нержавеющей стали
• Свойства нержавеющей стали
• Классификация марок нержавеющей стали
• Аналоги нержавеющих марок стали

Понятие нержавеющей стали

Приведем определение: нержавеющая сталь — сложнолегированная сталь, стойкая против ржавления в атмосферных условиях и коррозии в агрессивных средах.1

Своей стойкостью к коррозии она отличается от обычных углеродистых сталей и поэтому широко применяется в пищевой промышленности, в нефтегазовой и химической отрасли для эксплуатации с высокоагрессивными средами и пищевыми продуктами, так как в процессе хранения при контакте жидкости и поверхности емкости не образуются окислы и другие вещества, которые могут влиять на свойства хранимого продукта.

Что же такое нержавеющая сталь с точки зрения химии? — Это сплав с минимальной массовой долей хрома 10,5% и максимальной массовой долей углерода 1,2%.2

Простыми словами, нержавеющую сталь получают путем добавления к железу легирующих веществ в разных пропорциях для получения необходимых характеристик.

Так, основным легирующим элементом является хром Cr. Также сплавы дополнительно содержат углерод C, никель Ni, кремний Si, марганец Mn, титан Ti, ниобий Nb, кобальт Co, молибден Mo, ванадий V, сера S, фосфор Р, вольфрам W, алюминий Al, медь Cu, кобальт Co.

Свойства нержавеющей стали

За счет чего достигаются коррозионностойкие свойства? — Благодаря добавлению дополнительных химических элементов на этапе производства металла на поверхности образуется оксидная пленка, которая не растворяется, а, наоборот, защищает сам сплав от влияния коррозии.

К основным свойствам нержавейки также относятся:

• высокая прочность
• высокое качество сварных соединений
• пластичность
• большой срок службы с сохранением своих свойств

В качестве базового металла могут использоваться никель (сплавы на никелевой основе) и железоникель (сплавы на железоникелевой основе).

Введение различных легирующих элементов добавляет те или иные свойства к исходному металлу:

• хром повышает коррозионную стойкость, твердость и прочность сплава; уменьшение коэффициента линейного расширения упрощает процесс сварки
• никель дополнительно повышает вязкость, пластичность, прокаливаемость и снижает коэффициент теплового расширения, что позволяет использовать изделие из такого сплава с серной, соляной и фосфорной кислотами
• марганец в процентном соотношении более 1% способствует увеличению стойкости, прокаливаемости, твердости и износоустойчивости (частично может быть заменен на никель)
• титан увеличивает прочность стали и ее плотность, что обеспечивает высокие коррозионностойкие свойства
• молибден повышает упругость, антикоррозионные свойства, увеличивает предел прочности на растяжение и сопротивление высоким температурам
• ниобий обеспечивает низкую коррозию в сварных изделиях
• ванадий увеличивает прочность, плотность и твердость сплава
• вольфрам увеличивает твердость и уменьшает хрупкость при термообработке (отпуске) за счет образования с другими элементами твердых соединений карбидов
• кремний в процентном соотношении более 1% увеличивает жаростойкость, упругость, окалиностойкость и кислотность, а также повышает электросопротивление и прочность с теми же параметрами вязкости
• кобальт способствует повышению ударного сопротивления, улучшению жаропрочных свойств
• медь придает сплаву высокую стойкость к атмосферной коррозии
• алюминий способствует уменьшению старения металла, а также увеличивает ударную вязкость и текучесть

КЛАССИФИКАЦИЯ

1.1. В зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяют на группы:

• I — коррозионностойкие (нержавеющие), обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
• II — жаростойкие (окалиностойкие) со стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;
• III — жаропрочные, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной стойкостью.

1.2. В зависимости от структуры стали подразделяют на классы:

• мартенситный — с основной структурой мартенсита;
• мартенситно-ферритный —содержат в структуре, кроме мартенсита, не менее 10 % феррита;
• ферритный — стали, имеющие структуру феррита;
• аустенитно-мартенситный — количество аустенита и мартенсита в составе можно изменять в широких пределах;
• аустенитно-ферритный — стали, имеющие в структуре более 10 % феррита;
• аустенитный — стали, имеющие структуру аустенита.

Подразделение сталей на классы по структурным признакам является условным и произведено в зависимости от основной структуры, полученной при охлаждении сталей на воздухе после высокотемпературного нагрева. Поэтому структурные отклонения причиной забраковывания служить не могут.

1.3. В зависимости от химического состава сплавы подразделяют на классы по основному составляющему элементу:

• сплавы на железоникелевой основе;
• сплавы на никелевой основе.

Классификация марок нержавеющей стали

В зависимости от состава сплава выделяют следующие группы сталей:

• ферритные стали (их еще называют хромистые) содержат более 20% хрома и углерода до 0,15%, за счет чего обладают пластичностью, высокой стойкостью к высокоагрессивным средам и имеют хорошие магнитные характеристики
• аустенитные (аустенитно-ферритные и аустенитно-мартенситные) стали состоят до 33% из хрома и никеля
• мартенситные и ферритно-мартенситные содержат до 17% хрома и до 0,5% углерода, имеют максимальную прочность к воздействию различных агрессивных сред

В зависимости от содержания легирующего вещества те или иные сплавы применяются в различных целях и для работы с различными средами. Ниже приведем список марок стали, которые наиболее часто применяются в нефтегазовой и химической промышленности.

Справочно Расшифровка нержавеющих марок стали: наименование стали состоит из буквенных и цифровых обозначений, в которых принято: А (в начале марки) — сера, А (в середине марки) — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен, К — кобальт, М — молибден, Н — никель, П — фосфор, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц — цирконий, Ю — алюминий, Ч — РЗМ (редкоземельные металлы: лантан , празеодим, церий и пр.). Цифра после буквы обозначает среднюю массовую долю легирующего химического элемента. Цифра перед буквы указывает на массовую долю углерода в сотых долях. Если легирующего элемента содержится менее 1%, то процентное соотношение не указывается. Например: 12Х18Н10T — это нержавеющая сталь с содержанием углерода 0,12%, 18% хрома, 10% — никеля и менее 1% титана.

Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т

Заменители

Заменитель — стали 08Х18Г8Н2Т, 10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9АН4, 08Х22Н6Т, 08X17Т, 15Х25Т, 12Х18Н9Т.

Иностранные аналоги

ВАЖНО!!! Возможность замены определяется в каждом конкретном случае после оценки и сравнения свойств сталей

Расшифровка стали 12Х18Н10Т

Цифра 12 указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. для стали 12Х18Н10Т это значение равно 0,12%.

Буква «Х» указывает на содержание в стали хрома. Цифра 18 после буквы «Х» указывает примерное количество хрома в стали в процентах, округленное до целого числа, т.е. содержание хрома около 18%.

Буква «Н» указывает на содержание в стали никеля. Цифра 10 после буквы «Н» указывает примерное количество никеля в стали в процентах, округленное до целого числа, т.е. содержание никеля около 10%.

Буква «Т» указывает на содержание в стали титана. Содержание титана в стали не превышает 1,5%.

Вид поставки

Cортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2879-88. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 18907-73. Лист толстый ГОСТ 7350—77. Лист тонкий ГОСТ 5582—75. Лента ГОСТ 4986—79. Проволока ГОСТ 18143—72. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 25054—81, ГОСТ 1133-71. Трубы ГОСТ 9940-72, ГОСТ 9941-72, ГОСТ 14162-79.

Свариваемость

Сталь 12Х18Н10Т является свариваемой без ограничений. Способы сварки: РДС, ЭШС и КТС (Контактно Точечная Сварка). Рекомендуется последующая термообработка.

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1200, конца 850. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе. Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 0,85 и Kv б.ст = 0,35 в закаленном состоянии при НВ 169 и σв = 610 МПа. Флокеночувствительность — не чувствительна.

Химический состав, % (ГОСТ 5632-2014)

Применение 12Х18Н10Т

Назначение — детали, работающие до 600 °С; сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей и другие детали, работающие под давлением при температуре от -196 до +600 °С, а при наличии агрессивных сред — до +350 °С.

Сталь коррозионностойкая (нержавеющая) аустенитного класса и преимущественно применяется как коррозионостойкая, но может применяться и как жаростойкая и жаропрочная. По жаростойкости близка к стали 12Х18Н9Т.

Применяется для изготовления свариваемой аппаратуры в разных отраслях промышленности.

Примерное применение как жаростойкой стали

Назначение — трубы, детали печной арматуры, теплообменники, муфели, реторты, патрубки и коллекторы выхлопных систем, электроды искровых зажигательных свечей. Рекомендуемая максимальная температура применения в течение длительного времени (до 10000 ч), 800°С.

Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде, 850°С.

Неустойчива в серосодержащих средах. Применяются в случаях, когда не могут быть применены безникелевые стали.

Примерное применение как жаропрочной стали

Детали выхлопных систем, трубы, листовые и сортовые детали.

Рекомендуемая максимальная температура применения, 600°С.

Срок службы — Весьма длительный.

Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде, 850°С.

Применение стали 12Х18Н10Т для корпусов, крышек, фланцев, мембран и узла затвора, изготовленных из проката, поковок (штамповок) (ГОСТ 33260-2015)

Применение стали 12Х18Н10Т для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)

Применение стали 12Х18Н10Т для изготовления шпинделей и штоков (ГОСТ 33260-2015)

Применение стали 12Х18Н10Т для сильфонов (ГОСТ 33260-2015)

ПРИМЕЧАНИЕ В таблице указаны предельные величины по температурам и рабочим давлениям. Конкретные сочетания параметров применения (рабочее давление, осевой ход, температура и полный назначенный ресурс) приведены в нормативной документации на сильфоны.

Применение стали 12Х18Н10Т для узла затвора арматуры

Применение стали 12Х18Н10Т для винтовых цилиндрических пружин

Применение стали 12Х18Н10Т для прокладок

Стойкость стали 12Х18Н10Т к сульфидному коррозионному растрескиванию

Максимально допустимые температура применения стали 12Х18Н10Т в средах, содержащих аммиак

Максимально допустимые температура применения стали 12Х18Н10Т в водородосодержащих средах

ПРИМЕЧАНИЕ

• Параметры применения сталей, указанные в таблице, относятся также к сварным соединениям.
• Парциальное давление водорода рассчитывается по формуле: PH2 = (C*Pp)/100, где C — процентное содержание в системе; PH2 — парциальное давление водорода; Pp — рабочее давление в системе.

Коэффициент относительной эрозионной стойкости деталей арматуры из стали 12Х18Н10Т

ПРИМЕЧАНИЕ

1. Коэффициент эрозионной стойкости материала представляет собой отношение скорости эрозионного износа материала к скорости эрозионного износа стали 12Х18Н10Т (принятой за 1).
2. Материалы являются эрозионностойкими, если коэффициент относительной эрозионной стойкости Kn не менее 0,5 и твердость материала HRC≥28.

Стойкость стали 12Х18Н10Т против щелевой эрозии

Стойкость стали 12Х18Н10Т против ударной эрозии

Применение стали 12Х18Н10Т для изготовления основных деталей арматуры атомных станций

Характеристики

Плотность ρ при температуре испытаний, 20 °С — 7900 кг/см3

Коэффициент теплопроводности λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С

Удельное электросопротивление ρ, нОм*м, при температуре испытаний °С —

Удельная теплоемкость c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С

Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м*К), при температуре испытаний, °С

Коэффициент линейного расширения α*106, К-1, при температуре испытаний, °С

Модуль нормальной упругости Е, ГПа, при температуре испытаний °С

Модуль упругости при сдвиге на кручением G, ГПа, при температуре испытаний °С

Механические свойства

Механические свойства при повышенных температурах

Примечание.

Закалка с 1050—1100 °С на воздухе.

Механические свойства при испытании на длительную прочность (ГОСТ 5949-75)

Ударная вязкость KCU

Примечание.

Предел выносливости σ-1 = 279 МПа при n = 107.

Чувствительность к охрупчиванию при старении

Жаростойкость

Узнать еще

Сталь 38ХА конструкционная легированная…

Сталь 09Г2С — конструкционная низколегирован…

Сталь 40Х13 коррозионностойкая…

Коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные, изно…