Нержавеющая сталь: этапы производства, виды, преимущества и области применения

Нержавеющая сталь или "нержавейка" отличается от остальных видов стали наличием в составе хрома в массовой доле не менее 12%. Данный сплав не поддается коррозии, даже когда попадает в агрессивную среду, подвергается атмосферным и температурным воздействиям. "Нержавейку" запатентовал английский ученый Г. Бреарли в 1913 году. 

Как производится нержавеющая сталь

1. Изготовление расплава. Сырье отправляют в конвертеры и переводят в жидкую форму в электрической печи. 

2. Легирование. В готовый к легированию сплав вводят хром и другие добавки, чтобы металл приобрел определенные характеристики. Компоненты тщательно рассчитывают, чтобы свойства материала получились предсказуемыми, и он точно соответствовал ГОСТ/AISI.

3. Удаление примесей. Из сплава выводят избыток углерода для обеспечения антикоррозионной защиты и равномерной фактуры.

4. Литье или прогон через прокатный стан. Жидкую "нержавейку" переливают в формы или раскатывают для изготовления проката.

5. Дополнительная обработка. Металлические заготовки подвергают горячей или холодной обработке, чтобы изделия приобрели более совершенную геометрию и хорошие механические свойства.

6. Отжиг. Готовые изделия раскаляют и остужают, чтобы убрать внутренние напряжения, сделать их прочными, предотвратить появление трещин и других скрытых дефектов.

Преимущества нержавеющей стали

Это прочный и красивый сплав, устойчивый к царапинам и к окислению при сильном нагреве. Нержавеющей стали не страшны погодные воздействия и сырость. Изделия из нее подходят для эксплуатации в агрессивных средах и не требуют создания дополнительной защиты. 

Вот другие преимущества "нержавейки":

• сохраняет первоначальные свойства до 50 лет;

• совместима с другими металлами и неметаллическими материалами;

• подходит для эксплуатации на пищевых производствах, в лечебных и детских учреждениях;

• подвергается вторичной переработке без испарения токсичных соединений;

• поддается разным способам обработки;

• не ржавеет;

• не требует регулярного покрытия масляной или другой краской;

• сравнительно легко формуется и поддается сварке;

• не горит,

• доступна повсеместно.

"Нержавейка" — не пористый металл и не становится таковым в ходе эксплуатации. Она нейтральна для здоровья, не разлагается, не окисляется. Изделия из нержавеющей стали служат чрезвычайно долго, поэтому из нее часто изготавливают столовые приборы и медицинские инструменты.

Состав и свойства нержавеющей стали

"Нержавейка" бывает:

• Жаропрочной — остается такой же, как сразу после производства, при коротком нагреве до +500*С;

• Жаростойкой — сохраняет структуру и свойства, будучи длительно нагретой до +500*С и сильнее;

• Устойчивой к коррозии — не ржавеет ни при каких внешних воздействиях, включая контакт с концентрированными кислотами.

После того, как сталь легируют с использованием хрома, ее коррозионная стойкость резко возрастает. При введении в сплав 13% и более этого металла "нержавейка" не ржавеет при соприкосновении с умеренно концентрированными агрессивными веществами. Если в сплаве содержится больше 17% хрома, сталь не заржавеет и под воздействием концентрированной азотной кислоты. 

Половина хрома, соединенная с половиной стали, дает так называемый "суперсплав", способный длительно выдерживать соприкосновение с любыми едкими средами. 

Если к железу, хрому и углероду добавляют дополнительные металлы, свойства стального сплава продолжают меняться. Никель придает жаростойкость, медь — устойчивость к погодным воздействиям, молибден — "поднимает" рабочую температуру, а кобальт увеличивает износостойкость.

Классификация нержавеющих сталей

"Нержавейку" делят на категории по виду и объему примесей, используемых для легирования. 

Аустенитные стали

Аустенитом называют стальной сплав, в который добавили марганец, никель и хром ради стабилизации структуры и придания максимальной устойчивости к едким веществам. Перечисленные добавки могут составлять до трети сплава. Аустенитные стали востребованы на пищевых производствах.

Мартенситные стали

Мартенситы — самые прочные стальные сплавы из существующих, содержат максимальный процент хрома и следовые количества никеля, подвергаются термической обработки. Из мартенситных сталей выплавляют или изготавливают по технологии проката жаропрочные запчасти, крепежи, особо прочные рабочие органы промышленных станков. 

Ферритные стали

Ферриты — еще одна высокопрочная разновидность сталей. Они тоже содержат хром, но не содержат никель (в отличие от аустенитов). Ферриты пластичны и отлично магнитятся, но отстают от других легированных сплавов по коррозионной стойкости.

Дуплексные (комбинированные) стали

Сочетание аустенитов и ферритов становится альтернативой очень дорогим чистым аустенитам. Сочетание ферритов и мартенситов является одним из самых износостойких. Сочетание аустенитов и мартенситов позволяет изготавливать изделия, устойчивые к концентрированной уксусной кислоте и экстремально низким температурам.

Маркировка нержавеющей стали в России

В РФ "нержавейку" маркируют по ГОСТ. Кириллические буквы соответствуют металлам, используемых для легирования стали: 

А — N (азот);

Б — Nb (ниобий);

В — W (вольфрам);

Г — Mn (марганец);

Д — Cu (медь);

К — Co (кобальт);

М — Mo (молибден);

Н — Ni (никель);

Р — B (бор);

С — Si (кремний);

Т — Ti (титан);

Ф — V (ванадий);

Х — Cr (хром);

Ц — Zr (цирконий);

Ю — Al (алюминий).

Цифры после букв говорят о том, сколько процентов легирующей добавки содержится в сплаве после умножения на десять. Если после кириллической буквы не поставлена цифра, содержание металла не превышает 1,5%.  

В России "нержавейку" маркируют не только по ГОСТ, но и по американско-европейскому стандарту AISI (используется также в КНР, Японии). По этой системе сплав маркируют преимущественно цифрами: 2 или 3 — для аустенитов, у ферритов и мартенситов — 4. Если цифра больше 4, для определения присадки можно заглянуть в описание стандарта AISI. Если массовая доля какой-либо легирующей добавки повышена, в маркировке появляются буквы. 

Распространенные марки нержавеющей стали

В СНГ широко используются марки № 200, 300 и 400. 

200-я серия

К ней относятся "нержавейки"-аустениты №201 и №202 по AISI. №201 богата марганцем, медью и серой. В России ее чаще обозначают сочетанием 12Х15Г9НД. №202 легируют никелем, по ГОСТ она проходит под маркировкой 12Х17Г9АН4. Из обоих сплавов получают трубный прокат, используемый для перегона средне агрессивных рабочих сред.  

300-я серия

По стандарту AISI к этой группе относятся сплавы №301 (07Х16Н6 для получения запчастей для автомобилей и поездов, медицинских приборов, бытовой техники), 302 (12Х18Н9 для изготовления стопорных колец и пружин), 304 (08Х18Н10 для получения запчастей в фармацевтике, легкой и нефтедобывающей промышленности), 316 (10Х17Н13М2 для производства деталей судов и оборудования для добычи сырой нефти), 316L (03Х17Н14М3 для изготовления легких в сварке деталей), 316Т (10Х17Н13М2Т для устойчивости к жару и хлору) и 321 (12Х18Н10Т для изготовления трубопроводной арматуры и бесшовных отрезков труб).  

400-я серия

Серия 400 состоит из сталей 15Х12 (сплав феррита и мартенсита), 08Х13 (для изготовления ударопрочных изделий), 12Х13 (для жаропрочных запчастей и металлоконструкций), 12Х18Н10Т (мартенсит для создания деталей огнестрельного оружия), 30Х13 (изготовление бюджетного режущего инструмента), 12Х17 (не содержит дорогих присадок), 08Х17Т (подходит для производства фурнитуры для мебели и дверей) и 12Х17Т (с добавлением титана и ниобия для получения автомобильных деталей и устойчивых к коррозии труб). 

Магнитные свойства нержавеющей стали

"Нержавейка" — прочный, хорошо магнитящийся сплав, подходящий для изготовления режущих частей промышленного оборудования и инструментов. Ферритные и мартенситные ее разновидности обладают самыми высокими магнитными свойствами. Мартенситы — весьма твердые и не царапаются.

Сплавы типа аустенит+феррит применяют для получения корпусов судов, оборудования для промышленной работы с химическими веществами, нефтедобывающего оборудования и пищевых конвейеров. 

Применение нержавеющей стали

"Нержавейка" применяется для выпуска:

• контейнеров и сосудов;

• трубного проката;

• опорных конструкций для использования в строительстве;

• химического и нефтедобывающего оборудования;

• газовых и жидкостных турбин;

• деталей очистных сооружений;

• станков и конвейеров для фармацевтических производств;

• крепежных изделий.

Из нержавеющей стали производят форсунки для фонтанов, рекламные уличные конструкции, фасадный декор. Сплавы этой группы высоко ценятся всюду, где есть перепады температуры, погодные воздействия, агрессивные среды, необходимость в использовании гарантированно безаварийных запчастей.

Использование жаропрочных сталей

Из стальных сплавов, устойчивых к коррозии и жару, выпускают производственное оборудование, трубный прокат, моторы автомобилей, запчасти для печной техники. Жаропрочные нержавеющие стали подходят для получения деталей, которые будут использоваться в агрессивных средах. 

Продукция из нержавеющей стали

Нержавеющую сталь повсеместно применяют для получения листового и сортового проката (горяче-и холоднокатаные листы, рифленка, лента, рулон, пруток, шестигранник, круг, уголок, полоса), сварочных материалов (пруток, проволока, электроды), нержавеющих труб и арматуры (труба круглая и профильная, бесшовные трубопроводы, соединительная и запорная арматура), арматуры для пищевых производств (ревизионные люки, затворы, уплотнители, крепежи, клапаны, фильтрующие детали и другое).