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.
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).
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.
Мартенситный класс
Нержавеющие стали, входящие в мартенситный класс, могут быть магнитными и имеют более высокие - в сравнении с аустенитными - показатели максимальной твердости. Упрочнение достигается путем закалки и отпуска. Хорошо подходят для производства изделий, предназначенных для использования в средах средней и слабой интенсивности (например, ряда изделий пищевой промышленности или производства лезвий для бритвенных приборов).
Ферритный класс
При высокой коррозионной стойкости свойства этих марок сходны с низкоуглеродистой сталью. Среднее содержание хрома составляет 11-17 %. Используются в производстве бытовой техники, элементов архитектурного декора интерьера, кухонной утвари.
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.
Аустенитно-мартенситный класс
Содержание хрома от 12 до 18 %, никеля - от 3,7 до 7,5 %. Дополнительные элементы – хром и алюминий. Упрочняются путем закалки (t > 975 °С) и последующего отпуска (t = 450-500 °С). Аустенитно-мартенситные нержавеющие стали хорошо свариваются и имеют высокие механические свойства.
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.
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.
