Нержавеющая сталь - уникальный материал, который активно используется в самых разных отраслях промышленности. В чем секрет ее популярности и как производят этот сплав? Давайте разберемся!
История возникновения нержавеющей стали
В 1912 году немецкий металлург Эдуард Маурер получил первый патент на хромоникелевую сталь, устойчивую к коррозии. Он обнаружил, что добавление 12-13% хрома и 6-7% никеля к железу значительно улучшает антикоррозионные свойства сплава.
Однако промышленное производство нержавейки началось позднее, в 1930-х годах, когда были разработаны оптимальные составы на основе хромоникелевых сталей:
- Сталь марки 18/8 (18% хрома, 8% никеля)
- Сталь марки 18/10 (18% хрома, 10% никеля)
Эти марки стали и по сей день широко используются для производства нержавеющей посуды и других изделий бытового назначения.
Свойства и марки нержавеющей стали
Нержавеющая сталь обладает уникальным комплексом свойств, которые определяются ее легирующими элементами:
- Хром обеспечивает стойкость к коррозии
- Никель придает пластичность
- Молибден повышает прочность при высоких температурах
В зависимости от содержания легирующих элементов нержавейки делят на несколько классов:
- Аустенитные (серия 300)
- Ферритные (серия 400)
- Мартенситные (серия 400)
- Двухфазные (дуплексные)
Каждая группа нержавеющих сталей имеет свои уникальные свойства и особенности применения.
Например, аустенитная нержавейка серии 300 хорошо сопротивляется коррозии и имеет высокую пластичность. Ее часто используют в пищевой промышленности для оборудования и посуды.
А ферритные стали серии 400, наоборот, обладают повышенной прочностью, поэтому применяются в автомобилестроении и для производства деталей машин.
Способы производства нержавеющей стали
Существует несколько основных способов производства нержавеющей стали:
- Мартеновский
- Конвертерный
- Электродуговой
Рассмотрим их подробнее.
Мартеновский способ
При мартеновском способе выплавка стали происходит в специальных регенеративных печах. Процесс длится 8-12 часов и включает несколько стадий:
- Расплавление шихты (смеси чугуна и металлолома)
- Окисление примесей
- Легирование расплава
- Разливка стали
Главный недостаток мартеновского способа - большая длительность процесса и высокий расход топлива. Однако он позволяет получать качественную нержавеющую сталь различных марок.
Конвертерный способ
Этот способ основан на продувке расплавленного чугуна кислородом в специальном агрегате - конвертере. Преимущества конвертерного производства:
- Высокая производительность
- Низкий расход топлива
- Возможность полной автоматизации
За счет использования чистого кислорода вместо воздуха процесс выплавки сокращается до 40-60 минут. Это позволяет производить до 5 млн тонн стали в год на одном агрегате.
Таким образом, кислородно-конвертерный способ является наиболее экономичным и производительным методом выплавки нержавеющей стали.
Далее идет прокатка, формовка, резка - это уже следующие этапы производства готовых изделий. В зависимости от способа прокатки различают горячекатаный и холоднокатаный прокат. После всех операций сталь подвергается термообработке для придания нужных свойств. Так из расплавленного металла получаются прочные и коррозионностойкие детали, трубы, листы.
Нержавеющая сталь нашла широкое применение во многих отраслях - от бытовой техники до космических кораблей. Узнать подробнее об использовании нержавейки можно в следующих разделах статьи.
Прокатное производство
После выплавки слитки нержавеющей стали поступают на прокатные станы. Здесь происходит преобразование расплавленного металла в листы, полосы, прутки нужного профиля.
Подготовка слитков
Перед прокаткой слитки подвергаются следующим операциям:
- Нагрев до температуры 1200-1250°C
- Удаление окалины и загрязнений
- Осмотр и маркировка
Подготовленные слитки поступают в прокатный стан.
Горячая прокатка
При горячей прокатке заготовка пропускается между вращающимися валками при высокой температуре. Это позволяет деформировать металл и придать ему нужную форму.
Особенности горячей прокатки:
- Высокая пластичность нагретого металла
- Возможность значительных деформаций
- Формирование зеренной структуры
Горячекатаный прокат имеет шероховатую поверхность.
Холодная прокатка
При холодной прокатке металл деформируется при комнатной температуре. Это позволяет:
- Повысить точность размеров
- Уменьшить шероховатость поверхности
- Упрочнить материал
Холоднокатаный прокат отличается блеском и высоким качеством поверхности.
Производство труб
Из нержавеющей стали производят разные виды труб:
- Бесшовные трубы
- Сварные трубы
- Гибкие трубы
Бесшовные трубы
Бесшовные трубы формуются путем горячей прокатки и прошивки заготовки.
Преимущества бесшовных труб:
- Высокая коррозионная стойкость
- Отсутствие сварных швов
- Высокие механические свойства
Их широко используют в нефтегазовой и химической промышленности.
Сварные трубы
Сварные трубы изготавливают сворачиванием в трубу стального листа и последующей автоматической сваркой шва.
Достоинства сварных труб:
- Возможность изготовления труб большого диаметра
- Меньшая стоимость
- Гибкость производства
Их используют для водо- и газопроводов, вентиляции, теплоснабжения.
Применение нержавеющей стали
Благодаря уникальному комплексу свойств нержавеющая сталь нашла применение в самых разных областях:
- Машиностроение
- Строительство
- Медицина
- Авиация и космонавтика
- Пищевая промышленность
- Химическая промышленность
- Нефтегазовая отрасль
Рассмотрим подробнее использование нержавейки в некоторых ключевых областях.
Машиностроение
В машиностроении нержавеющая сталь применяется для изготовления:
- Деталей двигателей
- Корпусных элементов
- Деталей трансмиссий
- Крепежа
Она обеспечивает высокую надежность и долговечность машин и механизмов.
Медицина
В медицинской промышленности из нержавейки производят:
- Хирургические инструменты
- Имплантаты
- Медицинское оборудование
Сталь ideal 316L широко используется благодаря стойкости к дезинфицирующим средствам и коррозионной устойчивости.
Еще множество примеров можно привести для других отраслей. Нержавеющая сталь заслуженно считается универсальным конструкционным материалом.
