Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь — это название высоколегированной стали, используемой главным образом благодаря ее антикоррозийным свойствам. Главная особенность семейства нержавеющих сталей в том, что все они содержат не менее 10,5 процента хрома. Это дает возможность стали выдерживать агрессивные среды или эрозионные химические среды. Существует более 60 марок нержавеющей стали, которые подразделяются на 5 категорий. Нержавеющая сталь дороже углеродистой и легированной стали. Ее количество на мировом рынке невелико, тем не менее она высоко ценится на международном рынке.

История появления нержавеющей стали

Уроженец г. Шеффилда, Англия, Гарри Брирли, открыл нержавеющую сталь в 1913 году. В ходе эксперимента он обнаружил, что коррозионная стойкость стали повышается с увеличением содержания хрома до 12 процентов и более. Его считают тем, кто заложил основу для разработки различных марок нержавеющей стали. Работы над нержавеющей сталью почти полностью прекратились во время Первой мировой войны. К концу 1920-х было установлено, что две марки нержавеющей стали, а именно мартенситная нержавеющая сталь и аустенитная нержавеющая сталь, являются самыми универсальными и обладают наиболее полезными свойствами. Мартенситная нержавеющая сталь содержит от 13 до 18 процентов хрома, а аустенитная — 18 процентов хрома и 8 процентов никеля. Сегодня к нержавеющей стали относится коррозионностойкая сталь с содержанием хрома не менее 10,5 процента. Хром образует пассивную пленку оксида хрома со свойством самовосстановления вокруг стали на атомарном уровне, которая защищает железо от коррозии.

Что такое коррозия?

Несмотря на то, что одной из основных причин использования нержавеющей стали является ее устойчивость к коррозии, нержавеющая сталь подвержена определенным видам коррозии. Различные виды коррозии, разрушающие нержавеющую сталь: общая коррозия, точечная коррозия, щелевая коррозия, коррозионное растрескивание под напряжением, сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением, межзеренная коррозия, гальваническая коррозия и контактная коррозия.

Коррозия в нержавеющей стали возникает при разрушении защитного слоя оксида хрома (Cr2O3). Она появляется в виде микроскопических или видимых пятен на поверхности стали.

Категории нержавеющей стали

Нержавеющая сталь подразделяется на 5 основных категорий. Это аустенитная, мартенситная, ферритная, дуплексная и дисперсионно упрочненная стали. Аустенитная сталь 200 серии — Сплавы: 201, 202, 203, 204 и 205 — это хром-никель-марганцевые сплавы с высокой прочностью при отжиге. Эта серия является немагнитной, не поддается термической обработке и обладает отличной деформируемостью для формирования резанием. Используется в строительстве и для изготовления барабанов стиральных машин.

Аустенитная сталь 300 серии — Сплавы: 301, 302, 303, 304, 305, 308, 309, 310, 314, 316, 317, 321, 330, 347, 384 это хромоникелевый сплав, его прочность повышается за счет процесса наклепа. Эта серия является немагнитной, не поддается термической обработке и обладает хорошей деформируемостью. Коррозионная стойкость повышается за счет добавления молибдена. Используется для изготовления пищевого оборудования и химических аппаратов, а также в строительстве.

Ферритная сталь 400 серии — Сплавы: 405, 409, 429, 430, 434, 436, 442, 446 — это чистый хромовый сплав, магнитный, но термически не обрабатывается. Эта серия в основном используется для отделки автомобилей и изготовления кухонных принадлежностей.

Мартенситная сталь 400 серии — Сплавы: 403, 410, 414, 416, 420, 422, 431, 440 — это чистый хромовый сплав, магнитный. Его твердость можно повысить с помощью термообработки. Используется для изготовления крепежных деталей, валов насосов и лопастей турбин.

Дисперсионное упрочнение — Сплавы: 13-8, 15-5, 15-7, 17-4, 17-7 — хромоникелевый, мартенситный или аустенитный сплавы. Прочность увеличивается за счет дисперсионного упрочнения при термической обработке. В основном используется для изготовления запорно-регулирующей арматуры, шестерен и нефтехимического оборудования.

Дуплексные стали — Сплавы: 329, 2205, 2304, 2507, 3RE60 — хром-никель-молибденовые сплавы. Сплавы этой серии более устойчивы к коррозионному растрескиванию под напряжением, чем аустенитные, а также более жесткие, чем полностью ферритные сплавы. В основном используются для изготовления трубопроводов или напорных шахт.

Применение

Нержавеющая сталь очень универсальна в применении и используется в самых разных сферах. Сферы применения нержавеющей стали:
Бытовые приборы
Столовые приборы и кухонные принадлежности
Энергетика
Пищевая промышленность
Архитектура и строительство
Медицинские приборы
Детали автомобилей

Спецификация ASTM

Технические характеристики: ASTM A240

Спецификация JIS

Технические характеристики: JIS G4304 G4305 G4312

Что такое углеродистая сталь?

Большая часть из примерно 3500 различных видов стали, производимых и доступных сегодня на мировом рынке, — это углеродистая сталь. Углеродистая сталь образуется при соединении двух элементов: железа и углерода. Углерод используется в качестве легирующего элемента. Углерод выступает в качестве отвердителя для предотвращения скольжения атомов железа в кристаллической решетке. В составе углеродистой стали в различной степени присутствуют феррит, перлит и цементит в зависимости от количества углерода в стали.

Процентное содержание углерода в стали влияет на твердость, прочность, упругость и пластичность стали. Сталь с низким содержанием углерода, или мягкая сталь, имеет схожие свойства с железом, но она мягче и легко формуется. По мере увеличения содержания углерода сталь становится тверже и прочнее, но менее пластичной. Содержание углерода в мягкой или низкоуглеродистой стали составляет от 0,05 до 0,26 процента, в среднеуглеродистой стали — от 0,29 до 0,54 процента и в высокоуглеродистой стали — от 0,55 до 0,95 процента. Количество углерода в стали с очень высоким его содержанием составляет от 0,96 до 2,1 процента.

Кодировка углеродистой стали

AISI и SAE разработали четырехзначные коды для всех углеродистых и легированных сталей для отображения состава стандартной кованой стали. В маркировке углеродистой стали последние две цифры указывают на номинальное содержание углерода. Если первые две цифры кода 10 (напр. 10xx) — это обычная углеродистая сталь. Если код 11xx, то сталь является ресульфурированной, код 12xx относится к ресульфурированным и рефосфоризированным маркам стали, а 15xx указывает на нересульфурированную сталь с содержанием Mn более 1 процента.

Наличие буквы L между второй и третьей цифрами кода указывает на то, что это свинцовая сталь. Буква B указывает на наличие в стали бора. Углеродистые литые стали обычно определяются по сортам, таким как A, B или С. Сорт A (также LCA, WCA, AN, AQ и т. д.) имеет содержание углерода 0,25 процента и не более 0,7 процента Mn. Сталь сорта B содержит 0,3 процента углерода и 1 процент Mn, а сталь сорта C — 0,25 процента углерода и 1,2 процента Mn. Смесь углерода и марганца используется для повышения прочности, вязкости и свариваемости стали. Углеродистые литые стали классифицируются по стандартам ASTM A27, A216, A352 или A487.

Что такое сталь с покрытием?

Сталь с покрытием — это сталь, на поверхность которой наносится дополнительное покрытие. Дополнительное покрытие может наноситься оловом, хромом, цинком, краской или пластиком. Покрытие наносится для того, чтобы защитить поверхность стали от окисления, а также для улучшения внешнего вида материала. Сталь с покрытием можно разделить на несколько категорий. Среди них — горячеоцинкованная, сталь с отожженным цинковым покрытием, сталь с алюмоцинковым покрытием, с гальфановым покрытием, сталь с гальваническим цинкованием (электрооцинкованная) и предварительно окрашенная сталь.

История гальванизации

Гальванизация — это процесс покрытия стали цинком. Такое название данный процесс получил в честь его основателя — итальянского ученого Луиджи Гальвани. Первоначально гальванизация представляла собой процесс поражения электрическим током. Процесс был открыт, когда Гальвани прикоснулся к лапкам лягушки зажимами и увидел дрожание мышц лягушки. Сегодня гальванизация — это главным образом химический процесс горячего цинкования. В процессе гальванизации сталь или железо покрывается цинком. Цинк уменьшает возможность образования коррозии.

Горячеоцинкованная сталь

Горячеоцинкованная сталь — это углеродистая сталь, с обеих сторон покрытая тонким слоем цинка с использованием непрерывной линии горячего цинкования с погружением. Цинковый слой прочно связывается со сталью в расплавленной ванне цинка при температуре около 460 градусов Цельсия. Оцинкованная сталь широко применяется в случаях, когда необходима устойчивость металла к коррозии. Одним из важных признаков оцинкованной стали — видимый блестящий кристаллический узор на поверхности стали.

Сталь с отожженным цинковым покрытием

Сталь с отожженным цинковым покрытием — это углеродистая сталь, с обеих сторон покрытая слоем цинка с использованием непрерывной линии горячего цинкования с погружением. При выходе стали из ванны с расплавленным цинком, расплавленное цинковое покрытие подвергается термообработке. В результате на поверхности образуется железо-цинковый сплав, поскольку железо из стали переносится на поверхностную пленку. Сталь с отожженным цинковым покрытием отличается от горячеоцинкованной стали тем, что ее поверхность выглядит матовой, и у нее нет такого блестящего металлического покрытия, как у оцинкованной стали. Красновато-оранжевый цвет поверхности стали объясняется тем, что по всему внешнему слою равномерно распределено железо. Такой цвет более насыщен, когда содержание железа колеблется от 8 до 11 процентов.

Сталь с гальфановым покрытием

Сталь с алюмоцинковым покрытием — это углеродистая сталь, с обеих сторон покрытая слоем алюмоцинка с использованием непрерывной линии погружения в горячий металл. Покрытие состоит на 45 процентов из цинка и на 55 процентов из алюминия. К смеси также добавляется небольшое количество кремния, что способствует лучшей адгезии покрытия. Коррозионная стойкость такого покрытия гораздо выше, чем у горячеоцинкованной стали. Такая сталь широко используется в средах с длительным воздействием коррозии.

Сталь с гальфановым покрытием

Сталь с гальфановым покрытием — это углеродистая сталь, с обеих сторон покрытая слоем цинка с алюминием с использованием непрерывной линии погружения в горячий металл. Покрытие состоит на 95 процентов из цинка и на 5 процентов из алюминия. Такая сталь более устойчива к коррозии, нежели обычная оцинкованная сталь, и дешевле стали с алюмоцинковым покрытием. Поэтому она является предпочтительной там, где требуется длительная стойкость к атмосферной коррозии.

Электрооцинкованная сталь

Электрооцинкованная сталь — это углеродистая сталь с покрытием из чистого цинка, нанесенным с помощью электрического тока. Под воздействием электрического тока положительно заряженные аноды цинка присоединяются к стали, имеющей отрицательный заряд. Этот процесс делает поверхность гладкой даже после окрашивания. Конечный продукт имеет такой же внешний вид, как и холоднокатаная сталь, но темнее. Механические свойства стали такие же, как у основного материала холоднокатаной рулонной стали.

Предварительно окрашенная сталь

Предварительно окрашенная сталь — это сталь, на поверхность которой после обработки нанесен тонкий слой краски. Во многих случаях предварительно окрашенная сталь также имеет слой грунтовки. Краска может быть нанесена на сталь без покрытия или на сталь с металлическим покрытием. Для достижения максимальной коррозионной стойкости краска наносится на сталь с металлическим покрытием.

Покрытие из краски наносят на оцинкованную сталь, на сталь с алюмоцинковым, гальфановым и отожженным цинковым покрытием. За последние двадцать лет технологии нанесения на сталь покрытия из краски быстро развивались. Краски стали более твердыми, эластичными, устойчивыми к выцветанию и мелению. Их характеристики были улучшены по многим другим показателям. Поэтому предварительно окрашенная сталь получает все большее применение в автомобильной, мебельной промышленности, строительстве и изготовлении различных приборов.

Зачем использовать сталь с покрытием?

Главным преимуществом использования стали с покрытием является ее повышенная коррозионная стойкость. Низкоуглеродистая сталь подвержена воздействию различных типов коррозии. Коррозия может быть локальной из-за воздействия окружающей среды или распространяться по всей поверхности стали. Равномерная коррозия — это форма коррозии, которая равномерно распространяется по стали и хорошо заметна на ее поверхности.

Кроме того, существует несколько других форм коррозии низкоуглеродистой стали, включая щелевую коррозию, абразивно-химическую коррозию, эрозионную коррозию, фреттинг-коррозию. Высокий спрос на коррозионностойкую сталь обусловлен широким спектром вызывающих коррозию факторов, которые присутствуют в повседневных условиях жизни. Благодаря быстрому развитию технологий производства стали с покрытием существует множество различных возможностей для удовлетворения потребностей в различных отраслях промышленности.

Применение стали с покрытием

Горячеоцинкованная сталь в основном используется для изготовления автомобильных деталей, оборудования для кондиционирования воздуха (воздуховоды, дренажные трубы), электрических панелей, строительных конструкций (кровля из волнистого листового металла, стеновые панели), бытовой техники, потолочных рам и многого другого. Антикоррозионные свойства в основном зависят от количества цинка, нанесенного на поверхность металла. Покрытие марки G90 или меньше обычно используется для внутренних помещений или оборудования, а G90 и более подходит для использования вне помещений в пригородных районах. Покраска G90 применяется для изделий, используемых в городах или промышленных зонах, а также береговых зонах из-за высокого содержания в атмосфере соли.

Сталь с отожженным цинковым покрытием используется для изготовления панелей кузовов автомобилей, включая такие транспортные средства, как автобусы, грузовики и легковые автомобили. Она также используется для изготовления деталей, требующих длительного срока службы.

Сталь с алюмоцинковым и гальфановым покрытием характеризуется более длительным сроком службы, чем горячеоцинкованная сталь, и поэтому более предпочтительна там, где требуется длительная коррозионная стойкость. Оба типа подходят для использования в средах с температурой выше 500 градусов Фаренгейта (250 градусов Цельсия), поскольку горячеоцинкованная сталь не способна выдерживать такие высокие температуры. Сталь с алюмоцинковым и гальфановым покрытием применяется для изготовления кровли и обшивки стен промышленных зданий, а также для электрошкафов и панелей, частей нагревательных установок, нагревательных приборов, нижних частей кузовов автомобилей и многого другого.

Электрооцинкованную сталь можно использовать для изготовления бытовых приборов с очень гладкой поверхностью. К таким приборам относятся DVD-проигрыватели, корпусы компьютеров и электронных устройств.

Предварительно окрашенная сталь широко используется для изготовления кровли и облицовки стен, электронных приборов, открытых кузовных деталей автомобилей, бытовой техники, мебели, гаражных ворот, внутренних стеновых панелей и контейнеров. Срок службы антикоррозийного покрытия у предварительно окрашенной стали зависит от используемой для покрытия краски. Срок службы покрытия из полиэстера (PE) составляет примерно 7–8 лет. Срок службы изделия, окрашенного силикономодифицированным полиэстером (SMP), составляет от 10 до 12 лет и 15 лет — специально-модифицированным полиэстером. Изделия, окрашенные поливинилхлоридом обычно служат от 15 до 20 лет, а окрашенные поливинилиденфторидом — от 20 до 25 лет.

Что такое ферросплав?

Сталь грубо можно разделить на две категории. К первой категории можно отнести обычную сталь, а ко второй — легированную. Легированная сталь характеризуется наличием одного или нескольких легирующих элементов. Легирующие элементы — это кремний, молибден, хром, никель, титан, ванадий, ниобий и другие.

Передовые производители используют эти легирующие элементы для достижения необходимых антикоррозионных свойств, высокой термостойкости и высокой прочности на разрыв в различных сегментах стали. Для разделения на отдельные категории определенные характеристики каждой легированной стали за основу берут процентное содержание легирующих элементов в сплаве.

Благодаря таким качествам, как малый вес, повышенная долговечность и высокая прочность, легированная сталь широко используется в различных отраслях промышленности, таких как литейное производство, ковка, строительство, изготовление стальных труб, деталей автомобилей, элементов конструкции самолетов.

Компонент

Ферросилиций
Химический состав: Si 75 %, 72 %, 70 %, 65 % минимум, Al: 2 %, 1,5 % или меньше
Применение: Сырьевой материал, используемый для производства стали.

Ферромолибден
Химический состав: Mo 68 %, 65 %, 60 % мин., C 0,1 % макс., Si 1,5 %, Cu 0,5 % макс.
Применение: Сырьевой материал, используемый для производства стали (марка 316).

Феррохром
Высокоуглеродистый феррохром
Химический состав: Cr 63 % мин., C 6–8 %, Si 2 % макс.
Низкоуглеродистый феррохром
Химический состав: Cr 65 % мин., C 0,035–1,0 % макс.
Применение: Сырьевой материал, используемый для производства стали.

Ферротитан
Химический состав: Ti 28,5 %, 68–70 % мин., Al 6 % макс, Si 3 % макс.
Применение: Сырьевой материал, используемый для производства нержавеющей стали с титаном, например, марки 321, или сварочных электродов из нержавеющей стали.

Феррованадий
Химический состав: V 78–82 %/48–52 %, Al 2,0 % макс, Si 1,5 % макс., C 0,2 % макс.
Применение: Сырьевой материал для производства высокопрочной стали.

Феррониобий
Химический состав: Nb 60–68 %, Al 2,5 % макс., Si 4,0 % макс., C 0,1 % макс.
Применение: Сырьевой материал, используемый для изготовления легированной стали, нержавеющей стали марки 347, сварочных электродов.