Hydratool.ru

Журнал "ГидраТул"
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Из чего состоит нержавейка

Из чего состоит нержавейка

Для начала необходимо определить, какие стали называются легированными. Нержавеющая сталь легированная – это сплав, в составе которого, наряду с железом и углеродом, присутствуют дополнительные элементы (Cr, Si, Ni, Mn и др.).

Для начала необходимо определить, какие стали называются легированными. Нержавеющая сталь легированная – это сплав, в составе которого, наряду с железом и углеродом, присутствуют дополнительные элементы (Cr, Si, Ni, Mn и др.). Эти легирующие добавки стали положительно влияют на физико-химические характеристики металла. Благодаря легированию расширяется спектр применения нержавеющего металла.

Классификация легированных сталей

Исходя из процента легирующих элементов в составе, нержавеющая сталь подразделяется на следующие классы:

  • Низколегированная сталь (менее 2,5 %)
  • Среднелегированная сталь (2,5 – 10%)
  • Высоколегированная сталь (более 10%)

В качестве вспомогательных компонентов для низколегированных сталей обычно используется никель, молибден и хром. Одни из самых распространенных марок стали этой группы: 13Х (используется для изготовления ювелирного, гравировального и хирургического оборудования), жаропрочная конструкционная низколегированная сталь 12Х1МФ (применяется в производстве трубопроводов, фланцев, деталей цилиндров и др.) Свойства низколегированных сталей позволяют снизить вес конструкций, сэкономить металл за счет высокого предела текучести, повысить эксплуатационные характеристики конечного изделия.

В состав среднелегированной стали может входить никель, вольфрам, молибден, ванадий. Термическая и механическая обработка позволяет достичь оптимального соотношения прочности, вязкости и пластичности. Среднелегированная сталь незаменима в машиностроении, судостроении, для изготовления различных деталей (сверла, развертки и т.д.) Например, такие популярные марки как 9Х5ВФ, 8Х4ВЗМЗФ2 прокаливаются при более высоких температурах, чем низколегированные стали, они более долговечные и прочные.

Основные добавочные элементы высоколегированных сталей – хром и никель. Благодаря их высокому содержанию металл получает такие уникальные свойства как: резистентность к экстремальным температурам, коррозионная стойкость, жаропрочность. Высоколегированная нержавеющая сталь обязана своими исключительными характеристиками не только химическому составу, но и последующей обработке. Например, сталь марки 12Х18Н10Т, устойчивая к азотной кислоте и другим агрессивным воздействиям, идеально подходит для сварных конструкций; сталь 08Х14МФ используется для производства нержавеющих труб, оборудования пищевой промышленности.

Помимо классификации по содержанию легирующих элементов, легированная сталь различается по структуре (перлитная, мартенситная, аустенитная, ферритная, карбидная), по назначению (особого назначения, конструкционные, инструментальные) и по другим параметрам.

Маркировка легированных сталей

Обозначение легированных сталей осуществляется при помощи букв и цифр, которые указывают на состав сплава. Буквы соотносятся с химическими элементами, входящими в состав легированной стали, а цифры – с их содержанием в процентах. Для расшифровки химического состава легированных сталей можно использовать эту таблицу:

МаркировкаЭлемент
ХCr – хром
НNi – никель
МMo – молибден
СSi – кремний
ГMn – марганец
ВW – вольфрам
ТTi – титан
ЮAl – алюминий
ДCu – медь
БNb – ниобий
КCo — кобальт
Читайте так же:
Красивые сварочные швы фото

Цифры, стоящее в начале марки, показывает среднее содержание углерода (одна цифра – десятая доля процента, две – сотая), а если марка начинается с буквы, то содержание углерода – 1% или выше. Например, 18ХГТ состоит из 0,18% углерода, и примерно по 1% приходится на хром, марганец и титан; 2Х17Н2 – 0,2% углерода, 17% хрома и 2% ниобия. Иногда в маркировке стали встречаются и вспомогательные обозначения (русская буква в начале марки): Р – быстрорежущая, Э – электротехническая, А – автоматная, I – шарикоподшипниковая и т.д.

Обратите внимание на то, что не существует универсальной системы обозначения марок стали. Российские марки нержавеющей стали (ГОСТ) имеют зарубежные аналоги: европейские (EN), американские (AISI), немецкие (DIN).

Свойства и назначение легированных сталей

Наличие легирующих элементов и последующая обработка обеспечивают стали ряд уникальных физико-химических свойств:

  • Жароустойчивость
  • Износостойкость
  • Пластичность
  • Коррозионная устойчивость
  • Прочность и многие другие.

Благодаря этому легированные стали активно используются для выполнения различных технических задач практически во всех промышленных сферах: медицинское оборудование и инструменты, емкости и оборудование в пищевой промышленности, валы, шайбы, коробки передач, узлы, конструкционные элементы в строительстве и машиностроении т.д.

Состав нержавеющей стали: какие типы антикоррозийных сплавов существуют

Сталь – высокопрочный и долговечный материал, способный выдерживать значительные нагрузки в течение многих лет. В его состав входят железо (50%) и углерод (не более 2,14%), последний значительно улучшает износоустойчивость сплава, его твердость.

Чтобы произвести нержавеющий сплав, требуется также хром. Из чего еще состоит нержавеющая сталь еще? Разбираемся.

Состав нержавеющей стали: какие типы антикоррозийных сплавов существуют

Особенности сплавов, устойчивых к коррозии

Легирующим элементом нержавеющей стали является хром, а также вольфрам, никель, ниобий, молибден и т. д. С их помощью сталь обретает все необходимые антикоррозийные и физико-механические качества. Другие возможные примеси – кобальт и титан, процент которых в составе металла минимален.

Пластичность и хрупкость (твердость) – два физических свойства, определяющих качество стали. Первое из них показывает, насколько сильно может деформироваться изделие из нержавеющей стали без разрушения. Твердость металла – обратный показатель, означающий способность материала удлиняться в незначительной мере, без появления больших остаточных деформаций.

Чтобы отрегулировать эти свойства (изменить внутреннюю структуру сплава), проводится термическая обработка: закалка критически высокой температурой и охлаждение в несколько подходов.

В зависимости от физических свойств состав нержавеющей стали бывает трех типов:

  • коррозиестойкий. Используется в быту и на производстве, в котором не требуется высокая защита металла от вредных сред;
  • жаростойкий. Не деформируется и не меняет свойств, в том числе в условиях крайне высоких температур;
  • жаропрочный. Сохраняет прочность в агрессивной среде, но может ржаветь.

Состав нержавеющей стали: какие типы антикоррозийных сплавов существуют

Ассортимент сплавов отечественного рынка можно разделить на 2 группы: хромистые и хромоникелевые стали. Обе включают такие структурные классы:

  1. Аустенитный. Обладает хорошими антикоррозионными качествами. С повышением доли никеля и хрома в составе (до 20%) улучшает сопротивление к высокой температуре. Такая сталь называется жаропрочной.
  2. Ферритные. Содержат малое количество хрома и углерода (до 17%).
  3. Дуплексные. Сочетают качества двух предыдущих типов. Никель в составе нержавеющей стали на уровне 4,5–8%, хром – до 28%.
  4. Мартенситные. Сплав с уменьшенным содержанием углерода, укрепляется методом закалки, благодаря чему долго не стареет.
Читайте так же:
Как правильно собрать насос малыш

Чаще всего используется химический состав нержавеющей стали аустенитного и ферритного типов в литом либо деформированном состоянии. Отдельная группа – хромомарганцевоникелевые сплавы, по структуре они сходны с хромоникелевыми.

Типы нержавеющих сплавов и их свойства

Как известно, для того чтобы железо стало коррозиеустойчивым, в него необходимо добавить какой-то цветной или благородный металл. В зависимости от того, какой состав металла нержавеющей стали, выделяют 3 его типа. Самая простая структура у марок 08X13 и 12X13, чаще всего используется в быту и промышленности, где нет высоких ударных нагрузок. Процент хрома в таких сплавах равен 13%. 8 и 12 в маркировке – это цифры, обозначающие процентное соотношение углерода.

Более высокое содержимое этого элемента (от 17%) делает нержавейку хорошо приспособленной к применению в самых агрессивных средах. Имеющаяся на поверхности металла оксидная пленка не позволяет образовываться окалине.

Состав нержавеющей стали: какие типы антикоррозийных сплавов существуют

Химические свойства хромистых коррозиестойких сталей

Железо – основа любой стали – может обретать состояния, сопоставимые с периодами активности и покоя кристаллической решетки, которые являются определяющими для коррозионной выносливости. Более высокий показатель свидетельствует о большей пассивности металла.

Чаще всего встречаются сплавы высокой гибкости (образующиеся при закладке мартенситной структуры). Химически это чистый металл с насыщенным содержанием углерода в составе. Сюда относится быстрорежущая и пищевая нержавейка, из которой делают кухонную посуду и ножи. Такой металл отлично переносит контакт с веществами, оказывающими незначительное химическое воздействие.

Еще один тип – ферритные сплавы, магнитные. Кристаллическая решетка такого вещества имеет несколько иную структуру из-за наличия хрома. Такой состав пищевой нержавеющей стали также используется в производстве инструмента.

Что касается мартенситно-ферритных сплавов, то они сочетают качества двух предыдущих типов: прочны, устойчивы к деформации, имеют магнитный потенциал. Среди минусов – меньшая устойчивость к окислению.

Отличительные черты аустенитных сплавов

Так называемое γ-железо представляет собой прочный сплав с углеродом. Он подвергается коррозии даже при высоком содержании хрома (если в нем нет ниобия и титана). В таком случае проводится термообработка.

Другие свойства металла высокого уровня: прочность, технологичность, пластичность. Для производства кухонной утвари этот класс не пригоден из-за высокой аллергенности никеля.

Независимо от того, что входит в состав нержавеющей стали аустенитной, она всегда немагнитная. Однако при незначительном холодном изгибании магнитные свойства могут появиться, так как в этом случае аустенит трансформируется в феррит. Чтобы обеспечить прочность таких сплавов, уменьшается содержание углерода, но не более чем до 0,04%. В противном случае образуются карбиды. Нередко для улучшения прочности стали в состав добавляется связанный азот, образующий карбонитрид (например, марка Х17АГ14).

Читайте так же:
Как поймать дугу при сварке

Состав нержавеющей стали: какие типы антикоррозийных сплавов существуют

Другие составы имеют несколько иные параметры, например, аустенитно-мартенситные. Они менее устойчивы к коррозии, но более крепкие, тяжело поддаются температурной обработке. Преимущественно используются в производстве легких конструкций.

Аустенитно-ферритные сплавы содержат относительно небольшое количество никеля, благодаря чему их проще сваривать, выполняя швы высокого качества. Примером могут послужить марки 08Х22Н6Т или 12Х21Н5Т. Однако стоит заметить, что такие промежуточные составы менее пластичны и жаропрочны.

Что такое нержавейка?

Что такое «нержавейка»?
«Нержавейка» или нержавеющая сталь — это легированная сталь, которая устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах. Изобрёл «нержавейку» Гарри Бреарли в 1913 году. Гарри Бреарли обнаружил способность стали с высоким содержанием хрома сопротивляться кислотной коррозии, когда экспериментировал с различными видами и свойствами сплавов.
Химический состав нержавеющей стали.
«Нержавейка» по химическому составу состоит в основном из железа с добавлением основного легирующего элемента хрома (12-20%), а также кроме хрома, «нержавейка» содержит элементы, которые сопутствуют железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также химические элементы, вводимые в нержавеющую сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo). Коррозинностойкость нержавеющей стали зависит от содержания хрома: при содержании 13 % и более, то сплавы являются нержавеющими в обычных и слабоагрессивных средах, если содержание хрома более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, например, в азотной кислоте крепостью до 50 %. Коррозионная стойкость нержавеющей стали достигается тем, что на поверхности этого сплава образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов. В более сильных кислотах (серной, соляной, фосфорной и их смесях) применяют сложнолегированные сплавы с высоким содержанием Ni и присадками Mo, Cu, Si.
По химическому составу нержавеющие стали классифицируются на:
хромистые нержавеющие стали , которые делятся на мартенситные (полуферритные (мартенисто-ферритные) и ферритные) и на
Хромоникелевые аустенитные, аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные, аустенитно-карбидные и хромомарганцевоникелевые (классификация совпадает с хромоникелевыми нержавеющими сталями)).
Аустенитные нержавеющие стали различают по склонности к межкристаллитной коррозии и стабилизированности — с добавками Ti и Nb. Для уменьшения склонности нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии при выплавке снижают содержание углерода (до 0,03 %). Для уменьшения склонности к межкристаллитной коррозии, нержавеющие стали после сварки подвергаются термической обработке. Сплавы железа и никеля, в которых аустенитная структура железа стабилизируется посредством никеля и полученный сплав имеет слабо-магнитные свойства, наиболее распостранён в промышленности .
Мартенситные и мартенсито-ферритные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства. В основном их используют для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, в частности, ножей, для упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами. К этому виду относятся, стали типа 30Х13, 40Х13 и т. д.
Ферритные стали стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении. Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах. К этому виду относятся, стали 400 серии.
Аустенитные стали обладают высокими характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения. К данному классу относятся стали 300 серии.
Аустенито-ферритные и аустенито-мартенситные стали — это повышенный предел текучести по сравнению с аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зёрен при сохранении двухфазной структуры, меньшее содержание остродефицитного никеля и хорошая свариваемость. Аустенито-ферритные стали находят широкое применение в различных отраслях современной техники, особенно в химическом машиностроении, судостроении, авиации. К этому виду относятся, стали типа 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т.
Аустенито-мартенситные стали разработали благодаря развитию новым отраслям современной техники. Повышенная прочность и технологичность привели к разработке сталей аустенито мартенситного (переходного) класса. Это стали типа 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.
Сплавы на железоникелевой и никелевой основе применяютя при изготовлении химической аппаратуры для работы в серной и соляной кислотах. Данные стали имеют более высокую коррозионную стойкостью, чем аустенитные стали. Для этих целей используют сплавы на железноникелевой основе типа 04ХН40МТДТЮ и сплавы на никельмолибденовой основе Н70МФ, на хромоникелевой основе ХН58В и хромоникельмолибденовой основе ХН65МВ, ХН60МБ.
Производство и применение.
Из хромистых нержавеющих сталей изготавливают : клапаны гидравлических прессов,турбинные лопатки, арматура крекинг-установок, режущий инструмент, пружины и бытовые предметы;
Из хромоникелевых и хромомарганцевоникелевых нержавеющих сталей изготаливают : бытовые предметы и столовую посуду;
Из аустенитных нержавеющих сталей изготавлювают : сварную аппаратуру, работающую в агрессивных средах, изделия, которые работают при высоких температурах — 550—800 °C, в пищевой промышленности различное оборудование и механизмы.

Читайте так же:
Коптильня для электрической плиты

Сравнение углеродистых и нержавеющих сталей

Эти два материала относятся к наиболее распространенным типам сплавов. Они имеют разный химический состав и эксплуатационные свойства. Средне- и высокоуглеродистая сталь состоит преимущественно из углерода и железа. В составе нержавейки большую долю занимают такие компоненты, как хром и железо.

Применение углеродистой стали

По уровню процентного содержания углерода, который влияет на механические качества основы, ее делят на группы:

  • низкоуглеродистую (до 0,25%);
  • слабоуглеродистую (0,3-0,6%);
  • высокоуглеродистую (0,6-2%).

Из вещества изготавливают конструкции для строительства, машиностроения. Заготовки на его основе применяют при укладке трубопроводных сетей. Особенно востребована у производителей ТПА конструкционная марка 20. Она подходит для создания компактных устройств (винтов, маховых колес, гвоздей, проволоки) и крупных объектов (отводов, переходов).

Преимущества углеродистых сплавов:

  • хорошая свариваемость;
  • поддаются горячей и холодной обработке;
  • выдерживают повышенные температуры;
  • низкая цена.

Основной недостаток изделий из этого материала – подверженность коррозии и ржавчине. Особенно уязвимы перед этими процессами металлоконструкции, которые контактируют с влагой и воздухом. В этом случае железо начинает быстро окисляться, на поверхности изделий появляются ржавые следы.

Где используют нержавеющую сталь

Материал, который не подвержен коррозионным разрушениям, имеет в своем составе хром в количестве 10-11%. В его структуру также входит углерод, но большая часть стали состоит из железа. Чтобы улучшить прочность коррозионного сплава в него вводят легирующие компоненты (серу, титан, кобальт, фосфор, никель).

На производстве чаще всего применяют марку 12х18н10т. Комплектующие, например, отводы, изготовленные на ее основе, отличаются хорошей свариваемостью, устойчивостью к агрессивным веществам, долговечностью. Срок службы сертифицированной трубопроводной арматуры из нержавейки составляет, например, 20-40 лет. При этом она долго сохраняет первоначальный внешний вид, не требует покраски.

Читайте так же:
Математическая модель регулятора аксиально поршневого насоса

Сфера применения сырья широка. В нее входит:

  • энергетика;
  • фармакология, медицина;
  • авиа-, автомобилестроение;
  • нефтегазовый сектор;
  • пищевая, химическая промышленность.

Недостатки сырья: высокая цена, слабо поддается механической обработке.

Что лучше: нержавейка или углеродка?

Споры на эту тему ведутся давно. Но такая формулировка вопроса не совсем корректна: слово «углеродистая» говорит о процентном содержании углерода в составе сплава, а определение «нержавеющая» подчеркивает способность материала противостоять коррозии.

Принципиальное (но не единственное!) отличие одного вещества от другого – устойчивость к ржавлению. Кроме этого, конструкции из углеродистой стали быстро поглощают посторонние запахи, а «нержавейка» этому не подвержена. Это может быть особенно важным при выборе бытовых изделий из стали (например, при покупке кухонных ножей).

Состав с высоким содержанием углерода обладает лучшими режущими свойствами. Его податливая структура лучше поддается заточке, а режущая кромка из него будет тоньше края из не поддающегося коррозии сплава.

Сферы отраслей применения двух сталей также отличаются. Углеродку используют для выпуска небольших деталей и инструментов, которым не нужны улучшенные свойства металла. Она востребована на участках, где прочный металл необходим в большом объеме: например, при прокладке магистральных сетей.

Конструкции, которые работают с агрессивными смесями, изготавливают на основе нержавеющей стали. Их монтируют в химической, нефтегазовой промышленности. Нержавейке отдают предпочтение при создании деталей улучшенной прочности и долговечности (сфера медицины, авиа-, судостроение).

© ЗСПА — детали трубопроводов, 2021 Поставка трубопроводной арматуры по России и СНГ

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector