Нержавеючая сталь

Нержавеючая сталь, размоўна «нержавейка» — легіраваная сталь, устойлівая да карозіі ў атмасферы і агрэсіўных асяроддзях.

У 1913 годзе Гары Брырлі (англ.: Harry Brearley), які эксперыментаваў з рознымі відамі і ўласцівасцямі сплаваў, выявіў здольнасць сталі з высокім змяшчэннем хрому супраціўляцца кіслотнай карозіі.

Нержавеючыя сталі дзеляць на тры групы:

1. Каразійнастойкія сталі — ад іх патрабуецца ўстойлівасць да карозіі ў нескладаных прамысловых і бытавых умовах (з іх можна вырабляць дэталі абсталявання для нафтагазавай, лёгкай, машынабудаўнічай прамысловасці, хірургічныя інструменты, бытавы нержавеючы посуд і тару).
2. Цеплатрывалыя сталі — ад іх патрабуецца жарастойкасць — г.зн. устойлівасць да карозіі пры высокіх тэмпературах у моцна агрэсіўных асяроддзях (напр. на хімічных заводах).
3. Гарачатрывалыя сталі — ад іх патрабуецца гарачатрывалага — г.зн. добрая механічная трываласць пры высокіх тэмпературах.

Гейзерная кававарка з нержавеючай сталі

Хімічны склад

Пры выбары хімічнага складу каразійна-ўстойлівага сплаву кіруюцца так званым правілам ${\displaystyle }$: калі да металу, няўстойліваму да карозіі (напрыклад, да жалеза) дадаваць метал, які ўтварае з ім цвёрды раствор і ўстойлівы да карозіі (нарыклад хром), то ахоўнае дзеянне праяўляецца скачкападобна пры увядзенні ${\displaystyle }$ моля другога металу (каразійная ўстойлівасць ўзрастае не прапарцыйна колькасці легіруючых кампаненты, а скачкападобна). Асноўны легіруючы элемент нержавеючай сталі — хром Cr (12-20 %); акрамя хрому, нержавеючая сталь змяшчае элементы, спадарожныя жалезу ў яго сплавах (З, Si, Mn, S, Р), а таксама элементы, якія ўводзяцца ў сталь для надання ёй неабходных фізіка-механічных уласцівасцяў і каразійнай стойкасці (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo).

Супраціў нержавеючай сталі да карозіі напрамую залежыць ад змяшчэння хрому: пры яго змесце 13 % і вышэй сплавы з’яўляюцца нержавеючыя у звычайных умовах і ў слабаагрэсіўных асяроддзях, больш за 17 % — каразійнастойкімі і ў больш агрэсіўных акісляльных і іншых асяроддзях, у прыватнасці, у азотнай кіслаце крэпасцю да 50 %.

У моцных кіслотах (сернай, салянай, фосфарнай і іх сумесях) ўжываюць складаналегіраваныя сплавы з высокім змяшчэннем Ni і прысадкамі Mo, Cu, Si.

Падвышаная атмасферная каразійнастайкосць сталі дасягаецца, як правіла, мэтанакіраваным змяненнем яе хімічнага складу. Лічыцца, што найбольш эфектыўна павышаюць супраціў будаўнічых сталей атмасфернай карозіі невялікія дабаўкі нікеля, хрому, і асабліва фосфару і медзі. Так, легіраванне меддзю ў межах 0,2-0,4 % павышае на 20-30 % ўстойлівасць супраць карозіі адкрытых канструкцый у прамысловай атмасферы.

Класіфікацыя

Паводле хімічнага склада нержавеючыя сталі дзеляцца на:

• Хромістыя, якія, у сваю чаргу, па структуры дзеляцца на;
  • Мартэнсітныя;
  • Паўферытныя (мартэніста-ферытныя);
  • Ферытныя;
• Хроманікелевыя;
  • Аўстэнітныя
  • Аўстэнітна-ферытныя
  • Аўстэнітна-мартэнсітныя
  • Аўстэнітна-карбідавыя
• Хромамарганцаванікелевыя (класіфікацыя супадае з хроманікелевымі нержавеючымі сталямі).

Адрозніваюць аўстэнітныя нержавеючыя сталі, схільныя да міжкрышталітнай карозіі, і стабілізаваныя — з дадаткамі Ti і Nb. Значнае памяншэнне схільнасці нержавеючай сталі да міжкрышталітнай карозіі дасягаецца зніжэннем змяшчэння вугляроду (да 0,03 %).

Нержавеючыя сталі, схільныя да міжкрышталітнай карозіі, пасля зваркі, як правіла, падвяргаюцца тэрмічнай апрацоўцы.

Шырокае распаўсюджванне атрымалі сплавы жалеза і нікеля, у якіх за кошт нікеля аўстэнітная структура жалеза стабілізуецца, а сплаў ператвараецца ў слаба-магнітны матэрыял.

Мартэнсітныя і мартэнсіта-ферытныя сталі

Мартэнсітныя і мартэнсітна-ферытныя сталі валодаюць добрай каразійнай устойлівасцю ў атмасферных умовах, у слабаагрэсіўных асяроддзях (у слабых растворах соляў, кіслот) і маюць высокія механічныя ўласцівасці. У асноўным іх выкарыстоўваюць для вырабаў, якія працуюць на знос, у якасці рэжучага інструмента, у прыватнасці, нажоў, для пругкіх элементаў і канструкцый у харчовай і хімічнай прамысловасці, якія знаходзяцца ў кантакце са слабаагрэсіўными асяроддзямі. Да гэтага віду адносяцца сталі тыпу 30Х13, 40Х13 і г . д.

Ферытныя сталі

Гэтыя сталі ўжываюць для вырабу вырабаў, якія працуюць у акісляльных асяроддзях (напрыклад, у растворах азотнай кіслаты), для бытавых прыбораў, у харчовай, лёгкай прамысловасці і для цеплаабменнага абсталявання ў энергамашыннабудоўлі. Ферытныя хромістыя сталі маюць высокую каразійную стойкасць у азотнай кіслаце, водных растворах аміяку, аміячнай салетры, сумесі азотнай, фосфарнай і фторыставадараднай кіслаты, а таксама ў іншых агрэсіўных асяроддзях. Да гэтага віду адносяцца сталі 400 серыі.

Аўстэнітныя сталі

Асноўнай перавагай сталей аўстэнітнага класа з’яўляюцца іх высокія службовыя ўласцівасці (трываласць, пластычнасць, каразійная ўстойлівасць у большасці працоўных асяроддзяў) і добрая тэхналагічнасць. Таму аўстэнітныя каразійнастойкія сталі знайшлі шырокае прымяненне ў якасці канструкцыйнага матэрыялу ў розных галінах машынабудавання. Тэарэтычна вырабы з аўстэнітных нержавеючых сталяў пры нармальных умовах — немагнітныя, але пасля халоднага дэфармавання (любы мехапрацоўкі) могуць праяўляць некаторыя магнітныя ўласцівасці (частка аўстэніта ператвараецца ў ферыт). Кожны матэрыял характарызуецца здольнасцю намагнічваюцца, гэта дастасавальна і да нержавеючыя сталі. Цалкам немагнітны можа быць толькі вакуум.

Аўстэніта-ферытныя і аўстэніта-мартэнсітныя сталі

Аўстэніта-ферытныя сталі. Перавага сталей гэтай групы — павышаны мяжа цякучасці па параўнанні з аўстэнітнымі аднафазнымі сталямі, адсутнасць схільнасці да росту зерня пры захаванні двухфазнай структуры, меншае змяшчэнне вострадэфіцытнага нікеля і добрая зварваемасць. Аўстэніта-ферытныя сталі знаходзяць шырокае прымяненне ў розных галінах сучаснай тэхнікі, асабліва ў хімічным машынабудаванні, суднабудаванні, авіяцыі.

Да гэтага віду адносяцца, сталі тыпу 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т.

Аўстэніта-мартэнсітныя сталі. Патрэбы новых галін сучаснай тэхнікі ў каразійнастойкіх сталях падвышанай трываласці і тэхналагічнасці прывялі да распрацоўкі сталі мартэнсітнага (пераходнага) класа. Гэта сталі тыпу 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.

Сплавы на жалезанікелевай і нікелевай аснове.

Пры вырабе хімічнай апаратуры, асабліва для працы ў сернай і салянай кіслотах, неабходна ўжываць сплавы з больш высокай каразійнай устойлівасцю, чым аўстэнітныя сталі. Для гэтых мэтаў выкарыстоўваюць сплавы на жалезанікелевай аснове тыпу 04ХН40МТДТЮ і сплавы на нікельмалібдэнавай аснове Н70МФ, на хроманікелевай аснове ХН58В і хроманікельмалібдэнавай аснове ХН65МВ, ХН60МБ.

Вытворчасць і прымяненне

Паводле дадзеных ISSF, сусветны аб’ём выплаўлення нержавеючай сталі ў 2009 годзе склаў 24,579 млн тон

Пяць капеек Украіны, 1992 Нержавеючая сталь

• Хромістыя нержавеючыя сталі:
  • Клапаны гідраўлічных прэсаў;
  • Турбінныя лапаткі;
  • Арматура крэкінгу-установак;
  • Рэзны інструмент;
  • Спружыны;
  • Бытавыя прадметы;
• Хроманікелевыя і хромамарганцаванікелевыя нержавеючыя сталі:
  • Бытавыя прадметы, у прыватнасці, сталовы посуд (харчовыя маркі сталі)
  • Артапедычная стаматалогія (выраб гільзаў для штампаваных каронак)
• Стабілізаваныя аўстэнітныя нержавеючыя сталі:
  • Зварная апаратура, якая працуе ў агрэсіўных асяроддзях
  • Вырабы, якія працуюць пры высокіх тэмпературах — 550—800 °C
  • Харчовая прамысловасць;

Нержавеючыя сталі выкарыстоўваюцца як у дэфармаваным, так і ў адліваным стане.

Зваркі нержавеючых сталяў

Аўстэнітныя нержавеючыя сталі накшталт 12Х18Н9, 12Х18Н10 (прыкладна з такіх пракатваюць ліставую нержавейку) не пераносяць гартавання. Гартаванне выклікае ў іх структурныя змены, з-за якіх пасля гартавання ў сталі пачнецца міжзерневая (міжкрышталітная) карозія. Міжзерневая карозія небяспечная яшчэ і тым, што не выклікае страту таварнага выгляду вырабы, так што выраб/дэталь з нержавейкі, будучы па-ранейшаму прыгожым і бліскучым, пад нагрузкай можа раптам разваліцца, раскалоцца, разбурыцца.

Для абароны ад міжкрышталітнай карозіі ў такія нержавейкі дадаюць тытан (Т) або ніобій (Б) у колькасці 5C-0,6 %. Легіраваныя такім чынам сталі абазначаюцца: 12Х18Н9Т, 12Х18Н9Б, 12Х18Н10Т, 12Х18Н10Б. Адпаведна, аўстэнітныя нержавейкі для зваркі падыходзяць (калі без наступнай тэрмаапрацоўкі) тыя, якія з літарай «Т» ці «Б» у канцы.

Электразварку нержавейкі можна ажыццяўляць кантактнай зваркай, зваркай неплавячымся электродам (вальфрамавым электродам, з аргонам ў якасці ахоўнага газу), паўаўтаматычнай зваркай ў асяроддзі ахоўных газаў (сумесь аргону з вуглякіслым газам), зваркай адзінкавым (пакрытымі) электродамі.

Адзінкавыя (пакрытыя) зварачныя электроды выпускаюцца не толькі з звычайнай («чорнай») сталі (для зваркі звычайнай сталі), але і з нержавейкі (напр. «УАНДІ-13НЖ») — для зваркі дэталяў з нержавейкі. Электрычнае супраціўленне нержавейкі больш, чым эл. супраціўленне звычайнай («чорнай») сталі, таму зварачныя электроды з нержавейкі робяць карацей, чым электроды з звычайнай («чорнай») сталі, так як занадта доўгі нержавейкавы электрод можа расплавіцца (адразу па ўсёй даўжыні) і абрынуцца да таго, як будзе цалкам выдаткаваны.

Для прыварвання дэталі з нержавейкі да дэталі з звычайнай («чорнай») сталі патрэбныя т. зв. пераходныя электроды. У гэтым выпадку да зварцы прад’яўляецца патрабаванне, што зварачны шоў павінен быць з нержавейкі, таму нержавейка, з якой зроблены пераходныя электроды, мае ў сваім складзе павышаную (прыкладна ў паўтара разы) змест легіруючых элементаў (напр. «Х25Н18…»; «Х23Н15…»). Пераходныя электроды маюць зялёнае пакрыццё.

Зварачныя электроды з блакітным пакрыццём — для зваркі харчовай нержавейкі (бакі, цыстэрны, трубаправоды, лопасці мяшалак і т . п. для харчовай прамысловасці).

Гл. таксама

• Нержавеючая сталь AISI 304
• Нержавеючая сталь AISI 316
• Хастэлой
• Інканель
• Гарачатрывалыя сплавы
• Легіраваная сталь

Літаратура

• Нержавеющая сталь (руск.) — артыкул з Вялікай савецкай энцыклапедыі
• Таблица соответствия основных марок всех типов нержавеющих сталей по ГОСТ, EN, UNS, SIS, BS, AISI, химсостав, механические свойства
• Скороходов В. Н., Одесский П. Д., Рудченко А. В. «Строительная сталь»