Легированная сталь и нержавейка это одно и тоже

Обновлено: 22.01.2025

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:

Маркировка	Элемент
Х	Cr – хром
Н	Ni – никель
М	Mo – молибден
С	Si – кремний
Г	Mn – марганец
В	W – вольфрам
Т	Ti – титан
Ю	Al – алюминий
Д	Cu – медь
Б	Nb – ниобий
К	Co — кобальт

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.

Легированная сталь и нержавейка это одно и тоже

Сталь. Легированная сталь. Инструментальная сталь. Нержавеющая сталь.

Сталь
Сталь - это железо, которое содержит углерода меньше, чем чугун; ржавеет медленнее железа, в кислотах растворяется легче чугуна, но труднее железа; удельный вес составляетоколо 7,6-7,9 г. Если сталь нагреть, а затем быстро охладить, сталь приобретает упругость и твердость.
Твердость стали увеличивается с возрастанием содержания углерода, и при 1,2% углерода металл получает особую способность держать острие и обладает упругостью; это есть твердая инструментальная сталь. При более высоком содержании углерода металл теряет свойства стали, и называется чугуноватой сталью.
Если закаленную сталь вновь нагреть и медленно охладить, то она становится мягкой как железо (отпущенная сталь). Строение стали зернистое, поэтому она хорошо полируется. Сталь изготовляют из чугуна или из железа.

Легированная сталь
Легированная сталь - сталь, в составе которой, кроме железа, углерода и неизбежных примесей имеются легирующие элементы вводимые в металл для улучшения эксплуатационных или технологических свойств. Легирующие элементы вводятся в сталь в различных количествах и в разных сочетаниях - по 2, по 3 и более. Если сталь в сумме до 2,5% легирующих элементов, её называют низколегированной.
Сталь, содержащая 2,5-10% легирующих элементов, считается среднелегированной, более 10% - высоколегированной.
Легированная сталь классифицируется либо по структуре, либо по назначению.
Различают легированные стали следующих структурных классов:
1. легированные стали перлитного класса имеют структуру перлита или его разновидностей: сорбита, тростита, а также перлита с ферритом или с заэвтектоидными карбидами.
2. легированные стали мартенситного класса характеризуются пониженной критической скоростью закалки и имеют после нормализации структуру мартенсита.
3. легированные стали аустенитного класса имеют сильно пониженную температуру распада аустенита, который сохраняется в структуре стали даже при комнатной температуре.
4. легированные стали ферритного класса содержат элементы, сужающие область существования аустенита; эти стали могут сохранять структуру феррита (иногда в сочетании с карбидами) при любых температурах (вплоть до расплавления) и после охлаждения с любой скоростью.
5. легированные стали карбидного класса содержат повышенное кол-во углерода и карбидообразующих элементов; структура таких сталей характеризуется наличием карбидов (в литом состоянии - ледебуритная эвтектика).
По назначению легированные стали делят обычно на конструкционные стали, инструментальные стали и стали с особыми свойствами (электротехнические, нержавеющие, жаропрочные и др.).

Инструментальная сталь
Инструментальная сталь - углеродистая или легированная сталь для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, а также деталей машин, испытывающих повышенный износ при умеренных динамических нагрузках (шарико- и роликоподшипники, зубчатые кол?са, ходовые винты в высокоточных станках и др.).
Как правило, инструментальная сталь содержит более 0,6-0,7% С; исключение - штамповые стали для горячего деформирования, содержащие 0,3-0,6% С. Для улучшения эксплуатационных свойств инструментальные стали подвергают термической обработке (закалке, отпуску), в результате которой тв?рдость инструментальной стали повышается до 60-66 HRC, прочность при изгибе - 2,5-3,5 Гн/м2 (250-350 кгс/мм2). С увеличением тв?рдости повышается и износостойкость инструментальной стали - способность сохранять неизменные размеры и форму рабочей поверхности при трении с высокими давлениями.
Инструментальные стали, легированные хромом и марганцем, обладают более высокой закаливаемостью и прокаливаемостью, чем углеродистые. Повышенная красностойкость инструментальной стали - способность сохранять высокую тв?рдость и износостойкость при температурах до 500-700 0С - достигается легированием сталей вольфрамом, молибденом, ванадием. В зависимости от устойчивости против нагрева, возникающего в процессе эксплуатации, инструментальные стали подразделяют на три группы.

Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь - сложнолегированная сталь, стойкая против ржавления в атмосферных условиях и коррозии в агрессивных средах. Основной легирующий элемент нержавеющей стали - Cr (12-20%); кроме того, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo). Чем выше содержание Cr в стали тем выше ее сопротивление коррозии; при содержании Cr более 12% сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17% - коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и др. средах, в частности в азотной кислоте крепостью до 50%.
Коррозионная стойкость нержавеющей стали объясняется тем, что на поверхности контакта хромсодержащего сплава со средой образуется тончайшая защитная пленка окислов или др. нерастворимых соединений. Большое значение при этом имеют: однородность металла, соответствующее состояние поверхности, отсутствие у стали склонности к межкристаллитной коррозии. Чрезмерно высокие напряжения в деталях и аппаратуре вызывают коррозионное растрескивание в ряде агрессивных сред (особенно в средах, содержащих хлориды), а иногда приводят к разрушению. В сильных кислотах (серной, соляной, плавиковой, фосфорной и их смесях) высокую коррозионную стойкость показывают сложнолегированные нержавеющие стали и сплавы с более высоким содержанием Ni с присадками Mo, Cu, Si в различных сочетаниях. При этом для каждых конкретных условий (температура и концентрация среды) выбирается соответствующая марка нержавеющей стали.
По химическому составу нержавеющие стали подразделяются на хромистые, хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые (более 100 марок). По структуре хромистые нержавеющие стали подразделяются на мартенситные, полуферритные и ферритные. Наилучшую стойкость против коррозии имеют хромистые нержавеющие стали мартенситного типа в полированном состоянии. Хромистые нержавеющие стали находят применение в качестве конструкционного материала для клапанов гидравлических прессов, турбинных лопаток, арматуры крекинг-установок, режущего инструмента, пружин, предметов быта. Хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые нержавеющие стали делятся на аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные и аустенитно-карбидные. Различают аустенитные нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, и так называемые стабилизированные - с добавками Ti и Nb. Резкое понижение склонности нержавеющие стали к межкристаллитной коррозии достигается также уменьшением содержания углерода (до 0,03%).

Быстрорежущая сталь
Быстрорежущая сталь - высоколегированная сталь, применяемая главным образом для изготовления режущего инструмента, работающего на скоростях, примерно в 3-5 раз больших, чем инструмент из углеродистой инструментальной стали. Возможность получения такой скорости резания обусловлена красностойкостью быстрорежущей стали. Инструмент из быстрорежущей стали размягчается при нагреве выше 550-600 градусов Цельсия, в то время как из углеродистой инструментальной стали - при 200 градусах Цельсия.
Для получения нужной структуры и свойств инструмент из быстрорежущей стали подвергается специальной термической обработке, состоящей в закалке после нагрева до температуры 1240-1300 градусов Цельсия и многократного (обычно 3 раза) отпуска при температуре 560-620 градусов Цельсия. Для повышения стойкости быстрорежущей стали применяется цианирование, обработка холодом, ступенчатая закалка и др.
Быстрорежущую сталь иногда используют в машиностроении для нагревающихся до 500-650 градусов Цельсия деталей, особенно для так называемых теплостойких шарикоподшипников. Кроме твердости и прокаливаемости, важна чистота быстрорежущей стали.

Электротехническая сталь
Электротехническая сталь - тонколистовая магнитно-мягкая сталь для магнитопроводов (сердечников) электротехнического оборудования (трансформаторов, генераторов, электродвигателей, дросселей, стабилизаторов, реле и т. д.). В зависимости от требуемого уровня магнитных свойств электротехническая сталь содержит различное количество кремния. В соответствии с технологией производства электротехническую сталь подразделяют на холоднокатаные и горячекатаные; в качестве легирующей добавки электротехническая сталь может содержать до 0,5% Al. Иногда электротехническую сталь условно разделяют на динамную и трансформаторную.
Электротехническая сталь выпускается в виде листов (часто в рулонах) и узкой ленты толщиной 0,05-1 мм. К электротехнической стали относится также чистое железо в виде листов или ленты толщиной 0,1-8 мм либо в виде сортового проката (круг или квадрат) различных размеров.
Качество электротехнической стали характеризуется электромагнитными свойствами (удельными потерями, коэрцитивной силой и магнитной индукцией), изотропностью магнитных свойств (разницей в значениях магнитных свойств металла вдоль и попер?к направления прокатки), геометрическими размерами и качеством листов и полос, механическими свойствами, а также параметрами электроизоляционного покрытия.
Электротехническая сталь обычно поставляется в отожженном состоянии.
Широкое применение находят высококачественные холоднокатаные электротехнические стали, например электротехническая сталь с ребровой текстурой, характеризующиеся пониженными удельными потерями. Для снятия механических напряжений, возникающих при изготовлении деталей магнитопроводов, проводят дополнительный кратковременный отжиг при 800-850 градусов Цельсия. Некоторые электротехнические стали поставляются в неотожжном виде; в этом случае для обеспечения заданного уровня магнитных свойств после механической обработки необходимо проводить термическую обработку деталей.

Что такое нержавеющая сталь? [ Часть 1]

Спрос на нержавеющую сталь ежегодно увеличивается на целых 5%. В 2019 году его мировое производство превысило 52 миллиона тонн.

В настоящее время нержавеющая сталь используется во многих отраслях промышленности. Помимо традиционных и морских конструкций, все большее распространение получает бытовая техника.

Хотя нержавеющая сталь дороже низкоуглеродистой стали, ее превосходные свойства позволяют увеличить срок службы и снизить стоимость цикла. Таким образом, большие первоначальные затраты окупаются в долгосрочной перспективе.

В этой статье мы подробнее рассмотрим этот металл и то, что делает его таким популярным в различных отраслях промышленности.

Что такое нержавеющая сталь?

Мы знаем, что сталь - это сплав железа и углерода с максимальным содержанием углерода 2,1%. Нержавеющие стали - это группа сталей, устойчивых к коррозии благодаря добавлению легирующих элементов.

Термин нержавеющая сталь используется для описания семейства из около 200 сплавов стали с замечательными жаропрочными и коррозионными свойствами. Процент углерода может варьироваться от 0,03% до 1,2%.

Его отличительная особенность - высокое содержание хрома. Нержавеющая сталь содержит минимум 10,5% хрома, что улучшает ее коррозионную стойкость и прочность.

Хром в сплаве создает пассивный слой при окислении на воздухе. Этот слой действует как защита от дальнейшей коррозии, что делает сплав стойким к ржавчине. Этот механизм позволяет сохранять безупречный внешний вид в течение длительного времени при нормальных условиях работы.

Преимущества нержавеющей стали

Нержавеющая сталь с феноменальным успехом используется в различных отраслях промышленности уже более 70 лет. С каждым годом открываются все новые области ее применения, поскольку ее преимущества становятся все более очевидными.

С увеличением спроса производство увеличилось, что сделало его более доступным, чем когда-либо. Повышенный спрос приводит к доступности как стандартных, так и нестандартных размеров. Кроме того, доступен широкий выбор отделки из нержавеющей стали.

Помимо полированной отделки, доступен целый ряд узорчатых и цветных поверхностей. Это позволяет найти подходящий вариант для ваших нужд.

Нержавеющая сталь также на 100% пригодна для вторичной переработки. Фактически, половина всей продукции нержавеющей стали производится из металлолома. Это делает его относительно экологически чистым материалом.

Сценарии использования

Нержавеющая сталь - чрезвычайно универсальный материал. Она предпочтительна там, где требуются свойства стали и коррозионная стойкость в тандеме.

Его впервые использовали в столовых приборах, из-за его свойств устойчивости к коррозии. Затем он попал в химическую промышленность. Сегодня нержавеющую сталь можно встретить практически повсюду.

Сценарии использования варьируются от отрасли к отрасли. Например, они используются для изготовления крохотных деталей для наручных часов. В то же время большие панели с определенной отделкой поверхности могут покрывать целые постройки.

Концертный зал Уолта Диснея

Несколько отраслей, где широко используется нержавеющая сталь:

Еда и общественное питание;
Химия и фармацевтика;
Производство медицинского оборудования;
Архитектура и строительство;
Бытовая техника;
Cудостроение;
Автомобильное производство;
Энергетика и промышленность.

Типы нержавеющей стали:

Существует множество марок и видов отделки поверхности нержавеющей стали в зависимости от того, какую среду должен выдерживать металл. Исходя из микроструктуры, их можно разделить на четыре основные категории.

Аустенитная нержавеющая сталь

Аустенитная нержавеющая сталь имеет аустенит в качестве первичной микроструктуры. Аустенит - это твердый раствор железа и углерода, который возникает при температуре выше критической 723° C. Это семейство нержавеющих сталей демонстрирует высокую прочность и впечатляющую стойкость к повышенным температурам.

70 процентов всей нержавеющей стали - аустенитная. Она содержит не менее 16% хрома и 6% никеля.

Стабилизаторы аустенитного состояния - это элементы, которые добавляются для ускорения образования аустенитной микроструктуры. Эта марка нержавеющей стали является немагнитным металлом и не может быть закалена путем термической обработки. Коррозионная стойкость может быть изменена в зависимости от условий эксплуатации.

Ферритная нержавеющая сталь

Ферритные стали обычно содержат только хром в качестве легирующего элемента. Содержание хрома колеблется от 10,5 до 18%. Они обладают средней коррозионной стойкостью и плохими технологическими характеристиками. Методы термообработки тоже не помогают упрочнять металл.

Как правило, они обладают лучшими инженерными способностями, чем аустенитные марки. В отличие от аустенитных марок, они магнитные. Они также обладают хорошей устойчивостью к коррозии под напряжением, что приводит к меньшему износу коррозионного материала.

Дуплексная нержавеющая сталь

Дуплекс - это смесь аустенитной и ферритной нержавеющей стали. Таким образом, она обладает свойствами обеих составляющих. В ней высокое содержание хрома и низкая концентрация никеля. Обладая высокой прочностью на разрыв и хорошей свариваемостью, дуплексные нержавеющие стали имеют уникальные преимущества.

Они демонстрирует хорошую устойчивость к коррозии под напряжением, но не такую высокую, как ферритные марки. Они более жесткий, чем ферритные марки, но мягче, чем аустенитные марки.

Мартенситная нержавеющая сталь

Этот тип нержавеющей стали состоит из высокого содержания углерода и низкого содержания хрома. Как и ферритные марки, она магнитная. Она плохо сваривается по сравнению с другими марками, но имеет более высокую прокаливаемость и может подвергаться термической обработке для улучшения свойств.

Мартенситная нержавеющая сталь обладает более низкой коррозионной стойкостью по сравнению с аустенитными и ферритными марками при одинаковом содержании хрома и сплавов.

Нержавеющие стали с осадительной закалкой

Эта подгруппа обеспечивает сочетание аустенитных и мартенситных свойств. Упрочнение достигается добавлением одного или нескольких элементов, таких как алюминий, молибден, ниобий, титан и медь.

Он способен развивать высокую прочность на разрыв за счет термической обработки. Он содержит хром и никель в качестве легирующих элементов. Эти марки используются в высокоскоростных изделиях, таких как лопатки турбин.

Марки нержавеющей стали:

Сегодня на рынке представлены сотни марок нержавеющей стали. Выбор правильной марки для вашего применения очень важен, поскольку их свойства могут сильно отличаться друг от друга.

Система AISI (Американский институт чугуна и стали) для обозначения нержавеющей стали до сих пор используется в промышленности. В системе нумерации используются трехзначные номера, начинающиеся с 2, 3 или 4.

200 серия

Эта серия используется для аустенитных марок, содержащих марганец. Эти хромомарганцевые стали имеют низкое содержание никеля (менее 5 процентов).

200 серия находят применение в:

Стиральных машинах;
Столовых приборах;
Оборудовании для еды и напитков;
Автомобильной промышленности;
Внутриквартирное оборудование и др.

300 серия

Эта серия используется для обозначения аустенитных нержавеющих сталей с углеродом, никелем и молибденом в качестве легирующих элементов. Добавление молибдена улучшает коррозионную стойкость в кислой среде, а никель улучшает пластичность.

AISI 304 и 316 - самые распространенные марки в этой серии. AISI 304 также широко известна как сталь 18/8, поскольку она содержит 18% хрома и 8% никеля.

Горячие блюда в контейнерах из нержавеющей стали

Области применения нержавеющей стали серии 300 включают:

Пищевая промышленность и производство напитков;
Автомобильная промышленность;
Конструкции для критических сред;
Медицинские инструменты;
Ювелирные изделия и др.

400 серия

Ферритные и мартенситные сплавы образуют эту серию нержавеющей стали. Эти марки могут подвергаться термической обработке. Обеспечивает хорошее сочетание прочности и высокой износостойкости. Однако коррозионная стойкость ниже, чем у серии 300.

Области применения серии 400 включают:

Сельскохозяйственная техника;
Валы двигателя;
Детали газовых турбин и т. д.

Классы SAE

В системе нумерации SAE для обозначения нержавеющей стали используется 1-буквенный + 5-значный числовой код UNS. Обычная марка AISI 304 имеет обозначение SAE S30400. Хотя у большинства марок есть обозначения, недавно разработанные эксклюзивные марки могут быть названы их владельцами и не иметь кода SAE.

Если данная статья показалось вам интересной, то советуем ознакомиться со второй частью в нашем блоге.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Нержавеющая сталь коррозионно-стойкие свойства

Нержавеющая сталь фактически представляет виды материала, эффективно стойкого относительно коррозии за счёт легирования различными легирующими элементами. Между тем, коррозионно-стойкие структуры способны «корродировать» под воздействием различных веществ. Соответственно, термин «нержавеющие» следует рассматривать для всей группы таких материалов, легированных хромом с целью получения коррозионно-стойких свойств.

Типы нержавеющих сталей + применяемые легирующие элементы

Для легирования используются разные химические элементы, в частности:

хром (Cr),
углерод (C), ,
ниобий (Ni),
азот (N),
молибден (Mo),
тантал (Ta).

Нержавеющие стали фактически представляют сплавы железа, хрома, никеля, марганца, молибдена, титана, ниобия, углерода и других сплавов. Нержавеющие стали условно разделяют на три основные группы:

Легированные хромом.
Легированные хромом и никелем.
Мартенситные.

Эти группы характеризуются содержанием углерода от 0,1% до 1,0%. Содержание хрома отмечается диапазоном 13% — 18%. Так называемые мартенситностареющие структуры подвергаются закалке на воздухе. Такой материал невозможно сваривать без предварительного нагрева и последующего отпуска.

Структура, однако, является сфероидизируемой. В этом состоянии допустима обработка резанием. По сути, являясь машинными, этот тип нержавеющих сталей обладает значительной прочностью в термически обработанном состоянии. Также отмечается повышенная стойкость к коррозии. Применяются, как правило, для деталей машин, подверженных коррозии, например:

зубчатые шестерни,
валы и ножи,
клапаны и оси.

Что такое сфероидизация нержавеющих сталей?

Структуры с большим содержанием цементита (легированные стали с большим содержанием карбидов) трудно сваривать только холодной деформацией и резкой. Это обусловлено высокой твёрдостью и пластинчатым образованием карбидов.

При ковке или сварке, когда материал нагревается до температуры выше 800-900°C, структура превращается в образование с пластинчатым перлитом и карбидами по границам зёрен. Очевидным становится значительный износ режущего инструмента.

Нержавеющая сталь сфероидизируется при температуре ниже температуры 723°C. Сфероидизация – это, по сути, превращение пластин карбида в шарообразные образования. Такая термообработка, обычно, характерна для производственных процессов сталелитейных заводов.

При обработке сфероидизированного материала твёрдые шарики вдавливаются в более мягкий ферритный основной материал. Твёрдость снижается, пластичность увеличивается.

Нержавеющая сталь ферритная легированная хромом

Этот тип характеризуется ферритным при всех температурах, если процентное содержание углерода и процентное содержание хрома уравновешены. Содержание хрома может варьироваться на уровне 12% — 30%. Если процентное содержание хрома составляет 27%, допускается содержание углерода до 0,25%. Если содержание хрома составляет 13%, процентное содержание углерода не должно превышать 0,05%.

Ферритные материалы труднее сваривать, чем аустенитные, поскольку существует риск образования трещин в зоне термического влияния по причинам образования зерна. Образование крупных зёрен невозможно предотвратить термической обработкой, поскольку налицо ферритная структура при высоких температурах.

Типичное производство так называемых ферритных нержавеющих сталей, достаточно широко применяемых в народном хозяйстве

Небольшие количества ванадия и молибдена способны противодействовать образованию крупных зёрен. Эти структуры невозможно упрочнить мартенситно, но вполне возможно повысить прочность холодной деформацией. Материал подходит для деформации, и применяется в бытовой технике.

Несмотря на быстрое охлаждение, отмечается новое выделение карбида по причине оптимальных условий для диффузии в кубическом центрированном пространстве решётки. Однако если термообработка происходит при температурах 700°C — 800°C, концентрация остаточного количества хрома в кристаллах α сбалансирована. Стабилизация сталей титаном и ниобием может снизить склонность ферритных сталей к межкристаллитной коррозии.

Другой способ избежать межкристаллитной коррозии — применение стали ELI, представляющей материал с очень низким содержанием углерода 0,003% и азота. Но при этом содержание хрома должно быть очень высоким, поскольку и углерод, и азот имеют аустенитный эффект.

Длительный нагрев до 550°C — 800°C ферритно-хромистых сталей с содержанием хрома более 20% вызывает эффект охрупчивания по причине образования так называемой сигма-фазы. Пластичность значительно снижается, а предел прочности на разрыв увеличивается. Эта фаза снимается путём нагревания до температуры более 800°C, после чего применяется быстрое охлаждение для предотвращения повторного явления этой фазы.

Ферритно-аустенитные нержавеющие стали

Этот тип нержавейки отличается легированием на уровне 18% — 26% хрома, 5% — 6% никеля, 0,03% — 0,15% углерода. Нержавейка такого типа легче сваривается по сравнению с чисто ферритным материалом, а коррозионная стойкость примерно равна нержавейке типа 18/8.

Этот тип материала демонстрирует значительно лучшую ударную вязкость, чем ферритные структуры, но при этом может оставаться хрупким. Некоторые отдельные типы в процессе сварки характеризуются образованием мартенсита. Этот тип материала отмечается хорошими литейными свойствами, поэтому часто используется для литья нержавеющих стальных изделий, к примеру, клапанов и аналогичных.

Аустенитные нержавеющие стали

Одна из первых производных нержавеющей стали прошла следующий анализ:

углерод 0,12%,
хром 18%,
никель 8%.

Продукт получил характеристику нержавеющая сталь 18/8. Именно из этой основе несколько позже были разработаны другие типы нержавеек. За счёт добавления до 5% молибдена вместе с повышенным содержанием никеля было достигнуто улучшение антикоррозионных свойств.

Этот вид нержавеющей стали считается однофазным, то есть материал является аустенитным при всех температурах, за исключением некоторых случаев образования дельтаферрита при высоких температурах.

Процент углерода в составе аустенитных нержавеющих сталей низкий, поскольку хром является очень сильным производителем карбида. Образование карбида хрома является нежелательным элементом многих нержавеющих сталей. Крайне сложно и дорого снижать содержание углерода до такого необходимого уровня.

Продукт — пружины металлические для механических систем, изготовленные на основе аустенитной нержавейки. Такие изделия используются повсеместно и в больших количествах

Поэтому нержавеющую сталь часто легируют титаном и ниобием, которые являются сильными генераторами карбида. Таким методом удаётся избежать образования карбидов хрома. Аустенитную нержавейку условно разделяют на четыре группы в соответствии с легирующим составом, в частности, в отношении процентного содержания углерода:

содержание до 0,10%,
содержание до 0,06%,
содержание до 0,03%,
содержание до 0,06%.

Углерод соединяется с титаном или ниобием, что предотвращает образование карбида хрома. Легирование молибденом улучшает коррозионные свойства против хлоридов и разбавленных кислот. Чтобы сохранить аустенитную структуру, при увеличении содержания молибдена необходимо повысить содержание никеля.

Свариваемость аустенитных нержавеющих сталей

Аустенитные нержавеющие стали легко свариваются без образования мартенсита в зоне термического влияния. Однако следует учитывать: аустенитные нержавеющие стали имеют низкую теплопроводность.

Этот параметр отмечается на уровне не выше 40% по сравнению с обычной стальной структурой. Коэффициент теплового расширения составляет приблизительно на 50% больше, чем для обычной структуры.

Эти условия характеризуют материал как склонный к напряжениям и деформациям. Если процентное содержание углерода достаточно велико, может происходить осаждение карбидов хрома, когда температура повышается и достигает диапазона 450°C — 800°C.

Осаждение происходит на границах зёрен аустенита, то есть области гамма-кристаллов рядом с карбидами хрома становятся «расщеплёнными». Таким образом, утрачивается коррозионная стойкость. Содержание углерода должно быть достаточно большим для образования карбидов хрома.

Так обстоит дело с упомянутыми выше группами 1 и 2, и поэтому эти типы нержавеек необходимо подвергать термообработке после процесса сварки, чтобы восстановить содержание хрома в аустенитных зёрнах.

Термообработку логично проводить при температурах 1000°C — 1100°C, когда карбиды хрома растворяются, и содержание хрома равномерно перераспределяется в гамма-кристаллах. Охлаждение до температуры ниже 400°C следует выполнять очень быстро, чтобы избежать повторного образования карбидов.

Даже при такой высокой температуре термообработки аустенитная нержавеющая сталь не очень склонна к росту зерна. При работе с большой конструкцией, когда такого рода термообработка невозможна, необходимо выбирать нержавеющую сталь ELC группы 3. Этот материал имеет очень низкое содержание углерода и, следовательно, не образует карбидов.

Стабилизированная нержавеющая сталь + свариваемость

Стабилизированные нержавеющие стали также допустимо сваривать без последующей термической обработки. Нержавеющая сталь может быть легирована:

титаном,
никелем,
хромом,
танталом.

Эти элементы потребляют углерод и делают невозможным образование карбида хрома. Из-за трудностей вышеупомянутой термической обработки, свариваемые нержавеющие стали не требуют термической обработки после сварки (группа 4, где содержание углерода менее 0,1%). Эти нержавеющие стали также подходят для применения при более высоких температурах.

При легировании стабилизаторами: титаном или ниобием, образуются стабильные карбиды, предотвращающие образование нежелательных карбидов хрома. Количество стабилизаторов зависит от содержания. Содержание титана должно быть в 10 раз больше содержания углерода, тогда как содержание тантала, которое обычно заменяет часть содержания ниобия, должно быть в 20 раз больше содержания углерода.

Титан не используется в наполнителе, так как легко окисляется и образует оксид титана. Наполнитель обычно стабилизируется ниобием. Титан имеет важные экономические преимущества, тем не менее, считается менее активным, чем ниобий. Недостатком титана является долгий процесс полировки, если требуется получить полностью гладкую поверхность.

Обычное производство пластин и профилей приводит к соединению углерода в карбид титана, так что нержавеющие стали обычно устойчивы к межкристаллитной коррозии. Стабилизированные нержавеющие стали выгодны для конструкций, работающих под высоким давлением и в условиях высоких температур.

Предел ползучести и предел прочности при высоких температурах для таких материалов лучше, чем у нестабилизированных нержавеющих сталей. Стабилизированные нержавеющие стали также более устойчивы к межкристаллитной коррозии при температурах выше 400°C. Когда стабилизированные нержавеющие стали отжигаются в течение нескольких часов и медленно охлаждаются, образования карбидов хрома не отмечается.

Читайте также: