Прочитали: раз

Нержавеющая сталь: состав, свойства, марки, маркировка

Содержание:
  1. В чем состоит уникальность нержавеющих сталей
  2. Методы классификации
  3. Наиболее популярные марки и сферы их применения
  4. Как расшифровать маркировку

Высокая популярность такого материала, как нержавеющая сталь, объясняется ее уникальными характеристиками, которыми не обладают обычные углеродистые стальные сплавы. Благодаря большому разнообразию марок нержавеющих сталей, представленных на современном рынке, их можно подбирать для успешного решения технологических задач различного характера.

 

Внешний вид сооружений из нержавеющей стали не изменяется на протяжении всего срока эксплуатации

В чем состоит уникальность нержавеющих сталей

Нержавеющая сталь была запатентована в Англии в 1913 году. Автором данного изобретения, которое, без преувеличения, стало важнейшим этапом развития не только сталелитейной, но и других отраслей промышленности, является металлург Гарри Бреарли.

Наделить обычные стальные сплавы уникальными характеристиками и получить из них коррозионностойкие стали позволило добавление в их химический состав такого элемента, как хром.

Именно хром, которого в составе нержавеющих стальных сплавов должно быть не менее 10,5%, обеспечивает данным материалам такие характеристики, как:

  • исключительно высокая устойчивость к коррозии;
  • очень высокая прочность;
  • хорошая свариваемость;
  • простота обработки методами холодной деформации;
  • длительный эксплуатационный срок без потери первоначальных характеристик;
  • эстетически привлекательный внешний вид изделий, изготовленных из сплавов данной категории.

 

Влияние легирующих элементов на свойства сталей

Нержавеющие стали в обязательном порядке содержат в своем химическом составе хром и железо. Эти элементы дополняют друг друга, что и обеспечивает данным материалам такие уникальные характеристики. В частности, хром, соединяясь с кислородом, создает на поверхности нержавеющего сплава оксидную пленку, которая и становится надежным препятствием для коррозионных процессов.

Для того чтобы наделить нержавеющую сталь дополнительными характеристиками и значительно улучшить уже имеющиеся свойства, в ее химический состав вводят легирующие добавки – никель, титан, молибден, ниобий, кобальт и др. Такое легирование позволяет создавать различные виды стальных сплавов нержавеющей категории, отличающиеся друг от друга своими характеристиками и, соответственно, назначением.

 

Мы уже так привыкли к коррозиооностойкой стали, что даже не замечаем, насколько наша жизнь стала комфортнее из-за присутствия в ней нержавейки

Нержавеющая сталь содержит в своем химическом составе углерод, который придает ей высокую твердость и прочность. Следует отметить, что данный химический элемент является обязательным компонентом любого стального сплава и оказывает серьезное влияние на его свойства.

Уникальные характеристики, которыми отличается нержавеющая сталь, позволяют успешно использовать данный металл в самых различных сферах, связанных с эксплуатацией изделий и оборудования в условиях повышенной влажности и постоянного воздействия на них агрессивных сред. Активно используются нержавеющие стали для производства изделий как промышленного, так и бытового назначения. В частности, именно из этого металла чаще всего делают столовые приборы и ножи, изготавливают элементы коммуникаций и ограждающих конструкций, детали оборудования и др.

Методы классификации

Характеристики, которыми обладают нержавеющие стали, определяются как химическим составом сплавов, так особенностями их внутренней структуры. В зависимости от данных параметров все стали, относящиеся к категории нержавеющих, делятся на четыре группы.

Ферритные (хромистые)

В химическом составе сталей данной группы хром содержится в объеме 20% (поэтому их и называют хромистыми). Благодаря значительному содержанию хрома изделия из таких сталей способны успешно противостоять воздействию даже очень агрессивных сред. Стальные сплавы данной группы отличаются хорошими магнитными характеристиками.

 

Химический состав и механические свойства сталей ферритного класса

Крупными потребителями ферритных сталей являются предприятия тяжелой и химической промышленности, из нержавеющих сплавов этого вида производят элементы отопительного оборудования, а также многое другое. Сплавы ферритной группы занимают достаточно большую долю рынка нержавеющих сталей и по уровню своей востребованности лишь незначительно уступают материалам с аустенитной внутренней структурой, но стоят значительно дешевле последних.

Аустенитные

Это нержавеющие стали, значительная доля химического состава которых (до 33%) приходится на хром и никель. Потребители отдают предпочтение этим сплавам из-за того, что такие материалы отличаются высокой прочностью и исключительной устойчивостью к коррозии.

 

Химический состав и сферы применения жаропрочных аустенитных нержавеющих сталей (нажмите для увеличения)

Мартенситные и ферритно-мартенситные

Благодаря особенностям внутренней структуры такие сплавы отличаются самой высокой прочностью среди сталей. Кроме того, они характеризуются хорошей износоустойчивостью и минимальным количеством вредных примесей в своем составе. Именно к этой категории относится жаропрочная коррозионностойкая сталь, способная не только успешно противостоять окислительным процессам, но и эксплуатироваться в условиях постоянного воздействия высоких температур, не утрачивая при этом своих первоначальных свойств.

 

Содержание химических элементов в мартенситных и ферритно-мартенситных сталях (нажмите для увеличения)

Комбинированные

Сюда относятся стали с внутренней структурой комбинированного типа: аустенитно-ферритной и аустенитно-мартенситной. Такие инновационные материалы оптимально сочетают в себе лучшие свойства всех вышеперечисленных видов нержавеющих сталей.

 

Химические составы коррозионностойких сталей аустенитно-мартенситного класса

Владение информацией о том, к какой из групп относится та или иная марка нержавеющей стали, позволяет оптимально подбирать сплавы для решения определенных технологических задач.

Наиболее популярные марки и сферы их применения

Чтобы правильно подобрать нержавеющую сталь для изготовления продукции определенного назначения, можно воспользоваться специальными справочниками, в которых перечислены как все марки такого материала, так их основные характеристики. Между тем в каждой из таких групп есть наиболее популярные марки, которые чаще всего и выбирает потребитель. Перечислим их.

  • 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М3Т – стали, которые отличаются хорошей свариваемостью и отличной устойчивостью к коррозии. Благодаря таким свойствам нержавеющие стальные сплавы данных марок успешно используют для производства изделий, которые в процессе своей эксплуатации постоянно подвергаются воздействию высокой температуры и агрессивных сред. Свойства сталей данных марок формируются за счет наличия в их химическом составе следующих элементов: хрома (16–18%), молибдена (2–3%), никеля (12–14%), углерода (0,1%), кремния (0,8%), меди (0,3%), серы (0,02%), фосфора (0,035%), марганца (2%), титана (0,7%). Если существует необходимость в выборе нержавеющих сталей данных марок, то следует иметь в виду, что на отечественном рынке можно приобрести и их зарубежные аналоги, а именно: SUS316Ti (Япония), 316Ti (США), OCr18Ni12Mo2Ti (Китай), Z6CNDN17-12 (Франция).
  • 08Х18Н9 и 08Х18Н10 – нержавеющие стальные сплавы, из которых делают трубы как круглого, так и любого другого сечения. Используют эти материалы для производства различных конструкций, эксплуатируемых в машиностроительной и химической промышленности, а также для производства элементов трубопроводов и печных устройств. В химическом составе сталей данных марок содержатся следующие элементы: хром (17–19%), углерод (0,8%), титан (0,5%), никель (8–10%).
  • 10Х23Н18 – сталь этой марки характеризуется высоким содержанием никеля (17–20%) и хрома (22–25%), а также марганца (2%) и кремния (1%) в своем составе. Такое сочетание элементов наделяет сплав требуемыми характеристиками и формирует повышенную склонность к отпускной хрупкости. Следует отметить, что сплав данной марки относится к нержавеющим сталям жаропрочной категории.
  • 08Х18Н10Т – нержавеющий сплав данной марки отличается высокой устойчивостью к процессам окисления, а также хорошей свариваемостью, причем для получения качественного соединения по данной технологии изделия можно не подвергать предварительному нагреву, а также не выполнять их термическую обработку после сварки. Чтобы улучшить прочностные характеристики изделий, изготовленных из такой стали, их необходимо подвергнуть закалке, что оговорено в соответствующем нормативном документе.
  • 06ХН28МДТ – сплав данной марки оптимально подходит для создания сварных конструкций, которые будут в дальнейшем эксплуатироваться в агрессивных средах. В химическом составе этой стали содержатся следующие элементы: хром (22–25%), никель (26–29%), медь (2,5–3,5%).
  • 12Х18Н10Т – изделия, изготовленные из стали данной марки, преимущественно используются для оснащения предприятий химической, целлюлозно-бумажной, строительной, пищевой и топливной отраслей. Этот металл отличается термической стойкостью, хорошей ударной вязкостью и практичностью использования.
  • 12Х13, 20Х13, 30Х13 и 40Х13 – нержавеющие стальные сплавы данных марок практически не поддаются свариванию, но есть у них и положительные свойства. Последние заключаются в том, что эти стали не имеют склонности к отпускной хрупкости, а их внутренняя структура не поражается дефектами, которые на профессиональном языке называются флокенами. Из нержавеющих сталей данных марок изготавливают режущий и измерительный инструмент, а также рессоры и пружины различного назначения.
  • 08Х13, 08Х17, 08Х18Т1 – это нержавеющие стальные сплавы ферритной группы, из которых производят изделия, не испытывающие в процессе своей эксплуатации ударные нагрузки, а также воздействие низких температур.

 

Виды поверхностей нержавеющей стали

Как расшифровать маркировку

Маркировка нержавеющих сталей, правила формирования которой оговариваются положениями нормативных документов, несет в себе следующую информацию:

  • число, стоящее на первом месте, указывает на количественное содержание в составе сплава такого химического элемента, как углерод (например, в стали марки 08Х17 углерод содержится в количестве 0,08%, а в 40Х13 – 0,4%);
  • после букв в маркировке, каждая из которых обозначает соответствующий химический элемент (Х – хром, Н – никель, М – марганец), проставляются цифры, указывающие на его содержание в целых процентах.

 

Пример расшифровки обозначения нержавеющей стали

В целом, если говорить о правилах маркировки стальных сплавов, относящихся к категории нержавеющих, они практически ничем не отличаются от тех, которые приняты для обозначения сталей любого другого типа.

 

Маркировка, с помощью которой обозначаются различные типы нержавеющих сталей, позволяет получить информацию не только о химическом составе сплава, но и об основных свойствах, которыми он обладает. Правила формирования обозначения, состоящего из буквенных и цифровых символов, регламентируются положениями как отечественных, так и международных нормативных документов.

Труба нержавеющая тонкостенная марки 12Х18Н10Т

Правила маркировки стальных сплавов в разных странах мира

Сталь различных марок, которая широко представлена на современном рынке, производят во многих странах мира. В связи с этим актуальным является вопрос принятия международных правил, по которым она обозначается. Однако, к сожалению, единых правил обозначения сталей нет и по сегодняшний день, что часто становится причиной серьезных затруднений как при продаже таких сплавов на международном рынке, так и при их применении в промышленности. В отдельных странах (речь идет прежде всего о крупнейших производителях стали) приняты свои нормативные документы, по которым осуществляется маркировка. Потребителю из другого региона для правильного выбора стали необходимо сопоставить ее маркировку с обозначениями, принятыми в его стране.

Схема европейской маркировки стали

В европейских странах сталь производят и обозначают в соответствии с положениями стандарта EN 100 27, который состоит из двух частей. В первой из таких частей оговаривается принцип, по которому стальным сплавам присваиваются определенные наименования, а во второй – принцип присвоения стали числовых обозначений.

Пример расшифровки европейской марки стали

В России, как и во многих странах СНГ, используется принцип маркировки стали, заимствованный еще из старых советских ГОСТов. В соответствии с этим принципом маркировка сталей формируется из буквенных и числовых символов. Цифры указывают на содержание определенных химических элементов в сплаве, а буквы – это закодированные названия данных элементов, а также способы, при помощи которых выполнялась выплавка стали. В США, которые являются крупнейшим производителем стали, используется сразу несколько систем ее обозначения – SAE, AJS, AMS, ASTM, ANSI, ASME, AWS и ACJ. Наиболее распространенной из них из-за большей унифицированности является ANSI.

Обозначение сталей в системе AISI

Достаточно сложная система маркировки нержавеющей стали используется в Японии. Так, в соответствии с данной системой, все стальные сплавы разделены на отдельные группы, каждая из которых обозначается определенной литерой. Внутри каждой из таких групп стали разделены на подгруппы, маркируемые уже при помощи цифр, по которым и можно определить химический состав сплава, а также получить информацию о его свойствах. Естественно, что все перечисленные системы используются для маркировки как обычных, так и нержавеющих сталей.

Соответствие нержавеющих сталей различных стандартов

Принципы обозначения нержавеющих сталей в России и странах СНГ

Нержавеющие стали в России и странах СНГ, как уже говорилось выше, маркируются при помощи сочетания буквенных и цифровых символов. При этом первые указывают на то, какие химические элементы содержатся в составе стали, а также на способы ее выплавки, а по цифрам можно определить количественное содержание перечисленных в обозначении нержавейки элементов.
Все буквенные обозначения химических элементов, используемые в маркировке нержавеющих сталей, унифицированы и по ним можно однозначно определить состав нержавейки.
Так, в стандарте, основой которого стал советский ГОСТ, оговариваются следующие буквенные обозначения химических элементов:
  • С – кремний, который вводят в состав нержавейки для того, чтобы на поверхности изделий, которые из нее изготовлены, после выполнения термообработки не формировался слой окалины;
  • Ю – алюминий, при помощи которого добиваются стабилизации структуры нержавеющей стали, а также снижают риск формировании в структуре сплава посторонних включений, что может происходить в тот момент, когда изделия из него контактируют с кипящими жидкостями;
  • Х – хром, являющийся основным легирующим элементом всех нержавеющих стальных сплавов и придающий им исключительную коррозионную устойчивость, за которую они и ценятся;
  • М – молибден, придающий структуре нержавеющих сталей устойчивость при их взаимодействии с агрессивными газовыми средами;
  • Е – селен, обеспечивающий изделиям из нержавеющих сталей требуемые параметры электрического сопротивления;
  • Р – бор, повышающий коррозионную устойчивость сталей при воздействии на них химических сред и высокой температуры;
  • К – кобальт, применяемый для стабилизации углерода, содержащегося в стали;
  • П – фосфор, используемый в стали в качестве коррозионного пассиватора;
  • Б – ниобий, который вводят в состав нержавейки для того, чтобы активировать ферритные процессы, протекающие в кристаллах внутренней структуры металла;
  • Ф – ванадий, добавляемый в состав нержавеющей стали для повышения ее пластичности.

Дополнительные буквы в маркировке высококачественных сталей

Естественно, это не весь перечень химических элементов, которые могут содержаться в составе нержавейки. Как и в любой другой стали, в составе нержавеющего сплава в обязательном порядке содержится углерод (буква «У» в маркировке), который не только придает ему требуемые прочностные характеристики, но и повышает устойчивость к окислительным процессам. Чтобы придать нержавейке хорошую ковкость и повысить ее устойчивость к воздействию высоких температур, в нее добавляют никель, который в маркировке сплава обозначается буквой «Н». Несмотря на то, что нержавеющие стали и так отличаются высокой коррозионной устойчивостью, степень такой защиты можно повысить, если добавить в их состав медь, обозначаемую в маркировке буквой «Д». Кроме перечисленных элементов, в составе нержавеющих сталей могут присутствовать марганец (буква «Г»), титан («Т»), цирконий («Ц») и вольфрам («В»).

На что указывают цифры в маркировке

Цифры, присутствующие в маркировке, позволяют узнать о количестве элементов, которые содержатся в нержавеющей стали. Разбираясь в маркировке такого сплава, следует иметь в виду, что самые первые цифры, стоящие перед буквенным обозначением, указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Например, в нержавейке марки 12Х18Н10Т содержится 0,12% углерода.

Маркировка конструкционных марок сталей

За каждой буквой в маркировке сплава, как видно из приведенного примера, также стоит цифра, которая указывает на содержание определенного химического элемента, но уже в целых процентах. Так, в рассматриваемом в качестве примера сплаве в соответствии с его маркировкой содержатся следующие химические элементы:
  • хром – 18%;
  • никель – 10%;
  • титан – до 1,5% (так как после буквенного обозначения данного элемента не проставлено никаких цифр).

Цифры в маркировке нержавеющей стали

Таким образом, разобраться в маркировке нержавеющих стальных сплавов не так сложно, а для того чтобы получить информацию о наиболее значимых характеристиках и свойствах стали определенной марки, достаточно заглянуть в специальные таблицы.
И в заключение небольшое общеобразовательное видео о нержавеющей стали, ее разновидностях, характеристиках и маркировке.

Магнитится ли нержавейка: магнитные свойства нержавеющей стали

Учитывая тот факт, что нержавейка сегодня выпускается в большом разнообразии марок, нельзя однозначно ответить на вопрос о том, магнитится она или нет. Магнитные свойства нержавеющих сталей зависят от химического состава и, соответственно, от внутренней структуры сплавов.

Портативный анализатор металлов позволяет быстро определить содержание химических элементов и сделать заключение о качестве нержавеющей стали

От чего зависят магнитные свойства материалов

Магнитное поле с определенным уровнем своей напряженности (Н) действует на помещенные в него тела таким образом, что намагничивает их. При этом интенсивность такого намагничивания, которая обозначается буквой J, прямо пропорциональна напряженности поля. В формуле, по которой вычисляется интенсивность намагничивания определенного вещества (J = ϞH), также учитывается коэффициент пропорциональности Ϟ – магнитная восприимчивость вещества. В зависимости от значения данного коэффициента все материалы могут входить в одну из трех категорий:
  • парамагнетики – коэффициент Ϟ больше нуля;
  • диамагнетики – Ϟ равен нулю;
  • ферромагнетики – вещества, магнитная восприимчивость которых отличается значительной величиной (такие вещества, к которым, в частности, относятся железо, кобальт, никель и кадмий, способны активно намагничиваться, даже будучи помещенными в слабые магнитные поля).

Направления действия магнитных моментов соседних атомов в веществах различной магнитной природы

Магнитные свойства, которыми обладает нержавейка, связаны еще и с ее внутренней структурой, которая может включать в себя аустенит, феррит и мартенсит, а также их комбинации. При этом на магнитные свойства нержавейки оказывают влияние как сами фазовые составляющие, так и то, в каком соотношении они находятся во внутренней структуре.

Нержавеющие стали с хорошими магнитными свойствами

Хорошими магнитными свойствами отличается нержавейка, в которой преобладают следующие фазовые составляющие:
  • Мартенсит – является ферромагнетиком в чистом виде.
  • Феррит – данная фазовая составляющая внутренней структуры нержавейки в зависимости от температуры нагрева может принимать две формы. Ферромагнетиком такая структурная форма становится в том случае, если сталь нагревают до температуры, находящейся ниже точки Кюри. Если же температура нагрева нержавейки находится выше этой точки, то в сплаве начинает преобладать высокотемпературный дельта-феррит, который является выраженным парамагнетиком.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что магнитится та нержавейка, во внутренней структуре которой преобладает мартенсит. Как и обычные углеродистые стали, такие сплавы реагируют на магнит. По данному признаку их и можно отличить от немагнитных.

Способность нержавейки магнитится не влияет на её коррозионную стойкость

Нержавеющие стали, в которых преобладает феррит или его смесь с мартенситом, чаще всего также относятся к ферромагнетикам, но их свойства могут различаться в зависимости от соотношения фазовых составляющих их внутренней структуры.
Нержавейка, магнитные свойства которой могут изменяться, – это преимущественно хромистые и хромоникелевые сплавы, которые могут относиться к одной из нижеприведенных групп.
Мартенситные Стали с мартенситной внутренней структурой, которые, как и обычные углеродистые, могут упрочняться при помощи закалки и отпуска. Такая нержавейка, кроме предприятий общего машиностроения, активно используются в быту (в частности, именно из нее производят столовые приборы и режущие инструменты). К наиболее распространенным маркам таких магнитных сталей, изделия из которых производятся с термообработкой и могут подвергаться финишной шлифовке и полировке, относятся 20Х13, 30Х13, 40Х13.

Сталь марки 30Х13 менее пластична, чем сплав 20Х13, несмотря на сходный состав (нажмите для увеличения)

В данную категорию также входит сплав марки 20Х17Н2, который отличается повышенным содержанием хрома в своем химическом составе, что значительно усиливает его коррозионную устойчивость. Почему такая нержавейка популярна? Дело в том, что, кроме высокой устойчивости к коррозии, она характеризуется отличной обрабатываемостью при помощи холодной и горячей штамповки, методов резания. Кроме того, изделия из такого материала хорошо свариваются. Ферритные Распространенной магнитной сталью ферритного типа, которая из-за невысокого содержания углерода в своем химическом составе отличается более высокой мягкостью, чем мартенситные сплавы, является 08Х13, активно используемая в пищевом производстве. Из такой нержавейки изготавливают изделия и оборудование, предназначенные для мойки, сортировки, измельчения, сортировки, а также транспортировки пищевого сырья.

Механические свойства стали 08Х13

Мартенситно-ферритные Популярной маркой магнитной нержавейки, внутренняя структура которой состоит из мартенсита и свободного феррита, является 12Х13.

Коррозионная стойкость стали марки 12Х13 (другое название 1Х13)

Нержавеющие стали, не обладающие магнитными свойствами

К нержавеющим сталям, которые не магнитятся, относятся хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые. Их принято разделять на несколько групп. Аустенитные Наиболее популярной маркой таких нержавеющих сталей, которые занимают ведущее место среди немагнитных стальных сплавов, является 08Х18Н10 (международный аналог по классификации AISI 304). Стали данного типа, к которым также относятся 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, активно используются в производстве оборудования для пищевой промышленности; кухонной посуды и столовых приборов; сантехнического оснащения; емкостей для пищевых жидкостей; элементов холодильного оборудования; емкостей для пищевых продуктов; предметов медицинского назначения и др.

Состав и применение аустенитных сталей

Большие преимущества такой нержавейки, не обладающей магнитными свойствами, – это ее высокая коррозионная устойчивость, демонстрируемая во многих агрессивных средах, и технологичность. Аустенитно-ферритные Стали данной группы, наиболее популярными марками которых являются 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т и 12Х21Н5Т, отличаются высоким содержанием хрома, а также пониженным содержанием никеля. Для придания такой нержавейке требуемых характеристик (оптимального сочетания высокой прочности и хорошей пластичности, устойчивости к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию) в ее химический состав вводят такие элементы, как медь, молибден, титан или ниобий.

Химический состав некоторых промышленных марок аустенитно-ферритных сталей (нажмите для увеличения)

Кроме вышеперечисленных, к нержавеющим сталям, которые не магнитятся, относятся сплавы с аустенитно-мартенситной и аустенитно-карбидной структурой.

Как определить, является ли магнитная или немагнитная сталь нержавеющей

Учитывая все вышесказанное, можно сделать следующий вывод: даже если сталь обладает магнитными свойствами, это совершенно не значит, что ее нельзя отнести к сплавам нержавеющего типа. Существует достаточно простой способ, позволяющий проверить, является ли магнитная сталь нержавейкой. Для того чтобы это определить, необходимо зачистить участок поверхности проверяемого изделия до металлического блеска, а затем нанести на этот участок несколько капель концентрированного медного купороса. На то, что перед вами именно нержавейка, укажет налет красной меди, которым покроется зачищенный участок. Такой несложный способ позволяет очень точно определить, является ли магнитная сталь нержавеющей. А вот проверить (а особенно определить в домашних условиях), относится ли нержавейка к категории пищевых, практически невозможно.
Если вы решили проверить, относится магнитная сталь к нержавеющим или нет, имейте в виду, что такие ее свойства, как способность намагничиваться, нисколько не ухудшают ее коррозионной устойчивости.

Связанные ГоСТы