Дата публикации: 14.03.2023
Прочтение: 9 мин. Просмотров: 310
Нержавеющая сталь — устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах легированная сталь, которая обладает термостойкими свойствами. Представляет собой сплав железа и легирующих элементов с добавкой углерода. Среди основных технических характеристик нержавеющих сталей отметим следующие:
- Высокая коррозионная стойкость, долговечность.
- Устойчивость к растворам кислот, в том числе при высоких температурах.
- Жаропрочность и жаростойкость.
Главное отличие нержавеющей стали от углеродистой заключается в повышенном содержании химического элемента хрома, который в соединении с атмосферным кислородом образует на поверхности металла нерастворимую оксидную пленку, защищающую изделие от коррозии. Антикоррозионные свойства зависят от его концентрации. При содержании хрома от 13% до 17% сплав, основным элементом которого является железо, не ржавеет в обычных атмосферных условиях и слабоагрессивных средах, при более высокой концентрации хрома сталь устойчива к агрессивным средам при повышенных температурах. Для улучшения технических характеристик также используется никель, что делает сплав более качественным. Содержание кобальта повышает теплостойкость и позволяет эксплуатировать сталь при температуре до 550 °С. Титан в составе сплава существенно повышает его устойчивость при экстремально высоких (до 800°С) температурах. Молибден добавляет антикоррозионных свойств в кислотной среде.
Классификация стандартов нержавеющей стали
Марки нержавеющей стали — это классификация устойчивых к коррозии легированных сталей. В мире существует множество вариантов маркировки, которые применяются в разных странах.
Рассмотрим основные стандарты, которые распространены наиболее широко в нашей стране и странах ближнего зарубежья.
- ГОСТ. Был разработан еще в советское время, используется в России и странах СНГ.
Стали маркируются цифровым и буквенным кодом на основании нормативных документов. Цифры соответствуют процентному содержанию легирующих химических элементов в составе, буквы — названиям этих элементов.
Для примера приведем расшифровку кода самых востребованных марок.
Сталь нержавеющая коррозионностойкая, ГОСТ 5949-75, марка 08Х18Н10.
08 – процент углерода в сплаве (0,08%);
Х18 – процент хрома около 18 (17-19 %);
Н10 – процент никеля около 10 (9-11%).
Никель и хром являются основными легирующими элементами, улучшающими свойства сплава. Сплав также содержит и другие легирующие элементы, но в меньшем процентном соотношении.
Кроме того, ГОСТ регламентирует и другие параметры, например, такие как ударная вязкость, коррозионная стойкость.
По ГОСТ нержавеющая сталь 08Х18Н10 отличается высокой прочностью и возможностью применения в широким температурным диапазоном — сохраняет свои свойства при температуре от -196°С до +600°С. Кроме этого, сталь обладает стойкостью к межкристаллитной коррозии, ее можно сваривать без ограничений. А также для нее характерен длительный срок эксплуатации.
Марка нержавеющей стали 12Х18Н10Т
Марка расшифровывается следующим образом:
12 – процент углерода в сплаве (0,12%)
Х18 – процент хрома около 18 (17-19 %);
Н10 – процент никеля около 10 (9-11%).
Т — титан в качестве легирующего элемента . Цифра отсутствует, что означает концентрацию меньше 1,0%−1,5%.
Сталь марки 12х18н10т в настоящее время представляет собой самый распространенный сплав. Основные плюсы – высокая прочность, пластичность, ударная вязкость. Отлично сваривается, жаростойкая и жаропрочная.
Чуть более сложный состав 16Х11Н2В2МФ — марка листовой нержавеющей стали.
16 — процент углерода (0,16%)
Х11 — процент хрома (11%)
Н2 — процент никеля (2%)
В2 — процент вольфрама (2%)
МФ — присутствуют молибден и фосфор.
ВАЖНО: До 1991 года сплав использовался для дисков компрессора, лопаток и других деталей под нагрузкой. Затем его применение было приостановлено.
Каталог нержавеющего крепежа
- Стандарт AISI
AISI это стандарт для обозначения легированных и нержавеющих сталей, разработанный институтом American Iron and Steel Institute (Американский институт стали и сплавов). Применяется в основном в США, Европе и Азии. Марки нержавеющей стали AISI чаще всего имеют аналоги стандартов российского ГОСТа.
Обозначения включают в себя три цифры и иногда буквы. Первая цифра определяет класс стали. Аустенитные нержавеющие стали начинаются с 2ХХ и 3ХХ, в то время как ферритные и мартенситные стали принадлежат классу 4ХХ. Последние две цифры, в отличие от углеродистых и легированных сталей, определяют порядковый номер стали в группе, а не ее химический состав. Характеристики легированных нержавеющих сталей стандарта AISI 2ХХ серий позволяют использовать их для производства кухонной техники, столовых приборов и посуды. Никель частично заменен на марганец и азот, что сделало данную серию эффективной заменой хромоникелевых сталей.
Перечислим основные известные марки 3ХХ и 4ХХ серий и их российские аналоги.
Нержавеющая сталь марки AISI 430 по своим эксплуатационным характеристикам это улучшенный аналог российской стали 08Х17Т. Как показывает ГОСТ, сталь содержит хром и титан, но не содержит никель. Поэтому цена на изделия из нее ниже стоимости 3ХХ серий. При этом за счет высокого содержания хрома сплав AISI 430 имеет хорошие антикоррозийные характеристики, пластичен, отлично подходит для штамповки.
Нержавеющая сталь марки AISI 304 — марка аустенитной низкоуглеродистой нержавеющей стали. В России ближайшим аналогом стали согласно ГОСТ является сталь марки 08Х18Н10, которую мы описывали выше. Сталь устойчива к кислоте и выдерживает краткосрочное поднятие температуры окружающей среды до 900°С.
Нержавеющая сталь AISI 321 это аустенитная хромникелиевая высоколегированная сталь с повышенной жаропрочностью и жаростойкостью. При этом не устойчива к серосодержащим средам. Аналог российского ГОСТа 08Х18Н10Т. Как видно из обозначения, сплав содержит титан, что делает его устойчивым к межкристаллитной коррозии.
- Стандарт ASTM
ASTM (American Society for Testing and Materials) в переводе означает “Американское общество по испытанию материалов”. Это международная организация по разработке стандартов для различной продукции, основанная в США в 1898 году.
В ASTM используется американская система обозначений физических величин (дюймы и фунты). Если приводится и метрическая система (СИ), то после номера пишут М. Стандарты ASTM определяют не только свойства и химический состав сплава, но и требования к продукции.
В качестве примера возьмем марку стали ASTM SA-335/SA-335M-08 Grade P22.
S (Specification) — спецификация.
A — обозначение черного металла без указания на конкретный материал.
335 – порядковый номер стандарта.
08 — год принятия стандарта, здесь 2008.
Grade P22 — применение стали. В данном случае — для бесшовных труб из ферритной легированной стали для работы при высоких температурах. Здесь P от pipe, что в переводе значит “труба” , Grade — марка. P22 регламентирует определенный химический состав сплава, физические свойства и его назначение.
ВАЖНО: У коррозионностойких марок сталей ASTM есть российские аналоги по ГОСТ. Например, ASTM A-240 TP304 схожа с маркой 08Х18Н10, которая была рассмотрена выше.
- Стандарт EN
Стали EN (European Norm) регламентируются европейскими нормами, разработанными Европейским комитетом по стандартизации. Стандарты EN носят рекомендательный характер. При этом они в приоритете перед национальными спецификациями страны, если те им противоречат. В маркировке обозначаются вместе с акронимом стандарта страны. Например, в Германии – DIN EN, в Британии – BS EN; во Франции – NF EN и так далее.
EN это достаточно сложная маркировка, в которой, помимо химического состава, указаны механические и физические свойства, назначение и состояние поставки сталей. Система обозначения сталей описана в стандарте EN 10027. Первая часть его содержит название сплава, иначе говоря обозначение из букв и цифр. Вторая часть присваивает номер. Все стали делятся на две группы. Первая группа сформирована на основании механических и физических свойств, а также назначения. Вторая группа описывает химический состав.
Рассмотрим пример характеристик нержавеющей стали по EN.
Коррозионностойкая сталь марки X6CrNiMoTiB17-13 — 1.4983 предназначена для изготовления элементов трубопровода.
X – легирующий элемент (больше 5%);
6CrNiMoTiB17-13 — углерод 0.06%, хром 17.0%, никель 13.0%. В сплаве также содержатся молибден, титан и бор;
1.4983 – 1 обозначает сталь, 49 – нержавеющая сталь, 83 – номер стали в группе.
- Стандарт DIN
DIN – это регламент, разработанный Немецким институтом стандартизации (Deutsches Institut für Normung). Он соблюдается в Германии и во многих других странах. Включает в себя два метода маркировки:
- буквенно-цифровой;
- порядковые номера из 5 цифр.
Маркировка нержавеющих сталей состоит из следующих символов:
- Первой всегда стоит X
- Далее среднее содержание углерода, умноженное на 100
- Затем указаны основные легирующие элементы по убыванию концентрации
- И через пробел идет средний процент основных легирующих элементов. Если таких элементов больше одного, их пишут через тире.
Марка, отражающая состав материала нержавеющей стали по DIN, может выглядеть так:
X12CrMo 5 – высоколегированная сталь, доля углерода 0.08-0.15%, хрома 4.0-6.0%, молибдена 0.45-0.65%;
X5CrNiCuNb 17-4-4 – высоколегированная сталь, доля углерода 0.07%, никеля 3.0-5.0%, меди 3.0-5.0%, ниобия 0.15-0.45%.
- Стандарт ISO
ISO — международная организация по стандартизации, которая появилась в 1946 году. В настоящее время действует в 160 странах и является глобальной системой стандартизации. Особенность в том, что ISO только разрабатывает стандарты, но не контролирует их соблюдение. Поэтому нет гарантий соответствия, даже если стоит маркировка.
Зарубежные марки и их отечественные аналоги
В сфере российской сталелитейной промышленности и производства часто возникает вопрос, как найти соответствие зарубежной марки нержавеющей стали по DIN, ISO, ASTM марке стандарта по ГОСТ. Аналоги подбираются приблизительно, исходя из схожести структуры, содержания углерода, легирующих элементов, механических свойств, стойкости к предельным температурам.
Для изготовления распространенных аустенитных сталей соответствие подобрать не очень сложно. Например, AISI 304 и DIN 1.4301 — ближайший аналог по ГОСТ сталь 08Х18Н10. То же самое можно сказать о ферритных сталях. Так, AISI 430 и DIN 1.4016 — ближайший аналог по ГОСТ сталь 12Х17. Их просто изготовить и обработать. Практически для всех составов созданы многочисленные таблицы сравнения марок нержавеющей стали, по которым можно подобрать нужные аналоги в соответствии с условиями эксплуатации и требованиям к механическим свойствам.
Приведем еще несколько примеров аналогов сталей согласно российских и зарубежных стандартов:
ГОСТ 03Х18Н11
EN 1.4306
DIN X2CrNi19-11
AISI 304L
Сталь применяется в тех случаях, когда требуется сварка.
ГОСТ 20Х23Н18
EN1.4843
DIN X16CrNi25-20
AISI 310
Пластична, хорошо сваривается. Можно эксплуатировать в кислой среде до 1100°С и в щелочной до 1000°С.
ГОСТ 08X19H13M3
EN 1.4449
DIN X5CrNiMo17-13
AISI 317
Устойчива к экстремально высоким температурам и переносит резкие температурные скачки.
Заключение
Нержавеющая сталь популярна не только за счет устойчивости к коррозии, но и по причине разнообразия механических свойств. Это и прочность, и податливость, и экологичность, и привлекательный внешний вид даже после многих лет эксплуатации. Мировое производство ее неуклонно растет. На данный момент объем составляет около 50 млн тонн в год и прогнозируется еще выше. Благодаря своим уникальным свойствам, нержавейка применяется практически во всех сферах хозяйственной деятельности, от гражданского строительства, машиностроения, нефтехимии, медицины, пищевой промышленности до глубоководных субмарин и космических аппаратов.