Производство проката из нержавеющих сталей в россии и мире реферат

Обновлено: 06.07.2024

Открытие нержавеющей стали история приписывает английскому ученому Гарри Бреарли (Шеффилд, Англия). Забракованный образец, долго пролежавший без смазки и краски, сохранил, тем не менее, свой первоначальный вид и не покрылся традиционной ржавчиной. Так в 1913 году было обнаружено, что сталь, содержащая хром, более устойчива к коррозии, чем обычные сорта стали. Это событие сильно заинтересовало общественность, в газете New York Times появилась публикация, посвященная открытию нового материала. Это открытие имело огромное значение для развития мировой индустрии. Нержавеющая сталь начала быстро завоевывать различные отрасли промышленности, вытесняя обычные стали

Вложенные файлы: 1 файл

корозионо стойкие.docx

коррозионностойкие стали и сплавы

Импорт Рост объем продаж

При выборе химического состава коррозионностойкого сплава руководствуются так называемым правилом : если к металлу, неустойчивому к коррозии (например, к железу) добавлять металл, образующий с ним твердый раствор и устойчивый против коррозии (к примеру хром), то защитное действие проявляется скачкообразно при введении моля второго металла (коррозионная стойкость возрастает не пропорционально количеству легирующего компонента, а скачкообразно). Основной легирующий элемент нержавеющей стали —хром Cr (12-20 %); помимо хрома, 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). Сопротивление нержавеющей стали к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности в азотной кислоте крепостью до 50 %. Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов. В сильных кислотах (серной, соляной, плавиковой, фосфорной и их смесях) применяют сложнолегированные сплавы с высоким содержанием Ni и присадками Mo, Cu, Si.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ И СООТВЕТСТВИЕ СТАНДАРТОВ.

Соответствия основных марок нержавеющих сталей и химический состав

Обозначения нержавеющих сталей:

С1-Мартенситнаясталь
F1-Ферритнаясталь
A1, A2, A3, A4, A5 - Аустенитные нержавеющие стали

Ниже указана более полная таблица наиболее распространенных видов нержавеющих сталей и их соответствие различным стандартам. Первая цифра химического состава обозначает содержание углерода / 100, далее - основные легирующие добавки и их процентное содержание, например:
Наиболее распространенная группа нержавейки A2 = X 5 CrNi 18 10 = углерод-0,05% хром-18% никель-10% = EN обозначение 1.4301 = AISI 304
Вторая по распространенности группа нержавейки A4 = X 5 CrNiMo 17 12 2 = углерод-0,05% хром-17% никель-12% молибден-2% = ENобозначение1.4401=AISI316
Руководствуясь таблицей можно найти соответствия часто встречающихся обозначений нержавеющего крепежа наряду с материаломA2иA4,например:
DIN 7 A1 = Штифт цилиндрический X 10 CrNi S 18 9 - AISI 303 - A1
DIN 125 1.4541 = Шайба плоская DIN 125 материал X 6 CrNiTi 18 10 - AISI 321 - A3
DIN 2093 1.4310 = Диск пружинный тарельчатый X 12 CrNi 17 7 - AISI 301
DIN 127 1.4571 = Шайба гровер пружинная X 6 CrNiMoTi 17 12 2 - AISI 316Ti-A5
DIN 471 1.4122 = Кольцо стопорное наружное X 39 CrMo 17 1
DIN 472 1.4310 = Кольцо стопорное внутреннее X 12 CrNi 17 7 - AISI 301
DIN 934 A2 = Гайка шестигранная X 5 CrNi 18 10 - 1.4301 - AISI 304
DIN 933 A4 = Болт с шестигранной головкой X 5 CrNiMo 17 12 2 - 1.4401-AISI316
Также видно, что нержавейка 316L отличается от 316 более низким содержаниемуглерода.

DIN-DeutscheIndustrieNorm
EN-CтандартЕвронормыEN10027
ASTM- AmericanSocietyforTestingandMa terials
AISI- AmericanIronandSteelInstitute
AFNOR - Association Francaise de Normalisation

Обозначения химических элементов в таблицах:

Fe - железо;
С - Углерод
Mn - Марганец
Si - Кремний
Cr - Хром
Ni - никель

Mo - Молибден
Ti – Титан

Кроме хрома как "основной нержавеющей составляющей" в составе нержавеющей стали могут присутствовать никель, молибден, титан, ниобий, сера, фосфор и другие легирующие элементы определяющие свойства стали. Нержавеющие стали имеют более высокое сопротивление окислению и коррозии во многих естественных и искусственных средах, однако важно выбрать правильный тип и класс нержавеющих сталей для специального применения. Высокое сопротивление окислению на воздухе и при температуре окружающей среды обычно достигается с добавлением хрома больше 12 %. Хром формирует пассивный слой из оксида хрома (III) (Cr2O3) при контакте с кислородам. Слой слишком тонкий чтобы быть видимым, но выделяется металлическим блеском. Тем не менее, он защищает металл от воздействия воды и воздуха. Даже, когда поверхность поцарапана, этот слой быстро восстанавливается. Это явление называется пассивацией, и замечено в других металлах, например у алюминия. Когда нержавеющие стальные части типа гаек и болтов соединены вместе, окисный слой должен быть очищен с соединяемых частей, для их соединения. Когда они разбирают соединительный материал будет сорван и разрыхлен, этот эффект известен как истирание.

Промышленная ценность нержавеющей стали

Сопротивление нержавеющей стали коррозии и ржавчине, простое техническое обслуживание и ремонт, относительная экономия, и блестящий вид делает это идеальным материалом для промышленного применения. Имеется более 150 видов наименований, пластин, брусков, проводов, шланг и трубок, которые используются в кухонной посуде, бытовых приборах, металлических изделиях, хирургических инструментах, ответственных устройствах, индустриальном оборудовании, и как строительный материал в небоскребах и больших зданиях. Известная семиэтажная башня Крайслера, строящая в Нью-Йорке украшена блеском нержавеющей стали нанесенной плакированием. Нержавеющая сталь - 100 % повторно используемый материал. Фактически, более чем 50 % новой нержавеющей стали, сделано при повторной переплавки металлолома, это в некоторой степени оказывается экологически чистым материалом.

Структурные классы сталей в системе Fe—Cr—С н положение на диаграмме промышленных хромистых сталей

Типы нержавеющей стали

Нержавеющие стали разделяют на две группы: хромистые и хромоникелевые.
Хромистые коррозионностойкие стали применяют трех типов: с 13, 17 и 27%хрома.
При этом содержание углерода в сталях с 13% хрома может меняться в зависимости от требований. Стали с низким содержанием углерода (08Х13, 12Х13) пластичны, хорошо свариваются и штампуются. Их применяют для изготовления деталей, испытывающих ударные нагрузки (клапаны гидравлических прессов) или работающих в слабоагрессивных средах (лопатки гидравлических и паровых турбин и компрессоров). Рабочая температура до 450градусов Цельсия. Стали 30Х13 и 40Х13 обладают высокой твердостью и повышенной прочностью. Эти стали используют для изготовления карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов. Высокохромистые стали (12Х17, 15Х25Т, 15Х28) обладают более высокой коррозионной стойкостью и часто используются как окалиностойкие. Легирование титаном (15Х25Т) необходимо для повышения сопротивляемости межкристаллитной коррозии (см. таблицу 2). Сталь 08Х17Т жаростойка до 900 градусов Цельсия и применяется в теплообменниках. Хромоникелевы е нержавеющие стали в зависимости от структуры подразделяются на аустенитные, аустенито-мартенситные и аустенито-ферритные. Структура этих сталей зависит от содержания углерода, хрома, никеля и других элементов. Такие стали используются в машиностроении, химической промышленности, пищевой промышленности, ракетостроении, судостроении, медицине и авиации. Ниже приводится описание свойств наиболее популярных импортных хромоникелевых сталей (химический состав каждой стали можно посмотреть в таблице, которая также приведена на нашем сайте).Имеются различные типы нержавеющих сталей: например когда добавлен никель, что стабилизирует аустенитную структуру железа. Эта кристаллическая структура делает такие стали не магнитными и менее ломким при низких температурах. Для повышения твердости и прочности, добавлен углерод. Когда при условии соответствующих высоко температурной обработке эти стали, используются для лезвий бритв, столовых приборов, инструмента и т.д. Существенное количества марганца используется во многих нержавеющих стальных составах. Марганец сохраняет аустенитную структуру в стали, как это делает никель, но по более низкой стоимости.

Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита стали 40X13 1 — закалка в масло; 2 — охлаждение иа воздухе; 3 — охлаждение в печи

Нержавеющие стали также классифицируются по их кристаллической структурой:

Аустенитные нержавеющие стали включают более чем 70 % полного нержавеющего стального производства. Они содержат максимум углерода 0,15 %, минимум 16 % хрома и достаточного никеля и/или марганца, чтобы сохранить аустенитную структуру при всех температурах от криогенной области до точки плавления сплава. Типичный состав - 18 % хрома и никель 10 %, обычно известный, как 18/10 нержавеющая сталь часто используется в столовых приборах. Точно также 18/0 и 18/8 имеются в наличии. “Супер аустенитные” нержавеющие стали, типа сплава AL-6XN и 254SMO, оказывают большое сопротивление питтинговой и щелевой коррозии из-за высокого содержания молибдена (> 6) % с добавлением азота, а более высокое содержание никеля гарантирует лучшее сопротивление коррозионное растрескивание металлов по 300 ряду. Более высокое содержание сплава "Супер аустенитные" сталей означает, что они – очень дорогостоящие и подобное выполнение, может обычно быть достигнута, используя двойные стали при меньших затратах. Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные 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 стали300 серии.

схема термической обработки аустенитных нержавеющих сталей

Ферритные - стали значительно более мягкие чем мартенситные по причине малого содержания углерода. Они также обладают магнитными свойствами. Обозначаются начальной буквой F

Ферритная нержавеющая сталь – высоко коррозионно стойкая, но гораздо менее надежная, чем аустенитного класса и не могут быть упрочнены высоко температурой обработкой. Они содержат от 10,5 % и 27 % хрома и очень небольшое количество никеля, если это имеет место. Большинство составов включает молибден; некоторые, алюминий или титан. Вообще типичный ферритный класс включает 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo, и 29Cr-4Mo-2Ni. Эти 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 энергомашиностроениии. 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.

Мартенситные-значительно более твердые чем аустетнитные стали и могут быть магнитными. Они упрочняются, закалкой и отпуском подобно простым углеродистым сталям, и находят применение главным образом в изготовлении столовых приборов, режущих инструментов и общем машиностроении. Больше подвержены коррозии. Обозначаются начальной буквой С.

Мартенситные нержавеющие стали не такие коррозионно стойкие как другие два класса, но чрезвычайно прочные и упругие также хорошо подвержены обработки резанием, и могут быть упрочнены высоко температурой обработкой. Мартенситные нержавеющие стали содержат хрома (12 – 14) %, молибдена (0,2 – 1) %, и отсутствует никель, и приблизительно 0,1 - 1% углерода (предающее большее прочностные свойства, но делающее материала немного более ломким). Они закаленные и магнитные. Такая сталь также известна как "серия - 00" сталь. Мартенситные и мартенситно-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.

Аустенито-ферритные и аустенито-мартенситные стали

Аустенито-ферритные стали. Преимущество сталей этой группы — 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. Потребности новых отраслей современной техники в коррозионностойких сталях повышенной прочности и технологичности привели к разработке сталей аустенито-мартенситного (переходного) класса. Это стали типа 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.

В металлургии, нержавеющая сталь определена [1] как железоуглеродистый сплав с минимумом 10,5 % содержание хрома. Название происходит из факта, что нержавеющая сталь не портиться, корродирует или ржавеет так легко как обычная сталь. В Соединенных Штатах и по всему миру, особенно в авиационной промышленности, этот материал также называется коррозионно-стойкой сталью, когда это точно не относится к типу сплава и сорту.

Нержавеющие стали имеют более высокое сопротивление окислению и коррозии во многих естественных и искусственных средах, однако важно выбрать правильный тип и класс нержавеющих сталей для специального применения. Высокое сопротивление окислению на воздухе и при температуре окружающей среды обычно достигается с добавлением хрома больше 12 %. Хром формирует пассивный слой из оксида хрома (III) (Cr2O3) при контакте с кислородам. Слой слишком тонкий чтобы быть видимым, но выделяется металлическим блеском. Тем не менее, он защищает металл от воздействия воды и воздуха. Даже, когда поверхность поцарапана, этот слой быстро восстанавливается. Это явление называется пассивацией, и замечено в других металлах, например у алюминия. Когда нержавеющие стальные части типа гаек и болтов соединены вместе, окисный слой должен быть очищен с соединяемых частей, для их соединения. Когда они разбирают соединительный материал будет сорван и разрыхлен, этот эффект известен как истирание.

Промышленная ценность нержавеющей стали

Даже высококачественный сплав может разъедать при некоторых условиях. Так как некоторые виды коррозии более необычные и их немедленные результаты менее видимые, чем ржавчина, они не всегда заметны и причиняют проблемы среди тех, кто не знаком с ними.

Пассивация образуется на жестком слой окиси, вышеописанной. При отсутствии кислорода (или когда другой вид, например, солей ионов), нержавеющая сталь неспособна вновь формировать пассивирующую пленку. В наихудшем случае, при почти полностью защищенной поверхность крошечные локальные флуктуации будут нарушать окисный слой в нескольких критических точках. Коррозия в этих точках будет очень усилена, и может образовывать коррозионные впадины нескольких типов, в зависимости от условий. В то время как коррозионные впадины только собираться вокруг ядра при довольно чрезвычайных обстоятельствах, они могут продолжать расти даже, когда условия возвращаются к нормальному, так как внутри впадин отсутствует кислород. В крайнем случае, острые концы очень длинных и узких впадин могут образовывать концентрации напряжений вызывающие разрушения упругих сплавов, в тонких пленках появляются невидимые маленькие отверстия, за которыми скрываться впадины размером с большой палец. Эти проблемы особенно опасны, потому что их трудно обнаружить до разрушения прежде, чем части или вся структура разрушится. Питтинговая коррозия остается среди наиболее общих и разрушительных форм коррозии в нержавеющих сплавах, но это может быть предотвращено, в том случаи, если материал подвергался воздействию кислорода (например, устраняя щели) и защищен от солей везде, где возможно. Питтинговая коррозия может происходить, когда нержавеющая сталь подвергнута высокой концентрации ионов солей (например, вода моря) и умеренно высоким температурам.

Коррозия сварного шва и ножевая коррозия

Из-за повышения температур сварки или в течение неподходящей обработки высокой температурой, карбиды хрома могут формироваться в границах зерна нержавеющей стали. Эта химическая реакция окисляет хром в зоне около границы зерна, делая те области, намного менее стойкими к коррозии. Это создает гальваническую пару между хорошо защищенным сплавом, что приводит к тому, что сварной шов корродирует (коррозия на границах зерен около сварного шва) в высоко коррозийных окружающих средах. Специальные сплавы, с низким углеродистым содержанием или со специальными углеродистыми "добавками" например титан и ниобий (в типах, 321 и 347, соответственно), могут предотвратить этот эффект, но последний требует специальной обработки высокой температуры после сварки, чтобы исключить явление ножевая коррозия. Поскольку название подразумевает, что этот эффект ограничен маленькой зоной действия, часто только несколько микрометров в поперечнике, что приводит к тому что процесс развивается более быстро. Эта зона находится около сварного шва, делая это даже менее заметной [2]. Современное производство стали в значительной степени уменьшают эти проблемы, контролируя содержание углерода в нержавеющих сталях 6) % с добавлением азота, а более высокое содержание никеля гарантирует лучшее сопротивление коррозионное растрескивание металлов по 300 ряду. Более высокое содержание сплава "Супер аустенитные" сталей означает, что они – очень дорогостоящие и подобное выполнение, может обычно быть достигнута, используя двойные стали при меньших затратах.

- Ферритная нержавеющая сталь – высоко коррозионно стойкая, но гораздо менее надежная, чем аустенитного класса и не могут быть упрочнены высоко температурой обработкой. Они содержат от 10,5 % и 27 % хрома и очень небольшое количество никеля, если это имеет место. Большинство составов включает молибден; некоторые, алюминий или титан. Вообще типичный ферритный класс включает 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo, и 29Cr-4Mo-2Ni.

- Мартенситные нержавеющие стали не такие коррозионно стойкие как другие два класса, но чрезвычайно прочные и упругие также хорошо подвержены обработки резанием, и могут быть упрочнены высоко температурой обработкой. Мартенситные нержавеющие стали содержат хрома (12 – 14) %, молибдена (0,2 – 1) %, и отсутствует никель, и приблизительно 0,1 - 1% углерода (предающее большее прочностные свойства, но делающее материала немного более ломким). Они закаленные и магнитные. Такая сталь также известна как "серия - 00" сталь.

- Нержавеющие стали, выплавленные дуплекс-процессом имеют смешанную микроструктуру аустенита и феррита, цель производства 50:50 соединения хотя в промышленных сплавах, соединение может быть 60:40. Двойная сталь улучшила прочность по аустенитным нержавеющим сталям и также улучшила сопротивление локализированной коррозии особеннo питтинговой, щелевой коррозии и коррозионное растрескивание металлов. Такие стали характеризуются высоким содержанием хрома и более низким содержанием никеля, чем аустенитные нержавеющие стали.

Список литературы

1 Американский Железный и Стальной Институт (AISI)

2 Denny A. Jones, Принципы и Предотвращение Коррозии, 2-ого издания, 1996, Prentice Зал, Верхняя Река Седла, NJ. ISBN 0-13-359993-0

Коррозионностойкая сталь (нержавеющая) – это сталь, стойкая по отношению к коррозии. Такое свойство приобретает железосодержащий металл, когда к основному химическому элементу – Fe добавляют хром в значительном количестве. Получают сплав, характеризующийся новыми качествами, главным из которых является повышенная коррозионностойкость, то есть невосприимчивость к окислительным процессам, происходящем на воздухе или в других средах.

История создания нержавеющих сталей

В 1820—1821 годах Майкл Фарадей и Пьер Бертье отметили способность сплава хрома с железом сопротивляться кислотной коррозии. Поскольку учёные ещё не знали о роли низкого содержания углерода, они не смогли получить сплав с высоким содержанием хрома.

Нержавеющая сталь была запатентована в 1912 году немецкими инженерами. Патент касался аустенитной стали. Название нержавеющая сталь впервые использовал английский инженер Гарри Брирли. Он работал в военной промышленности в лабораториях Браун-Ферт в Шеффилде. В 1913 году Гарри Брирли экспериментировавший с различными видами и свойствами сплавов, обнаружил способность стали с высоким содержанием хрома сопротивляться кислотной коррозии.

Англичанину удалось убедить в своем новом изобретении производителя ножей Р. Ф. Мосли. Изначально нержавеющая сталь использовалась только для изготовления столовых приборов. В 1924 году Великобритания запатентовала сталь по стандарту AISI 304, содержащую 18 % хрома и 8 % никеля.

коррозионностойкие стали — от них требуется стойкость к коррозии в несложных промышленных и бытовых условиях (из них можно изготавливать детали оборудования для нефтегазовой, легкой, машиностроительной промышленности, хирургические инструменты, бытовую нержавеющую посуду и тару);
жаростойкие стали — от них требуется жаростойкость — то есть стойкость к коррозии при высоких температурах в сильно агрессивных средах (например, на химических заводах);
жаропрочные стали — от них требуется жаропрочность — то есть хорошая механическая прочность при высоких температурах.

Нержавеющие сплавы железа основаны на правиле, в соответствии с которым при добавлении к неустойчивому к коррозии металлу другой металл, который образует с ним твердый раствор, то стойкость к процессам ржавления возрастает скачкообразно, а не пропорционально.

При наличии 13% хрома и выше сплавы не ржавеют в обычных условиях и в средах, которые принято относить к слабоагрессивным.
Если в составе хрома 17% и больше, коррозионностойкие качества проявляются в агрессивных окислительных, щелочных и др. растворах.

Элементы, которые сопутствуют железу в стальных сплавах: С – углерод, Si – кремний, Mn – марганец, S – сера, P – фосфор и другие.

Легирование стали, то есть улучшение её физико-механических характеристик, проводится и другими химическими элементами, помимо Cr. К таким элементам относятся металлы различных групп.
В нормативной документации условные обозначения элементов даются на русском языке: Ni – никель (Н), Mn – марганец (Г), Ti – титан (Т), Co – кобальт (К), Mo – молибден (М), Cu – медь (Д).

Для стабилизации аустенитной структуры стали, то есть укрепления кристаллической решетки железа, добавляется никель. Прочность закрепляется добавками углерода. Устойчивость к перепадам температуры обеспечивается присадками титана. В особенно агрессивных средах, к примеру – кислотных, действуют сложнолегированные сплавы с присадками никеля, молибдена, меди и других компонентов. При выборе химического состава коррозионностойкого сплава руководствуются так называемым правилом >>
>> : если к металлу, неустойчивому к коррозии (например, к железу) добавлять металл, образующий с ним твёрдый раствор и устойчивый против коррозии (к примеру хром), то защитное действие проявляется скачкообразно при введении >,>,>. >> моль второго металла (коррозионная стойкость возрастает не пропорционально количеству легирующего компонента, а скачкообразно).

Маркировка нержавеющих видов стали

В маркировке металлов используются буквы и цифры. Существует российская классификация марок стали, которая используется в технических и нормативных документах. Параллельно бытует распространенная в мире группа стандартов, разработанных институтом Американским институтом стали и сплавов – AISI (American Iron and Steel Institute) для легированных и нержавеющих сталей.

Российские стандарты используют следующую схему. Для примера приведена аустенитная сталь 12Х15Г9

В системе AISI материалы обозначаются тремя-четырьмя цифрами: две первые – группа сталей, две другие — среднее содержание углерода. Буквы могут находиться после второй цифры, впереди или за цифрами.

Коррозионостойкие сплавы определяют по их способности противостоять под действием большого набора естественных и искусственных коррозионных сред: атмосферных, подводной, грунтовой (подземной), щелочной, кислотной, солевой, среды блуждающих токов. Стойкость проявляется к воздействиям химической, электрохимической, межкристаллитной коррозии.

Классификация нержавеющих сплавов регулируется нормативными документами ГОСТ, в которых описывается сталь в соответствии с производственными процессами и применением.

Сплавы делятся на несколько групп по критерию структуры. Они различаются по процентному содержанию углерода и составу легирующих компонентов. Эти соотношения определяют, где и каким образом может применяться тот или иной тип стали.

Ферритная группа

К группе ферритов относятся хромистые стали. Они маркируются литерой F. Стали с большим содержанием хрома — до 30%, и небольшим углерода – до 0,15%. Обладают ферромагнитными свойствами, то есть характеризуются намагниченностью за пределами магнитного поля при низкой критической температуре.

Для достижения оптимальных свойств регулируется и находится баланс между содержанием углерода и хрома. Плюсы – высокая прочность и столь же высокая пластичность.

Хорошая деформируемость в условиях холодной деформации.
Высокая коррозийная стойкость.
Может подвергаться термообработке методом отжига.

Химическая и нефтехимическая промышленность. Оборудование и конструкции для работы в кислотной и щелочной среде.
Тяжелое машиностроение.
Энергетика.
Приборостроение для промышленности.
Производство бытовой аппаратуры и приборов.
Пищевая промышленность.
Медицинская промышленность.

Сталь 08Х13 – ферритный хромистый сплав. Применяется для производства столовых приборов.

Сталь 12Х13 – ферритный хромистый сплав. Используется для хранения алкогольсодержащих продуктов.

Сталь 12Х17– ферритный хромистый жаропрочный сплав. В емкостях из него проводится высокотемпературная обработка пищевых продуктов.

Мартенситная группа

Под мартенситом понимается структура, которая получается в результате закалки заготовки или слитка металла с последующим отпуском. Закалка заключается в нагреве до температуры, которая превышает критическую, отпуск – последующее быстрое охлаждение металла. В результате этого процесса перестраивается кристаллическая решетка, делая материал более твердым. Но может повыситься и хрупкость.

Высокая твердость.
Высокая прочность.
Хорошая упругость.
Устойчивость к коррозии.
Жаропрочность.

Сталь предназначена для изготовления металлоизделий для функционирования в агрессивных средах средней и слабой интенсивности. Свойство упругости позволяет изготавливать такие компоненты оборудования, как пружины, фланцы, валы. Из мартенситной и мартенситно-ферритной комбинированной стали изготавливают режущие элементы — ножи для конструкций в химической промышленности, а также в пищевой.

Примеры марок сталей по ГОСТ и их применения:

Сталь 20Х13, 30Х13, 40Х13 – мартенситный сплав. Применяется в производстве кухонного оборудования.

Сталь 14Х17Н2 — мартенситно-ферритный комбинированный сплав, содержит никель. Используется для производства компрессоров, оборудования для эксплуатации в агрессивных средах и при пониженной температуре.

Мартенситно-ферритные нержавеющие стали

К этому классу относят стали, содержащие в структуре кроме мартенсита не менее 10% феррита с частичным γ→α превращением. Термокинетическая диаграмма у этих сталей состоит из двух областей превращения. При температурах >600°С при низкой скорости охлаждения возможно образование ферритной составляющей структуры. При большой скорости Аустенитная группа

Аустенитный класс нержавеющих сталей отличается химическим строением, внедрением атомов углерода в молекулярную решетку железа. Содержит большой процент хрома и никеля – до 33%. Это высоколегированные металлы. Немагнитность позволяет применять сплавы в широком спектре производственных процессов.

Пластичность в холодном и горячем состоянии.
Прочность.
Свариваемость на высоте.
Стойкость к агрессивным средам, пример которых — азотная кислота.
Экологическая чистота.
Устойчивость к электромагнитным излучениям.

Коррозионностойкие стали группы относятся к труднообрабатываемым металлам. Для облегчения работы с ними применяют методы термообработки: отжиг и двойную закалку.
Отжиг проводится нагреванием до 1200 гр. С около 3-х часов. Остывание проходит в воде или масляной жидкости, или на открытом воздухе. Таким способом повышается гибкость сплава за счет снижения твердости.
Двойная закалка предполагает процесс нормализации твердого раствора металла при температуре 1200 гр. С. Вторично закалка проходит при 1000 гр. С. Происходит увеличение пластичности и жаропрочности – устойчивости к высоким температурам.

Разнообразные емкости.
Строительные конструкции.
Трубы из коррозионностойкой стали.
Агрегаты для нефтехимии и химического производства.
Конструкции для нефтяных вышек, очистительных станций.
Механизмы, работающие под водой, такие как, турбины.
Силовые приборы в энергетической сфере.
Компоненты и агрегаты для автомобилей, самолетов.
Оборудование для продуктов питания.
Медицинская, фармакологическая аппаратура.
Элементы крепежа.
Сварные конструкции.

Сталь 12Х18Н10Т — высоколегированный хромистый сплав, с присадками никеля и титана. Из нее делают оборудование для нефтепереработки и химической промышленности.

Сталь 12Х18Н10Т — аустенитная хромистая сталь с присадкой никеля. Из нее изготавливаются трубопроводы для химической и пищевой индустрии с ограничениями по температуре.

Сталь 12Х15Г9НД — высоколегированный сплав, содержащий хром, марганец, никель, медь. Применяется в производстве трубопроводных систем и ёмкостей, работающих с органическими кислотами умеренной агрессивности.

Комбинированные сплавы

Сочетают структуру и свойства аустенитно-мартенситной или аустенитно-ферритной категорий.

Аустенитно-ферритные стали содержат небольшое количество никеля, в них высокое содержание хрома (более 20%), легирование проводится ниобием, титаном, медью. После прохождения термической обработки отношение феррита и аустенита становится равновесным. Такие сплавы более прочные, чем аустенитные, отличаются пластичностью, устойчивостью к межкристаллической коррозии. Они хорошо выдерживают ударные нагрузки.

Аустенитно-мартенситная группа металлов с содержанием хрома в границах 12-18%, никеля в границах 3,7 -7,5%. Могут использоваться присадки алюминия. Упрочнение проводится закалкой при температуре более 975 гр. С, и последующим отпуском при температуре 450-500 гр. С. Они обладают повышенным показателем предела текучести: характеристики, которая указывает на напряжение, при котором рост деформации продолжается без роста нагрузки. Сплавы демонстрируют хорошую свариваемость и хорошие механические качества.

Типология сталей по хромовым и никелевым присадкам

Среди сталей коррозионностойкого ряда популярны хромистые и хромоникелевые. Антикоррозионные железосодержащие материалы, в которых находится хром, иначе называют хромистыми сталями.

Теплоустойчивые мартенситные хромистые (Cr менее 10%).
Хромистые антикоррозийные. (Cr в составе не превышает 17%).
Антикоррозионные и сложнолегированные (Наличие Cr в границах 12-17%).
Хромо-азотистые и кислотоупорные ферритного типа (Состав Cr в границах между 16% и 17%).
Жаростойкие легированные: с добавками алюминия, молибдена, кремния и иных металлов.

Аустенитные с низким процентным показателем углерода и стабилизирующими элементами.
Кислотостойкие, содержащие присадочные металлы.
Жаропрочные, в составе которых процент никеля и хрома – свыше 20%.
Аустенитно-мартенситные и аустенитно-ферритные с показателями никеля и хрома на среднем уровне.

Особенности производства коррозионностойких сталей

Все производственные процессы в металлургии регулируются нормативными документами ГОСТ и ТУ. Это касается и металлов с антикоррозийными свойствами.

Максимальная твердость по шкале Бринелля (НБ). Этот метод подразумевает испытание с помощью вдавливания с использованием способа восстановленного отпечатка или невосстановленного отпечатка и определяется по таблице.
Относительное удлинение, измеряемое в %. Параметр определяет пластические свойства металла. Относительное удлинение – увеличение длины испытываемого образца после прохождения предела текучести до разрушения.
Предел текучести в Н/м2. Характеристика механических особенностей материала, связанных с напряжением, при котором деформация увеличивается, когда нагрузка закончилась. Единица измерения – паскаль или ньютон на м квадратный.
Сопротивление на разрыв или предел прочности в Н/м2. Максимальное значение напряжений материала перед тем, как он разрушится.
Допуска по отклонениям процентного отношения химических элементов в готовой продукции

Пределы процентного содержания химических элементов.
Нижний предел массовой доли отдельных легирующих компонентов, таких как марганец.
Процентное отношение вредных примесей цветных металлов: олова, свинца, висмута, сурьмы, кадмия, мышьяка и других.

Магнитные характеристики антикоррозионных сплавов

Параметр магнитности характерен для некоторых металлов. Он зависит от таких характеристик, как основная структура металла, состав и особенности сплавов. Комбинации этих переменных предопределяют уровень магнитных характеристик.

Ферриты и мартенситы задают ферромагнитные характеристики сплавов. Они настолько же магнитные, как и углеродистая сталь. Магнитные виды материалов легко подвергаются сварке и штамповке, годятся для изготовления р инструментов с режущими поверхностями и столовых приборов.

Немагнитные сплавы – аустенитные и аустенитно-ферритные хромистых и марганцевых марок.

Отличаясь большой прочностью и коррозийной устойчивостью, они широко применяются в строительной сфере и в разнообразных производственных процессах.

Изготовление

Мартеновский. Традиционная методика, применяемая многие десятилетия на разных металлургических, литейных предприятиях. Свое название способ берет от инженера, который создал печь для плавки металлов. Оборудование нагревается до 1700 °C. Длина — 16 метров. Высота — 1 метр. Ширина — до 6 метров. Подобные ванны подходят для переплавки 900 тонн нержавеющей стали.
Электросталеплавительный. Для производства стали применяют электропечи, которые имеют ограниченный доступ к кислороду, поступающему в рабочую камеру. С помощью подобного оборудования можно добиться нагревания до 1650 °C.
Конверторный. Для проведения этого метода плавки металлов не нужен внешний источник энергии. С помощью конвертора можно добиться высокой скорости плавки — до 40 минут.

Особенности ухода

Особых правил по уходу за нержавейкой придерживаться не нужно. Загрязнения можно протирать влажной тряпкой с моющими средствами. Важно не использовать жесткие щетки, чтобы сохранить целостность поверхностей.

Нержавеющая сталь применяется в разных сферах деятельности. Для получения сплавов с измененным свойствами они насыщаются легирующими добавками. Металл может применяться в нестандартных областях.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

1 Назначение стали, область применения и требования,

предъявляемые к ней

Для успешного развития современной техники, авиации, атомной энергетики, химической, нефтяной и пищевой промышленности требуется большое количество листа, труб, лопатки паровых турбин, клапаны, болты и т. д., которые по условиям эксплуатации оборудования часто должны комплексно обладать высоким уровнем таких свойств, как коррозионная стойкость в атмосфере воздуха, перегретого пара, в слабокислых и щелочных растворах, прочность, износостойкость, усталостная прочность, жаропрочность.

Коррозионно-стойкая (нержавеющая) сталь отличается стойкостью против электрохимической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой, морской).

Нержавеющая сталь применяется для изготовления валов, дисков, лопаток компрессоров и газовых турбин, рабочих колёс перекачивающих насосов, крепежа, болты и трубы.

Изделия из нержавеющей стали предназначены для работы в агрессивных средах при обычных или высоких температурах, поэтому основным требованием, предъявляемым к нержавеющей стали, является коррозионная стойкость (способность противостоять воздействию агрессивной среды при обычной температуре), а также жаростойкость (сопротивление воздействию газовой среды или пара высоких температур). Жаростойкая сталь, как правило, должна быть и жаропрочной, т.е. противостоять при высокой температуре в течении промежутка времени разрушению и ползучести.

Таблица 1.1 Механические свойства и термическая обработка стали марки 12Х13

Режим технической обработки

Отжиг при 740-780 С

Закалка с 1000-1050 С в масле или на воздухе и отпуск 700-790 С масло, воздух

2 Влияние легирующих элементов на свойства стали

Главное влияние, которое оказывают легирующие элементы на сталь, заключается в значительном повышении её коррозионной стойкости, механических свойств, главным образом предела прочности, предела текучести, твердости и в ряде случаев относительного сужения и ударной вязкости. Особенно благоприятные результаты получаются при легировании стали двумя, тремя, а иногда большим числом легирующих элементов.

В качестве легирующих в нержавеющих сталях применяют хром, никель, марганец, кремний.

Легирующие элементы вводят в сталь в виде сплавов с железом (например, феррохром, ферромарганец, ферросилиций) либо с железом и другим каким-либо элементом (например, ферросиликохром), либо в виде одного элемента (никель, металлический хром, металлический марганец).

Феррохром. Хром —основной легирующий элемент для получения стали с особыми химическими свойствами. Поэтому феррохром при выплавке нержавеющих сталей является одной из главных легирующих добавок. В ряде случаев применяют металлический хром. В качестве легирующей присадки и в качестве раскислителя нередко применяют ферросиликохром.

Ферроникель, как и хром, является основным легирующим элементом при производстве хромоникелевой нержавеющей стали. Никель, как правило, вводят в завалку на нижний предел заданного состава с учетом содержания его в шихте. Гранулированный и прессованный никель, ферроникель и закись никеля вводят только в завалку на плавках с полным окислением и при выплавке переплавом с кислородом. Для корректировки химического состава плавки во время кипения и рафинирования применяют только электролитический, огневой (чушковый) или карбонильный никель.

Читайте также: