Нержавеющая сталь — свойства и применение¶

Нержавеющая сталь («нержавейка») — группа легированных коррозионно-стойких сталей, содержащих не менее 10,5 % хрома, обеспечивающего формирование на поверхности плотной оксидной плёнки, защищающей металл от дальнейшего окисления. Отсюда и название: сталь «не ржавеет» в обычных атмосферных условиях и во многих агрессивных средах. Нержавейка сочетает коррозионную стойкость с механической прочностью, жаропрочностью и технологичностью, что делает её одним из наиболее распространённых конструкционных материалов в мире.

¶Химический состав и легирование

Основной легирующий элемент нержавеющих сталей — хром (Cr). Он входит в состав оксидной плёнки (Cr₂O₃) толщиной всего несколько нанометров, которая самовосстанавливается при повреждении на воздухе. Помимо хрома в состав могут входить:

• Никель (Ni) — стабилизирует аустенитную структуру, повышает пластичность и стойкость в кислотах;
• Молибден (Mo) — увеличивает стойкость к точечной коррозии, особенно в средах, содержащих хлорид-ионы;
• Титан и ниобий — связывают углерод, предотвращая межкристаллитную коррозию после сварки;
• Марганец, кремний, азот — усиливают прочность и стабилизируют структуру.

По химическому составу и структуре нержавейку делят на четыре основных класса.

¶Классификация

¶Ферритные

Содержат 12–18 % хрома, практически без никеля. Магнитятся, обладают средней прочностью и стойкостью, дешевле аустенитных. Применяются в бытовой технике, автомобильных глушителях, арматуре. Типичная марка — 08Х17.

¶Мартенситные

Содержат 12–18 % хрома и повышенное количество углерода (до 1 %). Термообработкой достигают высокой твёрдости. Идут на изготовление ножей, хирургических инструментов, турбинных лопаток, пружин. Марки — 20Х13, 40Х13.

¶Аустенитные

Наиболее распространённый класс. Содержат 16–20 % хрома и 6–14 % никеля, часто с добавкой молибдена. Не магнитятся (в отожжённом состоянии), обладают отличной пластичностью, свариваемостью и стойкостью в кислотах. Марка AISI 304 (08Х18Н10) — самая массовая нержавейка в мире, из неё делают посуду, трубопроводы, декоративные конструкции. Марка AISI 316 (с молибденом) применяется в морской воде и медицинском оборудовании.

¶Дуплексные

Чередование ферритной и аустенитной фаз (примерно 50/50). Вдвое прочнее обычной аустенитной нержавейки и заметно стойче к коррозии под напряжением. Используются в нефтегазовом оборудовании, химических реакторах, морской инфраструктуре.

¶Основные свойства

Нержавейка не подвергается коррозии в обычной воде и атмосфере, стойка к органическим кислотам, щелочам, многим растворителям. Слабые стороны — стойкость к точечной коррозии в растворах хлоридов (морская вода), межкристаллитная коррозия в зоне сварного шва при 450–850 °C (устраняется стабилизацией титаном или ниобием либо низкоуглеродистыми марками).

¶Производство

Основной способ получения нержавеющей стали — передельный процесс в кислородно-конвертерном или электродуговом агрегате с последующей доводкой в вакуумно-дуговом переплаве. Ключевая сложность — раскисление хромсодержащего расплава и недопущение его окисления. Россия является одним из крупных производителей нержавейки; крупнейшие заводы — «Северсталь» (Череповец), «Мечел» (Челябинский металлургический комбинат), «Ашинский металлургический завод».

Прокат выпускают в виде листов, полос, труб, профилей, прутков и проволоки. Поверхность классифицируют по типам отделки: 2B (матовая), BA (зеркальная), №4 (сатиновая), шлифованная, травленая.

¶Применение

Нержавейка занимает ведущие позиции в отраслях, где важны гигиена, долговечность и коррозионная стойкость:

• Пищевая промышленность — оборудование, ёмкости, трубы, поверхности контакта с продуктами;
• Медицина — инструменты, имплантаты, стоматологические конструкции;
• Химическая и нефтегазовая промышленность — реакторы, теплообменники, трубопроводы;
• Строительство и архитектура — фасадные панели, ограждения, лестницы, кровля;
• Бытовая техника и кухонная утварь — мойки, ножи, посудомоечные машины;
• Транспорт — вагоны метро, цистерны, элементы выхлопных систем.

¶Интересные факты

• Открытие коррозионно-стойкой стали произошло в 1913 году: английский металлург Гарри Брирли при разработке артиллерийских стволов обнаружил сплав с 12,8 % хрома, не подвергающийся ржавлению.
• Оксидная плёнка на нержавейке настолько тонка, что её невозможно увидеть невооружённым глазом; блеск металла обусловлен отражением света от самого сплава.
• Нержавейка подлежит практически полной переработке без потери свойств, что делает её одним из самых экологичных конструкционных материалов.

¶Источники

• ГОСТ 5632-2014. Стали высоколегированные. Марки.
• Кутепов М. Г., Бондаренко В. И., Максимова В. М. «Коррозия и коррозионно-стойкие стали и сплавы». — М.: Металлургия, 1985.
• Справочник «Машиностроение», т. 6: «Конструкционные материалы». — М.: Машиностроение, 2002.
• Аксенов В. А. «Нержавеющие стали: справочник». — М.: Металлургия, 2000.