Нержавеющая сталь – это сплав железа и углерода, который имеет высокую прочность и твердость. При этом обычная сталь подвержена окислению при контакте с воздухом и влагой, что приводит к образованию ржавчины. Нержавеющая сталь дополнительно содержит хром или другие специальные элементы, создающие пассивную пленку на поверхности стали, которая предотвращает окисление и образование ржавчины.
Основной регламентирующий документ – ГОСТ 5632-2014 «Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки», устанавливающий требования к химическому составу, физико-механическим свойствам, маркировке и т.д.
Этапы производства нержавеющей стали
- Плавление: смешанные металлические компоненты (железо, хром, никель и другие элементы) плавятся в электропечах или конвертерах.
- Легирование (основополагающий процесс): добавление точно измеренных количеств хрома, никеля и других элементов для достижения нужных характеристик.
- Очистка: удаление примесей и избыточного углерода для предотвращения коррозии и обеспечения структурной однородности.
- Литье или прокатка: расплавленная сталь льется в формы или прокатывается в нужные формы (листы, трубы, прутки и т. д.).
- Холодная или горячая обработка: после первичной формы сталь подвергается холодной или горячей обработке для улучшения механических свойств и формы.
- Отжиг: нагрев стали до определенной температуры и последующее охлаждение для снятия внутренних напряжений и улучшения ее свойств.
Виды нержавеющей стали
Различные классы нержавеющей стали могут иметь разные составы и пропорции легирующих элементов, в зависимости от конкретного применения и требований. Существует более 150 марок нержавеющей стали, а также несколько основных видов металлопроката: листы, круги и диски, трубы, проволока, профили, шестигранники и т.п.
Нержавеющая сталь может иметь различные виды покрытий, которые могут улучшить ее свойства или придать ей дополнительные характеристики: порошковая краска, анодирование, цинкование, хромирование, оксидирование и плазменное напыление.
По строению и составу существует четыре основных типа нержавеющей стали: Аустенитная (естественная структура без каких-либо механических или термических обработок):
1. Аустенитная (естественная структура без каких-либо механических или термических обработок):
- Состав – 15-25% хрома и 5-20% никеля, не магнитная при комнатной температуре;
- Высокая коррозионная стойкость;
- Аустенитная структура обладает высокой пластичностью и деформируемостью;
- Устойчивость к высоким и низким температурам и их перепадам.
2. Ферритная (самая стабильная фаза при комнатной температуре и ниже):
- Состав – 10-25% хрома и низкий или отсутствующий процент никеля, магнитная;
- Высокая прочность при низких температурах;
- Низкая цена;
- Хорошая холодная обрабатываемость;
- Уступает аустенитной структуре по пластичности;
- Обычно более мягкие и менее прочные по сравнению с мартенситом;
- Могут быть подвержены коррозии, особенно при высоких температурах.
3. Мартенситная (специфическая упрочненная структура, полученная при быстром охлаждении стали с достаточным содержанием углерода):
- Состав – 10-18% хрома, низкое содержание никеля, магнитная;
- Очень высокая твердость и прочность, но хрупкость при ударных нагрузках;
- Хорошая износостойкость;
- Возможность закаливания и упрочнения (высокий предел текучести), однако малоподатливы к деформации и требуют контролируемого отпуска.
4. Комбинированная: обладает набором уникальных свойств под определенные специфические требования применения, будь то максимально повышенная коррозионная стойкость или прочность.
Состав нержавеющей стали
Нержавеющая сталь состоит из основного компонента – железа, а также добавок хрома (обычно 10-30%), никеля (обычно 0-20%), молибдена (обычно 2-3%) и других элементов, таких как медь, титан, алюминий и карбон.
Хром обеспечивает стойкость к коррозии, так как формирует защитную пленку оксида на поверхности стали, которая предотвращает взаимодействие с окружающей средой.
Никель увеличивает стойкость нержавеющей стали к коррозии и придает ей улучшенные механические свойства. Он также способствует повышению пластичности и устойчивости к высоким температурам. Молибден улучшает ее стойкость к различным химическим средам, особенно к хлоридам и серной кислоте.
Углерод используется для регулирования твердости и прочности стали. В нержавеющей стали содержание углерода обычно достаточно низкое, чтобы избежать образования высокоуглеродистых фаз, которые могут привести к коррозии.
Свойства и преимущества нержавеющей стали
Достоинства нержавеющей стали обусловлены и совпадают с ее основополагающими свойствами:
- Сопротивление коррозии: не ржавеет и не окисляется, что делает ее долговечной и устойчивой во многих условиях, включая высокую влажность и экстремальные температуры.
- Гигиеничность: имеет гладкую и не пористую поверхность, что делает ее легкой в уходе и не предоставляет место для размножения бактерий и микроорганизмов.
- Прочность: обладает высокой прочностью и устойчивостью к механическим повреждениям.
- Высокая температурная стойкость: она может выдерживать высокие температуры без потери своих механических свойств и стойкости к коррозии.
- Легкость обработки: нержавеющую сталь можно легко сварить, обрабатывать и формировать в различные изделия и конструкции.
- Долговечность: благодаря своей стойкости к коррозии и прочности, нержавеющая сталь обладает высокой степенью долговечности и длительным сроком службы.
- Виды: доступна в различных видах с разными свойствами, такими как устойчивость к кислотам или щелочам, высокая температурная устойчивость и т. д.
Область применения нержавеющей стали
Металлопрокат из нержавеющей стали широко используется во многих отраслях. Из нержавеющей стали производят различные изделия и компоненты:
- Бытовая техника (раковины, посудомоечные машины, холодильники, плиты и вытяжки).
- Пищевое оборудование (сковороды, противни, решетки для жарки и др.);
- Медицинское оборудование (хирургические инструменты, дежурные наборы, столовые наборы, корзины для стерилизации и др.);
- Химическое оборудование (химические баки, реакторы, насосы, фильтры);
- Архитектурные конструкции (ограждения, перила, двери, оконные рамы, каркасы зданий, фасады и другие элементы архитектурной отделки);
- Элементы автомобильной промышленности (выхлопные системы, радиаторы, топливные баки, антикоррозионные компоненты и др.);
- Трубопроводы и трубы (в трубопроводных системах для воды, нефти, газа, пищевых продуктов, а также в системах кондиционирования воздуха и отопления);
- Декоративные изделия (мебель, лестницы, подвесные потолки, скульптуры, ограждения, подписные щиты и прочее).
В целом, нержавеющая сталь является одним из наиболее используемых материалов в различных отраслях, таких как машиностроение, химическая промышленность, пищевая промышленность, медицина и другие.