Нержавеющая сталь: применение марок

Что такое нержавеющие стали?

Нержавеющие стали являются сплавами железа, которые содержат не менее примерно 11 % хрома. Хром является ключевым легирующим элементом нержавеющих сталей. Хром при содержании более 11 % образует «цепкую» защитную пленку на любой свежей поверхности, которая является защитным барьером от коррозии.

Критерии выбора нержавеющей стали

Выбор марки нержавеющей стали для применения в изделии или конструкции обычно основан на нескольких критериях, включая

  • выполнение функциональных требований
  • обрабатываемость
  • стоимость.

Нержавеющие стали обладают следующими фундаментальными преимуществами:

  • Коррозионная стойкость и общая высокая долговечность. Нержавеющие стали имеют высокую коррозионную  стойкость в контакте со многими видами сред, газообразных, жидких и твердых.
  • Высокая механическая прочность при высоких температурах и хорошая прочность и пластичность при низких температурах. Нержавеющие стали имеют высокую прочность, пластичность и вязкость в широком диапазоне температуры, от криогенных температур до 1000 ºС.
  • Привлекательный внешний вид. Нержавеющая сталь является современным материалом, одним из главных свойств которого является сохранение привлекательного внешнего вида в течение длительного времени.
  • Легкость обработки: Нержавеющие легко поддаются различным видам формовки (вытяжке, штамповке и т. п.) и соединений (сварке, склеиванию и т. п.).
  • Нержавеющая сталь не изменяет вкус пищевых продуктов. Это свойство нержавеющих сталей является очень важным сельскохозяйственного производства, производства пищевых продуктов и напитков.
  • Нержавеющие стали очень легко поддаются чистке, дезинфекции и стерилизации. Они также имеют высокую стойкость к реагентам, которые применяются для этих целей (например, пар под высоким давлением для стерилизации).
  • Низкая общая стоимость (с учетом всего жизненного цикла). Если рассматривать стоимость поставки оборудования плюс затраты на его техническое обслуживание в течение всего срока службы, то нержавеющая сталь является экономически выгодным материалом.
  • Переработка лома. Лом нержавеющей стали может перерабатываться на 100 % с производством нержавеющей стали  такого же уровня качества, как и исходный материал [1].

Применение нержавеющих сталей

Комбинация приведенных выше критериев обеспечивает нержавеющим сталям широкое применение в сельскохозяйственном производстве, пищевой и перерабатывющей промышленности, включая производство следующих продуктов:

  • фруктовые соки,
  • пиво,
  • шоколад,
  • томаты,
  • сыры,
  • вина.

Нержавеющие стали широко применяются:

  • в транспортном машиностроении (железнодорожные пассажирские вагоны и цистерны, автомобильные цистерны, рефрижераторные контейнеры, кузова автобусов),
  • в химическом и нефтехимическом машиностроении,
  • в нефтяной промышленности,
  • в электронной промышленности (например, немагнитные компоненты),
  • в строительной промышленности (навесные фасады, кабины лифтов, эскалаторы, кровлю, дымовые трубы, уличное оборудование).

Этот список ни в коем случае не является исчерпывающим. Нержавеющие стали применяются в большом количестве повседневных предметов, из которых хорошим примером являются «серебряные» монеты.

Марки нержавеющих сталей

На основании указанных выше критериев, ниже представляется список областей применения соответствующих марок нержавеющих сталей. Эти марки относятся к одной из пяти «семей» нержавеющих сталей:

  • аустенитные
  • ферритные
  • дуплексные аустенитно-ферритные
  • мартенситные
  • жаростойкие аустенитные

Аустенитные нержавеющие стали

Что такое аустенитные нержавеющие стали?

Эти стали являются наиболее популярными марками нержавеющих сталей за счет их высокой способности к формовке и высокой коррозионной стойкости. Благодаря присутствию легирующих элементов, которые стабилизируют аустенит, особенно никеля, эти нержавеющие стали имеют гранецентрированную кубическую аустенитную структуру. Эти стали не упрочняются термической обработкой, но могут повышать свою прочность за счет холодной деформационной обработки, то есть нагартовки.


Рисунок 1 — Аустенитная гранецентрированная решетка


Рисунок 2 — Корпус насоса из аустенитной нержавеющей стали

Химический состав

0,015-0,1 % С; 17-20 % Cr; 7-25 % Ni; 0-4 % Mo    

Применение

  • Емкости для хранения молока
    — X5CrNiMo18-10 / 1.4301
  • Емкости для хранения белых вин
    — X2CrNiMo17-12-2 /1.4404
  • Пивные кеги
    — X5CrNi18-10
  • Оборудование для предприятий общественного питания, больниц, хранения и приготовления пищевых продуктов
    — X5CrNi18-10
    — X2CrNiMo17-12-02
    — X2CrNi18-9
  • Кухонные раковины и сопутствующее канализационное оборудование
    — X5CrNi18-10
  • Посудомоечные машины: баки и внутренние стенки
    — X5CrNi18-10
  • Кухонная утварь
    — X5CrNi18-10
  • Столовые приборы и тарелки
    — X5CrNi18-10
  • Кузова автобусов и вагонов
    — X5CrNi18-10
  • Дымовые каналы
    — X5CrNi18-10
    — X2CrNiMo17-12-2
    — X1NiCrMoCu25-20-5
    в зависимости от технологии (жесткие, гибкие, с одинарной или двойной стенкой, с конденсацией или без конденсации, тип топлива и т. п.)
  • Резервуары горячей воды
    — X2CrNiMo17-12-2
    — X6CrNiMoTi17-12-2

Ферритные нержавеющие стали

Что такое ферритные нержавеющие стали?

Ферритные нержавеющие стали имеют низкое содержание углерода (≤ 0,08 %). По этой причине они не проявляют значительного упрочнения после закалки. Ферритная структура имеет кубическую объемноцентрированную решетку (рисунок 3). Ферритные нержавеющие стали являются магнитными.


Рисунок 3 — Ферритная кубическая объемноцентрированная решетка

Для ферритных сталей характерна пониженная вязкость в зоне влияния сварки из-за значительного роста зерна во время сварки.

Химический состав

0,02-0,06 % С; 11-29 % Сr

Применение

  • Бытовое оборудование: посудомоечные машины и сушилки, баки посудомоечных машин
    — X6Cr17
  • Раковины и сливные устройства
    — X6Cr17
    — X3CrTi17
  • Столовые приборы, тарелки, крышки кастрюль
    — X6Cr17
  • Зажимы автомобильных шлангов
    — X6Cr17
  • Декоративная автомобильная отделка
    — X6Cr17
    — X6CrMo17-1
    — X6CrMoNb17-1
  • Баки посудомоечных машин
    — X6CrTi17
  • Резервуары горячей воды
    — X2CrTi17
    — X2CrMoTi18-2
  • Автомобильные выхлопные системы
    — X2CrTi12
    — X2CrTiNb18
  • Трубы для перегретого пара электростанций
    — X3CrTi17
  • Трубы оборудования для производства сахара
    — X3CrTi17
  • Дымовые отсосы
    — X2CrMoTi18-2
    — X2CrMoTi29-4
  • Трубы установок обессоливания морской воды
    — X2CrMoTi29-4
  • Цепи конвейеров
    — X6CrNi17-1
  • Строительные элементы, рамы контейнеров, грузовые вагоны, бункеры, кузова автобусов и пассажирских вагонов
    — X2CrNi12
  • Монеты
    — X6Cr17 с низким содержанием углерода

Дуплексные аустенитно-ферритные стали

Что такое дуплексные аустенитно-ферритные стали?

Микроструктура дуплексных нержавеющих сталей состоит из смеси аустенита и феррита. Эти стали проявляют характеристики обеих этих фаз по прочности и пластичности. По сравнению с марками аустенитных сталей дуплексные стали показывают более высокую прочность и заметно более высокую коррозионную стойкость в хлоридных растворах.

Наиболее популярная марка

X2CrNiMo22-5-3: 0,02 % С – 22 % Cr – 5,5 % Ni – 3 % Mo 

Применение

  • Химическое оборудование:
    — теплообменники
    — оборудование для работы с органическими кислотами
    — резервуары и трубы
  • Оборудование для производства бумаги:
    — резервуары под давлением
    — бойлеры
    — автолавы
  • Оборудование морских и прибрежных сооружений:
    — шовные спиральные трубы
    — пожаростойкие стены


Рисунок 4 — Панели для химических резервуаров из дуплексной нержавеющей стали

Мартенситные нержавеющие стали

Что такое мартенситные нержавеющие стали?

Мартенситные нержавеющие стали имеют самое высокое содержание углерода (до 1,2 %). Их механические свойства могут быть повышены путем закалки. Мартенситные нержавеющие стали являются магнитными.

Химический состав

С > 0,1 %; 12-14 % Cr

Применение

Подобно многим обыкновенным углеродистым сталям эти нержавеющие стали применяются в закаленном и отпущенном состоянии. Это дает конечному изделию твердость, которая необходима для его предполагаемого применения. В зависимости от применяемой марки, основными видами применения мартенситных нержавеющих сталей являются следующие:

  • Ножевая сталь (лезвия ножей):
    — X20Cr13
    — X30Cr13
    — X46Cr13
  • Лезвия промышленных ножниц для бумажной промышленности:
    — X30Cr13
  • Компрессорные мембраны, пружины
    — X20Cr13
  • Хирургические инструменты:
    — X30Cr13
    — X46Cr13


Рисунок 5 — Профессиональный кухонный нож с лезвием из мартенситной нержавеющей стали

Жаростойкие аустенитные нержавеющие стали

Эти  марки системы железо-хром-никель имеют высокую прочность при повышенных температурах и стойкость к карбюризирующей атмосфере. Базовое содержание хрома повышается до 20-25 %, а содержание никеля колеблется от 10 до 35 %. Все марки, которые оптимизированы для применения при высоких температурах, имеют высокое содержание углерода.

  • Печные компоненты, теплообменники:
    — X12CrNi23-13
    — X8CrNi25-21
  • Горелки:
    — X12CrNi23-13
  • Печные кожухи:
    — X15CrNiSi20-12
  • Автомобильные выхлопные трубы:
    — X15CrNiSi20-12

Источник:

1.  Working with Stainless Steels / Pierre-Jean CUNAT