Нержавеющая сталь – материал, который находит критическое применение в отраслях от авиации до автомобилестроения.Металлические сплавы, включая нержавеющую сталь, содержат смесь нескольких элементов. В нержавеющей стали железо смешивается с другими элементами. Точный состав нержавеющей стали определяет ее свойства, поэтому важно знать, из чего она состоит.
Давайте обсудим это подробнее.
Обзор состава нержавеющей стали
Не каждая сталь – нержавеющий сплав: нержавеющая сталь характеризуется наличием не менее 10,5% хрома.
Другие часто используемые компоненты – никель и марганец. Помимо них, также присутствуют молибден, кремний и углерод в различных количествах.
Наличие и процент легирующих элементов влияют на свойства материала. Таким образом, степень его теплостойкости, прочность, долговечность и стойкость к коррозии зависят от используемого сплава.
Другие важные свойства нержавеющей стали включают степень ее свариваемости и обрабатываемость – способность стали соединяться с другой стали или быть резаной, сверлёной или фрезерованной машинами. Все эти характеристики зависят от химического состава нержавеющей стали.
Понимание легирующих агентов в нержавеющей стали
Нержавеющая сталь в основном состоит из железа с добавлением хрома, никеля и марганца, в зависимости от ее марки. Давайте обсудим это подробнее.
1.Железо
Железо является основным компонентом любой стали, обеспечивая большую часть ее состава. Обычно его содержание в нержавеющей стали составляет от 50% до 70% или даже больше.
У различных категорий нержавеющей стали следующее содержание железа:
- Аустенитная нержавеющая сталь содержит высокие уровни железа около 70%.
- Ферритная нержавеющая сталь содержит наивысшее содержание железа около 70-75%.
- Мартенситные марки нержавеющей стали имеют более низкое содержание железа около 50%.
Содержание железа в нержавеющей стали определяет ее свойства устойчивости к коррозии. Как правило, чем больше железа, тем менее устойчива к коррозии сталь.
Слишком много железа вызывает более толстый пассивный оксидный слой при реакции с хромом, что будет менее стабильным. Это также приведет к локальному уменьшению содержания хрома в некоторых областях, делая его подверженным коррозии. Но меньшее содержание железа обеспечит более тонкий, но стабильный оксидный слой.
2.Хром
Этот металл имеет важное значение в нержавеющей стали, поскольку обеспечивает ей устойчивость к коррозии за счет пассивного оксидного слоя. Этот слой оксида хрома самовосстанавливающийся и может восстанавливаться при повреждении.
Но роль хрома в нержавеющей стали не ограничивается только устойчивостью к коррозии: он также повышает твердость и прочность и улучшает свариваемость, уменьшая склонность стали к тресканию при сварке.
Содержание хрома составляет от 16 до 26% в аустенитных нержавеющих сталях. В ферритных сталях оно варьируется, но всегда выше 10,5%. А в мартенситных нержавеющих сталях составляет около 14-18%.
3.Никель
Никель является важным компонентом нержавеющей стали. Это аустенитный металл и обеспечивает аустенитическую сталь характерной кристаллической структурой. Таким образом, аустенитные стали богаты никелем.
У никеля две основные функции в нержавеющей стали:предотвращение коррозии и увеличение прочности. Он также образует защитный оксидный слой против коррозии.
Предел прочности сплава стали пропорционален его содержанию никеля: добавление никеля может сделать вашу сталь более твердой и увеличить ее предел прочности. Таким образом, вы можете использовать стали с высоким содержанием никеля в условиях высокой коррозии, например в морских системах, а также в отраслях, требующих высокой прочности, таких как авиакосмическая.
Можно использовать два типа никеля: никелевые сплавы и никелевое чугунное железо. Первое содержит другие материалы, такие как молибден и медь. И никелевое чугунное железо является недорогое альтернативное решение для никелевых сплавов, содержащее никель, углерод и железо.
4.Марганец
Этот важный компонент нержавеющей стали уменьшает ее хрупкость и улучшает механические свойства.
Марганец не прямо влияет на предотвращение коррозии в нержавеющей стали, поскольку не образует оксидного слоя. Однако он предотвращает ямочную коррозию, стабилизируя аустенитную кристаллическую структуру стали.
Марганец также улучшает твердость, прочность и долговечность металла, делая его менее подверженным трещинам и разрушениям. Это полезно, поскольку марганцем содержащие стали можно использовать для приложений, которые испытывают большое напряжение, например, при строительстве мостов.
Для производства нержавеющей стали используют либо электролитический марганец, либо ферромарганец. Электролитический марганец представляет собой более чистую форму металла, используемую в высокопроизводительных сплавах. Ферромарганец представляет собой марганец, смешанный с железом, для производства сплавов нержавеющей стали более низкого качества.
5.Другие элементы
Нержавеющая сталь может содержать другие компоненты в зависимости от ее марки.
Углерод
В нержавеющей стали содержится углерод для увеличения ее твердости, но его количество должно быть контролируемым. Слишком большое содержание углерода может привести к образованию карбидов, вмешивающихся в металлообрабатывающие процессы и ухудшающих коррозионную стойкость сплава. Обычно содержание углерода в нержавеющей стали составляет 0,03% или менее.
Кремний
Кремний улучшает высокотемпературную стойкость нержавеющей стали и делает ее менее подверженной окислению. Он работает аналогично хрому и никелю, образуя стабильный оксидный слой из кремниев на поверхности материала.
Молибден.
Это ещё один элемент, добавляемый в нержавеющую сталь для повышения ее коррозионной стойкости, особенно в агрессивных средах, таких как морская вода или кислотные условия. Содержащая молибден сталь также более прочная и свариваемая.
Медь
Медь также может улучшить коррозионную стойкость нержавеющей стали, в частности против хлоридных и серной кислот. Она также защищает от крахмаливости, вызванной коррозией.
Аустенитные нержавеющие стали могут содержать титан для стабилизации аустенитной структуры при повышенных температурах и устойчивости к ямочной коррозии. Титансодержащая сталь также обладает хорошей свариваемостью.
Азот.
Азот можно использовать для повышения прочности и коррозионной стойкости материала. В основном он помогает против ямочной коррозии: локальной коррозии, при которой коррозионные агенты образуют небольшие отверстия на поверхности стали.
Фосфор и сера
Фосфор и сера обычно считаются примесями в производстве нержавеющей стали, поэтому их содержание ограничивается до низких уровней.
Слишком большое содержание фосфора вызывает образование хрупких фосфидов, а слишком большое содержание серы приводит к образованию сульфидов. Они вызывают трещины и коррозию, а также уменьшают прочность. Однако в меньших количествах сера и фосфор могут улучшить обрабатываемость нержавеющей стали.
Факторы, влияющие на состав нержавеющей стали
Несколько факторов могут влиять на состав нержавеющей стали. Некоторые из них включают в себя:
1.Примеси
Обычные примеси в процессе производства нержавеющей стали – сера и фосфор. Иногда азот также может быть примесью. Эти примеси влияют на химический состав нержавеющей стали.
Например, они вызывают образование сульфидов и фосфидов, уменьшая общую прочность нержавеющей стали. Они также уменьшают пластичность стали, и их присутствие уменьшает общий процент других элементов в сплаве тоже.
2.Обработка
Метод обработки, такой как горячее прокатывание и холодное прокатывание, влияет на состав нержавеющей стали на микроструктурном уровне, вызывая закрепление кристаллов в определенной форме. Выбор добавляемых элементов на стадии обработки также влияет на окончательный состав нержавеющей стали.
3.Термическая обработка
Можно использовать процессы термической обработки, такие как отжиг, закалка и отпуск, для изменения микроструктуры материала и придания ему лучшей коррозионной и тепловой стойкости. Например, если закаливать аустенитную сталь, ее углерод остается в ней и формирует микроструктуру мартенситной нержавеющей стали.
Тепловая обработка влияет на устойчивость продукта к коррозии, тепловой стойкости, прочности и пластичности путем влияния на его состав.
Каковы различные марки нержавеющей стали и их свойства?
Нержавеющая сталь состоит из различных серий, которые помогают классифицировать ее свойства:
- Серия 200: Серия 200 имеет более низкую стойкость к коррозии, чем другие серии. Однако она дешева и в основном используется там, где важны твердость и экономичность. Например, для бытового использования стали, такого как кухонные ножи, используется серия 200.
- Серия 300: Эта серия, также известная как сталь более высокого класса по аустениту, является одной из лучших марок стали для промышленных применений. Она в основном содержит высокое содержание хрома и никеля, а некоторые марки также могут содержать молибден и марганец. Используется при необходимости отличной стойкости к коррозии, например, в пищевой или химической промышленности.
- Серия 400: Серия 400 в основном представляет собой мартенситную нержавеющую сталь, и ее используют, когда требуется дополнительная прочность, износостойкость и твердость, например, в деталях насосов. Обычно содержит хром и углерод.
- Серия 600: Эта серия состоит из дуплексной нержавеющей стали. Это высококачественная нержавеющая сталь с отличной стойкостью к коррозии и используется в реактивных двигателях и газовых турбинах.
Каковы наиболее распространенные области применения нержавеющей стали и почему?
Промышленные применения нержавеющей стали зависят от ее состава. Среди наиболее распространенных можно назвать:
- Авиакосмическая промышленность: Эта отрасль требует марок нержавеющей стали, которые могут выдерживать высокие температуры и уровни напряжения. Рассмотрите марки, такие как 15-5 PH и 17-4 PH, для авиакосмических целей.
- Автомобильная: Для автомобилей также требуется устойчивость к высокой температуре, так как двигатель может значительно нагреться. Также необходима хорошая ударная стойкость для автомобильного использования. Здесь хорошо подходят нержавеющая сталь 409 и 430.
- Нефтегазовая отрасль: Эта отрасль требует стали, выдерживающей высокое давление и температуру. Популярным выбором является нержавеющая сталь 310.
- Химическая промышленность: Требуются марки стали с отличной химической стойкостью, такие как марки, содержащие молибден, для использования в цистернах для химической обработки.
- Пищевая промышленность: Здесь требуется коррозионностойкая нержавеющая сталь, предпочтительно серии 300. Популярны здесь марки 304 и 316.
Как состав нержавеющей стали влияет на ее устойчивость
Состав нержавеющей стали может влиять на ее устойчивость. Некоторые сплавы легче подлежат переработке, чем другие, поэтому ваш состав определяет возможность переработки стали. Например, стали с более высоким содержанием никеля менее поддаются переработке из-за высоких затрат на переработку никеля.
Точно так же экологическое воздействие процесса производства нержавеющей стали зависит от ее состава. Поскольку хром имеет высокую температуру плавления, марки стали с более высоким содержанием хрома требуют больше энергии и имеют больше выбросов, чем марки стали с меньшим содержанием хрома.
Вывод
Нержавеющая сталь представляет собой сплав железа с содержанием хрома не менее 10,5%, но конкретный состав нержавеющей стали переменен. Каждая марка стали имеет разный состав по элементам, используемым и их пропорциям.
Как правило, наиболее распространенными элементами, которые вы найдете в этом материале, являются хром, никель и марганец. Также используются другие элементы, такие как молибден, медь, титан, углерод и кремний. Состав нержавеющей стали влияет на ее свойства, применение и устойчивость.
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы приобрести различные нержавеющие стальные изделия различных составов!
ЧаВо
1. Может ли нержавеющая сталь выдерживать высокие температуры?
Способность нержавеющей стали выдерживать высокие температуры зависит от ее марки. Как правило, нержавеющая сталь более устойчива к теплу, чем другие типы стали, и многие марки нержавеющей стали могут выдержать температуры до 870 градусов Цельсия без существенных повреждений. Особенно устойчивы к высоким температурам аустенитные стали.
2. Можно ли сварить нержавеющую сталь?
Нержавеющую сталь в целом можно сварить, но точные сварочные свойства зависят от ее состава и марки. Как правило, аустенитная нержавеющая сталь считается наиболее подходящей для сварки. Как правило, вам потребуется пред- и постсварочные обработки, чтобы гарантировать, что ваша сталь не треснет во время сварочного процесса.
3. Насколько легко обрабатывать нержавеющую сталь?
Обрабатываемость нержавеющей стали зависит от ее марки и состава, но большинство марок нержавеющей стали удобно обрабатывать. Чем крупнее, тверже и сложнее сталь, тем сложнее ее обрабатывать. Как правило, аустенитная нержавеющая сталь отличается отличной обрабатываемостью.
