Между тем всем известно, что главным недостатком железа является как раз его подверженность коррозии (особенно коррозии «кислой»). Поэтому производство таких стальных сплавов, которые были бы минимально подвержены ржавлению и кислотной коррозии является одной из важнейших задач современной металлургии.
В том, что касается обычной, «воздушной» коррозии, то рецепт не подверженной ей стали в 1913 году методом проб и ошибок обнаружил английский металлург-самоучка Гарри Брирли. Накануне первой мировой войны английские сталелитейные компании занялись исследованиями в области сплавов, которые могли бы использоваться при производстве ружейных и орудийных стволов.
Тогдашний уровень материаловедения был невысок, поэтому исследования велись «на авось», а результаты неудачных опытов просто сваливались на где-то на заднем дворе, где должны были ржаветь в ожидании переплавки.
Тут и состоялось открытие – при отправке в печь очередной партии образцов наблюдательный Гарри Брирли обратил внимание на то, что одна из отливок, пролежав месяц под дождем, не заржавела и сохранила блеск. Он не поленился выяснить время и способ ее изготовления: оказалось, что заготовка вышла из электропечи и содержит 85,3% железа, 0,2% кремния, 0,44% марганца, 0,24% углерода и 12,8% хрома. Так появилась первая нержавеющая сталь, которая, как вскоре выяснилось, проявляет устойчивость еще и к азотной кислоте, в наше время набор нержавеющих сталей по сферам применения весьма разнообразен, например, посмотрите здесь: https://stvybor.ru/nerzhaveyushchij-metall/).
В дальнейшем выяснилось, что секрет нержавейки связан с присутствием в ее составе хрома: этот металл при соприкосновении с воздухом образует прочную и прозрачную оксидную пленку Cr2O3 которая не растворяется в воде.
Однако этот технологический прорыв был еще только половиной дела.
Во-первых, далеко не всем видам стали приходится работать в среде с присутствием кислорода, а там где нет кислорода, там и слой оксида хрома будет образовываться медленно или может разрушаться.
Во-вторых, разные кислоты взаимодействуют с металлами по-разному.
По действию на сплавы различают кислоты не-окислительного характера (растворы соляной Нсl и серной Н2SO4 кислот) и окислительного характера (например, азотная кислота НNO3).
Разницу во взаимодействии кислот с металлами объясняет их ионный состав. Если при взаимодействии металла с анионом кислоты образуются нерастворимые вещества, то кислотостойкость будет высокой. Свинец проявляет высокую стойкость к серной кислоте Н2SO4, магния – к растворам фтористой кислоты HF, железо – к фосфорнокислым растворам.
При этом кислотосойкость одного из компонентов сплава будет увеличивать устойчивость всего материала, следовательно для разных типов кислот потребуются стали разных составов, а именно:
Классификация нержавеющих сталей по хим. составу:
— Хромникелевые Бытовое применение, в том числе кухонная посуда
— Аустенитные Преимущества: Высокая прочность, стойкость к коррозии, пластичность, а также высокая технологичность. Применяется: Конструкционный материал, сварные аппараты для агрессивных сред. Типы стали: 300 серия. AISI 304 — универсально-применяемая марка стали, которая является аналогом 08Х18Н10, содержит 8% никеля и 18% хрома. Имеет стойкость к кислоте и кратковременному повышению температуры до 1000С. Не магнитится! Применяется: вентиляция, дымоходы, хранение и перевозка пищи, химических реактивов. Кухонная посуда, трубы и архитектурная область. AISI 316 — улучшенный аналог AISI 304 с содержанием хрома от 16,5 до 18% и содержанием никеля от 10 до 13%. Такое сочетание AISI 316 значительно улучшает коррозионную стойкость в агрессивной среде. Повышенное содержание молибдена повышает стойкость к щелевой и питтинговой коррозии в хлоре, морской воде и в уксусной кислоте. Более высокая термостойкость и прочность по ползучести. Если есть риск околошовной коррозии, то рекомендуется использовать AISI 316L.
— Аустенито-ферритные Преимущества: Увеличенный предел текучести и отличная свариваемость. Применяется: Авиация, химическое машиностроение, судостроение. Типы стали: 08Х18Г8Н2Т
— Аустенито — мартенситные Преимущества: Технологичность и усиленная прочность. Типы стали: 08Х17Н5М3, 09Х15Н9Ю, 07Х16Н6 и др.
— Хромистые Используются для турбинных лопаток, арматуры крекинг-установок, режущего инструмента, клапанов гидравлических прессов, бытовых предметов, пружин и т.д.
— Мартенситные Преимущества: механические свойства высокие; хорошая стойкость к коррозии в слабоагрессивной среде, такой как слабый кислотный раствор, либо слабый щелочной раствор. Применяется: изготовление режущего инструмента (ножи, упругие конструкции и элементы химической и пищевой промышленности, которые контактируют со слабоагрессивной средой); Типы стали: 40Х13, 30Х13
— Ферритные стали Преимущества: стойкость к коррозии в азотных кислотах, водных растворах аммиака, азотной смеси, аммиачной селитре и других высокоагрессивных средах; Применяется: пищевая промышленность, легкая промышленность, изготовление изделий для окислительных сред, бытовые приборы, теплообменное оборудование в машиностроительной отрасли; Типы стали: 400 серия.
Мартенситная сталь
Это нержавеющий сплав с максимально возможной прочностью, В таких сплавах содержится значительное (до 1%) количество углерода, который формирует специфическую микрокристаллическую структуру. Мартенситные стали 20X13, 30X13 и 40X13 содержат в среднем около 13% хрома, они спокойно переносят соприкосновение со слабыми растворами органических кислот и их солей.
В последнее время все чаще применяются сплавы титана с палладием (0,2 %) и молибденом (30-35%). Титан обычно нестоек в кислотых средах, но в не-окислительных кислотах его сплавы титана проявляют высокую стойкость. Особенно это относится к сплаву марки 4201. Он устойчив даже в горячих сернокислых и солянокислых растворах, а разрушается только в очень концентрированных кислотах. Но в азотной и окислительных кислотах сплав 4201 устойчив только при низких температурах и слабых концентрациях.
Материал подготовлен специалистами : https://stvybor.ru/.
Обозначения марок нержавеющих сталей, принятые в крепеже
В крепеже используется нержавеющая сталь аустенитной хромникелевой группы, которая содержит никеля в составе от 5 до 25% и хрома от 15 до 26%, что придает ей высокую коррозионную стойкость, а также у нее отсутствует магнитность (не магнитится). Сталь аустенитной группы маркируется буквой А, затем идет номер, который определяет ее состав.
— Сталь А2 Ближайшие аналоги AISI 304, ГОСТ 08Х18Н10 — слабо магнитная, коррозионностойкая и нетоксичная сталь, не калится. Легко сваривается, при этом отсутствует хрупкость. Начинает магнититься после обработки. Из стали А2 изготавливается крепеж для крепления вентфасадов (вентилируемых фасадов), витражей из алюминия, ограждений, насосов, в судостроении. Диапазон температур от минус 200 С до 425 С.
— Сталь А4 Ближайшие аналоги AISI316, ГОСТ 10Х17Н13М2 — в отличие от А2 имеет на 2 — 3% молибдена больше, за счет чего лучше сопротивляется влиянию коррозии и кислот. Обладает большей антимагнитностью по сравнению с А2, 100% немагнитная. Чаще всего используется в судостроительной отрасли, а также в приборах, которые перестают правильно работать с магнитным крепежом. Является кислотостойкой нержавейкой, а также не боится морской соли и хлорки. Диапазон температур от минус 60 С до 450 С.
Применение кислотостойких сплавов
Сплавы, обладающие высокой устойчивостью к «кислой» коррозии, используют во многих производственных сферах:
- горнодобывающей;
- перерабатывающей;
- целлюлозно-бумажной;
- самолето- и машиностроительной;
- приборостроительной;
- химической.
Материал служит для производства сборочных узлов, деталей, корпусов агрегатов, помещенных в агрессивную среду. К ним относятся канализационные трубы, обшивки резервуаров в таких отраслях, как нефтегазовая, пищевая, химическая. Из кислотоустойчивых материалов выполняют промышленные системы отвода дыма, прутки, электроды, поковки, другое. Также это лучший вариант для изготовления трубного пищевого проката.
12Х18Н10Т в виде листов применяют как отделочный и строительный материал, для изготовления сосудов, эксплуатирующихся в условиях высокого давления. Применяют ее в криогенной технике при температурах очень низких (до -269⁰) и крайне высоких (в дуговых печах).
Из стали 10Х17Н13М2Т изготавливают аппаратуру, применяемую при производстве синтетического каучука, изопрена, синтетической уксусной кислоты, этаноламинов. Корпуса оборудования, в котором выращивают в искусственных условиях кристаллы драгоценных камней, также производят из этого материала.
Класс прочности нержавеющей стали А2, А4
К примеру, обозначение на головке: А2-70, А4-70
| Группа | Марка стали | Диаметры, в мм | Кл.прочности | Прочность на разрыв, Н/мм2 | Предельн. текучесть Н/мм2 | Удлинение при разрыве, в мм |
| Аустенитная | А2, А4 | до М39 вкл. | 50 | 500 | 210 | 0.6d |
| Аустенитная | А2, А4 | до М24 вкл. | 70 | 700 | 450 | 0.4d |
| Аустенитная | А2, А4 | до 24 вкл. | 80 | 800 | 600 | 0.3d |
Кислоты, возникающие в результате горения топлива
Серная кислота образуется при взаимодействии серного ангидрида SO3, содержащегося в отходящих газах теплогенераторов, особенно, работающих на дизельном топливе, и паров воды:
SO3+ H2O <=> H2SO4
Азотная кислота. При взаимодействии диоксида азота, выделяемого в процессе горения и образующихся при этом паров воды, образуется азотная кислота:
2NO2+ H2O <=> HNO3+ HNO2
Угольная кислота образуется в результате взаимодействия растворимого в воде углекислого газа и водяного пара:
CO2 + H2O <=> H2COз
Химический состав нержавейки
| Марка | Хром | Никель | Молибден | Медь | Фосфор | Селен |
| А1 | от 16 до 19% | от 5 до 10% | 0,7% | от 1,75 до 2,25% | 0,200% | от 0,15 до 0,35% |
| А2 | от 15 до 20% | от 8 до 19% | — | 4% | 0,050% | 0,03% |
| А3 | от 17 до 19% | от 9 до 12% | — | 1% | 0,045% | 0,03% |
| А4 | от 16 до 18,5% | от 10,5 до 14% | от 2 до 3% | 1% | 0,045% | 0,03% |
| А5 | от 16 до 18,5% | от 10,5 до 14% | от 2 до 3% | 1% | 0,045% | 0,03% |
Статьи о продукции Обновлено: 08.12.2020 14:52:03
Процентное содержание химических соединении в продуктах горения
| Вид топлива | NO2 (диоксид азота) | SO3 (оксид серы) | CO2 (диоксид углерода) | W (влажность) |
| Древесина | 0.5% | — | 90% | 6% |
| Природный газ | — | — | 90% | 10% |
| Дизельное топливо | — | 3% | 90% | 10% |
| Уголь | 1% | 3% | 90% | 6% |
Технологические свойства
Учитывая хим состав стали AISI 321 и ее механические, физические, химические характеристики, технологические свойства конструкционного материала выглядят следующим образом:
· ковкость – низкая;
· прокаливаемость – низкая;
· жидкотекучесть – низкая;
· обрабатываемость резанием – высокая;
· свариваемость – без ограничения и предварительного подогрева кромок.
Сваривается сталь AISI 321 специальными электродами серии 347, стабилизированными ниобием. Сварные швы зачищаются и пассивируются для предотвращения коррозии в околошовной зоне.
Отжигается материал AISI 321 в температурном диапазоне +1050°С … +1150°С с последующим остыванием на воздухе. Температура отпуска составляет +450°С … +800°С. Для пассивирования используется температура +20°С и раствор HNO3 концентрации 25%.
Указанный химический для AISI 321 состав с соотношением хрома и никеля, как 18/8, обеспечивает рациональное сочетание прочностных характеристик, себестоимости производства, антикоррозионных свойств и ресурса изделий.
Механические свойства
Механические для AISI 321 характеристики стали соответствуют следующим значениям:
· упругость – модуль упругости 193 ГПа;
· пластичность – относительное удлинение 40%;
· вязкость – предел текучести 205 МПа;
· прочность – усталостная 240 Н/мм2, сопротивление на разрыв 515 МПа;
· твердость – 170 единиц Бриннеля.
Короткий 30 см пруток нержавейки 321 толщиной 8 мм можно согнуть руками, поскольку таль достаточно мягкая. Стружка при обработке точением снимается легко, с низким энергопотреблением и трудозатратами. Резьба имеет ровный профиль, без рваного края и задиров. Однако резьбовые соединения AISI 321 чаще всего одноразовые – при высоком усилии затяжки профиль резьбы деформируется.
Налогами AISI 321 ГОСТ являются сразу два конструкционных материала – 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т. На сталь AISI 321 стандарт включает ее единственную модификацию 321H с расширенным интервалом содержания углерода.
Физические свойства
Хромоникелевая аустенитная нержавейка AISI 321 характеристики физического типа имеет следующие:
· удельная теплоемкость – 504 Дж/кг*°С;
· плавкость – нержавеющая сталь AISI 321 плавится при +1400°С … +1455°С;
· электрическое сопротивление – 1,5*10-6 Ом*м;
· вес – составляет AISI 321 плотность 7900 кг/м3;
· теплопроводность – коэффициент для нерж стали AISI 321 составляет 17 Вт/м*°С;
· расширяемость – нержавейка AISI 321 имеет коэффициент линейного расширения 16 – 18 1/°С;
· намагничивание – материал AISI 321 не содержит в своей структуре феррита, магнитными свойствами и не обладает;
· цвет – марка стали AISI 321 обладает стальным цветом;
· электропроводность – AISI 321 сталь имеет показатель 1 – 1,2%IACS;
В трехсотой аустенитной серии коррозионностойких сплавов нержавеющая сталь AISI 321 по аналогии с эталоном 304 может называться, как пищевой, так и медицинской нержавейкой. Так как из нее изготавливают, и посуду, и молочные муфты, и хирургический инструмент, медицинские автоклавы.
Поверхность металла не нужно хромировать или никелировать, так как оба этих металла уже имеются в структуре 321 сплава. Поэтому трубный прокат широко используется в строительстве, отделке фасадных экстерьеров и внутренних интерьеров.
Классификация свойств
Для всех материалов конструкционных металлической группы в РФ используется классификация их характеристик по основным четырем признакам:
· характеристики физические – вес и плавкость, цвет и расширяемость, намагничивание и электропроводность, теплопроводимость;
· химические свойства – растворимость, коррозионная стойкость и окисляемость;
· характеристики механические – пластичность, вязкость, прочность, упругость и твердость;
· технологические свойства – ковкость и прокаливаемость, свариваемость и обрабатываемость резанием, жидкотекучесть.
Дополнительно нержавеющие стали классифицируются внутри собственной категории сталей по признакам:
· коррозионно-стойкие – не ржавеют при атмосферных условиях;
· жаростойкие – не окисляются при высоких температурах, и не образуют окалину;
· жаропрочные – долго работают под нагрузкой при высоких температурах;
· кислотоупорные – не ржавеют в кислых средах;
· хладостойкие – сохраняют вязкость при отрицательных температурах.
В принципе 321 сталь – это 304 нержавейка с добавлением 0,5% титана. Что соответствует отечественным аналогам 08Х18Н10 и 08Х18Н10Т.
