Нержавеющая сталь: сравнение с углеродистой, что такое сатинированная нержавейка

История создания нержавейки

Создание стали, стойкой к коррозии, приписывают Гарри Брирли. В 1913 году он занимался исследованиями стальных сплавов, необходимых для изготовления оружейных стволов. Металлург-самоучка действовал по системе проб и ошибок. Он добавлял в сплав различные присадки и проверял на прочность полученные образцы. Неудачные экземпляры он бросал в угол, где заготовки ржавели.

Его внимание привлёк небольшой слиток, который был извлечён из печи месяц назад: он не заржавел и выглядел как новый. Сплав на 85% состоял из железа. В состав входили также:

кремний;
марганец;
углерод;
хром.

Это был первый образец нержавеющей стали.

Современные детали из нержавеющей стали. В 1915 году английская фирма из города Шеффилд заявила о создании нового сплава с превосходным внешним видом: он не поддаётся коррозии и устойчив к истиранию.

Плюсы и минусы ножа из нержавеющей стали

Бывают разные виды ножей. На кухне встречаются ножи для мяса, овощей, хлеба. Хороший режущий инструмент должен иметь идеально ровную режущую кромку. Трещины или сколы свидетельствует о том, что качество материала очень низкое. Такой нож долго не прослужит.

Клинки, выполненные из углеродистой стали, имеют острую кромку, легко затачиваются. Но с течением времени они ржавеют и приходят в негодность.

Высокоуглеродистая сталь сочетает преимущества углеродистой стали и нержавейки. Острота́ и устойчивость к коррозии – вот главные свойства.

Преимущества

В производстве ножей лидирует нержавеющая сталь. Зачастую в материал добавляются компоненты, улучшающие качество изделий. Это хром, марганец, молибден, ванадий. Противостоять стальной нож ржавчине заставляет хром. Он придаёт и дополнительную прочность. Преимущества таких ножей:

Даже при длительном контактировании с водой и повышенной влажности ножи не ржавеют.
Обладают твёрдостью и не ломаются при падениях или сильных ударах.
Устойчивы к температурным перепадам, выдерживают высокие и низкие температуры.
На продукте не оставляют посторонние привкусы.
Радуют приятным видом. Они блестят, а при длительном применении не теряют качества.

Нож из нержавеющей стали.

Недостатки

Главный минус в том, что нож из нержавеющей стали быстро тупится. Частое затачивание приводит к уменьшению толщины материала. Следует также помнить, что не существует самозатачивающихся ножей. Любой нож, из какого бы материала он ни был сделан, через определённый промежуток времени теряет остроту.

Особенности

Стойкость стали к коррозии обеспечивается сверхтонкой, богатой хромом оксидной плёнкой. Толщина очень мала (около 2 нанометров, или 0,002 мкм), поэтому плёнка прозрачная. Но она служит защитой сплава от действия окружающей среды.

Плёнка появляется после пассивации – добавления хрома в сплав. Содержание этого элемента доводят до 12%, тогда сплав признают нержавеющим.

Нержавеющие ножи только из мартенситных сталей

Ножи из мартенситов имеют требуемый уровень твёрдости. Из всех видов сплавов этот наиболее предпочтительный для изготовления ножей.

Влияние содержания углерода на твёрдость мартенсита

Твёрдость мартенсита без отпуска зависит от того, сколько содержится углерода в сплаве. Чем выше процентное соотношение последнего, тем твёрже материал. Это наглядно видно из таблицы.

Твёрдость мартенсита.

Термообработка

Термообработка мартенситных сталей мало чем отличается от термической обработки обычных углеродистых сталей и включает три ступени: аустенизация (нагрев под закалку), закалка и отпуск.

Время термической обработки мартенситных нержавеек намного меньше. Первая причина: в состав стали входят карбиды. Их растворение в аустените замедлено из-за того, что в составе есть молекулы хрома. Вторая причина: теплопроводность нержавейки ниже, чем у обычной углеродистой стали.

Карбиды

Из-за того, что в составе мартенситных нержавеющих сталей повышено содержание углерода, сопротивление коррозии ниже. Это происходит потому, что высокое содержание углерода уменьшает количественный состав хрома, который способен растворяться в аустените.

Частицы карбида (Cr, Fe)23C6, снижают содержание хрома (как известно, для коррозионной стойкости нужно 12%), что делает металл подверженным коррозии.

Мартенситное превращение

Мартенситная сталь проходит процесс мартенситного превращения. Это процесс полиморфизма, который характеризуется изменением положения атомов или молекул в кристалле относительно друг друга. Мартенситное превращение можно назвать процессом деформации кристаллической решетки. В результате мартенситного преобразования удается изменить характеристики и свойства металлов. Это достигается чаще всего путем термической обработки. Возможно также изменение характеристик путем механической обработки.

Разновидности

Нержавеющие стали делятся на несколько видов:

ферритные;
мартенситные;
аустенитные.

Для ножей используют несколько видов нержавеющей стали.

Мартенситная

Материалы с мартенситной структурой хорошо поддаются закалке. К таким сталям относятся марки 65Х13, 95Х18, 440С. Они имеют высокую степень закалки по сравнению с простыми углеродистыми сплавами (1050-1100 против 750-800), но их твёрдость на одну-две единицы по Роквеллу ниже. Сказывается тот факт, что хром оказывает связывающее воздействие углерода, при этом снижается закалочная структура мартенсита. Это и породило название.

Ферритная

Ферритная структура мягкая, её нельзя закалить. Коррозионная стойкость у такого материала тянет на твёрдую троечку по пятибалльной шкале. Сюда относятся марки 04Х13, 02Х18.

Аустенитные или хромоникелевые стали

Аустенитные нержавейки – это стали марок: Х12Н8, Х12Н8Т10. Материал можно закалять, но при этом повышается вязкость и падает твёрдость.

Основные преимущества:

Высокая коррозионная стойкость не позволяет ржаветь от воды, кислот, грязи.
Не тускнеет со временем.
Обладает чудовищной вязкостью и пластичностью. При нагрузке на разрыв происходит удлинение проволоки в 16 раз. Даже латунь и медь не имеют такого свойства. После деформации свободно возвращает прежнюю форму.
При холодной ковке материал способен сильно затвердевать (до 45 ед. по Роквеллу) с сохранением вязкости.

Ферритно-аустенитный или двухфазный сплав

Существует обособленная группа: ферритно-аустенитная, по-другому такие образцы называют дуплексными или двухфазными сталями. Дуплексы включают в себя примерно половину феррита и половину аустенита, они имеют характеристики обеих фаз. Для получения такого сплава в микс, помимо хрома и никеля, добавляют молибден и ванадий. Это необходимо для увеличения прочности на разрыв и облегчения процесса сварки.

Нож из двухфазного сплава.

Очень важный показатель дуплексов – уникальная прочность. Из-за невысокой цены, а также лёгкости и податливости в обработке, успешно применяется во многих отраслях.

Дисперсионно твердеющие нержавеющие стали

Эти стали называют также высокопрочными нержавеющими сталями. Дисперсионно твердеющие нержавеющие стали содержат алюминий, ниобий или тантал и получают свои свойства за счет закалки, деформационного упрочнения, упрочнения старением и мартенситного превращения. Сталь сначала нагревают и закаливают с превращением аустенита в мартенсит. Повторный нагрев вызывает выделение из мартенсита упрочняющих частиц, таких как NiAl3. Высокая прочность этих сталей достигается даже при низком содержании углерода.

К дисперсионно твердеющим сталям относятся стали 07Х16Н6, 09Х15Н8Ю, 08Х17Н5М3, 04Х25Н5М2, ХН40МДТЮ по ГОСТ 5632-72.

Химический состав

Химический состав нескольких распространенных марок мартенситной нержавеющей стали по стандарту EN 10088-1 (2005)

Химический состав (основные легирующие элементы) в мас.%
EN Обозначение стали	EN Число	AISI Число
Число			Другие	Замечания
X12Cr13	1.4006	410	0.12	12.5	—	—	Базовый сорт, используемый в качестве нержавеющей конструкционной стали
X20Cr13	1.4021	420	0.20	13.0	—	—	Базовый сорт, используемый в качестве нержавеющей конструкционной стали
X50CrMoV15	1.4116	—	0.50	14.5	0.65	: 0.15	Используется в основном для профессиональных ножей
X14CrMoS17	1.4104	430F	0.14	16.5	0.40	: 0.25	Сера улучшает обрабатываемость
X39CrMo17-1	1.4122	—	0.40	16.5	1.10	—	Используется в основном для профессиональных ножей
X105CrMo17	1.4125	440C	1.10	17.0	0.60	—	Марка инструментальной стали (440С), высокая износостойкость
X17CrNi16-2	1.4057	431	0.17	16.0	—	: 2.00	Ni заменяет некоторое количество C для повышения пластичности и вязкости
X4CrNiMo16-5-1	1.4418	—	≤ 0.06	16.0	1.10	Ni: 2,00	Высочайшая коррозионная стойкость мартенситных материалов
X5CrNiCuNb16-4	1.4542	630 (17/4 фазы)	≤ 0.07	16.0	—	Ni: 4,00 : 4.00 : От 5xC до 0,45	Уровень твердения осадков Высокая прочность. Используется в аэрокосмической отрасли

Есть много запатентованных марок, не указанных в стандартах, особенно для столовых приборов.

Сатинированная полировка

Существует разделение металлов по классу шероховатости. Материалы полируют либо подвергают другим видам обработки, чтобы добиться необходимого качества поверхности. Один из передовых способов – сатинирование. Название произошло от французского слова satin, что в переводе обозначает «атлас».

Поверхность сатинируют абразивом, зернистость которого составляет 240-320. Предметы с такой обработкой выглядят очень красиво. Сатинированная нержавеющая сталь имеет своеобразный блеск, подобный атласу. Кухонные принадлежности (ножи, чайники) в дизайнерском исполнении пользуются спросом.

Физические свойства

Физические свойства некоторых распространенных мартенситных нержавеющих сталей согласно стандарту EN 10088-1 (2005).

EN Обозначение	EN	AISI	Модуль Юнга при 20 ° C, ГПа	Средний коэффициент теплового расширения от 20 до 100 ° C 10−6K−1.	Теплопроводность при 20 ° C Вт. М.−1K−1	Удельная теплоемкость при 20 ° C J.Kg−1.K−1	Электрическое сопротивление 10−6 Ω .m
X12Cr13	1.4006	410	215	10.5	30	460	0.60
X20Cr13	1.4021	420	215	10.5	30	460	0.65
X50CrMoV15	1.4116	215	10.5	30	460	0.65
X39CrMo17-1	1.4122	215	10.4	15	430	0.80
X105CrMo17	1.4125	440C	215	10.4	15	430	0.80
X17CrNi16-2	1.4057	431	215	10.0	25	460	0.70
X3CrNiMo13-4	1.4313	200	10.5	25	430	0.60
X4CrNiMo16-5-1	1.4418	195	10.3	30	430	0.80
X5CrNiCuNb16-4	1.4542	630	200	10.9	30	500	0.71

Основные конкуренты нержавейки

Нержавейка уже больше века применяется для изготовления ножей и режущих инструментов. В настоящее время конкуренцию составляют три других группы:

чёрные металлы;
керамика;
высокоуглеродистые материалы.

Ножи первой группы подвержены коррозии, они недолговечны даже с учётом внешнего покрытия. Керамика имеет два критических недостатка: её сложно обслуживать, и невозможно такими инструментами рубить плотные, твёрдые материалы. Нержавейка лишена этих недостатков.

Керамические ножи.

Приспособление для резки из высокоуглеродистых материалов являются достойными конкурентами. Но ключевым моментом в производстве представителей этой группы является добавление некоторых компонентов.

Углеродистая и нержавеющая сталь – сравнение

Любая сталь содержит какое-то количество углерода, а также подвержена окислению и покрытию ржавчиной, в том числе и нержавейка. Углеродистые материалы подвержены коррозии в большей степени, для нержавеющего сплава это качество тоже присутствует, однако, произойдёт это при очень суровых условиях.

Способность впитывать запахи

Свежезаточенная чистая углеродистая сталь имеет приятный запах, но такое качество, как быстрое впитывание посторонних ароматов, является существенным минусом. Ножи из «углеродки» подойдут для обработки деревянных изделий, но вот на кухне им не место: избавиться от запаха лука и рыбы очень сложно. С нержавейкой таких проблем не бывает.

Заточка

При одинаковых пропорциях углерода в составе сплава, режущие кромки ножей из нержавеющей стали точить сложнее из-за увеличенной износостойкости. Для заточки требуются определённые инструменты. В этих целях используется мелкозернистый водный камень или керамический стержень. Ножи из обычной углеродистой стали правят поварским мусатом.

Заточка ножа из нержавейки.

На практике доказано, что они становится острее нержавеющих аналогов, но при этом теряется долговечность и износостойкость.

Простота в уходе

За инструментами, изготовленными из любой марки, нужен регулярный уход. Основные правила содержания ножей: чистка, правка, заточка и соответствующее хранение. При равных условиях чувствительнее окажется углеродистая сталь. На ней в первую очередь появится ржавчина.

Режущие свойства

В этом вопросе лидерами являются высокоуглеродистые материалы. Они имеют податливую структуру, режущую кромку можно сделать гораздо тоньше, согласно физическим законам, именно она придаёт «резучесть» и остроту.

Эстетическая сторона вопроса

Для нержавейки не нужно обеспечивать дополнительную защиту от коррозии. Уход за изделиями из них включает в себя простую полировку. Углеродистые стали подвергают самым разным способам обработки. Напыление создаёт матовую текстуру поверхности. Процедура, называемая воронение, придаёт приятный чёрный цвет и делает изделие элегантным. Необычный серо-зелёный оттенок можно получить путём применения такого вида покрытия как blackwash. Но всё равно со временем на «углеродке» появляется тёмный налёт. Это естественная защита клинка от дальнейшего окисления. С нержавейкой подобного не произойдёт.

При выборе стали для ножей нужно учитывать цели, которые преследует режущий инструмент.

При регулярном уходе, поддержании поверхности в сухости и чистоте, работать с ножом будет более комфортно за счёт «резучести» лезвия. Если нужен простой кухонный нож с высокой степенью надёжности, лучше выбрать нержавейку, так как этому изделию не потребуется уделять много времени для ухода.

Разница между Аустенитной и Мартенситной нержавеющей сталью