Как повысить и определить твердость нержавеющей стали

24.04.2020 Автор: VT-METALL

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Физические свойства нержавеющей стали
• Как химический состав влияет на свойства нержавеющей стали
• Виды нержавеющих сталей и их свойства
• Популярные марки нержавеющей стали, свойства этих сплавов и сферы их применения
• Как определить свойства нержавеющей стали по маркировке
• О маркировке нержавеющей стали AISI
• В каких сферах применимы свойства нержавеющей стали

Современную жизнь сложно представить без антикоррозийной стали. Уникальные свойства нержавеющей стали применяются во многих сферах: в металлургии, машиностроении, химической и пищевой промышленности. Нержавейка устойчива к воздействию коррозии, что позволяет использовать ее в довольно агрессивных условиях.

Однако свойства стали не являются постоянными и могут изменяться от количества и типа примесей в ней. Различают разные виды и марки нержавеющей стали, каждая из которых подходит для определенной отрасли. Чтобы понять, какой вид изделий необходим для конкретного случая, стоит подробно ознакомиться с характеристиками материала.

Физические свойства нержавеющей стали

Патент на нержавеющую сталь был выдан в 1913 г. в Великобритании. Ее создателем стал металлург Гарри Бреарли. Изобретение дало огромный толчок в развитии сталелитейной и иных отраслей промышленности.

Свою популярность нержавеющая сталь получила благодаря большому многообразию физических свойств, в том числе антикоррозийных. Новые стали изготавливаются с добавлением к основному компоненту разного рода примесей. Физические свойства нержавейки зависят от типа и объема добавок.

Рекомендуем статьи по металлообработке

• Марки сталей: классификация и расшифровка
• Марки алюминия и области их применения
• Дефекты металлический изделий: причины и методика поиска

При длительной эксплуатации ряд марок нержавеющей стали может поддаваться коррозии. На это оказывают влияние примеси различных металлов, входящих в ее состав. Однако такие сплавы имеют и ряд достоинств, благодаря которым вероятность окисления уже не имеет столь серьезного значения.

Главными физическими свойствами нержавейки, отличающими ее от некоторых иных металлов, являются:

• Прочность. Данное качество стали позволяет производить продукцию, выгодно отличающуюся от аналогов. Стойкость к физическим нагрузкам не дает деформироваться изделию, надолго сохраняя его первоначальный вид. Надежность качественной нержавейки сохраняется до 10 лет.
• Стойкость к воздействию агрессивной среды. Внешние условия практически не оказывают влияния на материал, что дает возможность долго его эксплуатировать с сохранением всех свойств.
• Жаропрочность. Все изделия из данного металла имеют высокую стойкость к температурному воздействию, в том числе при прямом нагревании огнем. Они не изменяют свои размеры, форму, а также свойства в случае больших температурных перепадов.
• Экологическая безопасность. Антикоррозийные свойства материала не дают ему окислиться. В состав металла не входят вредные для здоровья компоненты, что дает возможность использовать его в пищевой промышленности.
• Противокоррозийные свойства. Они являются основными для нержавеющей стали и не дают ржавчине появиться на металле. Более того, даже щелочи и кислоты не могут повлиять на возникновение коррозии.
• Внешний вид изделий. Он сильно отличается от продукции, изготовленной из иных металлов. Поверхность изделий долго продолжает оставаться блестящей и чистой.
• Податливость. Обработка нержавейки происходит достаточно просто. Из данного металла несложно изготовить изделие необходимой формы.

Перед выбором металла с заданными физическими свойствами следует определить цели, для которых он необходим. Ученые разработали множество различных компонентов и примесей, которые помогают сделать металл с заданными характеристиками.

Как химический состав влияет на свойства нержавеющей стали

Как можно достичь стойкости металла к коррозии? При производстве в него добавляют ряд химических элементов, в результате вся поверхность покрывается оксидной пленкой. Она нерастворима и защищает сплав от образования ржавчины.

VT-metall предлагает услуги:

В качестве основного материала для изготовления нержавейки можно использовать никель и железоникель, а также сплавы на их основе. Добавление к базовому легирующих элементов придает стали различные свойства, в том числе и качества нержавеющей:

• Хром увеличивает стойкость к коррозии, а также увеличивает прочность и твердость сплава. Уменьшение коэффициента линейного расширения упрощает процесс сварки.
• Никель увеличивает пластичность и вязкость, а также прокаливаемость, он же понижает коэффициент теплового расширения. Это дает возможность использовать изделия вместе с различными кислотами: фосфорной, серной, соляной.
• Стойкость сплава возрастает благодаря применению марганца в количестве более 1 %. Он одновременно увеличивает твердость, стойкость, прокаливаемость, а также устойчивость к износу. Часть марганца можно заменить на никель.
• Влияние титана на свойства нержавеющей стали выражается в повышении плотности и прочности сплава, что повышает стойкость его и к коррозии.
• Вольфрам снижает хрупкость и повышает твердость в процессе термической обработки (отпуска). Это происходит по причине возникновения таких соединений повышенной твердости, как карбиды.
• Твердость, прочность и плотность сплава повышает ванадий.
• Молибден придает антикоррозийные качества и увеличивает упругость нержавейки, повышает максимальный показатель прочности (предел) растяжения, а также сопротивляемость металла к высокой температуре.
• Сварные конструкции защищаются ниобием, понижающим вероятность их коррозии.
• Жаростойкость, кислотность, упругость и стойкость к образованию окалины повышает кремний. Он увеличивает прочность и электросопротивление, сохраняя уровень вязкости прежним.
• Ударное сопротивление возрастает за счет добавки кобальта. Он же усиливает жаропрочные свойства материала.
• Благодаря меди на металл не сможет повлиять атмосферная коррозия.
• Посредством добавления алюминия снижается старение материала и повышается текучесть и ударная вязкость.

Благодаря своим исключительным характеристикам нержавейка и отличается от других металлов. Это дает возможность применять ее в таких сферах промышленности и жизнедеятельности, которые требуют использования конструкций, оборудования и изделий при высокой влажности, а также при регулярном влиянии агрессивной среды. Примером может служить использование материала для изготовления столовых приборов, а также ножей, оград, разных частей коммуникаций, элементов оборудования и пр.

Порядок расшифровки

Позиции в обозначении, слева направо.

• 1-я – содержание C (углерода), выраженное сотыми долями процента.
• 2-я – химический элемент, обеспечивающий легирование.

3-я – процентное содержание в стали легирующей добавки. Если оно равно или менее 1, то цифра не проставляется.

Примеры маркировки сталей высоколегированных

8Х18Н10Т – углерода (0, 08), хрома (18), никеля (10), титана (1).

38Х12МЮА – углерода (0,38); хрома (12); молибдена и алюминия – по 1%. Последняя буква (А) свидетельствует о высоком качестве стали.

Как уже отмечено, разделение высоколегированных сталей на группы (аустенитные, мартенситные и так далее), специфика из применения (инструментальные, конструкционные) описаны в ГОСТ и напрямую к теме статьи не относятся. А как правильно «прочитать» маркировку, автор уже подробно объяснил.

Какие свойства придают стали элементы легирования

Многие из добавок по своему воздействию на материал схожи. Например, повышают его прочность, устойчивость к коррозии. Поэтому отметим лишь те характеристики стали, на которые конкретная присадка оказывает максимальное влияние. То есть, существенно их улучшает.

• Титан – жаропрочность; также способствует уплотнению структуры за счет выведения излишков азота.
• Кобальт – механическая прочность.
• Ванадий, вольфрам, молибден – препятствуют росту зерен, способствуют неизменности структуры высоколегированной стали. Повышается ее режущая способность. Кроме того, Мо положительно влияет на жаростойкость материала.
• Никель – повышает упругость и устойчивость к ржавлению.
• Хром – придает множество свойств. Кроме перечисленных выше, обеспечивает неподверженность стали истиранию и качественное ее прокаливание.
• Марганец – твердость. Однако при повышении температуры зерно увеличивается в размерах. Это негативно сказывается на ударной прочности.
• Кремний – придает стали упругость.

Одна из особенностей обработки высоколегированных сталей – в технологии их закалки. Она производится не в воде, а в масле.

Виды нержавеющих сталей и их свойства

Уникальные характеристики нержавейки проявляются благодаря химическому составу и строению материалов.

Стали, входящие в группу нержавеющих, делятся на четыре группы в зависимости от указанных параметров:

1. Хромистые или ферритные.

Свое название данная группа сталей получила из-за 20%-ного содержания хрома. Он сильно повышает сопротивляемость металла агрессивным средам. Ферромагнитные свойства нержавеющей стали данной группы достаточно высоки.

Хромистые стали используются на промышленных предприятиях, относящихся к химической и тяжелой промышленности. Из них изготавливают, например, отопительные приборы и их части. Данная группа нержавеющих сталей востребована на рынке в значительной мере, уступая только категории, имеющей аустенитную структуру. Однако стоимость их существенно ниже.

2. Аустенитные стали.

В химическом составе нержавеющих сталей этой группы содержание никеля и хрома не более 33 %. Покупатели ценят в этом материале значительную прочность и практически абсолютную стойкость к коррозии.

Стали, относящиеся к аустенитной группе подразделяются на следующие типы:

• А1 – в составе данного материала в значительном количестве присутствует сера, что снижает антикоррозийную стойкость, в отличие от остальных сталей.
• А2 – самая востребованная марка. Этот материал отлично подходит для сварки, не теряя при этом теплофизические свойства нержавеющей стали. Он стоек к воздействию минусовых температур, однако кислая агрессивная среда способна сломить его антикоррозийную защиту.
• А3 – это марка А2 с добавками разных стабилизирующих компонентов. Устойчива как к кислой среде, так и к повышенной температуре.
• А4 – в данный сплав добавляют не более 3 % молибдена. Его влияние на свойства нержавеющей стали заключается в повышении ее сопротивляемости кислой среде. Данная марка широко применяется при строительстве судов.
• А5 – подобна марке А4, отличаясь только количеством стабилизирующих добавок. Изготавливается она для увеличения сопротивляемости к повышенным температурам.

3. Ферритно-мартенситные и мартенситные.

Особая структура таких сплавов дает им чрезвычайно высокую прочность – самую лучшую из всех сталей. Помимо вышеуказанного, они содержат в составе минимум вредных примесей и отличаются прекрасной износостойкостью. К данной категории относится сталь жаропрочная коррозионностойкая. Она активно сопротивляется процессам окисления и может постоянно использоваться при высоких температурах окружающей среды, сохраняя изначальные состав и свойства нержавеющей стали.

4. Комбинированные.

Структура сталей данной группы имеет комбинированный тип: аустенитно-мартенситный и аустенитно-ферритный. Инновационные материалы этой группы сочетают все самые лучшие свойства нержавеющей стали, описанные ранее, в том числе и магнитные.

Указанные выше типы сталей не являются всеми видами нержавеек. Причина в том, что даже незначительное изменение соотношения компонентов сплава может очень сильно изменить свойства нержавеющей стали. Данные о принадлежности марки сплава к той или иной группе дает возможность оптимального выбора материала, который поможет в решении поставленных технологических задач.

Со склада мы поставляем изделия из следующих сталей:

Обозначение «V2А» восходит к 1912 году и означает результат «Versuchsreihe 2 Austenit» («Опытной серии 2 Аустенит»). Далее появились также «V3A», «V4A» и т.д., и хотя эти понятия используются сегодня главным образом в виде сокращений «А2», «А3», «А4» и т.д., эти обозначения не являются однозначными. Сегодня существует общеевропейская нумерационная система. При этом следует обратить внимание на то, что между обозначениями по AISI либо UNS и нумерацией материалов согласно EN 10088 нет однозначного соответствия. Так напр., материал AISI 304L соотнесён с материалом 1.4306, хотя имеет такие же свойства, что и 1.4301 и 1.4541.

Популярные марки нержавеющей стали, свойства этих сплавов и сферы их применения

Специалисты для подбора нержавейки, необходимой для производства изделий определенного назначения, используют особые справочники. В них приведены марки, свойства нержавеющей стали и ее характеристики. В каждой группе материалов имеются типы, набирающие популярность, их потребители и выбирают чаще всего.

Рассмотрим некоторые:

• 20Х13, 12Х13, 08Х13 – используются для производства столовых приборов, посуды и изделий, испытывающих ударные нагрузки. Они стойко выдерживают воздействие агрессивной среды при нормальной температуре. Полировка и термическое воздействие улучшают характеристики и основные свойства нержавеющей стали.
• 08Х18Т1 и 12Х17 – применяются для изготовления кухонной бытовой техники и для производства оборудования, которым оснащается пищевая промышленность. Рациональным считается использование данных изделий после проведения отжига.
• 40Х13 и 30Х13 – так маркируется медицинская нержавейка, используемая в производстве инструментов для хирургии.
• 40Х9С2 – марка стали, стойкой к высоким температурам. Ее используют для производства теплообменников, двигателей, работающих на дизельном топливе. В двигателях внутреннего сгорания из данного материала делают клапаны выпускных коллекторов.
• 15Х25Т – жаростойкая марка нержавейки, которая используется в пиролизном оборудовании, работающем при высокой температуре.
• 12Х18Н9Т – из данной марки производят трубы, арматуру для печей, а также корпуса для искровых свечей зажигания. Механические свойства нержавеющей стали 12Х18Н10Т позволяют использовать ее для производства труб высокого давления.
• 40Х9С2 – данная сталь используется в производстве клапанов для двигателей, отличается жаростойкостью.
• 14Х17Н2 – предназначена для оборудования, работающего при сверхвысокой температуре (до +800 °С).
• 10Х23Н18 – сталь для изготовления продукции, предназначенной к работе при температуре не более +1 000 °С, а также при малой загруженности.

Применение

Легированные нержавеющие стали и сплавы применяется в самых экстремальных условиях: для производства химической аппаратуры, лопаток турбин реактивных двигателей космических двигателей и ядерных котлов. В приборостроении важны ферромагнитные свойства железа, в электротехнике — высокое сопротивление никелевых сплавов.

Поставщик

Легированные нержавеющие стали и сплавы от поставщика «Ауремо» соответствует ГОСТ и международным стандартам качества. Поставщик «Ауремо» предлагает купить легированную сталь на выгодных условиях, цена — оптимальная. Предлагаем купить нержавеющий прокат со специализированных складов поставщика «Ауремо» с доставкой в любой город. Оптовым заказчикам цена — льготная. Всегда в наличии легированная сталь, цена — оптимальная от поставщика. Ждем ваших заказов.

Как определить свойства нержавеющей стали по маркировке

Нормативные документы устанавливают правила, по которым маркируется нержавейка:

• Первое число названия показывает количество углерода в сплаве. Пример: в стали типа 20Х13 – количественный показатель углерода равен 0,2 %, а сплаве марки 08Х18Т1 – 0,08 % углерода.
• Буква обозначает химический элемент. К примеру, «М» указывает на наличие марганца, «Х» – хрома, а «Н» – никеля. После букв ставят цифры, говорящие о содержании элемента в сплаве в процентах.

В основном, правила маркировки нержавеющей стали не отличаются от общепринятых обозначений иных типов стальных сплавов.

Новые стандарты для крепёжных изделий

В настоящее время и в последующие годы будет переработано большое количество стандартов, и они будут объявлены обязательными. Будет продолжаться переход к DIN ISO и DIN EN. Поставщикам и потребителям следует с пониманием следить за развитием этого процесса и согласовывать момент перехода. В середине произошло изменение размера под ключ болтов с шестигранной головкой и шестигранных гаек (четыре диапазона размеров).

У шестигранных гаек аналогично изменяются размер под ключ, а кроме того одновременно и высота гаек (тип 1 — ISO 4032). Следует указать на новую редакцию и унификацию штифтов и пальцев (например, EN ISO 2338 взамен DIN 7, пальцы по EN ISO 2341 взамен DIN 1434, 1435, 1436). На винты с прямым и крестообразным шлицем в октябре 1994 г. также были приняты новые стандарты EN ISO, предусматривающие изменение размеров. Следует обратить внимание на то, что основные положения DIN 267, части 1, 4, 5, 9, 11, 12, 18, 19, 20, 21 заменены на DIN EN ISO. Принципиально было установлено, что в будущем EN уже не будут иметь пятизначные цифровыми обозначения, а обозначение EN ISO будет указывать на то, что стандарт ISO принят как стандарт EN и является обязательным. Двойное обозначение будет сохраняться в течение длительного времени, так что изделия согласно EN ISO будут доступны.

Маркировка нержавеющей стали AISI

Маркировку AISI ставят не только на продукции, поступающей из США. Сегодня такую отметку проставляют уже и на российской, китайской или европейской. AISI – это система классификации, которую впервые приняли в Соединенных Штатах, что и отражено в ее названии: A – American (американский), I – Iron (чугун), S – Steel (сталь), I – Institute (институт). Такой классификатор полюбился производителям, покупателям продукции и трейдерам.

Легированная и углеродистая сталь промаркирована четырехзначным кодом. В нем первая цифра – это главный легирующий элемент, вторая – вторичный легирующий компонент, третья и четвертая – указывают на наличие углерода в сплаве.

• 1ZZZ – углерод (C);
• 2ZZZ – никель (Ni);
• 3ZZZ – сплав хрома с никелем (Cr+Ni);
• 4ZZZ – молибден (Mo);
• 5ZZZ – хром (Cr);
• 6ZZZ – сплав хрома с ванадием (Cr+V);
• 7ZZZ – вольфрам (W);
• 8ZZZ – сплав никеля, хрома, молибдена (Ni+Cr+Mo);
• 9ZZZ – силицид марганца (Si+Mn)

Пониженное количество углерода в сплаве обозначается литерой «L», расположенной в конце. Если же «L» появляется в середине маркировки, то она обозначает легирование свинцом, что делается в целях улучшения механических свойств нержавейки, подвергаемой обработке. Расположенная в конце «N» указывает на азотную обработку. Это делается для того, чтобы повысить при других равных условиях предел прочности. «B» в середине обозначает легирование сплава бором.

В каких сферах применимы свойства нержавеющей стали

С момента своего появления стали с высоким показателем коррозийной стойкости использовались исключительно в высокотехнологичном промышленном производстве: атомной энергетике, машино- и авиастроении, нефтехимической отрасли. Однако в наше время нержавеющие стали начали применяться в самых разных сферах жизни.

Вот основные сферы использования нержавейки:

• Машиностроение. Механические свойства нержавеющей стали активно используются при изготовлении станков и оборудования для промышленных предприятий, а также в автомобилестроении. При этом чаще всего применение находят аустенитные и ферритные типы.
• Химическая промышленность. Эта сфера производства предполагает использование агрессивных веществ, для хранения которых необходимы емкости и специально созданное оборудование. Для их изготовления используют аустенитные сплавы. При этом трубы, оборудование и сосуды не испытывают воздействия химических веществ, поэтому сохраняют эксплуатационные характеристики.
• Энергетика. В данной отрасли используются исключительно материалы, имеющие высокую прочность, поскольку особо важна надежность всех рабочих узлов.
• Целлюлозно-бумажная промышленность. Оборудование для этой отрасли практически полностью производится из нержавеющей стали.
• Пищевая промышленность. Сегодня к процессу производства, перевозке и хранению продуктов выдвигают высокие требования. Для изготовления оборудования может быть использована исключительно нержавеющая сталь, стекло и ряд видов пластика, которые дают высокий уровень гигиены.

Пищевая промышленность требует, как правило, использования сплавов, в которых не должно быть много компонентов, поскольку на приборы не воздействуют ни высокие температуры, ни агрессивные среды и вещества. В производстве холодильных установок используют материалы с повышенной морозостойкостью.

• Авиационная и космическая области. Здесь нержавеющие стали особых типов используют для производства ракет, самолетов и космических кораблей.
• Строительство. В данной сфере сталь нашла применение в дизайне. Листы нержавейки не царапаются и на них не остаются отпечатки пальцев рук.

Нержавеющая сталь очень популярна за счет своих особых свойств, которые и определили области ее применения. Простые углеродистые стали не обладают такими уникальными характеристиками. Современная промышленность выпускает большое количество марок нержавейки. Это дает возможность подобрать необходимую сталь, которая «впишется» в процесс и поможет успешно решить поставленную задачу.