Что же это такое «нержавеющая сталь»? Википедия дает такое определение : «Нержавеющая сталь это сложнолегированная сталь (сталь это сплав железа с углеродом, в котором последнего (0,01-2%)), стойкая против коррозии в атмосфере и агрессивных средах, содержащая в своем составе не менее 12% хрома». Таким образом хром, является основным легирующим элементом нержавеющей стали, определяющим ее коррозионную стойкость. Чем выше содержание хрома, тем больше коррозионная стойкость стали.
Коррозия - это процесс разрушения металла под воздействием внешней среды. По механизму протекания различают химическую коррозию, возникающую под воздействием газов и неэлектролитов (нефть), и электрохимическую, развивающуюся в случае контакта металла с электролитами (кислоты, щелочь, соли, влажная атмосфера, почва, морская вода). Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называются коррозионностойкими (нержавеющими) сталями (содержание хрома 17% и более). Устойчивость стали против коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности плотные, прочно связанные с основой нерастворимые пленки окислов, препятствующие непосредственному контакту с внешней средой, а также повышающие ее электрохимический потенциал в данной среде.
На коррозионную стойкость стали влияет также и состояние ее поверхности. Если поверхность стали полированная и не имеет точечных дефектов, которые могут являться концентраторами коррозионного процесса, то коррозионная стойкость такого материала выше. Для нержавеющей стали существует также понятие межкристаллитной коррозии (МКК). Межкристаллитная коррозия это явление, обусловленное неравномерной (зерновой) структурой металла, при котором на границе зерен при нагреве активно образуются карбиды хрома (Cr23C6). При этом происходит обеднение хромом основной структуры зерна ниже 12% порога. Особенно склонны к такому явлению, закаливаемые нержавеющие стали, имеющие повышенное процентное содержание углерода и минимальное (13%) содержание хрома.
Закаливаемость стали напрямую зависит от процентного содержания углерода, чем больше углерода в составе стали, тем большей твердости можно достичь при закаливании, правда в ущерб пластичности. Если твердость и способность к закалке не являются основными требованиями к нержавеющей стали, то процентное содержание углерода стараются сделать минимальным, это позволяет снизить склонность стали к МКК. Другим способом снижения вероятности возникновения МКК является введение в состав стали сильных карбидообразующих элементов, таких как титан и ниобий. В этом случае вместо карбидов хрома образуются карбиды типа TiC и NbC, а хром остается в твердом растворе, сохраняя тем самым, антикоррозийные свойства стали. Для придания повышенных антикоррозионных свойств и устойчивости к особо агрессивным средам сталь дополнительно легируют молибденом.
Нержавеющие стали по своей структуре делятся на три основных класса 1) мартенситные нержавеющие стали 2) ферритные нержавеющие стали и 3) аустенитные нержавеющие стали, а также смежные классы типа аустенитно-ферритного и т.д. Два первых класса обладают свойством намагничивания, а третий класс немагнитен. Таким образом, испытание постоянным магнитом поможет определить лишь только то, к какому классу относится нержавеющая сталь, но ни в коей мере не позволяет судить о ее качестве.
Основными легирующими элементами определяющими аустенитную структуру стали являются никель и марганец. Кроме того, эти элементы влияют и на определенные механические свойства нержавеющих сталей. Стали содержащие в своем составе 17-18% хрома и 8-10% никеля обладают хорошей пластичностью и способностью к глубокой вытяжке при штамповке. В последнее время в связи с ростом цен на никель все чаще начали применяться более дешевые, так называемые экономно легированные стали, в которых процентое содержание никеля снижено до 4-5% , а вместо дорогого никеля используется более дешевый марганец (8-10%). Для стабилизации структуры такого типа стали, в нее добавляется медь (1.5-2%). Недостатком экономно легированных сталей является их склонность к трещинообразованию при глубокой вытяжке. Причем образование трещин происходит по направлению движения рабочего инструмента как непосредственно в процессе вытяжки, так и через некоторое время после того. Вероятность трещинообразования напрямую зависит от толщины материала. Чем материал (лист) тоньше, тем больше вероятность образования таких трещин.
Стали аустенитного класса обладают хорошей свариваемостью. Они дают практически идеальный зеркальный блеск при механической полировке. Эти стали хорошо полируются методами электрохимической и электролитно-плазменной полировки (ЭПП), при этом, чем выше % содержание никеля, тем лучше результат (улучшение до 2-х классов чистоты поверхности за один 3-х минутный цикл).
Безникелевые высохромистые (17-23% хрома) относятся к ферритному классу нержавеющих коррозионностойких сталей. Эти стали жестче аустенитных сталей, при этом некоторые из них практически не уступают по коррозионной стойкости аустенитным сталям, за счет введения в структуру ниобия или титана и пониженного содержания углерода. Эти стали обладают хорошей способностью к глубокой вытяжке, хорошей свариваемостью, значительно дешевле хромоникелевых аустенитных сталей, но хуже поддаются механической полировке. Полировке методом ЭПП поддаются, но идеального блеска не дают из-за молочной матовости поверхности. Безникелевые низкохромистые стали (13% хрома), с повышенным содержанием углерода (0.2-0.65% углерода) относятся к мартенситному классу. Эти стали обладают способностью к закаливанию. В закаленном состоянии обладают высокой твердостью поверхности (HRC 45-65). Из-за пониженного содержания хрома склонны к МКК. Процесс закалки таких сталей производится в среде инертных газов, чтобы избежать выгорания хрома и излишнего карбидообразования. Для повышения антикоррозийных свойств и снижения вероятности образования МКК такие стали могут дополнительно легироваться молибденом и титаном. Обрабатываются мартенситные стали в сыром (незакаленном) состоянии методом ковки и штамповки. Механическая полировка производится после закалки. Для полировки методом ЭПП такие стали малопригодны, в рабочем растворе электролита для хромоникелевых сталей они чернеют и теряют блеск.
Марки нержавеющих сталей стандартизированы. В мире действует несколько систем стандартов по нержавеющим сталям. Американская AISI, японская JIS, европейская EN, немецкая DIN, в странах СНГ система ГОСТ и т.д. В приложении приведена таблица соответствия марок нержавеющих сталей в различных системах стандартов.
Илья Н. Петунов © 2008г.
http://kyxap.com/