Свойства нержавеющей стали: виды, марки, особенности

О чем речь? Первоклассные свойства нержавеющей стали делают ее незаменимой во многих областях: медицине, аэрокосмической отрасли, быту. Она подвергается различным способам обработки и надолго сохраняет первозданный вид.

На что обратить внимание? Свойства зависят от состава сплава, включения различных легирующих элементов и других добавок. Различают четыре разновидности нержавейки и несколько десятков, а то и сотен, марок.

Физические и химические свойства нержавеющей стали

Появление нержавеющей стали в Великобритании в начале прошлого века открыло новую веху в истории материаловедения. Уникальные характеристики нержавейки быстро обеспечили ей широкое распространение в промышленности. Особенно активно этот сплав стал применяться в химической и пищевой отраслях.

В сплав могут добавляться различные присадки, придающие сплаву дополнительные специфические качества.

Сопротивляемость к деформации и прочим механическим воздействиям. Это свойство напрямую связано с основным компонентом нержавейки — железом. Введение легирующих добавок позволяет достичь показателей прочности, сопоставимых с теми, которые демонстрируют черные металлы.

Устойчивость к разрушительному влиянию агрессивных сред. Добавление в состав хрома и никеля в значительно мере защищает железо от коррозии. Наличие этих присадок определяется по характерному светло-серебристому оттенку. Металл в результате становится гораздо более долговечным.

Сохранение эксплуатационных свойств в условиях высоких температур. Такое качество объясняется особенностями сплава. При нагревании ускоряется процесс окисления металла.

Экологичность. Нержавейка практически не реагирует с окружающей средой, что делает металл подходящим для использования в производстве изделий для пищевой и медицинской промышленности. Как правило, для этого выпускаются специальные марки нержавеющей стали.

Фото: nuraghies / Freepik

Декоративные качества. Узнаваемый блеск нержавейки, ее способность противостоять окислению, а также прочность при физическом воздействии вкупе позволяют использовать материал в сферах, где важна эстетика (например, изготовление посуды, декоративная облицовка и т.п.).

Простая металлообработка. Нержавеющая сталь легко поддается резке, фрезерованию и формовке почти так же, как и другие сплавы на основе железа. Единственное, что может внести коррективы в процессе термообработки, это необходимость создавать защитную среду из инертных газов (например, аргон и углекислый газ).

Достижение нужных характеристик обеспечивается определенными пропорциями легирующих компонентов.

• Хром делает металл прочнее и повышает его коррозионную стойкость. Также эта добавка улучшает свариваемость, снижая термическое расширение нержавейки.
• Никель значительно повышает стойкость к кислотным средам, делает металл более пластичным и вязким. Во время токарной обработки наблюдается эффект вальцевания.
• Алюминиевая присадка замедляет процесс старения металла, а также увеличивает его ударную вязкость. Это позволяет нержавейке деформироваться, сохраняя при этом свою изначальную внутреннюю структуру.

• Медь усиливает сопротивляемость воздействию кислорода. Благодаря этому сохраняется внешний вид изделий из нержавейки при длительном контакте с воздухом.
• Кобальт обеспечивает нержавеющей стали термостойкость и ударопрочность.
• Марганец в сочетании с никелем увеличивает износостойкость и способствует быстрому удалению примесей в процессе прокаливания.
• Титан в целом улучшает показатели прочности, плотности и коррозионной стойкости.
• Вольфрам формирует в металле сверхтвердые карбидные включения, значительно повышающие общую твердость материала.
• Ванадий улучшает прочностные характеристики и сопротивляемость физическим воздействиям.
• Кремний вместе с хромом и никелем повышает электрическое сопротивление металла. При этом также минимизируется образование оксидной пленки во время нагрева.
• Ниобий обеспечивает сохранение исходных свойств металлоконструкции в ходе сварки.
• Молибден повышает термостойкость металла и делает его более устойчивым к деформациям.

Обилие полезных физических качеств, которые зачастую противоречат друг другу,  вкупе с декоративными свойствами нержавейки открывает широкие горизонты для ее применения. Сплав применяется в самых разнообразных областях — от техники для дома и кухонной утвари до химического производства и медицинского оборудования.

Свойства разных видов нержавеющей стали

Основные свойства нержавеющей стали определяются их химическим составом и внутренней структурой.

Нержавейка классифицируется на четыре основные группы.

Хромистые (ферритные)

Эта категория получила название благодаря высокому (до 20 %) содержанию хрома, значительно повышающему сопротивляемость сплава воздействию агрессивных сред. Ферритные стали обладают выраженными ферромагнитными свойствами.

Эти стали занимают второе место по популярности после аустенитных, при этом стоят заметно дешевле.

Аустенитные

Содержат до 33% никеля и хрома. Ценятся за высокую прочность и почти идеальную коррозионную стойкость.

Аустенитные стали в свою очередь классифицируются на следующие типы:

• А1 — с повышенным содержанием серы. Имеет сравнительно низкие антикоррозионные свойства.
• А2 — наиболее распространенная разновидность. При сварке не теряет своих теплофизических качеств. Сталь устойчива к низким температурам, но может поддаваться коррозии в кислотной среде.
• А3 — является модификацией А2 с добавлением стабилизаторов. Обладает стойкостью к кислотам и к высоким температурам.

• А4 — содержит до 3% молибдена, что усиливает сопротивляемость кислотным средам. Широко используется в судостроении.
• А5 — по своим качествам напоминает марку А4, но имеет другой набор стабилизаторов. Разработана для повышения термостойкости стали.

Ферритно-мартенситные и мартенситные

Специфическое строение этих сплавов обуславливает их наивысшую прочность, превосходящую характеристики любой другой нержавеющей стали. Вдобавок ко всему данные соединения отличаются минимальным содержанием нежелательных включений и превосходной устойчивостью к износу.

Сюда относится, например, жаропрочная коррозионностойкая сталь. Она эффективно противодействует процессам окисления и демонстрирует стабильность в условиях постоянного воздействия высоких температур. При этом сохраняются первоначальные качества нержавейки.

Комбинированные

Имеют смешанную структуру: аустенитно-мартенситную или аустенитно-ферритную. Инновационные соединения из этой категории объединяют в себе лучшие качества нержавеющих сталей всех типов, включая магнитные свойства.

Фото: pvproductions / Freepik

Перечисленные типы не исчерпывают все многообразие нержавеющих сталей. Даже незначительное изменение пропорций компонентов может радикально изменить свойства сплава. Знание принадлежности конкретной марки к определенной группе помогает оптимально подобрать материал для решения конкретных технологических задач.

Свойства популярных марок нержавеющей стали

Серия 200

Включает в себя марки AISI 201 и AISI 202. В России аналогами являются соответственно 12Х15Г9НД и 12Х17Г9АН4.

Обе разновидности относятся к аустенитным сплавам. Содержат в составе хром, никель, марганец, медь и азот. Обеспечивают высокую прочность изделий, легко деформируются и формуются.

Основное различие между марками состоит в в процентном соотношении добавок. AISI 201 содержит больше углерода, серы, марганца и меди, что обеспечивает высокую прочность и пластичность. В AISI 202 повышено содержание никеля. Марка AISI 201 фактически является модернизированной версией AISI 202. И тот, и другой вариант в условиях умеренно агрессивной среды сохраняет свои физические характеристики.

Серия 300

Хромоникелевые стали, причисляемые к этой категории, варьируются по своей структуре: они могут быть аустенитными, аустенитно-ферритными или же аустенитно-мартенситными. Это определяется уровнем содержания таких включений, как углерод, никель, хром и титан. Данный тип сталей – один из наиболее универсальных среди нержавеющих, что обеспечивает им устойчивый и высокий спрос.

AISI 301 (07Х16Н6). Немагнитная сталь с высокой прочностью и пластичностью, легко обрабатывается. Применяется в низкоагрессивных, чаще всего в атмосферных, средах для изготовления автомобильных и железнодорожных деталей, бытового и медицинского оборудования.

AISI 302 (12Х18Н9). Используется для производства пружин и стопорных колец. Отличается высокой прочностью, пластичностью и коррозионной стойкостью.

AISI 304 (08Х18Н10). Востребована во всех отраслях, но особенно известна как «пищевая нержавейка». Благодаря своему составу марка 304 идеальна для применения в пищевой промышленности. Хорошо варится, показывает отличную коррозионную стойкость в агрессивных средах. Также широко применяется в нефтехимической отрасли, фармацевтике и текстильном производстве.

AISI 316 (10Х17Н13М2). Производится путем добавления молибдена в сталь марки 304, благодаря чему повышается коррозионная стойкость металла, а также его устойчивость к нагреву и воздействию кислот. Имеет более высокую по сравнению со сталью 304 стоимость. Применяется в нефтегазовой отрасли и в судостроении.

AISI 316L (03Х17Н14М3). Превосходно подходит для сварки и без проблем обрабатывается. Прочность на разрыв доходит до 515 Н/мм. Твердость равна 217 HB, по характеристикам эта марка превосходит другие сплавы 300-й серии.

AISI 316T (10Х17Н13М2Т). Содержит незначительный процент титана, повышающего прочность, термостойкость и устойчивость к ионам хлора. Используется в сварных металлоизделиях, применяемых в производстве лопастей газовых турбин. Также находит применение в пищевой и химической отраслях.

AISI 321 (12Х18Н10Т). Характеризуется повышенным содержанием титана. Легко сваривается, устойчива к температурам до 800 градусов Цельсия. Активно применяется в производстве бесшовных труб и различной трубопроводной арматуры (фланцев, тройников, отводов и переходов).

Серия 400

Отличительная особенность сталей этой категории — низкое содержание углерода и высокое содержание хрома. Это влияет на стоимость: серия 400 в среднем дешевле сталей 200-й и 300-й серий.

AISI 403. Принадлежит к группе мартенситно-ферритных сталей. Механические свойства нержавеющей стали этой марки выражаются в высоких показателях пластичности и жаропрочности. Готовые изделия способны выдерживать эксплуатационные нагрузки под действием слабоагрессивных сред.

AISI 409. Применяется для изготовления деталей, в процессе эксплуатации подвергающихся ударным нагрузкам. Также используется для производства изделий, работающих в слабоагрессивных средах (лопаток паровых турбин, клапанов, болтов и труб).

AISI 410. Обладает пластичностью и высокой механической прочностью. Способна выдерживать нагрев до 500 градусов Цельсия без потери своих свойств. Демонстрирует высокую сопротивляемость коррозийным процессам даже в неблагоприятных условиях. Нержавейка марки 410 отлично подходит для производства деталей, эксплуатируемых при повышенных температурах.

AISI 416. Принадлежит к категории мартенситных сталей. Используется для производства листового металлопроката, металлопрофиля, трубопроводов.

AISI 420. Обладает повышенными показателями износостойкости, жаропрочности, также наделена антикоррозионными свойствами. Стоимость марки 420 существенно ниже других марок серии по причине отсутствия в составе дорогостоящих компонентов.

AISI 430. Обладает наибольшей коррозионной стойкостью. Относится к ферритной категории сталей. Отличается сбалансированным составом и оптимальными эксплуатационными характеристиками. Доступная цена марки 430 также связана с отсутствием дорогих компонентов, делает эту сталь широко востребованной на рынке.

Фото: youranedopekin / Freepik

AISI 439. Причисляется к категории ферритных сталей. Содержит в составе стабилизирующую титановую присадку. Характеризуется высокой коррозионной стойкостью в средне- и высокоагрессивных средах. Находит применение в машиностроении, пищевой промышленности, архитектуре и строительстве. Используется для изготовления внутренней и наружной фурнитуры, а также сервисного инструментария.

AISI 441. Является ферритной сталью, стабилизированной титаном и ниобием. Содержит значительное количество хрома, обеспечивающего высокую коррозионную стойкость.

Часто задаваемые вопросы о свойствах нержавеющей стали

Каковы электрические свойства нержавейки?

Нержавеющие стали плохо проводят электричество. По этому показателю они в 40 раз хуже меди и в 8 раз хуже алюминия. Поэтому нержавейку не используют там, где требуется высокая токопроводимость.

Однако благодаря коррозионной стойкости она находит применение в приборостроении. С помощью нержавеющих сплавов создаются контуры заземления, обеспечивается экранирование.

Обладает ли нержавеющая сталь магнитными свойствами?

Они присутствуют в некоторых разновидностях нержавеющей стали. Например, ферритные (марка 430) и мартенситные (марки 410 и 420) соединения обладают выраженными магнитными свойствами. Аустенитные стали, к которым относятся марки 304 и 316, обычно немагнитны. Однако они способны слегка намагничиваться после обработки или в результате интенсивного холодного деформирования.

Оказывают ли влияние магнитные свойства нержавейки на ее коррозионную стойкость?

Магнитные свойства в целом не влияют на антикоррозионные качества нержавеющих сталей. Сопротивляемость коррозии определяется прежде всего химическим составом. Особенное влияние оказывает присутствие в составе хрома и никеля.

Современное производство предлагает широкий ассортимент марок нержавейки, что дает возможность выбора наиболее подходящего материала для решения конкретных производственных задач.

Изображение в шапке статьи: Freepik / Freepik