Нержавеющая сталь - химический состав и основные легирующие элементы

Нержавеющая сталь – это наиболее востребованный материал для производства металлопроката, сложных механизмов, резервуаров, сосудов и других металлоизделий, функционирующих в сложных рабочих и климатических условиях. Применение нержавеющей стали достаточно широко – от металлургии до частного строительства.

Сам термин «нержавеющая сталь» означает группу легированных сплавов, которые отличаются повышенной коррозионной стойкостью, жаропрочностью и износостойкостью.

Выделяют три основные группы нержавеющей стали:

• коррозионностойкая – это нержавеющая сталь, которой характерна высокая сопротивляемость атмосферной коррозии при средних температурах.
• жаростойкая – это нержавеющая сталь, для которой характерна высокая устойчивость к образованию окалины при повышенных температурах, а также стойкость к коррозии в сильно агрессивных химических средах при высоких температурах.
• жаропрочная – это нержавеющая сталь, которая способна не терять в первоначальных качествах (не деформироваться и не разрушаться) под нагрузками при повышенных температурах.

На данную классификацию влияет химический состав той или иной марки, и процентное присутствие химических элементов.

В зависимости от химического состава нержавеющие стали делятся на:

• хромистые – к данной группе относятся мартенситные, полуферритные (мартенситно-ферритные) и ферритные марки. Химический состав таких сталей содержит до 20% хрома. 
• хромоникелевые – к данной группе относятся аустенитные, аустенитно-ферритные, аустенитно-карбидные марки. Процент хрома в химсоставе может достигать 33%.
• хромомарганцевоникелевые – в химическом составе таких марок никель заменяется частью марганца (в пределах от 2 до 8%), что никак не понижает качества самого сплава.

Влияние химических элементов на свойства нержавеющих сталей

Ниже представлены основные легирующие элементы, которые могут входить в состав нержавеющих сталей, и их влияние на механические и физические свойства сплавов.

Хром (Cr) – один из самых распространенных легирующих элементов. Присутствие этого элемента в химсоставе обеспечивает стали прочность, твёрдость и упругость, незначительно уменьшая пластичность. Кроме того, хром повышает устойчивость материала ко всем видам коррозии, в том числе и в агрессивных средах, обеспечивает устойчивость магнитных сил и стойкость к окислительным процессам.

Никель (Ni) – элемент, который улучшает пластичность, ударную вязкость и прокаливаемость стали. Также усиливает действие хрома, обеспечивая защиту от коррозии. Никель в химическом составе способствует снижению теплового расширения, что позволяет использовать нержавеющую сталь в контакте с кислотными растворами (соляная, фосфорная, серная).

Молибден (Mo) – благоприятно влияет на коррозионную стойкость сплава, а также повышает его красностойкость, предел прочности на растяжение, стойкость к окислению при повышенных температурах и стойкость к питтингу.

Марганец (Mn) – присутствие в химическом составе свыше 1% данного элемента обеспечивает увеличение твердости, устойчивости к ударным нагрузкам и износостойкость, при этом не снижая пластичность нержавеющей стали.

Вольфрам (W) – достаточно дорогостоящий легирующий элемент. Вольфрам способен образовывать карбиды (твердые химические соединения), которые резко повышают твердость и жаропрочность стали. Вольфрам препятствует росту зерна при нагревании и устраняет хрупкость при отпуске.

Титан (Ti) – повышает прочность стали, улучшает коррозионное сопротивление, а также обеспечивает высокую податливость сплава различным методам обработки.

Кремний (Si) – при его содержании в 1-1,5% улучшаются показатели прочности, электросопротивления и магнитопроницаемости стали, при этом сохраняется вязкость стали. Кроме того, кремний способствует повышению стойкости сплава к образованию окалины.

Кобальт (Co) – повышает ударное сопротивление нержавеющих сталей, а также увеличивает стойкость сплавов к повышенным температурам.

Алюминий (Al) – данный элемент снижает старение стали, повышает текучесть, жаростойкость, улучшает ударное сопротивление и стойкость к образованию окалины.

Ниобий (Nb) – повышает защиту от межкристаллической коррозии в сварных металлоконструкциях.

Медь (Сu) – обеспечивает защиту от атмосферной коррозии и прочность стали.

Применение металлопроката из нержавеющей стали

Поставляется нержавеющая сталь в виде рулонной стали, поковок, прутков, из которых впоследствии изготавливают нержавеющие листы, тавровые и двутавровые балки, швеллеры, трубы и трубопроводные фланцы, фитинги, запорно-регулирующую арматуры, крепеж и пр.

Благодаря высоким механическим и физическим свойствам сплавов, нержавеющий металлопрокат особенно востребован в:

• нефтегазовой, химической, теплоэнергетический отрасли;
• металлургии, строительстве, литейном производства;
• атомной, аэрокосмической, криогенной промышленности;
• пищевой, медицинской, фармацевтической отрасли;
• производстве кораблей, судов, морских грузоподъемных кранов;
• изготовлении высокоточных измерительных приборов;
• изготовлении режущих, дробящих, перемалывающих деталей тяжелых машин и станков.

Нержавеющая сталь активно используется для производства оборудования, эксплуатирующего при экстремально высоких и низких температурах в сложных рабочих условиях.