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.

Сталь	Структура	Аналоги				Химический состав %										Механические свойства
		Европейская норма EN 10088	AISI США	DIN Германия	ГОСТ Россия	C	Si	Mn	P	S	N	Cr	Mo	Ni	Другое	Re (Rp0,2) H/mm2 min.		Rm N/mm2	A5% min.	Hb max. HR
	Ферритные	1.4000	403, 410S	X6Cr13	08Х13	≤0,08	≤1,0	≤1,0	≤0,040	≤0,015		12,00-14,00				230		400-630	20	200
		1.4003		X2CrNi12		≤0,03	≤1,0	≤1,50	≤0,040	≤0,015	≤0,030	10,50-12,50		0,30-1,0		230			20	200
		1.4016	430	X6Cr17	12Х17	≤0,08	≤1,0	≤1,0	≤0,040	≤0,015		16,0-18,0				240		400-630	20	200
		1.4510	430Ti, 439	X3CrTi17	08Х17Т	≤0,05	≤1,0	≤1,0	≤0,040			16,0-18,0			Ti4x(C+N)+0,15 ≤0,8	240		420-600	23	180
	Мартенситные	1.4006	410	X12Cr13	12Х13	0,08-0,15	≤1,0	≤1,50	≤0,040	≤0,015		11,50-13,50		≤0,75		450		660-850	5	220≥24
		1.4021	420	X20Cr13	20Х13	0,16-0,25	≤1,0	≤1,50	≤0,040	≤0,015		12,0-14,0				600		800-950	12	230≥28
		1.4028	420F	X30Cr13	30Х13	0,26-0,35	≤1,0	≤1,50	≤0,040	≤0,015		12,0-14,0				650		850-1000	10	245≥48
		1.4031		X36Cr13	40Х13	0,36-0,42	≤1,0	≤1,0	≤0,040	≤0,015		12,50-14,50						≤800		245≥52
		1.4034		X46Cr13	46Х13	0,43-0,50	≤1,0	≤1,0	≤0,040	≤0,015		12,50-14,50						≤800		245=52
		1.4057	431	X17CrNi16-2	20Х17Н2	0,12-0,22	≤1,0	≤1,50	≤0,040	≤0,015		15,0-17,0		1,50-2,50		700		900-1050	12	295≥54
		1.4122		X39CrMo17-1		0,33-0,45	≤1,0	≤1,50	≤0,040	≤0,015		15,50-17,50	0,80-1,30	≤1,0		550		750-950	12	280≥28
	Аустенитные	1.4301	304	X5CrNi18-10	08Х18Н10	≤0,07	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	17,0-19,50		8,0-10,5		190		500-700	45	215
		1.4305	303	X8CrNiS18-9		≤0,10	≤1,0	≤2,0	≤0,045	0,15-0,35	≤0,10	17,0-19,0		8,0-10,0	Cu ≤1,0	190		500-770	35	230
		1.4306	304L	X2CrNi19-11	03Х18Н11	≤0,03	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	18,0-20,0		10,0-12,0		180		460-680	45	215
		1.4307	(304L)	X2CrNi18-9		≤0,03	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	17,50-19,50		8,0-10,5		175		460-680	45	215
		1.4310	301	X10CrNi18-8		0,05-0,15	≤2,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	16,0-19,0	≤0,80	6,0-9,50		195		500-700	40	230
		1.4401	316	X5CrNiMo17-12-2		≤0,07	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	16,50-18,50	2,0-2,50	10,0-13,0		200		500-700	40	215
		1.4404	316L	X2CrNiMo17-12-2		≤0,03	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	16,50-18,50	2,0-2,50	10,0-13,0		200		500-700	40	215
		1.4435	316L	X2CrNiMo18-14-3	03Х17Н14М3	≤0,03	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	17,0-19,0	2,50-3,0	12,50-15,0		200		500-700	35	215
		1.4436	316	X3CrNiMo17-13-3		≤0,05	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	16,50-18,50	2,50-3,0	10,50-13,0		200		500-700	40	215
		1.4438	317L	X2CrNiMo18-15-4		≤0,03	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	17,50-19,50	3,00-4,00	13,0-16,0		200		500-700	40	215
		1.4439	317LN	X2CrNiMoN17-13-5		≤0,03	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	0,12-0,22	16,50-18,50	4,0-5,0	12,50-14,50		280		580-800	35	250
		1.4529	UNS N08925	X1NiCrMoCuN25-20-7		≤0,02	≤0,50	≤1,0	≤0,030	≤0,010	0,15-0,25	19,0-21,0	6,0-7,0	24,0-26,0	Cu 0,50-1,50	300		650-850	40	250
		1.4539	UNS N08904	X1NiCrMoCu25-20-5		≤0,02	≤0,70	≤2,0	≤0,030	≤0,010	≤0,15	19,0-21,0	4,0-5,0	24,0-26,0	Cu 1,20-2,0	230		530-730	35	230
		1.4541	321	X6CrNiTi18-10	12Х18Н10Т	≤0,08	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015		17,0-19,0		9,0-12,0	Ti5xC≤0,70	190		500-700	45	215
		1.4547	UNS S31254	X1CrNiMoCuN20-18-7		≤0,02	≤0,70	≤1,0	≤0,030	≤0,010	0,18-0,25	19,50-20,50	6,0-7,0	17,50-18,50	Cu 0,50-1,0	300		650-850	35	260
		1.4550	347, 348	X6CrNiNb18-10	03Х17Н14М3	≤0,08	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015		17,0-19,0		9,0-12,0	Nb 10xC≤1,0	205		510-740	40	230
		1.4571	316Ti	X6CrNiMoTi17-12-2	10Х17Н13М2Т	≤0,08	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015		16,50-18,50	2,0-2,50	10,50-13,50	Ti5xC≤0,70	200		500-700	40	215
Дуплексные	Ферритно-аустенитные	1.4362	UNS S32304	X2CrNiN23-4		≤0,03	≤1,0	≤2,0	≤0,035	≤0,015	0,05-0,20	22,0-24,5	0,10-0,60	3,50-5,50	Cu 0,10-0,60	400		600-830	25	260
		1.4410		X2CrNiMoN25-7-4		≤0,03	≤1,0	≤2,0	≤0,035	≤0,015	0,24-0,35	24,00-26,00	3,0-4,50	6,00-8,00		530		730-930	25	290
		1.4460	329	X3CrNiMoN27-5-2		≤0,05	≤1,0	≤2,0	≤0,035	≤0,015	0,05-0,20	25,0-28,0	1,30-2,00	4,50-6,50		460		620-880	20	260
		1.4462	UNS S31803	X2CrNiMoN22-5-3		≤0,03	≤1,0	≤2,0	≤0,035	≤0,015	0,10-0,22	21,0-23,0	2,50-3,50	4,50-6,50		450		620-880	25	270
Жаропрочные	Мартенситные	1.4718	HNV3	X45CrSi9-3	40Х9С2	0,40-0,50	2,70-3,30	≤0,80	≤0,040	≤0,030		8,0-10,0		≤0,60		700		900-1100	14	217 25-32
	Ферритные	1.4724		X10CrAlSi13	10Х13СЮ	≤0,12	0,70-1,40	≤1,0	≤0,040	≤0,015		12,0-14,0			Al 0,70-1,20	250		450-650	15	192
		1.4742		X10CrAlSi18	15Х18СЮ	≤0,12	0,70-1,40	≤1,0	≤0,040	≤0,015		17,0-19,0			Al 0,70-1,20	270		500-700	12	212
		1.4749	446	X18CrN28		0,15-0,20	≤1,0	≤1,0	≤0,045	≤0,015	0,15-0,25	26,0-29,0				280		500-700	15	217
		1.4762	446	X10CrAlSi25		≤0,12	0,70-1,40	≤1,0	≤0,040	≤0,015		23,0-26,0			Al 1,20-1,70	280		520-720	10	223
		1.7362		X11CrMo5		≤0,15	≤0,50	≤0,50	≤0,035	≤0,030		4,50-6,0	0,45-0,60	≤0,50		215		≥390	22	170
	Аустенитные	1.4828	309	X15CrNiSi20-12	20Х20Н14С2	≤0,20	1,50-2,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	19,0-21,0		11,0-13,0		230		500-750	30	223
		1.4833	309S	X12CrNi23-13		≤0,15	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	22,0-24,0		12,0-14,0		210		500-750	26	192
		1.4841	310, 314	X15CrNiSi25-21	20Х25Н20С2	≤0,20	1,50-2,50	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	24,0-26,0		19,0-22,0		230		550-800	30	223
		1.4843				≤0,20	≤1,0	≤1,50	≤0,045	≤0,030	≤0,011	22,0-25,0		17,0-20,0		295		≥540	35	192
		1.4845	310S	X8CrNi25-21	20Х23Н18	≤0,10	≤1,50	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	24,0-26,0		19,0-22,0		210		500-750	35	192
		1.4864	330	X12NiCrSi35-16		≤0,15	1,0-2,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015	≤0,10	15,0-17,0		33,0-37,0		230		550-800	30	223
		1.4876	B 163	X10NiCrAlTi32-21		≤0,12	≤1,0	≤2,0	≤0,030	≤0,015		19,0-23,0		30,0-34,0	Al 0,15-0,60 Ti 0,15-0,60	210		500-750	30	192
		1.4878	321	X8CrNiTi18-10		≤0,10	≤1,0	≤2,0	≤0,045	≤0,015		17,0-19,0		9,0-12,0	Ti5xC≤0,80	210		500-750	40	192