Какая сталь нержавеющая?
Многим известны рыжие пятна, которые появляются на металле. Например, на крыле автомобиля или на заборе вокруг участка. Обычно это результат длительного использования, непосредственного контакта с кислородом и влагой. Но кроме эстетического дефекта такие пятна имеют и другие неприятные последствия: разрушение целостности металла, сокращение срока полезного использования металлической конструкции, уменьшение прочности. Зная эту особенность железа, способность окисляться, металлурги создали целый класс сплавов, которые не подвергаются коррозии – нержавеющие стали. В статье рассказываем о том, что это такое, почему эти сплавы устойчивы к коррозии, и каким образом получилось добиться такого эффекта.
Какая сталь не ржавеет
Чтобы ответить на этот вопрос, нужно разобраться с терминами. Далеко не все металлы умеют ржаветь. Зато практически все подвержены коррозии при определенных условиях. Несмотря на то, что мы склонны использовать два этих термина как синонимы, у них разные определения.
Коррозия – это процесс разложения металла под действием химических факторов. То есть не из-за механических повреждений, а под воздействием контакта с другими материалами, жидкостями, газами. Покрываться коррозией могут разные металлы и сплавы.
Окисление, или ржавчина – это коррозия железа или сплавов на его основе. То есть это частный случай коррозии. Ржавчина имеет запоминающийся рыжий цвет.
Поэтому на вопрос «Какой металл не ржавеет?» можно ответить «Любой, кроме железа». Действительно, если в составе сплава нет железа, то материал не покрывается ржавчиной, но все же может страдать от воздействия коррозии.
Сталью называют металлические сплавы на основе железа и углерода. Вот стали могут ржаветь. Более того, они склонны к этому и часто покрываются рыжеватыми пятнами.
Но есть сталь, которая не окисляется. Ее называют нержавеющей. Это отдельный класс сплавов, которые легированы разными добавками, увеличивающими устойчивость к окислению. Эти стали не покрываются ржавчиной при контакте с воздухом, водой и некоторыми кислотами. О ней мы и будем говорить в этой статье.
Что такое нержавейка?
Нержавеющая сталь, или, коротко говоря, нержавейка – металлический сплав на основе железа и углерода с добавлением разных легирующих компонентов, которые препятствуют окислению материала.
Металлурги очень долго бились над задачей – создать железосодержащий сплав, который не будет окисляться. И только в 1820 году было совершено первое открытие: Майкл Фарадей, ученый из Англии, заметил, что присадка хрома повышает сопротивляемость стали к коррозии. С одной стороны, это стало прорывом для металлургии – тайна нержавейки открыта, это хром. С другой стороны, исследования не дали ощутимых плодов – еще на протяжении 80 лет ученым не удавалось создать сталь с хромом, которая не только устойчива к коррозии, но и достаточно прочна.
Первая аустенитная нержавейка, которая была достаточно прочной, была запатентована только в 1912 году. Ее создателями стали немцы Эдуард Маурэр и Бенно Штраус. До них над загадкой нержавейки работали другие ученые со всей Европы – француз Леон Джиллет, немец Филипп Моннартц и другие.
Однако изготавливать изделия из нержавеющей стали в потоке стал англичанин Гарри Брирли. С его легкой руки нержавейку начали использовать для изготовления столовых приборов, в частности, ножей. И первое время такая сталь надежно закрепилась за кухонной и оружейной отраслью.
В чем же отличие нержавеющей стали от углеродистой? С одной стороны, и там, и там к железу присоединяется углерод. Их содержание даже может совпадать. Но в нержавейку добавлен такой компонент, как хром. Он запускает процесс пассивирования. То есть металл теряет свое свойство активно вступать в химическую реакцию с атмосферой или другими веществами, которые находятся в контакте с металлической поверхностью. Этому способствует появление на поверхности сплава пассивной пленки из оксида хрома. Этот механизм пассивирования и привел к тому, что нержавейка приобрела устойчивость к окислению.
Чтобы металл стал нержавеющим, в него нужно добавить от 12 до 20% хрома. Чем выше процентное соотношение этой добавки в сплаве, тем в более агрессивных средах нержавейка остается устойчивой к коррозии. При 13% содержании хрома, сталь не ржавеет в обычных условиях. А если добавить от 17% и более, то сплав будет устойчив к окислению даже при контакте с такими агрессивными средами, как азотная кислота.
Однако это преимущество, устойчивость к коррозии, долгое время оставалось чуть ли не единственным достоинством нержавейки. В сравнении с углеродистой сталью, нержавейка 20 века была мягкой и отличалось низкой износостойкостью. Только ближе к 90-м годам прошлого столетия появились технологии, которые позволили создавать прочные, твердые и износостойкие нержавеющие стали
Сейчас есть множество марок нержавейки, которая отличается уникальными свойствами: устойчивостью к кислотам, жаропрочностью, пригодностью для пищевого производства.
Плюсы и минусы нержавеющей стали
Преимущества нержавейки перед другими металлами:
- Долгий срок эксплуатации и высокая износостойкость. Конструкции могут до полувека оставаться прочными и совсем не потерять своего внешнего вида. Благодаря основному качеству нержавейки, устойчивости к коррозии, изделиям не свойственно терять свою прочность из-за ржавчины, что является распространенной проблемой стальных изделий.
- Хорошие эксплуатационные свойства. Нержавейку можно использовать в широком температурном диапазоне, при постоянной влажности, а также в агрессивных средах. Из-за таких широких возможностей нержавеющую сталь применяют практически во всех отраслях производства.
- Простота металлообработки. Нержавейку легко резать, шлифовать, фрезеровать. Для сварки нержавеющей стали требуются специальные навыки, однако, с современной аппаратурой и электродами сварные швы получаются ровными и крепкими. Большое преимущество – конструкции из нержавейки не нужно красить или покрывать другими видами ЛКП. А значит, в процессе эксплуатации не потребуется делать буквально ничего. Может быть, только протирать с поверхности пыль.
- Высокая прочность. Современные марки нержавеющей стали обладают высокими прочностными характеристиками. Это позволяет использовать металлопрокат с высокой эффективностью: например, применять более тонкие листы или трубы, сохраняя прочность всей конструкции.
- Эстетичный внешний вид. Обычная поверхность нержавейки – блестящая, гладкая. Она имеет приятный металлический цвет. Конечно, есть и другие поверхности. Они зависят от степени обработки. Например, существуют матовые, шлифованные и зеркальные трубы из нержавейки. Кроме того, поверхность может быть декорирована рифлением, перфорацией или просечками.
- Отличные санитарно-гигиенические свойства. Гладкая поверхность и невосприимчивость к большинству агрессивных моющих средств способствует тому, что за нержавейкой очень просто ухаживать – мыть ее, обдавать паром и иными способами обеззараживать. Это позволяет использовать сталь в медицине, а также в промышленности, которая связана с химикатами или пищевыми продуктами.
- Химическая инертность. Нержавейка не вступает в реакцию со многими веществами. Поэтому ее можно использовать в качестве емкостей для хранения и нагрева разных химикатов и продуктов питания. Содержимое таких емкостей не изменит своего состава после контакта с нержавейкой.
- Большой сортамент металлопроката из нержавеющей стали. Нержавейка подходит для литья, холодного и горячего проката, штамповки и других видов пластической деформации. Что это значит для покупателя: в магазине представлен очень большой ассортимент продукции из нержавейки. В том числе, можно купить круглые и профилированные трубы, листы и плиты, уголки и швеллеры, проволоку и многое другое. Весь сортовой и листовой прокат представлен в типоразмерах, соответствующих ГОСТ.
Основным недостатком нержавеющей стали можно назвать цену. Стоимость выше, чем у другого черного металла. Это может удорожить строительство в целом. С другой стороны, износостойкость и долговечность нержавейки значительно перекрывает все недостатки, связанные со стоимостью. В долгосрочной перспективе использование нержавеющей стали получается выгоднее.
Нержавеющая сталь: какие марки существуют?
Современная металлургия значительно расширяет сферы использования сплава за счет большого ассортимента нержавейки. Существует более 250 разновидностей нержавеющей стали. Все они отличаются внутренней структурой металла (аустенитная, ферритная и так далее), процентным содержанием легирующих компонентов, уникальными свойствами.
Различают нержавеющую сталь:
- жаропрочную – подробно о ней мы писали в статье тут;
- кислотостойкую – о марках, ГОСТах и особенностях этой стали мы писали в статье;
- пищевую – она подходит для продуктовых и сельскохозяйственных отраслей, и о ней мы рассказываем в материале тут.
Все марки нержавеющих сталей бывают маркированы в соответствии с российскими и международными стандартами. Отечественная нержавейка маркируется цифрами и буквами и отображает процентное содержание углерода и основных легирующих компонентов. В начале маркировки – количество углерода. Например, в марке 04Х17Н13М2 до 0,04% этого вещества. Потом обычно идет буква Х с цифрой –
это процентное содержание хрома, например, в марке 04Х17Н13М2 его содержится до 17%. Дальше могут идти другие легирующие компоненты по степени снижения их концентрации в стали. Это может быть молибден, марганец, никель и так далее.
Зарубежная маркировка состоит из букв AISI и трехзначной цифры. Все они поделены на серии:
- 200-я серия. Имеет относительно низкую цену, по своим характеристикам уступает 300 и 400 сериям. Это может быть достигнуто за счет замены дорогостоящих добавок на более дешевые. Например, вместо никеля в состав может входить азот и марганец.
- 300-я. Универсальная, самая распространенная серия. Большое разнообразие марок, а также свойств, так как в составе могут быть самые разные присадки.
- 400-я. Высокое содержание хрома в сочетании с небольшим количеством углерода и других легирующих компонентов. Это дает высокую податливость к металлообработке и хорошую устойчивость к коррозии.
Большинство отечественных марок имеет аналог среди зарубежной продукции. Они могут отличаться небольшими долями процента по содержанию примесей и иметь схожие свойства.
Нержавеющая сталь – удобный, практичный материал, который задействован во многих отраслях промышленности, торговли и сферах оказания услуг.