Hержавеющей стали, под этим названием целое семейство сплавов железа с хромом и другими элементами, ключевое свойство которых – выдающаяся коррозионная стойкость. Однако не вся “нержавейка” одинакова. Основным критерием классификации, определяющим ее свойства, технологичность и сферы применения, является внутренняя микроструктура, формируемая составом сплава и термообработкой.
В данной статье мы подробно рассмотрим пять фундаментальных типов нержавеющей стали – аустенитную, ферритную, мартенситную, дуплексную и дисперсионно-твердеющую, – раскрывая их отличительные особенности, распространенные марки, методы обработки и ключевые области использования.
Кристаллическая структура сплава является его “внутренним скелетом”, напрямую диктующим механические свойства, коррозионное поведение, магнитные характеристики и технологичность. Нержавеющую сталь по своей структуре можно разделить на следующие типы:
Аустенитная: Характеризуется гранецентрированной кубической решеткой. Эта структура стабильна при комнатной температуре благодаря высокому содержанию никеля, марганца, азота и, в некоторых случаях, меди, в дополнение к хрому. Аустенитные стали составляют самый большой и наиболее широко используемый класс нержавеющих сталей.
Ферритная: Имеет объемноцентрированную кубическую решетку. Стабильность этой структуры обеспечивается умеренным содержанием хрома и очень низким содержанием углерода. Никель в этих сталях либо отсутствует, либо присутствует в незначительных количествах.
Мартенситная: Также обладает объемноцентрированной кубической решеткой, но сильно искаженной из-за высокого содержания углерода и быстрого охлаждения с высоких температур. Формируется из аустенита при отсутствии достаточного количества стабилизирующих элементов. Мартенсит – это твердая, но хрупкая структура.
Дуплексная: Представляет собой уникальную смесь примерно 50% феррита и 50% аустенита в микроструктуре. Достигается тщательным балансом хрома, никеля, молибдена и азота. Эта комбинация объединяет преимущества обеих фаз.
Дисперсионно-твердеющая: Имеет сложную структуру, которая изначально может быть аустенитной или мартенситной. Их ключевая особенность – способность к значительному упрочнению за счет выделения интерметаллидных фаз при проведении относительно низкотемпературной термообработки после решения или закалки.
Аустенитная Нержавеющая Сталь
Аустенитная нержавеющая сталь в основном состоит из аустенитной структуры. К распространенным примерам относятся сплавы марок 304, 316 и др.
Она немагнитна и упрочняется преимущественно холодной деформацией. Ее механические свойства не могут быть изменены методами термической обработки, а упрочняются только холодной деформацией.
Хорошие низкотемпературные свойства, легкая формуемость и свариваемость являются важными характеристиками этого типа стали.
Характеристики обработки: Отличная способность к холодной и горячей штамповке. Из-за холодного упрочнения и высокой вязкости сталь трудно резать.
Характеристики сварки: Подходит для всех видов сварки, таких как TIG, MIG/MAG, MMA, SAW и др. Основные риски включают деформацию, коробление и межкристаллитную коррозию при определенных условиях. Для ответственных конструкций из марок 304/316, 304L, 316L или 321, 347 обычно используются сплавы.
Ферритная нержавеющая сталь – это нержавеющая сталь с ферритной структурой в качестве основной структуры при использовании. К распространенным примерам относятся марки 405, 430 и др.
Ее стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением превосходит стойкость аустенитной нержавеющей стали; она обладает сильным магнитным полем при комнатной температуре; не закаляется термической обработкой и обладает отличной холодной обработкой.
Благодаря стабильному наличию ферритной фазы закалка не упрочняет ферритную нержавеющую сталь. В отожженном состоянии она обладает наивысшей пластичностью и коррозионной стойкостью. Она магнитна при комнатной температуре.
Ферритная сталь обладает высокой теплопроводностью, малым коэффициентом расширения, хорошей стойкостью к окислению и отличной стойкостью к коррозии под напряжением. Она в основном используется для изготовления деталей, устойчивых к атмосферной коррозии, воздействию водяного пара, воды и окислительной кислотной коррозии.
В основном она используется для внутренней отделки зданий, изготовления деталей мазутных горелок, бытовой техники и деталей бытовой техники.
Мартенситная нержавеющая сталь относится к стали с мартенситной структурой, например, 403, 416, 420, 440 и т.д.
Основной характеристикой мартенситной нержавеющей стали является её высокая магнитная проницаемость при комнатной температуре. Её коррозионная стойкость не очень высокая, но прочность высокая, что позволяет использовать её в качестве высокопрочной конструкционной стали.
Она имеет сильную тенденцию к закалке и склонна к образованию холодных трещин. В области нагрева сварного шва выше 1150 °C размер зерна значительно увеличивается. Слишком быстрое или слишком медленное охлаждение может привести к охрупчиванию шва, а при температуре 475 °C – к охрупчиванию. Склонность к межкристаллитной коррозии низкая. 30Cr13, 40Cr13, 40Cr17Mo и 95Cr18 имеют более сильную тенденцию к закалке и, как правило, не свариваются.
Мартенситная нержавеющая сталь имеет чёткую точку фазового перехода и может быть упрочнена закалкой. Она также отличается высоким содержанием хрома и хорошей прокаливаемостью. Её твёрдость, прочность и вязкость можно регулировать в широком диапазоне отпуском.
Высокоуглеродистая мартенситная нержавеющая сталь обладает высокой твёрдостью, поэтому её можно использовать как конструкционную, так и инструментальную сталь.
Мартенсит обычно используется для изготовления валов, поршневых штоков, насосов, клапанов и других деталей, требующих высоких механических свойств, высокой прокаливаемости и стойкости к коррозии азотной кислотой и органическими кислотами, а также пружин и крепёжных деталей.
Дуплексная нержавеющая сталь – это нержавеющая сталь, в которой феррит и аустенит составляют около 50%, а содержание менее активной фазы обычно должно достигать не менее 30%. Эта сталь обладает характеристиками как аустенитной, так и ферритной нержавеющей стали. Примером может служить марка 2205.
По сравнению с ферритной, дуплексная сталь обладает более высокой пластичностью и вязкостью, отсутствием хрупкости при комнатной температуре, значительно улучшенной стойкостью к межкристаллитной коррозии и свариваемостью, сохраняя при этом хрупкость при температуре 475 °C и высокую теплопроводность ферритной нержавеющей стали, а также обладает свойствами сверхпластичности.
По сравнению с аустенитной нержавеющей сталью она обладает высокой прочностью и значительно улучшенной стойкостью к межкристаллитной коррозии и хлоридной коррозии под напряжением.
Дуплексная нержавеющая сталь, содержащая молибден, обладает хорошей стойкостью к хлоридной коррозии под напряжением при низких напряжениях.
Хорошая стойкость к коррозионной усталости и износу. При использовании в условиях определённых коррозионных сред она подходит для изготовления энергетического оборудования, такого как насосы и клапаны.
Хорошие комплексные механические свойства. Обладает повышенной прочностью и усталостной прочностью.
Хорошая свариваемость, низкая склонность к термическому растрескиванию, как правило, не требует предварительного подогрева перед сваркой и термообработки после сварки.
По сравнению с аустенитной нержавеющей сталью, обладает высокой теплопроводностью и низким коэффициентом линейного расширения, подходит для футеровки оборудования и производства композитных пластин. Она также подходит для изготовления сердцевины теплообменников, а её эффективность теплопередачи выше, чем у аустенитной нержавеющей стали.
Не подходит для работы при температуре выше 300 °C.
Дуплексная нержавеющая сталь может использоваться для изготовления теплообменников, холодных душей и устройств, устойчивых к морской воде, высоким температурам и концентрированной азотной кислоте, в нефтеперерабатывающей, химической, химической промышленности, производстве удобрений, бумаги и нефтяной промышленности.
Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь – это нержавеющая сталь с аустенитной или мартенситной структурой, упрочняемая методом дисперсионного твердения. Примеры: 630, 660 и т.д.
Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь сочетает в себе характеристики этих типов стали, коррозионную стойкость аустенитной нержавеющей стали и высокую прочность мартенситной нержавеющей стали.
Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь обладает высокой прочностью и хорошей коррозионной стойкостью. Её коррозионная стойкость зависит не только от химического состава, но и от термической обработки, особенно от температуры старения.
Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь – это высокопрочная нержавеющая сталь, и при промышленном применении особое внимание следует уделять водородному растрескиванию и коррозионному растрескиванию под напряжением.
Широко применяется в деталях, требующих как высокой прочности, так и высокой коррозионной и окислительной стойкости, таких как валы турбин низкого давления, направляющие лопатки, рабочие лопатки, рамы вентиляторов, детали камер сгорания авиационных двигателей, а также в нефтехимической промышленности, судостроении, ядерных реакторах, паровых турбинах, высокопрочных поковках, деталях клапанов систем высокого давления и т. д.
Каждый типы нержавеющей стали сочетанием механических свойств, коррозионной стойкости, магнитных характеристик и технологичности. Наш завод, обладая глубокими знаниями в области металлургии нержавеющих сталей и строгим контролем качества на всех этапах производства – от выбора сырья до финишной обработки – гарантирует поставку продукции, точно соответствующей требованиям стандартов (ASTM, EN, ISO, ГОСТ) и спецификациям заказчика.