Нержавеющие стали сорта и марки

Содержание

1. Определение нержавеющей стали
2. Обозначение

В производстве трубопроводных деталей используется нержавеющая сталь разных изготовителей или готовые комплектующие из этого конструкционного материала. Поэтому важно знать принципы взаимозаменяемости коррозионностойких, жаропрочных, жаростойких сплавов и сталей.

Определение нержавеющей стали

Вообще, сталями принято называть сплавы металлического элемента Fe (железа) с неметаллом С (углеродом) при содержании в них последнего элемента менее 2,14%. Причем, получают сталь из чугуна методом окисления, выводя из состава лишний углерод, а заодно и избыточный фосфор, серу, марганец и кремний.

Конвертерная, пудлинговая и кричная сталь изначально не имеют никаких полезных примесей, кроме вышеуказанных. Такой сплав называется углеродистой сталью. При добавлении любого количества других химических элементов сплав автоматически становится легированным, независимо от соотношения в нем углерода и железа.

Таким образом, обе категории сталей – углеродистая и легированная, имеют внутри себя подразделение по количеству указанных добавок. Низкоуглеродистые и низколегированные, среднеуглеродистые и среднелегированные, высокоуглеродистые и высоколегированные, соответственно.

При этом в низкоуглеродистых сталях содержится 0,01 – 0,025% углерода, а в структуре присутствует третичный цементит, делающий невозможным их практическое применение. В среднеуглеродистых сталях количество углерода составляет 0,26 – 0,8% (в некоторой специальной технической литературе до 0,77%). Структура материала состоит из феррита и перлита, позволяя использовать его в широком спектре производств.

В высокоуглеродистых сталях процент углерода находится в пределах 0,8 – 2,14%. Структура металла состоит из перлита и цементита, но уже вторичного, боле стабильного.

В низколегированных, среднелегированных и высоколегированных сталях содержится менее 2,5%, 2,5 – 10% или более 10% полезных добавок. Существует еще одна дополнительная категория микролегированных сталей с содержанием примесей менее 0,1%. Причем, учитывается процентное содержание всех химических элементов в сумме, а не как углерода в отдельности.

Каждая из легирующих добавок автоматически увеличивает себестоимость стали, поэтому должна быть экономически обоснована перед производством сплава. Химические элементы в составе легированной стали придают ей следующие свойства:

·         Ф – ванадий V служит раскислителем, то есть повышает плотность материала, снижает размер зерна, повышает прочность, твердость;

·         В – вольфрам W многократно увеличивает прочность и красностойкость (твердость при красном калении), обрабатываемость, снижает отпускную хрупкость;

·         К – кобальт Co способствует повышению жаропрочности, ударопрочности и магнитных свойств;

·         С – кремний Si повышает прочность с сохранением ударной вязкости, увеличивает магнитопроницаемость, электрическое сопротивление, окалиностойкость, кислотостойкость, упругость;

·         Г – марганец Mg сильно раскисляет сталь, повышает прочность, износостойкость и твердость;

·         М – молибден Mo увеличивает сопротивление коррозии, прочность, упругость и красностойкость;

·         Н – никель Ni повышает термообрабатываемость, пластичность, прочность и коррозионостойкость;

·         Т – титан Ti отвечает за коррозионностойкость, обрабатываемость, раскисление, увеличение плотности и прочность сплава;

·         Х – хром Cr является основным компонентом, обеспечивающим коррозионную стойкость, повышает прочность и твердость при некотором снижении пластичности.

В свою очередь, легированные стали имеют классификацию по

По умолчанию нержавеющая сталь содержит вредные примеси, которые не обозначаются в маркировке. Сера немного улучшает обрабатываемость стали, при этом снижая истираемость и коррозионостойкость, увеличивает хрупкость и красноломкость, усталость. Фосфор становится причиной хладноломкости и хрупкости при небольшом увеличении обрабатываемости.

Для слабоагрессвных сред и обычных условий используются коррозионностойкие стали с содержанием хрома 12 – 16%. Для более агрессивных сред содержание хрома увеличивают до 17 – 20%. Дальнейшее увеличение коррозионной стойкости в особо агрессивных средах обеспечивается присадками кремния, меди, молибдена и никеля.

Структура хромистых сталей может состоять из феррита, мартенсита и двух этих микроструктур одновременно. В хромоникелевых и хромомарганцевоникелевых содержится аустенит в чистом виде либо в сочетании с карбидом, мартенситом, ферритом.

Добавление ниобия и титана стабилизируют нержавейку от межкристаллитной коррозии.

Обозначение

В отечественных стандартах ГОСТ, учебной и технической документации нержавейка обозначается по аналогии с легированными сталями – после углерода в сотых долях процента последовательно перечисляются добавки, цифры после них указывают на процентное содержание данного химического элемента. При этом 1% легирующей добавки обычно не указывается. Последовательность указания химических элементов следующая:

·         хром Х;

·         никель Н;

·         титан Т;

·         ниобий Б;

·         вольфрам В;

·         ванадий Ф;

·          молибден М;

·         марганец Г;

·         медь Д;

·         бор Р;

·         алюминий Ю.

Потребность в новых нержавеющих сталях периодически возникала, прежде всего, с развитием двух отраслей – ракетостроение и самолетостроение. Безусловными лидерами в этих отраслях народного хозяйства были Германия в Европе, СССР вне категорий и континентов и США в Америке.

Во времена «холодной войны» ни о каком сотрудничестве между этими странами речи не было. Поэтому исторически сложились три классификации нержавеющих сплавов и сталей – ГОСТ, DIN и AISI. Причем, стандарты Германии и США, еще как-то, увязывались между собой, так как между ними существовала торговля технологиями и техническими средствами.

Поэтому полные аналоги нержавейки по ГОСТ, AISI, DIN встречаются очень редко. Более-менее близкие по составу легирующих добавок марки сталей сведены в таблицу, и рассортированы на группы:

Где F, C и А ферритные, мартенситные и аустенитные стали, соответственно.

Регламентом ГОСТ 5632 нормируется наименование конструкционных материалов:

·         нержавеющими сталями считаются стали с минимальным содержанием углерода и хрома 1,2% и 10,5%, соответственно;

·         все остальное является сплавами на никелевой и железоникелевой основе;

Все коррозионностойкие стали условно разбиты на шесть классов – аустенитные, аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные, ферритные, мартенсито-ферритные, мартенситные. Сталям нержавеющим и сплавам жаропрочным, жаростойким, коррозионостойким присвоены номера от 1-1, соответствующего марке 05Х16Н5АБ, до 8-41 (ХН80ТБЮ).

Дополнительно некоторые сплавы и марки сталей имеют условное буквенно-цифровое обозначение типа ЭИ962 (11Х11Н2В2МФ), ЧС80 (07Х12НМФБР), КО-3 (08Х18Г8Н2Т) и так далее. Номера мартенситного класса начинаются с 1, мартенсито-ферритного с 2, ферритного с 3, аустенито-мартенситного с 4, аустенито-ферритного с 5, аустенитного с 6, железноникелевого сплава с 7, никелевого сплава с 8.

В Германии действует стандарт DIN, для сторонних европейских стран, сотрудничающих с ней, разработаны нормативы DIN EN. Для соответствия международным нормам создан DIN ISO. Нержавеющие стали здесь имеют шифрованное обозначение:

·         первая цифра 1 отделяется точкой от остального кода;

·         после нее идет двухзначное число, указывающее на группу – 40 – мартенситные и ферритные стали, 43 и 49 – аустенитные А2, 44 – аустенитные А4, 45 и 48 – аустенитные А3 и А5.

В Соединенных Штатах нержавеющими сталями и сплавами занимается специальный институт. Стандарты имеют аббревиатуру AISI, система обозначений в них кодированная:

·         для углеродистых и легированных сталей имеется классификация по группам 10 – 94 в зависимости от процентного содержания конкретных химических соединений или легирующих добавок;

·         нержавеющие стали выделены в отдельную категорию, обозначаются трехзначным кодом;

·         первая цифра 2 или 3 указывает на принадлежность к аустенитному классу;

·         если обозначение начинается с цифры 4, то это мартенситная сталь;

·         две последние цифры условного обозначения – это порядковый номер в группе;

·         после трех обязательных цифр могут идти буквенные символы;

·         буквами Cu, B, Se, F, N обозначаются медь, углерод, кремний, селен, сера/фосфор, азот, соответственно;

·         буквы H, LN, S, L указывают на расширенный интервал углерода, его низкое содержание в купе с азотом, нормальное и низкое содержание, соответственно.

Самой молодой считается 900 серия нержавеющих сталей AISI. В нее входят сплавы 904 и 904L супераустенитной категории. Отечественным аналогом AISI 904L является железоникелевый сплав 06ХН28МДТ за номером 7-5 с содержанием меди, титана, молибдена.

Самый большой ассортимент нержавеющих сталей по составу описан в российских стандартах ГОСТ и немецких DIN. Вариантов сплавов AISI значительно меньше. Поэтому, когда встает вопрос о взаимозаменяемости, подбор осуществляется по двум критериям – схожесть структуры конструкционного материала и примерно равное содержание углерода, лигатур.