Что такое нержавеющая сталь и что делает ее устойчивой к ржавчине

Кто не слышал название "сталь"? Я уверен, что оно знакомо каждому. Поскольку стальное оборудование не ржавеет, мы часто ищем его на рынке. Поскольку сталь не ржавеет, люди могут использовать ее в самых разных областях. В результате нержавеющая сталь - хорошо известный товар в большинстве сфер производства.

В результате в этой статье мы найдем решение этого вопроса. Почему нержавеющая сталь не ржавеет? С другой стороны, как происходит процесс ее изготовления? Какие требования к ней предъявляются? Все эти вопросы мы рассмотрим в сегодняшней теме. Начнем с широкого определения, затем расскажем об использовании и свойствах. Затем мы перейдем к составу материала и технологическому процессу.

Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь - это категория сплавов черных металлов, содержащих не менее 11% хрома, который противостоит коррозии и обеспечивает жаропрочность. Углерод (от 0,03% до более чем 1,00%), азот, алюминий, кремний, сера, титан, никель, медь, селен, ниобий и молибден - все эти компоненты содержатся в нержавеющей стали в различных формах.

Нержавеющая сталь также приятна на вид, очень гигиенична, проста в уходе, очень долговечна и обладает различными свойствами в дополнение к этим экологическим преимуществам. Как следствие, люди находят нержавеющую сталь в самых разных предметах обихода. Энергетика, транспорт, строительство, научные исследования, медицина, пищевая промышленность, логистика - вот лишь несколько отраслей, в которых она играет важную роль.

Недостатки нержавеющей стали  

• Производство, отделка и полировка требуют больших затрат.
• При изготовлении нержавеющей стали без использования высокотехнологичного оборудования и соответствующих методов справиться с этим металлом бывает непросто.
• Из-за быстрого отвода тепла, поврежденных деталей и высокой стоимости лома вы можете столкнуться с трудностями.

Применение нержавеющей стали

Производитель часто использует нержавеющую сталь в тех случаях, когда требуются ее уникальные характеристики и коррозионная стойкость. Из этого сплава изготавливают рулоны, листы, плиты, прутки, проволоку и трубы. Обычно он используется для следующих целей.

• Автомобили и транспорт: Производители используют нержавеющую сталь для изготовления выхлопных систем, грилей и обвесов. По мере развития технологий производители все чаще используют нержавеющую сталь для создания структурных компонентов.
• Медицинские учреждения: В этом разделе предпочтение отдается нержавеющей стали в чистых и стерильных условиях, поскольку она легко очищается и не подвержена коррозии. Компании используют нержавеющую сталь для производства различных медицинских приборов, включая хирургические и стоматологические инструменты.
• Строительные конструкции: Применение нержавеющей стали стало неотъемлемой частью строительной профессии благодаря ее прочности, устойчивости и гибкости. Ее часто используют внутри помещений на столешницах, задних стенках, перилах, а также снаружи в качестве облицовки конструкций, подвергающихся высоким нагрузкам.
• Конструкция самолета: Инженеры используют нержавеющую сталь в авиации. Благодаря своей прочности и способности противостоять высоким температурам, они используют ее в различных областях, в том числе в каркасах самолетов. Кроме того, ее используют в реактивных двигателях, чтобы они не ржавели.
• Бизнес в сфере питания и кейтеринга: Производители используют нержавеющую сталь для изготовления кухонных аксессуаров, посуды и столовых приборов для пищевой промышленности и общественного питания.

Свойства нержавеющей стали

Нержавеющая сталь обладает множеством привлекательных характеристик, благодаря которым она широко используется для изготовления деталей и компонентов в различных отраслях промышленности. Прежде всего, благодаря концентрации хрома, она очень устойчива к коррозии. Сталь с минимальной концентрацией хрома 10,5 % в 200 раз более устойчива к коррозии, чем сталь без него.

• Содержание хрома в нержавеющей стали в первую очередь определяет ее коррозионную стойкость. На поверхности стали образуется устойчивое покрытие из оксида хрома, препятствующее химическому взаимодействию с основной массой материала. Этот оксидный слой очень тонкий, толщиной от 2 до 3 нм, он пассивен (устойчив к коррозии), прочен (хорошо сцепляется с основной массой) и самовосстанавливается (восстанавливается после трещин или повреждений).
• Ферритная, мартенситная или дуплексная нержавеющая сталь магнитится, а аустенитная - нет.
• Нержавеющая сталь на 100 процентов пригодна для вторичной переработки. Переработка лома нержавеющей стали очень рентабельна, поскольку в ней содержится много ценных компонентов, таких как хром и никель.

Категории нержавеющей стали

Нержавеющие стали подразделяются на четыре основные категории в соответствии с их кристаллической структурой.

Ферритные

Ферритные нержавеющие стали менее эластичны, чем другие, что приводит к снижению их формуемости. Они также магнитны, имеют ограниченную твердость и низкую коррозионную стойкость. Отсутствие никеля, с другой стороны, снижает их цену.

Аустенитные

Наиболее распространенным видом нержавеющей стали является аустенитная нержавеющая сталь. Их кубическая кристаллическая структура имеет гранецентрированную форму. В состав таких сталей входят никель, марганец и азот в дополнение к обычным легирующим компонентам - железу и хрому.

Мартенситная

Магнитные нержавеющие стали с высокой пластичностью и вязкостью называются мартенситными нержавеющими сталями. Для их некоторого упрочнения можно использовать холодную обработку. В этом случае после отжига они обычно имеют предел текучести около 275 МПа.

Дуплекс

Прочность дуплексной нержавеющей стали примерно в два раза выше прочности аустенитной нержавеющей стали. В этой ситуации она более устойчива к коррозионному растрескиванию под действием хлоридов, чем аустенитная нержавеющая сталь. По вязкости они находятся между ферритной и аустенитной.

Ржавеет ли нержавеющая сталь?

Стальной сплав с минимальной концентрацией хрома 10,5 процента называется нержавеющей сталью. Хром, взаимодействуя с кислородом воздуха, создает защитное покрытие, делая нержавеющую сталь очень устойчивой к коррозии и ржавчине. В настоящее время на рынке представлено около 150 различных видов нержавеющей стали.

Виды нержавеющей стали

Хотя существуют сотни различных сплавов нержавеющей стали, большинство из них относится к одной из трех нижеперечисленных групп.

• Аустенитная нержавеющая сталь: Этот вид нержавеющей стали имеет две важные особенности. Аустенитная нержавеющая сталь содержит значительное количество хрома для начала. При использовании этого материала повышается коррозионная стойкость. Во-вторых, такие изделия, как правило, немагнитны, но в результате холодной формовки они могут стать магнитными. Ниже перечислены наиболее распространенные сплавы нержавеющей стали.
• Ферритная нержавеющая сталь: Это второй по распространенности сплав нержавеющей стали, к тому же он магнитный. Благодаря пониженной концентрации никеля изделия из этого сплава могут быть упрочнены холодной штамповкой и стоят дешевле, чем другие виды.
• Мартенситная нержавеющая сталь: Это наименее распространенный вид сплава нержавеющей стали. В производстве мартенситная нержавеющая сталь используется в тех случаях, когда требуется ударопрочность или высокая прочность на разрыв. Для повышения коррозионной стойкости производитель часто покрывает этот материал защитным полимерным покрытием.

Как производится нержавеющая сталь?

При производстве нержавеющей стали производитель должен сначала решить, какой вид нержавеющей стали он хочет создать. Этот момент очень важен, поскольку марка нержавеющей стали, которую планируется производить, влияет на соотношение компонентов нержавеющей стали, присутствующих в комбинации, таких как железо, углерод, никель и т. д.

После сбора сырья можно приступать к остальным этапам процесса производства нержавеющей стали. В следующих разделах мы рассмотрим процесс производства нержавеющей стали в промышленности.

Сначала производители нагревают различные материалы из нержавеющей стали до температуры плавления в печи. Затем расплавленный материал помещают в вакуумно-кислородную декарбюризацию (VOD) или аргоно-кислородную декарбюризацию (AOD) для удаления избыточного углерода. В-третьих, расплавленную сталь можно перемешивать, чтобы помочь рассеять и удалить из смеси определенные компоненты нержавеющей стали, что может помочь в тонкой настройке качества конечного продукта.

В-четвертых, когда нержавеющая сталь остывает, она подвергается серии операций формообразования, начиная с горячей прокатки, пока температура стали еще выше температуры кристаллизации. В-пятых, ее можно отжигать для снятия внутренних напряжений и изменения механических характеристик нержавеющей стали.

После отжига производственная линия подвергает нержавеющую сталь различным процедурам резки и формовки, чтобы получить конечный продукт, подходящий для конкретного применения. Наконец, перед тем как экспортировать заготовки, цветметы или проволоку из нержавеющей стали другим производителям, изготовитель нержавеющей стали может придать им различные виды обработки поверхности.

Добавки и компоненты в составе стали

Компоненты из нержавеющей стали - самый популярный материал, используемый сегодня для производства продукции и удовлетворения потребностей потребителей. Итак, сколько же видов стали существует? Это зависит от их добавок. Итак, давайте разберемся, какие они бывают.

• Карбон: Компании производят сталь из углерода и железа, сплавленных вместе. В результате этого процесса железо приобретает прочность и твердость.
• Марганец: Добавление марганца в сталь повышает твердость, прочность и прокаливаемость, а также улучшает характеристики горячей обработки.
• Хром: Хром используется для повышения устойчивости стали к окислению.
• Никель: Производители добавляют большое количество никеля в высокохромистые нержавеющие стали для создания наиболее устойчивых к нагреву и коррозии сталей.
• Молибден: В сочетании с хромоникелевыми аустенитными сталями молибден повышает устойчивость к точечной и щелевой коррозии, особенно в сернистых и хлоридных средах.
• Азот: Азот, как и никель, является аустенитообразующим элементом, который повышает устойчивость аустенита в нержавеющей стали.
• Медь: Медь является распространенным остаточным элементом в нержавеющей стали. При производстве этот элемент добавляют в различные сплавы для придания им свойств закалки осаждением или повышения коррозионной стойкости в серной кислоте и соленой воде.
• Титан: В производстве часто используется титан для стабилизации карбида, особенно если он требует сварки. Титан соединяется с углеродом и образует карбиды титана, которые очень стабильны и трудно растворяются в стали, снижая риск межкристаллитной коррозии.
• Фосфор: В них фосфор часто сочетается с серой для улучшения обрабатываемости. Хотя фосфор повышает прочность аустенитных нержавеющих сталей, он также снижает коррозионную стойкость и увеличивает склонность материала к разрушению при сварке.
• Сера: При добавлении в небольших количествах сера улучшает обрабатываемость, но она, как и фосфор, оказывает пагубное влияние на коррозионную стойкость и, как следствие, на свариваемость.

Другие добавки

• Селен: Раньше селен использовался в качестве добавки для улучшения обрабатываемости.
• Ниобий/коломбий: Производители используют ниобий/коломбий для стабилизации углерода в стали, а по своим свойствам он схож с титаном. Ниобий также укрепляет сплавы и стали, позволяя им выдерживать более высокие температуры.
• Кремний: В процессе выплавки стали кремний используется в качестве раскислителя (уничтожающего агента), и в большинстве сталей его содержится ничтожное количество.
• Кобальт: Под воздействием радиации ядерных реакторов кобальт становится высокорадиоактивным. Поэтому вся нержавеющая сталь, используемая на атомных электростанциях, имеет ограничения по содержанию кобальта, обычно не более 0,2 процента.
• Кальций: Производители добавляют кальций в ничтожных количествах, чтобы улучшить обрабатываемость, не ухудшая других характеристик, обусловленных селеном, фосфором и другими элементами.

Заключение

В состав нержавеющих сталей входит не менее 10,5 процента хрома, менее 1,2 процента углерода и другие легирующие компоненты. Существует множество мест, где люди используют нержавеющую сталь для различных целей.

Нержавеющая сталь бывает разных видов, в зависимости от сочетания с другими добавками. Производители добавляют эти добавки в состав нержавеющей стали в зависимости от ее назначения.