Нержавеющая сталь — легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.
Нержавеющие стали делят на три группы:
- Коррозионностойкие стали — от них требуется стойкость к коррозии в несложных промышленных и бытовых условиях (из них можно изготавливать детали оборудования для нефтегазовой, легкой, машиностроительной промышленности, хирургические инструменты, бытовую нержавеющую посуду и тару).
- Жаростойкие стали — от них требуется жаростойкость — то есть стойкость к коррозии при высоких температурах в сильно агрессивных средах (напр. на химических заводах).
- Жаропрочные стали — от них требуется жаропрочность — то есть хорошая механическая прочность при высоких температурах.
1. Хром.
Металл хром был получен еще в 1797 году французским химиком Л.Вокленом ,и происходит от греческого «хромос» — красить. Он имеет серо – стальной цвет, очень твердый, тугоплавкий ( Т-плавления +1877 гр.С),химически мало активный (т.е. устойчив против коррозии).Вместе с другими элементами хром является важнейшим легирующем элементов при производстве различных видов сталей. Добавка до 3% хрома (30 кг на 1 т.) к углеродистым сталям повышает их механические свойства, добавка 10-18% хрома позволяет получить нержавеющую сталь.
Одна из наиболее широко распространенных и применяемых ферритных хромистых сталей, это нержавеющая сталь марки AISI 430.
Она имеет хорошие прочностные и механические характеристики, что обеспечивается высоким содержанием хрома и низким содержанием углерода; хорошо деформируется, используется в процессах вытяжки и штамповки. В отличие от аустенитных никельсодержащих сталей, низкоуглеродистые хромистые ферритные стали устойчивы к процессам коррозии в различных серосодержащих средах. Поэтому изделия из стали AISI 430 могут быть использованы в системах для перекачивания газа, нефти и чистых нефтепродуктов. Конструкции из AISI 430 меньше изменяют размеры при колебаниях температур.
2. Никель.
Как химический элемент он был открыт в 1775 году шведским химиком А.Кронстедтом. Чуть позже когда был получен относительно чистый никель, были изучены и описаны его свойства, такие как ковкость сопротивляемость коррозии, жаростойкость, пластичность и магнитные свойства. В то время никель считался «драгоценным» металлом. Никель добывали из различных никелевых минералов, один из которых назывался «никелин», а также имел еще два названия – «красный никелевый колчедан» и «купферникель»(медный дьявол). Это название возникло потому, что в средние века саксонские рудокопы принимали этот минерал за медную руду, но выплавить медь не могли, как не старались (ведь Т-плавления никеля почти на +400 гр.С выше, чем у меди, около +1450 гр.С). И когда швед Кронстедт открыл в этом минерале новый элемент, он дал ему название никель(дьявол),отбросив «купфер». Никель это серебристо-белый тугоплавкий металл. По плотности и теплопроводности очень близок к железу, но химически мало активен (не окисляется на воздухе до Т+500 гр.С), стоек против кислот ,воды, щелочей, аммиака, различных солей, растворов органический веществ, красителей и лаков. Благодаря этим особенностям никель незаменим в металлургии при производстве различных видов легированных сталей и сплавам.
Сталь марки АISI 304 является универсальной и широко используемой из всех марок нержавеющих сталей, аустенитного класса. Характеризуется низким содержанием углерода. Легко поддается сварке, устойчива к
межкристаллитной коррозии. Высокая прочность при низких температурах. Поддается электрополировке. Используется в установках для пищевой, химической, нефтяной, фармацевтической и бумажной промышленности, производства емкостного оборудования.
3. Титан.
Титан сравнительно новый металл, яркого серовато-серебристого цвета. Он был открыт англичанином У.Грегори в 1781 г., и вторично в 1795 г. немецким химиком М.Клапротом, назвавшим его титаном (в честь мифологических сыновей Земли). Он обладает целым рядом свойств, делающих его практически вечным. Но оказалось, что качество металла очень зависит от его чистоты (например особо чистый – это когда основной материал более 99,999%, «три девятки»). Он имеет прочность легированной стали, но вдвое легче ее, и в отличие от стали пластичен, немагнитен, термостоек (Т-плавления +1668 гр.С), не теряет прочность при нагревании и очень устойчив против коррозии. Титан не поддается агрессивным жидкостям, стоек к морской воде. Присадка до 0,1% в сталь намного увеличивает ее твердость и эластичность, и придает хорошие антикоррозийные свойства. Характерные представители это нержавеющие стали марок AISI 316T1 и AISI 321, аустенитного класса.
Наличие титана (Ti), в пять раз превышающее содержание углерода, обеспечивает стабилизирующий эффект в отношении осаждения карбидов хрома (Cr) на поверхность кристаллов. Хромоникелевая сталь AISI 321 с добавкой титана (Ti), особенно рекомендуется в изготовлении
сварных конструкций и для использования при температурах между 400°С и 800°С. Устойчива к коррозии. Применяется в различных областях промышленности (нефтяная, пищевая, атомная, химическая).
4. Молибден
Впервые молибденовая сталь была выплавлена на Путиловском заводе в Питербурге в 1886 году. Уральский металлург Амосов, расшифровывая загадку древних самурайских мечей, выяснил, что в состав их сплавов входит молибден. При армировании им крепость никеля и кобальта повышается в 20 раз, а титана почти в 100 раз. Молибден имеет серебристо-белый цвет, по своим качествам похож на вольфрам, такой же тугоплавкий (Т-плавления 2620 гр.С), прочный, тягучий и ковкий.
Примерно 90 % добываемого металла используется в металлургии, в качестве легирующей добавки в стали и специальные сплавы. Стали с молибденом различают на конструкционные стали общего назначения и стали специального назначения ( с расходом от 2 до 10 кг на 1 т.стали). К последним относятся нержавеющие стали, жаропрочные и режущие. К нержавеющим сталям с добавлением молибдена относятся стали марки AISI 316 и AISI 316L, аустенитного класса Нержавеющая сталь AISI 316
это улучшенная версия AISI 304 (), что делает ее особенно устойчивой к воздействию коррозии. Технические свойства этой стали при высоких температурах гораздо лучше, чем у аналогичных сталей, не содержащих молибден (Mo), который делает сталь более защищенной от питтинговой коррозии в хлористой среде, морской воде и парах уксусной кислоты).
Сталь AISI 316L аналогичная AISI 316 с очень низким содержанием углерода. Особенно подходит для изготовления сварных конструкций.
Обладает высокой устойчивостью к межкристаллитной коррозии, применяется в температурных режимах до 450°С.
AISI 316 и 316L используются для химического оборудования, инструментов, вступающих в контакт с морской водой и атмосферой, при изготовлении оборудования для проявления фотопленок, в установках для переработки пищи, различных емкостях, трубах и других деталей.
5. Ниобий.
В 1801 году английский химик Ч.Хатчет сделал химический анализ образца тяжелого черного минерала с золотистыми прожилками слюды, привезенный из Северной Америки. Наряду с другими известными элементами выделил совершенно новый элемент, назвав его колумбием. ( в честь реки Колумбии, из долины которой он был доставлен) В 1844 г. немецкий химик Г.Розе доказал, что минерал колумбий содержит два элемента близнеца – тантал и колумбий, причем последнему он присвоил имя ниобий (Ниоба в греческой мифологии дочь тантала, богиня сомнений и страданий).Сам ниобий – это серовато-голубой металл, твердый и тугоплавкий ( Т-плавления +2469 гр.С), очень ковкий. Добавка ниобия к сталям и сплавам повышает их прочность и пластичность в условиях высоких температур. Применяется в хирургии.
Рассмотрим нержавеющую сталь UGINOX F 18 MT, из которой производятся электроводонагреватели норвежской фирмы OSO. Это ферритная нержавеющая сталь, содержащая ниобий и титановый сплав, стабилизированная молибденом с 18% хрома. Основные особенности:
- очень хорошая устойчивость против коррозии в хлористой среде, гораздо лучшая, нежели уровни 18-9 L (304 L) и 18-11 ML (316 L)
- нечувствительность к трещинам и к зернистой коррозии
- низкая восприимчивость к перемене температуры, даже в местах сварки
- хорошо закаленная сталь, очень близка к F 17 T (430 Ti)
- хорошая сварочная способность
- термическая удельная проводимость выше установленного уровня и имеет меньший термический коэффициент расширения.
6. Кобальт
История этого металла такова. В средние века в Саксонии добывали серебро, медь и другие металлы. Часто горняки встречали руду явно не серебряную, но очень похожую на нее. Получить серебро не удавалось, а во время обжига выделялся ядовитый газ, отравляя рудокопов. Руду стали называть «кобальдом»,по имени коварного горного духа, якобы поселившегося в этом металле. Сам металл кобальт выплавил шведский химик Г.Брандт только в 1735 году, назвав его «корольком кобольда», затем уже превратившись в кобальт. Кобальт достаточно тугоплавкий металл ( Т-плавления +1493 гр.С), ковкий, тягучий, устойчивый к коррозии (только при +300 гр.С покрывается тонкой пленкой оксида). А также кобальт имеет очень высокую точку Кюри (т.е. ту температуру, при которой металл перестает быть магнитом), которая достигает +1121 гр.С. Эта особенность привела к тому, что кобальт входит составной частью в магнитные стали, работающих при разных термических режимах и устойчивые к коррозии.