Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь

Нержавеющие сплавы были известны с очень древних времен. Примером может служить знаменитая железная колонна в мечети Кутуб Минар в Индии. Этот 6-тонный железный столб находится на территории архитектурного комплекса мечети, строительство которой датируется XII веком н.э. 7-метровая железная колонна Победы была воздвигнута королем Чандрагупта II в V веке. Первоначально она располагалась в Удайагири, в центральной Индии, в храме индуистского бога Вишну, а в Дели ее перевезли гораздо позже - в XIII веке.

За столько веков памятник не был затронут ржавчиной, что заставляло многих верить в его мистические свойства. Ученые из Технологического института Канпур обнаружили, что колонна содержит неожиданно много фосфора, который, реагируя с железом, водой и кислородом, создал своего рода защитный антикоррозийный поверхностный слой.

На протяжении многих веков легенды о колонне не сходили с уст местных жителей. Существует даже поверье - для того, чтобы исполнилось заветное желание, надо встать спиной к колонне и свести за ней руки.

Современная официальная история приписывает открытие нержавеющей стали английскому изобретателю Г. Берли. Работая в 1913 году над стальными сплавами для оружейных стволов, среди прочих образцов он забраковал никель-хромовый сплав, но несколько месяцев спустя с удивлением заметил, что этот образец сверкал как новый. Этот день стал "днем рождения" нержавеющей стали в современном техническом веке.

Сегодня нержавеющими сталями называют сплавы содержащие по крайней мере 10,5% хрома. В результате контакта с кислородом из окружающей среды (воздух, вода или другие среды) на поверхности нержавейки образуется тонкий, в несколько слоев атомов, прозрачный слой окиси хрома. Этот процесс образования окисла также называется пассивированием. Слой защищает изделия из нержавеющего сплава от дальнейшего химического влияния.

Если поверхность повреждена, пассивный слой создается автономно под влиянием кислорода; по этой причине мы можем по праву назвать этот процесс само-заживляющимся или само-восстанавливающимся.

Понимание этого процесса имеет важное значение при использовании нержавеющей стали в средах имеющих малое количество кислорода; в этом случае не образуется окислов хрома на поверхности и материал может быть подвергнут энергичному влиянию коррозии. Например в протяженных горных туннелях коррозию вызывают малое количество кислорода и конденсаты влаги в сводах туннеля. В этом случае рекомендуется использовать анкеры и крепеж из особо прочной нержавеющей стали AISI 321 или AISI 316Ti (A5).

Помимо малокислородных сред возникающих естественным способом, существует возможность проявления эффектащелевой коррозии нержавейки из-за конструктивных ошибок. Также не стоит забывать, что в контакте с некоторыми металлами и водой (особенно соленой) нержавейка может стать источником электрохимической коррозии.

Различные легирующие элементы позволяют улучшить механические и химические свойства нержавеющей стали:

• никель увеличивает сопротивление кислотам и он содержится как правило во всех типах аустетнитных сталей;
• сера улучшает механические качества, но снижает сопротивляемость коррозии (A1);
• титан, ниобий или тантал стабилизирует материальную структуру при более высоких температурах (A3 и A5);
• марганец, молибден и медь и другие элементы также увеличивают сопротивление кислотам и локализуют коррозию.

ВИДЫ И СВОЙСТВА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

Всего различают пять больших групп нержавеющих сталей определяемых их микроструктурой. Наиболее распространенными являются три:

• Аустенитные (Austenitic) - не магнитная сталь с основными составляющими 15-20% хрома и 5-15% никеля который увеличивает сопротивление коррозии. Она хорошо подвергается тепловой обработке и сварке. Обозначаются начальной буквой A. Именно аустенитная группа сталей наиболее широко используется в промышленности и в производстве элементов крепежа.
• Мартенситные (Martensitic) - значительно более твердые чем аустетнитные стали и могут быть магнитными. Они упрочняются, закалкой и отпуском подобно простым углеродистым сталям, и находят применение главным образом в изготовлении столовых приборов, режущих инструментов и общем машиностроении. Больше поддвержены коррозии. Обозначаются начальной буквой С.
• Ферритные (Ferritic) стали значительно более мягкие чем мартенситные по причине малого содержания углерода. Они также обладают магнитными свойствами. Обозначаются начальной буквой F.

Виды сталей наиболее распространенной аустенитной группы обозначаются дополнительным номером, который указывает на химический состав и применяемость в пределах этой группы:

• A1- используется, как правило, в механических и подвижных узлах. Из-за высокого содержимого серы стали этого типа менее всего способны сопротивлению коррозии, чем другие типы.
• A2 - нетоксичная, немагнитная, незакаливаемая, устойчивая к коррозии сталь. Легко поддается сварке и не становится при этом хрупкой. Может проявлять магнитные свойства в результате механической обработки (шайбы и некоторые виды шурупов). Наиболее распространенная группа нержавеющих сталей. Крепеж и изделия из стали A2 не подходят для использования в кислотах и средах содержащих хлор (например, в бассейнах и соленой воде). Пригодна для температур вплоть до -200 C. Ближайший аналог AISI 304 и AISI 304L с еще более низким содержанием углерода.
• A3 - имеет похожие свойства, как и сталь A2 и дополнительно стабилизирована титаном, ниобием или танталом. Это улучшает ее сопротивление коррозии при высоких температурах.
• A4 - похожа на стали A2, но с добавлением 2-3% молибдена. Это делает ее в значительной степени более способной сопротивляться коррозии и кислоте. Крепеж и такелажные изделия из A4 рекомендуются для использования в судостроении. Пригодна для температур вплоть до -60 C. Ближайший аналог AISI 316 и AISI 316L с низким содержанием углерода.
• A5 - имеет свойства сталей A4 и дополнительно стабилизирована титаном, ниобием или танталом как и A3, но сразличным процентным содержанием легирующих добавок. Это также повышает ее сопротивляемость высоким температурам.

Таблица характеристик и рекомендации по применению для изделий из нержавеющей стали