Нержавеющая сталь – проведем классификацию без избытка цифр

1 Как работают антикоррозийные свойства?

Сегодня нержавеющие стали – это довольно большой набор сплавов с различными свойствами, которые описывают многочисленные ГОСТы и ТУ. Но объединяет их одно общее свойство – стойкость к влаге и кислороду, главным врагам железосодержащих материалов. Добиться такой "живучести" позволяет особый химический состав. Все виды этого сплава содержат более 10 % хрома в своем составе, который легко запускает процесс пассивирования на поверхности стали.

Трубы из нержавейки

Неактивность поверхности нержавейки объясняется тончайшим слоем оксидной пленки, которую образует хром под действием кислорода. Это защищает изделие от любого другого взаимодействия, в том числе и воды – основного активатора коррозийных процессов. Причем прелесть такого состава в том, что даже при нарушении целостности поверхности такой слой очень быстро появляется снова. Например, если образовался скол или глубокая царапина, то хром, равномерно присутствующий во всем объеме стали, снова вступит в реакцию с кислородом и создаст защитную пленку. Такой своего рода эффект заживления.

Но нержавеющие стали имеют и слабое место из-за своего необычного свойства. В бескислородных средах или средах с  малым содержанием этого окислителя слой оксида хрома будет образовываться медленно и неравномерно, что обязательно отразится появлением очагов коррозии. Также причиной порчи материала может стать и простое нарушение технологии производства. Тогда коррозию называют щелевой. Еще она бывает электрохимической природы, поэтому сбрасывать со счетов опасность взаимодействия с другими металлами и соленой средой (например, морской водой) тоже не надо.

Несмотря на завидные свойства, нержавеющие стали могут изменять свое качество в зависимости от легирующих элементов. Например, серой можно укрепить сплав, но в ущерб антикоррозионным способностям, а никель усилит невосприимчивость к кислотным средам. Такими же свойствами наделяют сталь добавки из Mn (марганца), Mo (молибдена), Cu (меди) и других металлов  этого семейства. Более экзотические металлы, как Ti (титан), Nb (ниобий) или Ta (тантал) сделают сплав более жаростойким.

2 Нержавеющие сплавы – ферритные, мартенситные и аустенитные

По структуре хромистые нержавеющие стали делятся на 5 видов, интерес для широкого пользователя представляют 3 – ферритная (F), мартенситная (C) и аустенитная (A). Первая разновидность содержит мало углерода, поэтому она более мягкая, может иметь магнитные свойства. Вторая самая твердая, менее стойкая к коррозии, также может выступать в качестве магнитного материала. Применение уместно для столовой посуды, режущего инструмента и в некоторых областях машиностроения. Аустенинтная считается самой популярной. Это немагнитный сплав, с большим содержание хрома (почти 20 %) и никеля (до 15 %), устойчивый к коррозии. Такая нержавеющая сталь поддается обработке и используется в большом количестве промышленных задач и для изготовления крепежных элементов.

Сплавы из нержавеющей стали

По отечественному ГОСТу ферритная нержавеющая сталь чаще обозначается 12Х17, это жаропрочная разновидность, но плохо свариваемая. Поэтому из нее делают в основном цельнокатаные изделия, трубы или прутки, а также встречается и листовая форма выпуска. По каждому изделию можно найти соответствующий ГОСТ с требованиями по качеству. Для доступа ко всем характеристикам нержавеющих сталей можно воспользоваться ГОСТ 5632–72. Все виды сплава с кратким описанием применения, химического состава и физических свойств можно найти в одном этом документе. Более подробные данные и особые указания лучше смотреть в отдельных ГОСТ, которые есть почти у каждой марки нержавейки. Мартенситные виды антикоррозийной стали – признанные лидеры по прочности из-за наиболее стабильной структуры. Также они обладают своеобразной металлической памятью с технологической точки зрения. Достаточно часто такая сталь помечается, как жаростойкая.

Как можно увидеть из ГОСТ 5632–72, аустенитная группа сталей представлена шире всего, это очень разнообразный список сплавов и по составу, и по свойствам, но все они жаропрочные и весьма устойчивы к коррозии. Это так называемые нержавейки 300 серии. Такая сталь универсальна, поэтому так популярна на рынке. Ее виды мы обсудим в отдельном пункте.

3 Сталь А4 и ее аустенитная семья

Сталь А1 характеризуется большим содержанием серы, это накладывает некоторый отпечаток на ее устойчивость к коррозии, хоть она очень жаростойкая, иногда порог достигает 1000–1100 °C. Правда, важно следить за кислотностью среды, атмосфера должна быть восстановительной, а серы там не должно быть более 2 г/²м. Элементы из такой стали применяются при изготовлении щелочей или гидрогенизации, естественно, из них сделаны все установки для термических операций (печи, отводные трубы моторов и турбин, крекинговые узлы, машины для реформинга). Также из такого сплава делают двери, штифты и кронштейны для печей.

Предметы из стали А4

Сталь А2 легко сваривается, при этом не теряя в прочности. Как и все обсуждаемые виды, она хорошо сопротивляется коррозии, не содержит токсинов, не проявляет магнитных свойств. Хотя последнее утверждение можно исправить, если должным образом обработать изделие. Именно так получают намагниченные шайбы и шурупы. Это довольно распространенная марка стали, но она не кислотостойкая, поэтому применить крепежи из этого сплава в бассейне, где много хлора, или соленой морской воде не получится. Согласно ГОСТ 5632–72, изделия из стали А2 не теряют прочности при низких температурах вплоть до -200 °C.

В рамках этого типа существуют несколько аналогов с различным, но существенно низким содержанием углерода. Эти стали устойчивы к межкристаллической коррозии (скрытой от человеческого глаза и выявляемой уже на поздних стадиях), отчего лидируют в тех отраслях, где это свойство важно. В основном изделия из А2 вы найдете в установках для легкой, химической и пищевой промышленности, в фармацевтическом производстве и изготовлении пластмасс. Также ГОСТ 5632–72 допускает оснащение пищеблоков стальными материалами, например, кухни, рестораны, бары.

Сталь А3 очень похожа по характеристикам на А2, но имеет полезные легирующие добавки (Ti, Nb, Ta), из-за этого она более жаропрочная, чем предыдущая разновидность. Даже при высоких температурах изделие способно не терять качества и не покрываться изъедающей коррозией. Выдерживает достойное качество такой сплав до 800 °C. Поэтому нередко его применяют для химического оборудования, в корпусах котлов,  в качестве компенсационных соединений.

Сталь А4 самая кислотостойкая. Ее состав немногим отличается от А2, в основном присутствием молибдена в небольшом количестве (около 2–3 %). Но даже это небольшое количество делает ее менее подверженной межкристаллической коррозии даже в агрессивных средах. Изделия из А4 могут сохранять свои свойства на достойном уровне – до -60 °C в отрицательном диапазоне и до 450 °C в положительном. Под этой маркировкой тоже есть различные комбинации сталей по химическому составу, более подробные пропорции, которые может иметь такая кислотостойкая марка, можно найти в ГОСТ 5632–72. Сплав А4 – главный претендент на применение в пищевой и химической промышленности. Из него изготавливают инструмент, который будет иметь контакт с морской водой. Также можно обнаружить довольно часто всевозможные метизы из стали А4. Причина их популярности – универсальность, они не боятся ни воды, ни кислот и довольно прочные.

Под маркой А5 собран некий усредненный вариант между А4 и А3, поэтому свойства получаются такие же востребованные. Эта сталь жаропрочная и может устоять в агрессивных химических средах, то есть тоже может выступить как кислотостойкая.

Особые химические процессы внутри кристаллической решетки создают прочный иммунитет к межкристаллической коррозии. Сфера применения изделий из такой стали схожа с описанием А4. Маркировка выражается по стандарту DIN, но почти в каждой стране с крупной сталелитейной промышленностью имеется свой стандарт, сводные таблицы можно найти на просторах сети. Также в каждом виде нержавеющего сплава имеются более дробное разделение – стали маркируются, исходя из состава и пропорций входящих в него элементов. Это отчетливо видно  в ГОСТ 5632–72, в котором перечислено огромное количество марок и их аналогов.

4 Какую сталь можно использовать на пределе возможностей?

Так как набор нержавеющих сплавов огромен, и сориентироваться в них довольно сложно, надо знать некоторые особые маркировки. Например, высокопрочная марка нержавеющей стали 16Х16Н3МАД чаще всего используется в авиационной промышленности. Она способна не страдать от коррозии и может делать это в жестких условиях среды и нагрузках на элемент. Такая высокопрочная марка используется и для тросов для мостов и строительных конструкций. Ввиду возложенной ответственности на изделия из этого материала, весь металлопрокат имеет массу требований, изложенных в многочисленных ОСТ, ГОСТ и ТУ.

Сталь 16Х16Н3МАД

Кислотостойкая разновидность стали – тоже весьма важный компонент промышленных и не только установок, и ошибки в ее выборе тоже могут обойтись очень дорого. Причем опасность тут в том, что химикаты способны разрушать сплав скрытно, на уровне кристаллической решетки, и откроются человеческому глазу уже тогда, когда произойдет авария. Самая типичная представительница таких сталей – 10Х17Н13М2Т. Эта кислотостойкая марка имеет несколько близких аналогов – 15Х25Т, 08Х22Н6М2Т.