Устойчивый к коррозии стальной сплав — материал, без которого не обходится практически ни одно современное промышленное производство. Предприятия разных отраслей применяют нержавеющую сталь для изготовления разнообразной продукции, востребованной в энергетике, коммунальном хозяйстве, пищевой индустрии, нефтепереработке и химической промышленности. Широкое применение нержавейки обусловлено ее способностью эффективно противостоять разрушению при воздействии агрессивных сред.
На антикоррозионные характеристики стали влияет состав сплава: наличие присадок, их концентрация и тип. Существуют разные виды нержавеющей стали, и в зависимости от характеристик различаются отрасли промышленности, где рекомендуется применение нержавейки. Если разобраться в ее свойствах, проще будет выяснить, металлоизделия каких видов подходят для конкретных сфер эксплуатации.
Физические свойства нержавеющей стали
Способность противостоять коррозии определяется составом нержавейки, который зависит от добавляемых в процессе выплавки присадок. Их вид и количество напрямую влияют на физические свойства стали. Антикоррозийные характеристики объясняют высокий интерес к этому материалу со стороны производителей изделий из металла.
Стойкость к коррозии не абсолютна, то есть с течением времени на поверхности начинают появляться очаги окисления. Это объясняется присутствием в структуре стали некоторых металлов. Но многие примеси обуславливают, помимо антикоррозийных, прочие свойства нержавеющей стали, которые более важны, чем стойкость к окислению.
От прочих металлических сплавов нержавейка отличается следующими признаками, являющимися ее генеральными физическими свойствами:
- прочность и стойкость к механическим нагрузкам — позволяют получить изделия, не подвергающиеся деформации и сохраняющие исходные формы практически весь срок эксплуатации;
- устойчивость к агрессивным средам — дает возможность стальным деталям сохранять свои качества при длительном внешнем химическом воздействии;
- огнестойкость и способность выдерживать высокую температуру нагрева — позволяют производить комплектующие, сохраняющие форму и характеристики при работе в критических температурных режимах;
- отсутствие в составе негативно влияющих на здоровье компонентов — разрешает изготовление продукции, применяемой в пищевой индустрии;
- поверхность изделий из нержавейки длительное время сохраняется чистой и блестящей;
- стальные заготовки легко поддаются механической обработке, что открывает широкие возможности для производства деталей сложной формы.
Предприятия сталелитейного сектора промышленности выпускают многочисленные марки нержавеющей стали, обладающей специфическими характерными чертами.
Отрасли применения стали
Легированный металлопрокат применяют в своей деятельности компании разных сегментов промышленности:
- на пищевых комбинатах используется оборудование из нержавейки — трубопроводы, емкости, механизмы, так как они гигиеничны и не восприимчивы к воздействию щелочей и кислот;
- производящие реагенты химзаводы задействуют в процессе производства изделия разных видов из нержавейки из-за ее инертности к химическим реактивам;
- строительная отрасль промышленности не обходится без металлоконструкций из нержавейки, из которых возводят мостовые сооружения, ограждающие элементы и части зданий;
- медоборудование, инструменты, имплантаты производят из антикоррозийных металлов, обладающих биосовместимостью.
Это далеко не полный список сфер применения нержавеющей стали.
Как химический состав влияет на свойства нержавеющей стали
Чтобы достигнуть заданной степени противодействия металла коррозийным процессам, во время его выплавки в состав добавляют определенные химические компоненты. Благодаря таким присадкам на поверхности металла образуется прочная пленка из окислов. В воде этот слой не растворяется, в результате металл не ржавеет. Основные виды примесей в стальном сплаве:
- за увеличение стойкости к коррозии в условиях высокой температуры и при воздействии кислой среды отвечает хром. Материал с примесью хрома отличается прочностью, но к ударным нагрузкам он неустойчив из-за пониженной ударной вязкости;
- чтобы сделать металл более пластичным, устойчивым к нагреву до высокой температуры, хорошо противостоящим царапинам, в него добавляют никель;
- от концентрации в структуре нержавейки углерода зависит стойкость изделий из нее к деформации. Углеродистую сталь сложно обрабатывать, в промышленности она нужна для изготовления инструментов;
- примеси марганца делают нержавейку устойчивой к износу;
- за повышение жаропрочности и инертность к кислотам отвечает кремний.
Кроме упомянутых веществ, для изменения характеристик сплава в его структуру добавляют другие металлы: титан, медь, алюминий, кобальт, вольфрам, ниобий, молибден, ванадий.
Структура
Пространственная структура нержавеющей стали, зависящая от концентрации и типа легирующих компонентов, — еще один признак, по которому различают виды стальных сплавов:
- Ферритный — отличается магнитными качествами, пластичный, стойкий к химическому воздействию, хорошо поддается холодной деформации. В составе сплава менее 0,15% углерода и приблизительно 30% хрома. Используется для производства отопительных и электрических приборов и широко применяется в химической индустрии и тяжелом машиностроении.
- Аустенитный — устойчив к кислотам, очень прочный и твердый, пластичный, не имеет магнитных качеств. За качественные характеристики отвечает никель (от 7%) и хром (приблизительно 18%). Детали из аустенитной нержавейки хорошо свариваются.
- Мартенситный — противостоящий к коррозии, износостойкий, упругий, прочный и твердый. Концентрация присадок — хром (от 11 до 13%) и углерод (не более 0,5%). Из материала производят режущие инструменты, детали турбин и элементы особо важных конструкций.
- Ферритно-аустенитный — обладает признаками ферритного и аустенитного сплава. В структуре присутствуют хром и никель. Концентрация первого — от 18 до 28%, второго — от 4,5 до 8%. Благодаря прочности, отличной свариваемости, способности изгибаться без разрушения и хорошим антикоррозийным свойствам сталь используют на судостроительных предприятиях, на комбинатах по производству бумаги и нефтеперерабатывающих заводах.
На основе вышесказанного можно сделать вывод: от химического состава стали зависит ее кристаллическая структура.
Преимущества и недостатки нержавейки
Выбирая стальной сплав, принимают во внимание его сильные и слабые стороны, чтобы максимально сбалансировать соотношение цены и качества.
К числу преимуществ традиционно относят:
- антикоррозионную стойкость;
- долгий срок службы;
- эстетичный вид изделий;
- гигиенические характеристики;
- перспективы вторичной переработки стального металлолома.
Из недостатков обращают внимание на следующие:
- высокая стоимость;
- незначительная теплопроводность;
- снижение качественных характеристик в условиях пониженной температуры.
Минусы нержавеющей стали заставляют исключить ее из некоторых областей применения.