Нержавеющая сталь. Химсостав. Классификация.

Нержавеющие стали

Такие материалы принято разделять на несколько основных групп:

• коррозионно-стойкие — их преимущество устойчивость к окислению в неагрессивной сфере и бытовых условиях. Изделия задействованы в установках и приборах применяемых в нефтеперерабатывающей и медицинской отрасли и в сфере машиностроения
• жаростойкие – не поддаются окислению в условиях агрессивных сред или высоких температурных режимов
• жаропрочные - назначением является сохранение прочностных свойств под действием повышенных температур

Химсостав

Состав нержавеющей стали отличается от углеродистой присутствием хрома. Необработанная поверхность углеродистой стали покрывается слоем ржавчины под действием воздуха и влажности. Слой оксида на металле остается агрессивным и ускоряет течение процесса, расширяется по причине низкой плотности, а затем отпадает. 
Однако, нержавейка в достаточном количестве обогащена хромом для пассивирования и таким образом поверхность защищается слой окисла хрома, который останавливает дальнейшую коррозию. Процесс пассивации будет возможным при высокой концентрации количества хрома и присутствии кислорода.
Сопротивляемость нержавейки коррозионным процессам привязано к процентному содержанию хрома:

• если его доля составляет более 13 %, то материал не подвержен окислению в нормальных условиях
• более 17 % содержания хрома придают сплаву устойчивостью к воздействию активной среды

Классификация

Принято следующее деление коррозионно-стойких сталей в зависимости от химического состава:

• хромистые
• мартенситные
• полуферритные
• ферритные
• аустенитные
• аустенитно-ферритные
• аустенитно-мартенситные
• аустенитно-карбидные
• хромомарганцевоникелевые

Существуют нержавеющие аустенитные стали – быстро поддающиеся межкристаллитной коррозии и стабилизированные — содержащие добавки титана и ниобия. Высокая степень устойчивости материала к межкристаллитной коррозии может быть достигнута уменьшением содержания в нем углерода. Существует необходимость термообработки сталей подверженных интеркристаллитной коррозии, вслед за сварочными работами. Также повсеместно используются инвары, в которых структура стабилизируется и сплав получает слабо выраженные магнитные свойства.

Мартенситные и мартенсито-ферритные стали
Они наделены высоким уровнем защиты к окислительным процессам вызванным обычными условиями эксплуатации или слабоагрессивным средам. Их технологические возможности - режущие части оборудования и быстро изнашивающиеся детали. Для этого используют стали 30Х13, 40Х13.

Ферритные стали
Они применяются для изготовления промышленного оборудования или его частей работающих в контакте с окисляющими средами. Например – кухонная техника.
Ферритные стали с хромом успешно противостоят окислительным процессам вызываемым растворами аммиака, смесями азотной, фосфорной и фтористо-водородной кислоты.

Аустенитные стали
Внимание, уделяемое им, заслужено их высокими эксплуатационными показателями - прочность, пластичность, сопротивление окислению и поэтому они массово применяются в машиностроительной сфере промышленности. Изделия из этих сталей при, нормальных условиях, не обладают магнитными свойствами, но после деформаций без нагрева или обработки механическим способом они могут появиться.

Аустенито-ферритные стали
Их достоинством является повышенный порог текучести при соотнесении с вышеописанными однофазными сталями, неизменность постоянного размера зерна при двухфазном строении, малое содержание никеля и отличное качество соединения при сварке. Пример стали таких марок 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т и их активно задействуют промышленные производители для судо- и авиастроения. 

Аустенито-мартенситные стали
Возрастающие требования к качеству материалов инновационной техники увеличили заинтересованность предприятий в коррозионно-стойких сталях. При этом востребованы такие свойства как прочность, что сделало неизбежным разработку отдельной рецептуры составов мартенситного класса. Например - 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.

Сплавы на железоникелевой и никелевой основе
На многих производствах востребованы материалы устойчивые к контакту с кислотами. Основное условие для применения таких материалов – предел устойчивости к окислению превышающий аналогичный показатель в аустенитных сталях. С этой целью стало актуальным применение составов на основе железо-никеля, никель-молибдена, хромо-никеля и хромо-никель-молибдена. Деталями из такого сырья комплектуются сопла гидравлического оборудования, лопасти турбин, режущий и рубящий инструмент. Нержавеющие составы с добавлением хрома, никеля или хромо-марганцево-никелевых сталей основное сырье для изготовления стоматологических инструментов и столовых приборов. 
Работа в температурных режимах от 550 до 800 °C или агрессивной среде предъявляет повышенные требования к качеству материала оборудования. Таким требованиям удовлетворяют стабилизированные аустенитные нержавеющие стали. 
Не смотря на то, что этот металл очень прочный есть инструмент, который отлично справляется с его обработкой - это фрезы.

Специфика сварки нержавеющих сталей

Для качественного сваривания деталей из нержавейки необходимо учесть ряд особенностей. Обязательно обратить внимание на возможность выгорания элементов и изменение химического состава материала сварочного шва. Также, вследствие перегрева места сварки, могут возникать тепловые деформации, вызванные высокой степенью теплового расширения.
Процесс электросварки нержавеющих изделий можно выполнять контактным или дуговым способом. Для использования ручного труда целесообразно будет применить аргонно-дуговую сварку вольфрамовым электродом с ручной подачей проволоки или полуавтоматическая сварка. Защитной средой служит углекислый газ, гелий и аргон. Также допускается к использованию смесь газов. Однако необходимо помнить, что использование вольфрамового электрода в атмосфере углекислого газа возможно при наличии оборудования с двойным соплом, а флюсы потребуются для удаления слоя окислов и улучшения качества сварного шва. 
Газовая ацетилено-кислородная сварка также возможна, но в настоящее время метод не используется. Сварка металлических деталей небольшой толщины выполняется импульсным способом. Значение сварочного тока варьируется пределах от 10 до 200 А.
Нержавеющие стали аустенитной структуры не переносят прокаливания. Этот процесс вызывает в них необратимые изменения структуры и появление межкристаллитной коррозии, которая влечет за собой разрушение детали при оказании небольших нагрузок. Для исключения такого дефекта в состав и добавляют титан или ниобий. Легированные этими элементами стали маркируются - 12Х18Н9Т, 12Х18Н9Б, 12Х18Н10Т, 12Х18Н10Б. Таким образом, аустенитные нержавеющие стали с маркировкой «Т» или «Б»пригодны для сварочных соединений, но без последующей термической обработки. 
Сварочные электроды существуют также с сердечником состоящим из нержавеющей стали. Электрическое сопротивление таких электродов выше, чем электродов из чёрной стали, поэтому их длина значительно меньше. 
Для сварного соединения деталей из нержавеющей и черной стали требуются «переходные электроды». Материал таких электродов должен включать в себя повышенное содержание легирующих элементов. Покрытие этих электродов маркировано зеленым цветом. Голубым цветом маркируют электроды для соединения частей пищевой нержавеющей стали.