Виды нержавеющих сталей, коррозионная стойкость

Понятие о коррозии металла.

Коррозия – это процесс разрушения металла под воздействием внешней среды. По механизму протекания различают химическую коррозию, возникающую под воздействием газов и неэлектролитов (нефть), и электрохимическую, развивающуюся в случае контакта металла с электролитами (кислоты, щелочь, соли, влажная атмосфера, почва, морская вода).
Электрохимическая коррозия имеет свои разновидности: равномерная (по всей поверхности) и локальная (на отдельных участках поверхности).
В неоднородном, а часто и в однородном, металле коррозионный процесс зачастую реализуется за счет возникновения на поверхности стали микрогальванических элементов в связи с наличием там участков, обладающих различным электрохимическим потенциалом.
Электрохимическая неоднородность может быть вызвана как наличием в сплаве нескольких фаз, так и разницей электрохимического потенциала на границе зерна и в объеме зерна. В данном случае по границам зерна реализуется интеркристаллитная (межкристаллитная) коррозия.
Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называются коррозионностойкими (нержавеющими) сталями. Устойчивость стали против коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности плотные, прочно связанные с основой защитные пленки, препятствующие непосредственному контакту с внешней средой, а также повышающие ее электрохимический потенциал в данной среде.
На рисунке 1 показано распределение наиболее популярных марок нержавеющих сталей группы AISI 400 и группы AISI 300 в координатах: электрохимический потенциал стали–индекс P.I. Чем выше находится марка стали на этом рисунке, тем выше ее электрохимический потенциал и, следовательно, выше коррозионная устойчивость стали.

P.I.=%Cr+3,3*%Mo для сталей группы AISI 400
P.I.=%Cr+3,3*%Mo+16*%N для сталей группы AISI 300
Исследования проводились в 3,5% растворе NaCI при температуре 30 градусов Цельсия
Рис. 1

Понятие межкристаллитной коррозии (МКК) и способы борьбы с ней.

Нагрев сталей, содержащих большое количество хрома, в интервале 400-800°С приводит к выделению в пограничных зонах зерен карбидов хрома Cr23C6 и обеднению в связи с этим указанных зон хромом ниже 12%-ного предела. Это вызывает снижение электрохимического потенциала пограничных участков аустенитного зерна и их растворение в коррозионной среде. Коррозионное разрушение имеет межкристаллитный характер, приводит к охрупчиванию стали, и называется межкристаллитной коррозией (МКК).
Для уменьшения склонности сталей к МКК в их состав вводят сильные карбидообразующие элементы – титан или ниобий – в количестве, равном пятикратному содержанию углерода. В этом случае образуются карбиды типа TiC и NbC, а хром остается в твердом растворе. Этот способ борьбы с МКК является наиболее дорогим.
Другим, более дешевым и распостранённым, способом борьбы с МКК является производство нержавеющих сталей с минимальным (менее 0.4%) содержанием углерода (С). В таких сталях (пример, AISI 304, 304L, 316, 316L) образование карбидов хрома Cr23C6 резко ограничено из-за отсутствия углерода.
Добавление в стали типа AISI 316Ti небольшого количества титана (Ti) вызвано необходимостью придания стали специальных потребительских свойств (см. таблицу 1)

Таблица 1. Стали нержавеющие аустенитные (хромоникеленвые) серии AISI 300.
Примеры применения.

АISI

EN

Характеристики

Примеры применения

304

1.4301

Сталь с низким содержанием углерода, аустенитная незакали-ваемая, устойчивая к воздействию коррозии, немагнитная в условиях слабого намагничивания, (если была подвергнута холодной обработке). Легко поддается сварке, устойчива к межкристаллической коррозии. Высокая прочность при низких температурах. Поддается электро-полировке.

Установки для пищевой, химической, текстильной, нефтяной, фармацевти-ческой, бумажной промышленности; используется также в производстве пластмасс для ядерной и холодильной промышленности, оснащение для ку-хонь, баров, ресторанов; столовых при-боров; в кораблестроении, электронике и т.д.

304L

1.4307

Сталь аустенитная незакаливаемая, особенно пригодная для сварных конструкций. Отличается высокой устойчивостью к воздействию межкристаллической коррозии, ис-пользуется при температуре до 425°С.

Находит те же применения, что и AISI 304, для изготовления сварных конструкций и в отраслях, где необ-ходима устойчивость к воздействию межкристаллической коррозии.

310

310 S

314

 

1.4845

1.4841

Сталь тугоплавкая аустенитная неза-каливаемая, немагнитная, жароус-тойчивая при высоких температурах, находит самое широкое применение. В окисляющей среде можно применять обычно до 1100°С и до 1000°С в восстановительной среде, но в любом случае в атмосфере, содержащей менее 2 гр. серы (S) на 1 куб.м.

Установки для термической обработки, для изготовления щелочей, для гидрогенизации; теплообменники для печей; изготовление дверей, грилей, штифтов, кронштейнов. Элементы для подогревателей воздуха, корпуса и трубы для термических обработок, конвейерные ленты для транспортеров печей отводные трубы газовых турбин и моторов, реторты для дистилляции, установки для крекинга и реформинга.

316

1.4401

Сталь аустенитная незакаливаемая, наличие молибдена (Мо) делает ее особенно устойчивой к воздействию коррозии. Также и технические свойства этой стали при высоких температурах гораздо лучше, чем у аналогичных сталей, не содержащих молибден.

Химическое оборудование, подвер-гающееся особенно сильным воздей-ствиям, инструмент, вступающий в контакт с морской водой и атмосферой, оборудование для проявления фото-пленка, корпусы котлов, установки для переработки пищи, емкости для отработанных масел для коксохи-мических установок.

316L

1.4404

Сталь, аналогичная AISI 316, аус-тенитная незакаливаемая, с очень низким содержанием углерода С, особенно подходит для изготовления сварных конструкций. Обладает высокой устойчивостью к межкристаллической коррозии, особенно употребляется в режиме до 450°С.

Находит те же применения, что и AISI 316, для изготовления сварных конструкций, где необходима высокая устойчивость к воздействию коррозии. Особенно пригодна для производства пищевых продуктов и ингридиентов (майонез, шоколад и т.д.).

316Ti

1.4571

Наличие титана (Ti), в пять раз пре-вышающего содержание углерода С, обеспечивает стабилизирующий эф-фект в отношении осаждения карби-дов хрома (Cr) на поверхность крис-таллов. Титан (Ti), действительно, об-разует с углеродом карбиды, которые хорошо распределяются и ста-билизируются внутри кристалла. Об-ладает повышенной устойчивостью к межкристаллической коррозии.

Детали, обладающие повышенной устойчивостью к воздействию высоких температур и к среде с присутствием новых ионов хлора. Лопасти для газовых турбин, баллоны, сварные конструкции, коллекторы. Приме-няется в пищевой и химической промышленности.

321

1.4541

 

Сталь хромоникелевая с добавкой титана (Ti), аустенитная незака-ливаемая, немагнитная, особенно рекомендуется для изготовления сварных конструкций и для использования при температурах между 400°С и 800°С, устойчива к коррозии.

Коллекторы сброса для авиационных моторов, корпусы котлов или кольцевые коллекторы оборудования для нефтехимической промыш-ленности. Компенсационные соедине-ния. Химическое оборудование и обо-рудование, устойчивое к высоким тем-пературам.

Нержавеющие стали разделяют на две группы: хромистые и хромоникелевые.

Хромистые коррозионностойкие стали применяют трех типов: с 13, 17 и 27% хрома.
При этом содержание углерода в сталях с 13% хрома может меняться в зависимости от требований.
Стали с низким содержанием углерода (08Х13, 12Х13) пластичны, хорошо свариваются и штампуются. Их применяют для изготовления деталей, испытывающих ударные нагрузки (клапаны гидравлических прессов) или работающих в слабоагрессивных средах (лопатки гидравлических и паровых турбин и компрессоров). Рабочая температура до 450 градусов Цельсия.
Стали 30Х13 и 40Х13 обладают высокой твердостью и повышенной прочностью. Эти стали используют для изготовления карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов.
Высокохромистые стали (12Х17, 15Х25Т, 15Х28) обладают более высокой коррозионной стойкостью и часто используются как окалиностойкие. Легирование титаном (15Х25Т) необходимо для повышения сопротивляемости межкристаллитной коррозии (см. таблицу 2). Сталь 08Х17Т жаростойка до 900 градусов Цельсия и применяется в теплообменниках.

Таблица 2. Стали нержавеющие ферритные и мартенситные серии AISI 400.
Классификация и рекомендации по применению.

Классификация
сталей по базовым свойствам
Марка стали> Базовые химические компоненты Характеристика стали и/или изделий из нее Рекомендации по применению
Стандарт DIN (EN) Стандарт AISI
Стандартный тип 1.4006 410 13% Cr Базовая ферритная низкохромистая сталь мартенситной структуры Оборудование для общественного питания, детали машин, детали клапанов, очистительные установки, части насосов (оси), барабаны для вальцовки меди, решетки для угля и желоба
1.4016 430 18% Cr Cталь ферритная нержавеющая незакаливаемая >Товары повседневного использования, кухонное оборудование, декор, отделка, контейнеры для отжига латуни, горелки для нафты, резервуары и цистерны для азотной кислоты, установки для азота
1.4000 410S 13% Cr
0.08% C
Базовая низкохромистая сталь с пониженным содержанием углерода, улучшенной обрабатываемостью, коррозионной стойкостью и прочностью сварных соединений
Столовые ножи, столовая посуда
Стали со способностью к глубокой вытяжке 1.4016 430 18% Cr Базовая хромистая ферритная сталь с улучшенной способностью к глубокой вытяжке, незакаливаемая Товары повседневного использования, кухонное оборудование, декор, отделка
Стали свариваемые и с высокой коррозионной стойкостью 1.4510 439 18% Сr
Ti
LC
Прекрасная коррозионная стойкость в среде конденсата отработанных газов автомобиля Автомобильные глушители, лифты и эскалаторы, кухонное оборудование
1.4113 434 18% Сr
1% Mo
Сталь аналогичная стали 430, но стойкость к общей и точечной коррозии лучше чем у стали 430 Наружная отделка автомобилей (бамперы или иные выпуклые украшения, подверженные коррозии под воздействием антифризных солей).
- 444 19%Cr
2%Mo
Nb-UL
Превосходная стойкость к химической и электрохимической коррозии, приближенная к стойкости стали AISI 316 База солнечных батарей, баки для горячей воды
Стали для деталей машин - 403 13%Сr - 0.1% С Детали машин с высокой коррозионной стойкостью и пригодностью к механической обработке Детали машин
Стали для изготовления оборудования общественного питания 1.4021 420 13%Cr – 0.2%C Сталь нержавеющая мартенситная, закаливаемая до твердости HRC 50/52, детали с высокой износостойкостью Лезвия бытовых автоматов, втулки, отвертки, детали высокотемпературных агрегатов, хирургический и стоматологический инструмент, штампы для изделий из пластмассы и стекла, части клапанов и валов
1.4028 420 13%Cr – 0.3%C Сталь нержавеющая мартенситная, закаливаемая до твердости HRC 50/52, детали с высокой износостойкостью Оборудование для общественного питания, форсунки моющих систем, краны (затворы), чаши для весов
Стали с высокой стойкостью к окислению 1.4512 409 11%Cr
Ti-LC
Пониженное содержание углерода, высокая стойкость к окислению и обрабатываемость Трубы для отвода отработанных газов, коллекторы, кожухи конвертеров

Хромоникелевые нержавеющие стали в зависимости от структуры подразделяются на аустенитные, аустенито-мартенситные и аустенито-ферритные. Структура этих сталей зависит от содержания углерода, хрома, никеля и других элементов. Такие стали используются в машиностроении, химической промышленности, пищевой промышленности, ракетостроении, судостроении, медицине и авиации.

Ниже приводится описание свойств наиболее популярных импортных хромоникелевых сталей (химический состав каждой стали можно посмотреть в таблице, которая также приведена на нашем сайте).

Сталь AISI 304. Базовая аустенитная нержавеющая сталь (аналог 08Х18Н9). Превосходные показатели по свариваемости. При длительном использовании при температуре от 450 до 850 градусов Цельсия в стали может развиваться процесс МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности

Сталь AISI 304 L. Полный аналог стали AISI 304, но содержание углерода менее 0,03%, что гарантирует минимальную склонность к МКК даже при температуре 450-850 градусов Цельсия. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

Сталь AISI 321. Аналог стали 08Х18Н10Т. При достаточно высоком содержании углерода для защиты от МКК применяется легирование титаном. Возможно длительное использование при температура 700-800 градусов Цельсия. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.

Сталь AISI 316. Данная сталь содержит 2-3% молибдена, что обеспечивает прекрасную устойчивость против коррозии в агрессивных средах. При критических температурах (порядка 800 градусов Цельсия) возникает опасность МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

Сталь AISI 316 L. Аналог стали AISI 316, но с содержанием углерода менее 0,03%, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.

Сталь AISI 316 Ti. Аналог стали AISI 316, но с добавлением титана, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур 800-850 градусов Цельсия. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.