Дата публикации:
01.07.2025
Энциклопедия
Время чтения:
34 мин
Содержание
В типичных хромоникелевых аустенитных сталях содержится не менее ~18% хрома и ~8–10% никеля – например, классическая нержавеющая сталь типа 18/8 (марка AISI 304) была запатентована в 1924 году и содержит ~18 % Cr и ~8 % Ni. Хром образует на поверхности стали тонкую пассивирующую пленку оксида, предотвращающую ржавление и воздействие кислот. Никель выступает в роли стабилизатора аустенитной фазы железа, благодаря чему хромоникелевая сталь имеет преимущественно аустенитную (γ) структуру и в исходном состоянии практически немагнитна.
Помимо хрома и никеля, в состав таких сталей обычно входят небольшие количества других элементов – например, углерод, марганец, кремний, молибден, ниобий, титан – в зависимости от конкретной марки, для улучшения тех или иных свойств.
Присутствие хрома минимум ~13 % уже обеспечивает сплаву базовую коррозионную стойкость в обычных условиях, а содержания Cr свыше ~17 % делает сталь устойчивой и в сильных окислительных средах (например, в азотной кислоте до концентрации ~50 %). Никель обычно легируется в количестве >5 % (в классических 300-х марках стали) – этого достаточно для формирования полностью аустенитной структуры при комнатной температуре. В так называемых 200-х сериях нержавеющих сталей часть никеля (до ~2–4 %) заменяют марганцем и азотом, однако небольшое содержание Ni всё равно присутствует.
Таким образом различают хромоникелевые нержавеющие стали (содержат Cr и Ni) и хромомарганцевоникелевые стали (содержат Cr, пониженное количество Ni, и повышенный Mn + N), причём по структуре и свойствам они близки друг к другу.
Свойства хромоникелевых сталей
Теперь, когда вы имеете общее представление о данном материале, давайте подробно рассмотрим его характеристики.Механическая прочность и пластичность
Хромоникелевые (аустенитные) стали отличаются высокой прочностью при достаточной вязкости и пластичности материала. Типичные показатели для распространенных марок (например, 08Х18Н10) в состоянии поставки:
- Временное сопротивление разрыву порядка 500 МПа
- Предел текучести около 200 МПа
- Относительное удлинение ~40 %
Важное преимущество – отсутствие резкого охрупчивания при пониженных температурах: в отличие от ферритных и углеродистых сталей, аустенитная структура не испытывает мартенситного превращения при охлаждении, поэтому хрупко-вязкого перехода нет. Даже при криогенных температурах (близких к –196 °C) хромоникелевая сталь сохраняет ударную вязкость и не становится ломкой – именно поэтому данные сплавы подходят для криогенных емкостей и оборудования.
При повышенных температурах прочностные свойства снижаются, но специальные жаропрочные хромоникелевые стали могут работать в горячем состоянии вплоть до 800–900 °C.
Хромоникелевые стали также обладают высокой технологичностью: хорошо поддаются обработке давлением (гибка, штамповка, глубокая вытяжка), резанию и полировке, что позволяет изготавливать из них изделия сложной формы (резервуары, раковины, тонкостенные трубопроводы и т.д.) без риска растрескивания.
Теплостойкость и жаростойкость
Аустенитные хромоникелевые стали сохраняют работоспособность в широком интервале температур. Они более жаропрочны и жаростойки, чем хромистые (ферритные) стали: например, типовая 12Х18Н10Т выдерживает длительный нагрев до ~600 °C, а специальные марки 309 и 310 (25% Cr, 20% Ni) применяются при температурах выше 800 °C. Такие сплавы сопротивляются окислению на воздухе (образуется защитная окалина Cr_2O_3) и ползучести при нагреве.Стабилизированные хромоникелевые стали (с Ti или Nb, см. ниже) предназначены как раз для эксплуатации при повышенных температурах 550–800 °C – из них изготавливают, например, жаровые трубы, камеры сгорания и другие узлы, одновременно испытывающие нагрев и коррозионное воздействие. В то же время при сверхдлительном выдерживании в диапазоне ~600–800 °C возможно образование сигма-фазы и выпадение карбидов, что несколько снижает пластичность и антикоррозионные свойства. Поэтому для максимального срока службы в этом интервале применяются либо стабилизированные, либо сверхнизкоуглеродистые стали.
Что касается низких температур, как отмечалось, хромоникелевые сплавы остаются вязкими вплоть до криогенных диапазонов, не переходя в хрупкое состояние. Это выгодно отличает их от ферритных и, особенно, мартенситных хромистых сталей, которые уже при небольшом морозе могут терять ударную вязкость. Благодаря этому свойству аустенитные нержавеющие стали нашли широкое применение в арктических условиях и в криогенной технике (резервуары сжиженных газов, трубопроводы для сверххолодных жидкостей и т.п.).
Коррозионная стойкость
Главное достоинство хромоникелевой стали – ее высокая устойчивость к коррозии в большинстве рабочих сред. Хром (не менее 17–18 %) обеспечивает формирование пассивной оксидной пленки на поверхности металла, эффективно защищая его от окисления и ржавления. Такие стали не ржавеют во влажной атмосфере, устойчивы в пресной и умеренно минерализованной воде, в щелочных и слабокислых растворах.Особенно важно, что хромоникелевые стали выдерживают воздействие азотной кислоты и других сильных окислителей – при концентрации HNO₃ до ~50 % на холоде они практически не подвергаются разъедающей коррозии. Это качество делает их незаменимыми в производстве азотной кислоты и нитратов: сплавы типа 08Х18Н10 широко используются для оборудования, контактирующего с азотной кислотой.
В восстановительных кислотах (например, в горячей серной или соляной) стандартные хромоникелевые стали корродируют сильнее, поэтому для таких условий применяют либо специальные высоколегированные сплавы с очень высоким содержанием Ni и добавками Mo, Cu, Si, либо хромоникелевые стали с добавлением молибдена. Так, введение ~2–3 % Mo (марки серии 316, например 08Х17Н13М2) существенно повышает стойкость против точечной и щелевой коррозии в хлоридных средах.
В морской воде и хлорсодержащих растворах аустенитные хромоникелевые стали без молибдена могут испытывать питтинговую коррозию, тогда как легирование молибденом (сталей типа 06Х17Н15М3 или 10Х17Н13М2Т) резко повышает их надежность в таких условиях.
В целом же хромоникелевые стали относятся к классу коррозионностойких: они работоспособны в контакте со множеством агрессивных веществ – от концентрированного аммиака и нитратов до уксусной, фосфорной кислоты, пищевых сред и др. Исключением являются сильные кислоты-восстановители и хлоридсодержащие среды, где требуются специальные меры или сплавы с повышенным легированием.
Структура и фазовый состав
При обычных температурах хромоникелевая сталь имеет однородную аустенитную структуру (γ-фаза железа с гранецентрированной кубической решеткой), обусловленную присутствием никеля. Никель (а также марганец и азот – если они есть) расширяет область существования аустенита и предотвращает образование феррита при охлаждении стали.Таким образом, после стандартной термической обработки (закалки от растворообразующей температуры) сплав полностью состоит из аустенита. Такая структура придает металлу вязкость и пластичность, а также определяется отсутствием магнитных свойств: нехромоникелевые стали в отожженном состоянии немагнитны. Для сравнения, хромистые ферритные стали имеют объемно-центрированную кубическую решетку и ферритную/мартенситную структуру, поэтому они магнитятся.
Следует отметить, что после холодной пластической деформации (например, сильного наклепа прокатки или волочения) в аустенитных сталях возможно частичное мартенситное превращение – это приводит к появлению слабой магнитной проницаемости в деформированном металле. Явление связано с тем, что небольшая часть γ-фазы превращается в α′-мартенсит под действием накопленных напряжений. Тем не менее, в условиях нормальной эксплуатации изделия из хромоникелевой стали остаются немагнитными.
Аустенитная структура также означает, что такие стали не подвергаются закалочному упрочнению – при быстром охлаждении они не превращаются в мартенсит, в отличие от обычных углеродистых сталей. Поэтому упрочнить хромоникелевую сталь можно только путем холодной деформации (наклепа) или специального термического отпуска, вызывающего выделение дисперсных фаз.
Роль углерода и стабилизирующие добавки
Углерод присутствует в хромоникелевых сталях обычно в небольших концентрациях (≤0,12% мас., как указывает цифра перед «Х» в марке стали). Несмотря на малое количество, углерод существенно влияет на структурно-фазовое состояние и коррозионные свойства.При нагреве в диапазоне ~500–800 °C (например, при сварке или длительной эксплуатации при средней температуре) углерод стремится образовать карбиды хрома Cr_23C_6 по границам зерен аустенита. Эти карбиды локально обедняют окружающую матрицу хромом, что приводит к снижению коррозионной стойкости вдоль границ зерен – возникает опасность межкристаллитной коррозии. Таким процессам подвержены обычные (нестабилизированные) хромоникелевые стали при содержании C ~0,08–0,12%.
Для борьбы с межкристаллитной коррозией применяются два подхода: либо снижение содержания углерода до очень низкого уровня (менее 0,03% – так называемые сверхмалоуглеродистые стали, обозначаемые буквой «Л» или «L», например 03Х18Н11), либо введение специальных стабилизирующих легирующих элементов – титана или ниобия. Они обладают высоким химическим сродством к углероду, поэтому при нагреве образуют собственные карбиды (TiC, NbC), предотвращая тем самым выпадение карбидов хрома.
Пример – сталь 12Х18Н10Т, легированная титаном примерно 5×(C) ≈ 0,4–0,7% Ti. Титан «связывает» углерод, не давая ему реагировать с хромом, благодаря чему даже после сварки или длительного отпуска такая сталь не теряет коррозионной стойкости по границам зерен. Для аналогичных целей применяется и ниобий (например, в марке 08Х18Н12Б, аналоге AISI 347). Снижение углерода до 0,03% имеет сходный эффект: стали типа 03Х18Н11 (AISI 304L) менее подвержены межкристаллитной коррозии, чем базовая 08Х18Н10. Тем не менее, при сварке ответственных конструкций из нестабилизированных хромоникелевых сталей рекомендуется последующая термообработка (закалка) сварного шва, если в стали больше ~0,05% C. В стабилизированных же или низкоуглеродистых марках эта дополнительная обработка обычно не требуется.
Примеры марок хромоникелевых сталей
- 08Х18Н10
Это основная (базовая) марка хромоникелевой стали, содержащая ~18% Cr и ~10% Ni при ≤0,08% C. Эта сталь соответствует международному стандарту AISI 304 и является самой распространенной нержавеющей сталью общего назначения. Обладает высокими показателями пластичности, хорошо сваривается, демонстрирует отличную коррозионную стойкость в большинстве сред. Применяется повсеместно – от бытовых изделий до химического машиностроения. - 12Х18Н10Т
Хромоникелевая сталь с титаном (0,4–0,7% Ti) и содержанием ≤0,12% C. Является стабилизированной версией стали 18-10, аналог AISI 321. Добавка Ti предотвращает межкристаллитное коррозионное разрушение после сварки и при работе в условиях повышенных температур. 12Х18Н10Т выдерживает длительный нагрев до ~600 °C без существенной потери пластичности, поэтому используется для сварных конструкций, работающих в агрессивных средах и при нагреве (аппараты в химической промышленности, трубопроводы нагретых реагентов, детали авиационных двигателей). - 08Х17Н13М2 (AISI 316)
Хромоникелевая сталь с ~2% молибдена. Она относится к категории хромоникельмолибденовых сталей. Повышенное содержание Mo (~2 %) улучшает сопротивление кислотному воздействию и особенно локальным видам коррозии – питтингу, коррозионному растрескиванию в хлоридах. Эта сталь предпочтительна для морской воды, концентрированных солевых растворов, оборудования, контактирующего с хлоридами (например, установки по производству минеральных удобрений, морские платформы, теплообменники). - Хромомарганцевоникелевые стали (200-я серия)
Экономно-легированные аустенитные стали, где часть никеля (~1–4 %) заменена марганцем (5–10 %) и азотом. Примеры – зарубежные марки AISI 201, 202, приблизительные аналоги которых известны в РФ как 12Х15Г9НД и др. Эти сплавы содержат ~16–18% Cr, 3–5% Ni, ~7–9% Mn, до 0,25% N. За счет азота они обладают повышенной прочностью, однако их коррозионная стойкость в некоторых средах несколько уступает классическим 300-м маркам. Хромомарганцевоникелевые стали применяются в менее агрессивных условиях, чаще в бытовых и архитектурных изделиях (декоративные панели, мебель, посуда), где требования к коррозионной стойкости чуть ниже, зато ниже и себестоимость за счет экономии никеля.
Области применения хромоникелевых сталей
Хромоникелевые нержавеющие стали благодаря сочетанию своих свойств используются практически во всех отраслях промышленности и быта, где требуется прочный, надежный и коррозионно-стойкий материал. Из них изготавливают как бытовые предметы, так и критически важное оборудование для предприятий.Высокая коррозионная стойкость и гигиеничность поверхности делают эти стали незаменимыми в пищевой и фармацевтической промышленности (оборудование легко моется и стерилизуется). Способность выдерживать большие нагрузки, экстремальные температуры и воздействие химических веществ определяет применение хромоникелевых сплавов в химическом машиностроении, энергетике, авиации и космической отрасли. Ниже перечислены ключевые области использования:
Авиация и аэрокосмическая техника
Хромоникелевые стали применяются в авиационной промышленности для деталей, сочетающих требования прочности, жаростойкости и коррозионной стойкости. Например, из стали 12Х18Н10Т изготавливают элементы горячих трактов двигателей (коллекторы, выхлопные системы), крепеж в моторных отсеках, трубопроводы горючего и гидросистем, детали планера самолета, подверженные нагреву. В ракетно-космической технике такие стали используются в баках окислителя (азотная кислота, жидкий кислород), узлах клапанов, обвязке двигателей и т.д. Словом, хромоникелевая сталь применима везде, где материал должен работать в агрессивных средах при высоких и низких температурах. Коррозионностойкие стали, в том числе аустенитного класса, нашли широкое применение в авиации благодаря высоким эксплуатационным характеристикам.Химическая и нефтехимическая промышленность
Практически все аппараты, контактирующие с агрессивными химическими средами, изготавливаются из хромоникелевых нержавеющих сталей. Реакторы, колонны, теплообменники, выпарные аппараты, емкости для хранения кислот и щелочей, центрифуги, насосы и арматура – во всех этих изделиях широко применяются стали 08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 08Х17Н13М2 и аналогичные. Особенно востребованы они в производстве минеральных удобрений, азотной кислоты, органических кислот, на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах. Сварное оборудование, работающее в агрессивных средах – например, трубопроводы и емкости для кислот – выполняется, как правило, из стабилизированных хромоникелевых сталей для надежности швов. Высоколегированные хромоникелевые сплавы применяются также в установках для производства сильных кислот (концентрированной серной, соляной) и других особо агрессивных веществ, где необходима максимальная коррозионная стойкость.Пищевая и фармацевтическая промышленность
Хромоникелевые стали официально признаны безопасным материалом для контакта с пищевыми продуктами и лекарственными средствами. Они инертны к пищевым средам, не влияют на вкус/запах, легко очищаются и дезинфицируются. Поэтому из стали 08Х18Н10 изготавливают оборудование для молочной и мясной промышленности, емкости для браги и вина, трубопроводы и арматуру на пищевых заводах, реакторы и смесители на фармацевтических производствах и пр.
Поверхность нержавейки отличается биологической чистотой – на ней меньше микробов с адгезинами по сравнению, скажем, с алюминием или пластиком, что крайне важно для санитарных норм.
Также из аустенитной нержавейки делают столовое оборудование: кухонная посуда и принадлежности (кастрюли, черпаки, миски, ножи для масла, формы для выпечки), столовые приборы (ложки, вилки, ножи столовые), кухонные мойки, промышленные мясорубки, линии розлива и фасовки и т.д. – все эти изделия долговечны, не ржавеют и безопасны при контакте с пищей.
В фармацевтике из хромоникелевой стали производят реакторы для синтеза медикаментов, трубопроводы чистой воды, ферментеры, автоклавы. Ее коррозионная стойкость и чистота поверхности позволяют выдерживать стерилизацию, автоклавирование, воздействие моющих растворов.
Строительство и архитектура
В гражданском и промышленном строительстве хромоникелевые стали применяются там, где необходима повышенная долговечность и сопротивление атмосферной коррозии. Например, из нержавеющей стали делают облицовочные панели фасадов (особенно в регионах с влажным или морским климатом), декоративные элементы интерьеров и экстерьеров, перила, ограждения и лестницы в зданиях, а также несущие конструкции, подверженные воздействию среды (например, конструкции в бассейнах, химически агрессивных производствах, на мостах в прибрежной зоне).Армирование бетонных конструкций нержавеющей арматурой предотвращает коррозию в железобетоне и увеличивает срок службы сооружений. Хромоникелевая сталь хорошо поддается сварке, поэтому востребована для изготовлении сварных металлоконструкций, эксплуатируемых под открытым небом.
В архитектуре известны примеры использования аустенитной нержавейки для облицовки небоскребов («инокс»), создания монументов и скульптур – благодаря характерному металлическому блеску и стойкости к погоде.
Производство кухонной утвари и бытовых изделий
В быту хромоникелевая сталь давно стала синонимом качественной нержавеющей посуды. Из нее делают кухонные раковины, столовые приборы, ножи и ножницы, терки, кастрюли и сковороды, чайники, термосы, бытовые фильтры для воды, корпуса бытовой техники (стиральных машин, холодильников), элементы интерьера (душевые панели, мебельные ручки) и многое другое.Например, распространенные мокка-кофеварки и чайники из такой стали устойчивы к воде и пару, легко моются и имеют привлекательный вид. Пищевые марки 08Х18Н10 и аналогичные идеально подходят для таких изделий. В медицинской сфере из хромоникелевой стали изготавливают хирургические инструменты, хирургические столы, раковины и сантехническое оборудование – материал выдерживает регулярную стерилизацию и контакт с дезинфицирующими растворами, не корродируя и не выделяя вредных веществ.
Трубопроводы, резервуары и проволока
Хромоникелевые (аустенитные) стали выгодно отличаются от других видов – как от других классов нержавеющих, так и от обычных легированных или углеродистых сталей. Ниже перечислены их ключевые преимущества:- Высочайшая коррозионная стойкость
Благодаря высокому содержанию Cr и Ni, аустенитные стали обладают лучшей общей коррозионной стойкостью среди нержавеющих сталей. Ферритные и мартенситные хромистые стали (например, 12Х13, 20Х17Н2) в ряде сред менее стойки: они могут ржаветь в кислых условиях, тогда как 08Х18Н10 останется пассивированным.
Кроме того, хромоникелевые сплавы устойчивы к межкристаллитной коррозии при правильном подборе марки (стабилизированные или низкоуглеродистые варианты), чего не скажешь о некоторых хромистых сталях старых марок.
В морской воде и хлоридах базовые аустенитные стали несколько уступают специальным (с Mo), но по сравнению с ферритными (например, 08Х17Т) все же более сопротивляемы локальной коррозии.
В щелочных средах и окислительных кислотах аустенитные стали также проявляют себя лучше. Проще говоря, если требуется максимальная долговечность в агрессивной среде – чаще всего выбирают сталь с хромом и никелем. - Лучшая свариваемость
В отличие от некоторых хромистых нержавеющих сталей, которые плохо поддаются сварке и склонны к образованию трещин, хромоникелевые стали свариваются относительно легко. Аустенитная структура менее чувствительна к холодным трещинам, нет проблемы закалочной хрупкости шва. Ферритные стали (например, 12Х17) при сварке склонны к росту зерна и снижению пластичности, тогда как 08Х18Н10 сохраняет пластичность в зоне шва. Мартенситные стали (типа 12Х13) требуют предварительного подогрева и отпуска после сварки, иначе шов становится хрупким; аустенитные же можно сваривать без специальных термообработок (особенно стабилизированные 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Б). Это упрощает производство резервуаров, трубопроводов и сложных аппаратов. Таким образом, хромоникелевые стали – наиболее свариваемый класс среди нержавеющих. - Высокая вязкость и отсутствие хрупкости
Ферритные нержавейки при низких температурах теряют пластичность (охрупчиваются) и могут разрушаться при ударных нагрузках. Хромоникелевые же стали сохраняют ударную вязкость даже при сильном охлаждении. У них отсутствует температурная хрупкость, что важно для надежности оборудования, работающего на холоде (например, криогенные емкости, наружные конструкции зимой).
Кроме того, мартенситные (хромистые) стали, хоть и прочные, но довольно хрупкие и не выдерживают больших деформаций – в отличие от аустенитных, которые сочетая прочность с высокой пластичностью. В производстве пружин, тонкостенных деталей, мембран – везде, где нужны упругость и отсутствие хрупкости – предпочтение отдается хромоникелевым сплавам. - Лучшая жаростойкость
Хромистые стали без никеля (особенно мартенситные) при нагреве склонны к отпускной хрупкости, образованию сигма-фазы и потере ударной вязкости. Аустенитные стали значительно более стабильны при повышенных температурах: они не испытывают фазовых превращений до самой точки плавления.
Никель расширяет область γ-фазы до высоких температур, поэтому аустенитная сталь не превращается при 600–700 °C в хрупкие фазы. Это объясняет ее более высокую жаропрочность: ферритные стали обычно применимы до ~450 °C, а хромоникелевые – до 600 °C и выше (специальные жаростойкие до 800–900 °C).
Кроме того, хромоникелевые стали имеют более низкую скорость окисления на воздухе за счет стабилизации оксидной пленки никелем. Таким образом, в условиях нагрева (печи, дымоходы, выхлопные системы) целесообразно использовать хромоникелевые материалы, которые дольше сопротивляются прогоранию и окалинообразованию. - Хорошая обрабатываемость и формуемость
Аустенитные стали мягче и пластичнее хромистых, что упрощает их обработку. Они легче режутся, свариваются, лучше поддаются холодной штамповке и вытяжке. Например, кухонные мойки штампуют именно из 08Х18Н10, потому что эта сталь позволяет вытянуть глубокую раковину без трещин. Ферритная 08Х17 при такой операции, вероятно, дала бы трещины из-за меньшей пластичности. Также при механической обработке резанием (сверление, фрезерование) хромоникелевые стали менее склонны к наклепу режущей кромки и к образованию твердых карбидных частиц, чем высокохромистые. Поскольку аустенит мягче мартенсита, обработка проходит проще. Конечно, аустенитные стали тоже нелегко поддаются резанию (быстро разбалтывают инструмент из-за высокой прочности), но современные технологии позволяют успешно их обрабатывать. В результате сложные по форме, тонкие, глубокие изделия предпочтительно выполнять из хромоникелевых сплавов. - Отсутствие магнитных свойств
Для некоторых применений важно, чтобы материал не был магнитным. Хромоникелевые стали в отожженном состоянии практически немагнитны (магнитная проницаемость близка к 1). Это ценится в электронике, приборостроении, транспортной технике (во избежание намагничивания узлов, искажения показаний датчиков и т.п.). Ферритные и тем более мартенситные стали сильно магнитятся, поэтому там, где это критично (например, в конструкциях МРТ-аппаратов, магнитных сепараторах, компасных приборах), применяют немагнитную хромоникелевую нержавейку. Кроме того, немагнитность косвенно указывает на однородность структуры и отсутствие ферритных включений, что часто коррелирует с лучшей коррозионной стойкостью. - Долговечность и надежность
В целом изделия из хромоникелевой стали служат дольше и требуют меньше обслуживания, чем изделия из других сталей. Отсутствие ржавчины означает, что конструкции не теряют прочность со временем и не нуждаются в регулярной антикоррозионной защите (покраске, смазке). Даже по сравнению с обычными конструкционными сталями, защищенными покрытием, нержавейка выгодно отличается: даже если на ней есть царапины, пассивная пленка самовосстанавливается на воздухе и предотвращает дальнейшую коррозию. Поэтому суммарные эксплуатационные расходы ниже. В условиях, где углеродистая сталь проржавеет за несколько лет, хромоникелевая может прослужить десятилетия. Это преимущество перекрывает ее более высокую первоначальную стоимость во многих случаях.
Когда стоит выбирать хромоникелевую сталь?
Как уже было сказано, хромоникелевые стали относятся к аустенитному классу нержавеющих и составляют основу нержавеющего проката. Однако существуют и другие разновидности нержавеющих сталей – прежде всего ферритные (хромистые) и мартенситные. Чтобы правильно выбрать материал, нужно учитывать условия эксплуатации:Ферритная хромистая сталь или аустенитная хромоникелевая
Ферритные нержавейки (например, 08Х17Т, аналог AISI 430) содержат только хром (~17%) без никеля. Их плюс – более низкая стоимость и умеренная коррозионная стойкость в несложных условиях. Они немногим уступают аустенитным в стойкости к атмосферной коррозии и даже хорошо работают в азотной кислоте, но в целом более чувствительны к коррозии (особенно в сварных швах и в хлоридах). Если среда не слишком агрессивна (например, комнатная атмосфера, пресная вода) и требования к долговечности умеренные – можно применять и ферритную сталь, сэкономив на никеле.Однако когда речь о сварных конструкциях или сложных средах – ферритные стали нежелательны: у них ухудшается пластичность в зоне шва, возможны рост зерна и холодные трещины. Поэтому для надежности в ответственных изделиях выбирают аустенитные марки. Кроме того, при пониженных температурах ферритная сталь становится хрупкой (как стекло при ударе), а аустенитная сохраняет вязкость.
В температурном интервале выше 400 °C ферритная сталь тоже не годится – она теряет прочность из-за рекристаллизации, тогда как аустенитная выдерживает нагрев лучше. Поэтому при широком диапазоне температур и воздействии агрессивных веществ предпочтительна хромоникелевая сталь. Ферритную же можно рассматривать для сравнительно простых изделий (декоративные панели, корпуса бытовой техники, неответственные емкости) или когда нужен ферромагнитный материал.
Мартенситная (хромистая) сталь или аустенитная
Мартенситные нержавейки (например, 12Х13, 20Х13 – аналоги AISI 410, 420) содержат ~12–20% Cr и повышенный углерод, но не содержат Ni. Эти стали можно закаливать, добиваясь высокой твердости – потому они используются, например, для ножей, режущего инструмента, клапанов, шаровых кранов.Если нужно изделие с высокой твердостью (HRC 50 и более) – выбор падает на мартенситную сталь, так как аустенитная не закаливается. Однако платить за твердость приходится коррозионной стойкостью: закаленные хромистые стали гораздо менее стойки к ржавчине (пример – кухонный нож из 40Х13 может покрыться пятнами ржавчины при хранении во влажной среде, в то время как ложка из 08Х18Н10 останется блестящей).
Кроме того, мартенситные стали очень плохо переносят низкие температуры – в мороз их ударная вязкость почти нулевая, они могут расколоться от удара. Аустенитные стали лишены этих недостатков. Поэтому их выбирают для тех же ножей, когда важнее не корродировать, чем держать очень острую заточку – скажем, для кухонных ножей-маслорезок, столовых ножей в приборах (которые делают как раз из 12Х18Н9).
Также все пружинистые элементы, работающие в коррозионной среде (шайбы, скобы, гибкие муфты) предпочтительно выполнять из аустенитной стали, несмотря на более низкий предел текучести, – за счет высокой пластичности она может пружинить без разрушения.
Таким образом, если требуются высокая коррозионная стойкость, пластичность и ударная вязкость – выбирают хромоникелевую сталь; если нужна высокая твердость и износостойкость при умеренной коррозионной стойкости – тогда только мартенситная.
Обычная углеродистая (или низколегированная) сталь или нержавеющая (хромоникелевая)
Часто возникает вопрос: стоит ли переплачивать за нержавейку, или можно обойтись обычной сталью с покраской/гальваническим покрытием? Ответ зависит от условий: если изделие эксплуатируется в помещении при нормальной влажности и его можно регулярно обслуживать (красить, смазывать), то коррозионностойкая сталь может и не потребоваться. Но в случаях, когда доступ к конструкции ограничен или среда агрессивная – хромоникелевая сталь окупается.Например, для фасадных крепежей и анкеров в здании на берегу моря применение 08Х18Н10Т гарантирует отсутствие коррозии десятки лет, тогда как оцинкованный металл может проржаветь через 5–6 лет.
В пищевом производстве или фармацевтике использование «черной» стали вообще недопустимо – только нержавеющие материалы, иначе ржавчина загрязнит продукт.
Кроме того, нержавеющая сталь имеет эстетичный внешний вид и не требует декоративных покрытий. Поэтому приоритет отдается хромоникелевым сталям, когда требуется долгий срок службы без коррозии, чистота и гигиеничность, высокая надежность конструкции. Обычные стали применимы только при тщательно реализованной антикоррозионной защите и там, где нет строгих требований к чистоте среды.
Итак, когда выбирать хромоникелевую сталь?
- Если проект предполагает воздействие влаги, кислот, щелочей или высоких/низких температур
- Если изделие должно служить годами без ржавчины и поломок
- Если оно будет сварным или труднодоступным для обслуживания
Другие виды сталей (ферритные, мартенситные, углеродистые) могут быть уместны лишь при менее жестких условиях эксплуатации или особых требованиях (например, высокая твердость, магнитные свойства, дешевизна).
В целом же хромоникелевые стали зарекомендовали себя как универсальный материал для самых разных сфер – от кухонной ложки до авиационного двигателя – и остаются незаменимыми там, где нужна надежность, долговечность и стойкость к коррозии.
В каталоге на сайте СПб Металл вы можете ознакомиться с ассортиментом стали разных типов, в том числе и хромоникелевой. Если вам потребуется консультация, вы всегда можете обратиться к нашим специалистам по телефону или с помощью форм обратной связи на сайте.