Нержавеющие стали

     ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НЕРЖАВЕЮЩЕЙ  СТАЛИ

      ROSTFREI в переводе с  немецкого языка  - нержавеющий. (rost – ржавчина» «frei»- свободный). EDELSTAHL благородная сталь. ROSTFREISTA нержавеющая сталь. По-английски нержавеющая сталь STAINLESSSTEEL. По-русски попросту НЕРЖАВЕЙКА. Нержавеющие сплавы были известны с очень древних времен. Примером может служить знаменитая железная колонна в мечети Кутуб Минар в Индии. Этот 6-тонный железный столб находится           на территории архитектурного комплекса мечети, строительство которой датируется XII веком н.э. 7-метровая железная колонна Победы была воздвигнута королем Чандрагупта II в V веке. Первоначально она располагалась в Удайагири, в центральной Индии, в храме индуистского бога Вишну, а в Дели ее перевезли гораздо позже в XIII веке. За столько веков памятник не был затронут ржавчиной, что заставляло многих верить в его мистические свойства. Ученые из Технологического института Канпур обнаружили, что колонна содержит неожиданно многофосфора, который, реагируясжелезом, водоикислородом, создал своего рода защитный антикоррозийный поверхностный слой. На протяжении многих веков легенды о колонне не сходили с уст местных жителей. Существует даже поверье - для того, чтобы исполнилось заветное желание, надо встать спиной к колонне и свести за ней руки.  

     Из  истории нержавеющей  стали - кем и когда  была произведена  впервые

      Открытие нержавеющей  стали история приписывает английскому  ученому Гарри Бреарли (Шеффилд, Англия). Забракованный образец, долго  пролежавший без смазки и краски, сохранил, тем не менее, свой первоначальный вид и не покрылся традиционной ржавчиной. Так в 1913 году было обнаружено, что сталь, содержащая хром, более устойчива к коррозии, чем обычные сорта стали. Это событие сильно заинтересовало общественность, в газете New York Times появилась публикация, посвященная открытию нового материала. Это открытие имело огромное значение для развития мировой индустрии. Нержавеющая сталь начала быстро завоевывать различные отрасли промышленности, вытесняя обычные стали.

Нержавеющая сталь

      В металлургии, нержавеющая сталь определена как железоуглеродистый сплав с минимумом 10,5 % содержание хрома. Название происходит из факта, что нержавеющая сталь не портиться, коррозирует или ржавеет так легко как обычная сталь.  По всему миру, особенно в авиационной промышленности, этот материал также называется коррозионно-стойкой сталью, когда это точно не относится к типу сплава и сорту. “Нержавеющая” реальностьМы твердо убеждены, что нержавеющая сталь является «металлом XXI века». Ее широкое применение во многих отраслях промышленности — залог успешного экономического развития.

Химический состав

     При выборе химического состава коррозионностойкого  сплава руководствуются так называемым правилом : если к металлу, неустойчивому к коррозии (например, к железу) добавлять металл, образующий с ним твердый раствор и устойчивый против коррозии (к примеру хром), то защитное действие проявляется скачкообразно при введении моля второго металла (коррозионная стойкость возрастает не пропорционально количеству легирующего компонента, а скачкообразно). Основной легирующий элемент нержавеющей стали —хром Cr (12-20 %); помимо хрома, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo). Сопротивление нержавеющей стали к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности в азотной кислоте крепостью до 50 %. Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов. В сильных кислотах (серной, соляной, плавиковой, фосфорной и их смесях) применяют сложнолегированные сплавы с высоким содержанием Ni и присадками Mo, Cu, Si.

ХИМИЧЕСКИЙ  СОСТАВ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ  СТАЛИ И СООТВЕТСТВИЕ СТАНДАРТОВ.

      Для примера приведем простую таблицу различных сплавов с железом.

Таблица 1 «Различные сплавы с железом»

Таблица 2 Соответствия основных марок нержавеющих сталей и химический состав

Обозначения нержавеющих сталей: 
С1-Мартенситнаясталь 
F1-Ферритнаясталь 
A1, A2, A3, A4, A5 - Аустенитные нержавеющие стали

Обозначения химических элементов  в таблицах: 
Fe-железо; 
С-Углерод 
Mn-Марганец 
Si-Кремний 
Cr-Хром 
Ni-никель 
Mo-Молибден 
Ti – Титан

Свойства

     Кроме хрома как "основной нержавеющей составляющей" в составе нержавеющей стали могут присутствовать никель, молибден, титан, ниобий, сера, фосфор и другие легирующие элементы определяющие свойства стали. Нержавеющие стали имеют более высокое сопротивление окислению и коррозии во многих естественных и искусственных средах, однако важно выбрать правильный тип и класс нержавеющих сталей для специального применения. Высокое сопротивление окислению на воздухе и при температуре окружающей среды обычно достигается с добавлением хрома больше 12 %. Хром формирует пассивный слой из оксида хрома (III) (Cr2O3) при контакте с кислородам. Слой слишком тонкий чтобы быть видимым, но выделяется металлическим блеском. Тем не менее, он защищает металл от воздействия воды и воздуха. Даже, когда поверхность поцарапана, этот слой быстро восстанавливается. Это явление называется пассивацией, и замечено в других металлах, например у алюминия. Когда нержавеющие стальные части типа гаек и болтов соединены вместе, окисный слой должен быть очищен с соединяемых частей, для их соединения. Когда они разбирают соединительный материал будет сорван и разрыхлен, этот эффект известен как истирание.

Промышленная  ценность нержавеющей  стали

     Сопротивление нержавеющей стали коррозии и  ржавчине, простое техническое обслуживание и ремонт, относительная экономия, и блестящий вид делает это  идеальным материалом для промышленного применения. Имеется более 150 видов наименований, пластин, брусков, проводов, шланг и трубок, которые используются в кухонной посуде, бытовых приборах, металлических изделиях, хирургических инструментах, ответственных устройствах, индустриальном оборудовании, и как строительный материал в небоскребах и больших зданиях. Известная семиэтажная башня Крайслера, строящая в Нью-Йорке украшена блеском нержавеющей стали нанесенной плакированием. Нержавеющая сталь - 100 % повторно используемый материал. Фактически, более чем 50 % новой нержавеющей стали, сделано при повторной переплавки металлолома, это в некоторой степени оказывается экологически чистым материалом.

Коррозия

     Даже  высококачественный сплав может  разъедать при некоторых условиях. Так как некоторые виды коррозии более необычные и их немедленные результаты менее видимые, чем ржавчина, они не всегда заметны и причиняют проблемы среди тех, кто не знаком с ними.

Питтинговая коррозия

     Пассивация  образуется на жестком слой окиси, вышеописанной. При отсутствии кислорода (или когда другой вид, например, солей ионов), нержавеющая сталь неспособна вновь формировать пассивирующую пленку. В наихудшем случае, при почти полностью защищенной поверхность крошечные локальные флуктуации будут нарушать окисный слой в нескольких критических точках. Коррозия в этих точках будет очень усилена, и может образовывать коррозионные впадины нескольких типов, в зависимости от условий. В то время как коррозионные впадины только собираться вокруг ядра при довольно чрезвычайных обстоятельствах, они могут продолжать расти даже, когда условия возвращаются к нормальному, так как внутри впадин отсутствует кислород. В крайнем случае, острые концы очень длинных и узких впадин могут образовывать концентрации напряжений вызывающие разрушения упругих сплавов, в тонких пленках появляются невидимые маленькие отверстия, за которыми скрываться впадины размером с большой палец. Эти проблемы особенно опасны, потому что их трудно обнаружить до разрушения прежде, чем части или вся структура разрушится. Питтинговая коррозия остается среди наиболее общих и разрушительных форм коррозии в нержавеющих сплавах, но это может быть предотвращено, в том случаи, если материал подвергался воздействию кислорода (например, устраняя щели) и защищен от солей везде, где возможно. Питтинговая коррозия может происходить, когда нержавеющая сталь подвергнута высокой концентрации ионов солей (например, вода моря) и умеренно высоким температурам.

Коррозия  сварного шва и  ножевая коррозия

     Из-за повышения температур сварки или в течение неподходящей обработки высокой температурой, карбиды хрома могут формироваться в границах зерна нержавеющей стали. Эта химическая реакция окисляет хром в зоне около границы зерна, делая те области, намного менее стойкими к коррозии. Это создает гальваническую пару между хорошо защищенным сплавом, что приводит к тому, что сварной шов корродирует (коррозия на границах зерен около сварного шва) в высоко коррозийных окружающих средах. Специальные сплавы, с низким углеродистым содержанием или со специальными углеродистыми "добавками" например титан и ниобий (в типах, 321 и 347, соответственно), могут предотвратить этот эффект, но последний требует специальной обработки высокой температуры после сварки, чтобы исключить явление ножевая коррозия. Поскольку название подразумевает, что этот эффект ограничен маленькой зоной действия, часто только несколько микрометров в поперечнике, что приводит к тому что процесс развивается более быстро. Эта зона находится около сварного шва, делая это даже менее заметной [2]. Современное производство стали в значительной степени уменьшают эти проблемы, контролируя содержание углерода в нержавеющих сталях < 0,3 % и исторически такие сорта называются как "L" сорта типа 316L; практически большинство нержавеющих сталей в наши дни производятся с низким содержанием углерода.