Нержавеющие стали

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Апреля 2010 в 02:49, Не определен

Описание работы

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.

Файлы: 1 файл

5 6 Обзор литературы мой+обоснование выбора матерьяла.doc

— 1.65 Мб (Скачать файл)
    Обоснование выбора  нержавеющих сталей в САМОЛЁТОСТРОЕНИИ

           Рис.8 Самолет «Сталь-2»

     В конце 1920-х годов молодая советская  авиапромышленность испытывала острый недостаток в дюралюминии, поэтому и возникла идея испробовать в качестве авиационного конструкционного материала нержавеющую сталь. Эта идея особенно была важна для гражданской авиации, где требовались самолеты, наиболее стойкие к коррозионному действию атмосферы. В 1928 году в Военно-воздушной академии имени Н. Е. Жуковского была организована группа по использованию нержавеющей стали в самолетостроении. За два года была проделана огромная работа. Советские металлурги исследовали множество образцов нержавеющей стали прежде, чем был найден лучший сорт "Энерж-6" - хромоникелевая сталь, содержащая 18% хрома и 8% никеля. К началу 1930 года все предварительные разработки были завершены, и при Главной инспекции Гражданского воздушного флота СССР был создан Отдел опытного самолетостроения - ООС. Перед небольшой группой, состоявшей из 30 конструкторов, стояла нелегкая задача - создать транспортный самолет с хорошими летными данными, построенный из нержавеющей стали "Энерж-6"...По своему назначению первый стальной самолет должен был стать пассажирским. В начале 1930-х годов главное, что требовалось от молодой гражданской авиации, - это регулярность работы авиалиний, пусть даже и при небольших пассажиропотоках. Считалось, и не без оснований, что парк самолетов гражданской авиации должен главным образом состоять из одномоторных самолетов, рассчитанных на перевозку 6-8 пассажиров. Вот почему коллектив ООС остановил свой выбор на одномоторном самолете, тем более что моторостроительные заводы не смогли бы обеспечить авиадвигателями многомоторные машины. Не желая объединять в одном изделии сразу несколько технических новшеств, конструкторы ООС решили взять за основу широко распространенную тогда схему подкосного высокоплана. Так сложился облик первого цельностального самолета - одномоторный пятиместный подкосный моноплан с верхним расположением крыла и 300-сильным звездообразным мотором воздушного охлаждения. Чтобы отработать приемы изготовления узлов и конструкций из тонкой листовой стали, первый экземпляр самолета решено было сделать технологическим. Лонжероны крыла и оперения, стержни для фермы фюзеляжа изготовлялись из тонкой листовой стали. Для повышения их прочности и жесткости им придавали сложную, подчас узорчатую конфигурацию. На первых порах было решено сделать самолет пятиместным - четыре пассажира и пилот, а в дальнейшем разработать восьмиместную модификацию.11 октября 1931 года летчик ГВФ Э. Шварц совершил первый испытательный полет на новой машине, получившей название "Сталь-2". После небольших доработок самолет запустили в серийное производство на одном из московских заводов, куда перевели и конструкторское бюро ООС.В начале 1932 года самолет "Сталь-2" совершил перелет по маршруту Москва - Рязань - Козлов - Тамбов: расстояние 450 км он покрыл за 2 ч 25 мин, что дает среднюю скорость - 186 км/ч.Имя Петра Николаевича Львова малоизвестно даже узкому кругу специалистов. А между тем, он был пионером применения нержавеющей стали в самых разных областях техники. Его смело можно назвать полноправным соавтором авиаконструктора Путилова, сконструировавшего первый цельносварной самолёт «Сталь-2», скульптора Мухиной, создавшей статую «Рабочий и колхозница», архитектора Душкина, построившего станцию метро «Маяковская».По непонятным причинам до настоящего времени в книгах и учебных пособиях по истории отечественной авиации имя Петра Николаевича Львова обходится молчанием. Так, например, в авторитетном труде «Самолёты страны Советов», под общей редакцией Б.Л. Симакова, утверждается, что пионером поисков новых конструкционных материалов для самолётостроения, способных заменить дорогостоящий дюраль и одновременно обеспечить прочность и долговечность конструкции, был один из учеников Н.Е. Жуковского конструктор А.И, Путилов. Его якобы весной 1930 г. откомандировали из ЦАГИ в Отдел опытного самолетостроения Аэрофлота. Здесь он и начал работу по внедрению нержавеющей стали в качестве основного конструкционного материала, освоению контактной точечной, роликовой, стыковой и других видов электросварки. Однако. Подобное утверждение не соответствует действительности! Чтобы убедиться в этом, необходимо совершить небольшой экскурс в историю. Сама идея создания летательного аппарата жёсткой конструкции принадлежит К.Е. Циолковскому, который ещё весной 1887 г. в Политехническом музее на заседании физического общества представил проект цельнометаллического управляемого дирижабля. Сначала идеи Циолковского подхватили немцы и американцы, и уже потом, в 20-е гг. прошлого века, ими заинтересовались в России. В 1928 г. в ВВИА им. профессора Н.Е. Жуковского по инициативе начальника лаборатории П.Н. Львова и начальника кафедры самолётостроения С.Г. Козлова была сформирована группа по освоению производства качественных сталей и применению их в конструкции самолёта Успехи в этих исследованиях позволили Петру Николаевичу подать рапорт командованию о «возможности построения цельносварного стального самолёта, вес которого при равной прочности должен быть равным или даже меньшим веса дюралевого самолёта».Вскоре на заводе «Электросталь» было налажено производство нержавеющей стали «Энерж»: плавка, поковка и холодный прокат фольги. Завод «Серп и молот» освоит горячий прокатлисты, которые обладали важным свойством - хорошей свариваемостью при контактной сварке благодаря большому сопротивлению. Затем при инспекции ГВФ создали Отдел опытного самолётостроения (ООС) иод руководством А.И. Путилова - главного конструктора, откомандированного для этого из ЦАГИ. ООС с ноября 1930 г. переехал из ВВИА им. проф. Н.Е, Жуковского в помещение бывших ремонтных мастерских «Добролёта». где образовалось КБ численностью в 30 человек. Бригаду по технологии сварки в нём возглавил П.Н. Львов, А уже в 1931 г. был построен первый в стране стальной сварной самолёт «Сталь-2», положивший начало советскому самолётному и авиаремонтному сварочному производству. Руководство страны высоко оценило достижения Путиловского КБ. По сообщению ТАСС от 7 декабря 1931 г.. Президиум ЦИК СССР постановил наградить орденами Ленина следующих товарищей: Львова II.Н. инженера - за разработку вопроса применения нержавеющей стали и электросварки в самолётостроении; Путилова А.И., инженера - за разработку конструкции самолета, сделанного целиком из нержавеющей стали на электросварке; Андреева Д.М., рабочего, бригадира-сварщика - за умелое применение на практике электросварки в стальном самолетостроении. Остаётся добавить, что Пётр Николаевич ещё в 1928 г. получил патенты на устройство для точечной сварки, на электрическую сварочную машину, на электрическую роликовую сварочную машину.

    Обоснование выбора нержавеющей стали в строительстве и архитектуре

     Нержавеющая сталь появилась впервые около  ста лет тому назад, но в строительстве  и архитектуре ее начали массово  применять недавно. Она была использована при строительстве и дизайне  крупнейших торговых центров - La     Defense в Париже, Canary Wharf в Лондоне, Sony Center в Берлине и Petronas Towers в Куала Лумпур. Нержавеющая сталь - это материал очень практичный, одновременно благородный и эстетичный для строительства. Благодаря разнообразию марок и видов поверхности, он в состоянии удовлетворять разные требования, которые появляются перед строительными и отделочными материалами. Кроме антикоррозийного свойства, нержавеющая сталь обладает следующими качествами: разнообразие изделий (лист, труба, профиль, пруток, уголок, сетка);большой выбор видов поверхности (шлифованная, полированная, матовая, декоративная, а также цветные поверхности);множество марок обладающих различными качествами; легкий процесс обработки, формирования и сборки выполненных из нее деталей; долговечность материала; высокая температура плавки. Надежность элементов из нержавеющей стали намного выше чем у других отделочных материалов. Их вид не изменяется в течении десятков лет. Нержавеющая сталь имеет намного более высокие жаропрочные свойства, чем другие стали. Нержавеющая сталь используется в строительстве чаще всего как материал для перил, оконных и дверных проемов, противопожарных дверей. Также она является хорошим декоративным элементом для оборудования ресторанов, офисов, пабов, дискотек и станций метро. Все чаще из нее производится мебель для офисов и магазинов. Комбинируя нержавеющую сталь со стеклом, деревом или камнем, получаем красивые и элегантные изделия. Существуют декоративные листы из нержавеющей стали. Эти листы имеют ряд свойств, дающих им преимущество над традиционными листами - шлифованными или полированными: Важным их свойством является устойчивость к царапинам. На декоративных листах не остаются отпечатки пальцев. Следует заметить эстетические свойства листов, особенно цветных. Цвет листа устойчив и не меняется даже при изгибе. Существует ошибочное мнение, что нержавеющая сталь является дорогим материалом. На самом же деле, поскольку это красивый и долговечный материал, его стоимость не является большой, особенно если брать во внимание огромный период эксплуатации.

 

Обоснование выбора нержавеющих сталей в пищевой промышленности

      304 / 08Х18Н9 1.4301 Сталь с низким содержанием углерода, из неё изготавливаются установки для пищевой, химической, текстильной промышленности, сталь аустенитная незакаливаемая, немагнитная устойчивая к воздействию коррозии; используется также в условиях слабого намагничивания, производстве пластмасс для ядерной и холодильной(если была подвергнута холодной обработке, оснащение для кухонь, баров)промышленности. Легко поддается сварке, устойчива к межкристаллической коррозии. Высокая прочность при низких температурах. Поддается полировке.

Стали группы 400

     Хромистые коррозионностойкие стали применяют  трех типов: с 13%, 17% и 27% хрома. Такие стали практически не содержат, кроме хрома, никаких легирующих элементов. При этом содержание углерода в сталях с 13% хрома может меняться в зависимости от требований. Стали с низким содержанием углерода (08Х13, 12Х13) пластичны 304L / 03Х18Н9 1.4307 Сталь аустенитная незакаливаемая, особенно пригодная для изготовления сварных конструкций. Находит те же применения, что и AISI 304, Отличается высокой устойчивостью в отраслях, где необходима устойчивость к воздействию МКК, используется при воздействии МКК и температуре до 425°С, полируется. 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. Сталь 08Х17Т жаростойка до 900 градусов Цельсия и применяется в теплообменниках. Стали группы 400 (хромистые) из-за более низкой коррозионной стойкости не рекомендованы для применения в пищевой промышленности. Наиболее часто встречающееся применение таких сталей — оборудование для общественного питания (торговое оборудование, раз-даточные и т.д.).  
 
 
 
 
 
 

Способы сварки изделий из нержавеющей стали

   
 

Способ TIG (Tungset Inert Gas)

     Этот  способ более других употребляется  для производства сварных труб высокого качества из нержавеющих сталей. Источником генератора тепла для плавки краев служит дуга, которая образуется между вольфрамовым электродом и трубой. Защитный газ, направляемый на сварочную горелку, обволакивает зону плавки с наружной поверхности трубы и одновременно, но уже другим способом, подается внутрь трубы, чтобы защитить зону плавки и изнутри, удерживаясь там с помощью заглушки. При способе сварки TIG по причине воздействия тепла только на наружную поверхность трубы зона плавления неизбежно окружается обширной зоной термического раздражения, вследствие чего шов оказывается более широким(см. рис.1). Но, по этой же самой причине, TIG-шов является более прочным и легче удаляется. При соблюдении же технологических параметров сварки не требуется даже дополнительной термической обработки для устранения возможных изменений микроструктуры сварных швов. При этом скорость TIG-сварки невысока и, поэтому, цена готовой трубы будет выше, чем при использовании других видов сварки. На рисунке 1 мы видим сварной шов, полученный методом TIG. Шов плотный, однородный, без пустот и раковин. Прочность сварного шва соответствует прочности основного материала трубы. В директиве ЕС по оборудованию, работающему под давлением (PED — Pressure Equipment Directive), совершенно однозначно указано, что для оборудования, работающего под давлением свыше 0.5 бар могут применяться нержавеющие сварные трубы, произведенные только способом TIG

Высокочастотная сварка (HF)

     На  первый взгляд, особенно с точки зрения микроструктуры, высокочастотная сварка (HF) имеет весьма интересные характеристики, благодаря тому, что зона плавления резко ограничена, а зона термического раздражения (прилегает к зоне плавления) практически отсутствует (см. рис. 2).Разогрев краев происходит равномерно по всей толщине, а скорость достижения температуры плавки — около одной сотой в секунду. С геометрической точки зрения высадка шва как внутри, так и снаружи оказывается прочной и прямой. Рис. 1. Сварной шов, полученный методом TIG. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблицы

Таблица характеристик и  рекомендации по применению для изделий из нержавеющей стали

DIN EN АISI Характеристики Примеры применения
A2 1.4301 304 Сталь с низким содержанием углерода, аустенитная  незакаливаемая, 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 электрополировке. Установки для  пищевой, химической, текстильной, нефтяной, фармацевтической, бумажной промышленности; используется также в производстве пластмасс для ядерной и холодильной промышленности, оснащение для ку-хонь, баров, ресторанов; столовых приборов; в кораблестроении, электронике и т.д.
1.4306 304L Сталь аустенитная  незакаливаемая, особенно пригодная  для сварных конструкций. Отличается высокой устойчивостью к воздействию межкристаллической коррозии, используется при температуре до 425°С. По химическому составу отличается от 304 почти вдвое меньшим содержанием углерода. Находит те же применения, что и AISI 304, для изготовления сварных  конструкций и в отраслях, где необходима устойчивость к воздействию межкристаллической коррозии.
A4 1.4401 316 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, подвергающееся особенно сильным воздействиям, инструмент, вступающий в контакт с морской  водой и атмосферой, оборудование для проявления фотопленки, корпусы котлов, установки для переработки пищи, емкости для отработанных масел для коксохимических установок.
1.4404 316L Сталь, аналогичная AISI 316, аустенитная незакаливаемая, с очень низким содержанием углерода С, особенно подходит для изготовления сварных конструкций. Обладает высокой устойчивостью к межкристаллической коррозии, используется при температуре до 450°С. По химическому составу отличается от 316 почти вдвое меньшим содержанием углерода. 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.)
A5 1.4571 316Ti Наличие титана (Ti), в пять раз превышающего содержание углерода С, обеспечивает стабилизирующий эффект в отношении осаждения карбидов хрома (Cr) на поверхность кристаллов. Титан (Ti), действительно, образует с углеродом карбиды, которые хорошо распределяются и стабилизируются внутри кристалла. Обладает 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. Применяется в пищевой и химической промышленности.
A3 1.4541 321 Сталь хромоникелевая с добавкой титана (Ti), аустенитная  незакаливаемая, 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  промышленности. Компенсационные соединения. Химическое оборудование и оборудование, устойчивое к высоким температурам.
1.4845

1.4841

310

310 S

Сталь тугоплавкая  аустенитная незакаливаемая, немагнитная, жароустойчивая 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.
 
 
 

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
 

Информация о работе Нержавеющие стали