Вступ: визначальний елемент нержавіючої сталі
Нержавіюча сталь визначається як високолегована сталь, яка містить мінімум 10,5% хрому та максимальний вміст вуглецю 1,2%. Це додавання хрому є критичним фактором, який надає його виняткову стійкість до корозії. Коли вміст хрому перевищує приблизно 10%, на поверхні сталі утворюється стабільна пасивна плівка, що самовідновлюється, — тонкий некристалічний шар гідратованого гідроксиду хрому. Ця пасивна плівка, зазвичай товщиною лише близько 3 нанометрів, діє як непроникний бар’єр проти корозійних елементів. Якщо ця плівка пошкоджена, вона автоматично відновлюється в присутності кисню, дозволяючи нержавіючій сталі зберігати свою стійкість до корозії та естетичний вигляд навіть після обробки або стирання. За своєю металургійною структурою нержавіючі сталі класифікуються на п’ять основних груп: аустенітні, феритні, мартенситні, дуплексні та нержавіючі сталі, що зміцнюються дисперсійним зміцненням.
Аустенітні нержавіючі сталі: універсальна робоча конячка
Аустенітні нержавіючі сталі є найпоширенішою групою, на яку припадає понад 70% світового виробництва. Вони визначаються гранецентрованою кубічною (ГЦК) кристалічною структурою, яка стабілізується додаванням нікелю — як правило, 8-20 % — до хромової основи. Ця структура надає виняткові властивості, включаючи чудову стійкість до корозії, високу пластичність, чудову зварюваність і легкість виготовлення. Визначальною характеристикою є їхня немагнітна природа в відпаленому стані. Ці сталі неможливо загартувати термічною обробкою; замість цього вони зміцнюються шляхом холодної обробки. Найвідомішим сортом є 304 (18% Cr, 8% Ni), який відомий своєю чудовою загальною корозійною стійкістю, хорошою формоздатністю та зварюваністю. Для застосувань, що вимагають підвищеної стійкості до точкової та щілинної корозії, особливо в хлоридних середовищах, перевагу надають 316, який містить 2-3% молібдену. Варіанти з низьким вмістом вуглецю, такі як 304L і 316L, розроблені для зварних робіт, щоб мінімізувати ризик міжкристалітної корозії. Завдяки своїм комплексним характеристикам аустенітні класи мають важливе значення в багатьох галузях промисловості, включаючи виробництво харчових продуктів і напоїв, хімічне обладнання, архітектурне застосування та медичні технології.
Ферритні нержавіючі сталі: магнітна та економічно ефективна альтернатива
Феритні нержавіючі сталі характеризуються об'ємно-центрованою кубічною (BCC) кристалічною структурою і, як і чисте залізо при кімнатній температурі, є магнітними. Вони містять вміст хрому в діапазоні від 10,5% до 18% і мають дуже низький вміст вуглецю. Найпоширенішою маркою є тип 430. Феритні сталі мають помірну або хорошу стійкість до корозії, яка зростає із вмістом хрому. Головною перевагою є їх стійкість до корозійного розтріскування під напругою, спричиненого хлоридами, проблеми, яка може зашкодити аустенітним класам у певних середовищах. Вони не піддаються термічній обробці і завжди використовуються в розпаленому стані. Хоча вартість загалом нижча, ніж аустенітні сталі, вони мають обмеження, зокрема знижену пластичність, здатність до формування та зварюваність. Незважаючи на ці проблеми, феритні сорти широко використовуються в оздобленні автомобілів, архітектурних додатках і побутових приладах, таких як посудомийні машини та сушильні машини.
Мартенситні нержавіючі сталі: міцність завдяки термічній обробці
Мартенситні нержавіючі сталі унікальні завдяки своїй здатності гартуватися та зміцнюватися за допомогою термічної обробки, так само як вуглецеві та низьколеговані сталі. У відпаленому стані вони мають структуру ОЦК, подібну до феритів. Однак при швидкому охолодженні (загартуванні) від високих температур структура перетворюється на об'ємно-центрований тетрагональний (BCT) мартенсит. Основним легуючим елементом є хром, зазвичай 12-15%, з більш високим вмістом вуглецю, ніж у феритних марок. Ця комбінація дозволяє їм досягти дуже високої міцності та твердості — деякі марки досягають 60 HRC — ціною меншої пластичності та в’язкості. Вони мають помірну корозійну стійкість, яка зазвичай нижча, ніж у аустенітних або феритних марок. Загальні класи включають 410, 420 і 440, які використовуються в додатках, що вимагають зносостійкості та помірної стійкості до корозії, наприклад, столові прибори, хірургічні інструменти, лопаті турбін і обойми підшипників.
Дуплексна нержавіюча сталь: поєднання найкращого з двох світів
Дуплексна нержавіюча сталь визначається двофазною мікроструктурою, яка містить приблизно рівні пропорції аустеніту та фериту, причому жодна з фаз не становить менше 30% від загальної кількості. Ця унікальна структура дозволяє їм поєднати сильні сторони обох сімейств: вони пропонують приблизно вдвічі більшу межу текучості стандартних аустенітних марок, зберігаючи при цьому хорошу пластичність і міцність. Вони також забезпечують чудову стійкість до точкової, щілинної корозії та, що важливо, до корозійного розтріскування під напругою хлориду. Найпоширенішим сортом є 2205 (22% Cr, 5% Ni), який забезпечує кращу стійкість до корозії, ніж 316L у багатьох середовищах. Хоча дуплексні сталі дорожчі за стандартні феритні та мають обмеження щодо робочої температури (зазвичай нижче 300°C), вони є матеріалом вибору для вимогливих застосувань у нафтогазовій, хімічній, морській та целюлозно-паперовій промисловості.
Нержавіюча сталь, що зміцнюється дисперсійним зміцненням: найвища міцність
Нержавіюча сталь із дисперсійним зміцненням (PH) досягає виняткового поєднання високої міцності та стійкості до корозії за допомогою спеціального процесу термічної обробки. На відміну від мартенситних марок, які зміцнюються виключно за допомогою циклу гарту та відпустки, марки PH зміцнюються осадженням дрібних частинок із перенасиченого твердого розчину. Найбільш поширеною та широко визнаною маркою PH є 17-4 PH (UNS S17400), що є мартенситною дисперсійно зміцнюваною сталлю. Цей сорт пропонує унікальне поєднання високої міцності, гарної ударної в'язкості та чудової стійкості до корозії, що робить його придатним для широкого діапазону компонентів аерокосмічної, хімічної та загальної техніки, де характеристики стандартних мартенситних марок є недостатніми. Інші марки PH включають напіваустенітні та аустенітні типи, такі як 17-7 PH і A-286.
