2026-04-14
Определение нержавеющей стали
Нержавеющая сталь — это общее название для нержавеющих и кислотостойких сталей.
Нержавеющая сталь: Сталь, не подвергающаяся коррозии в слабых коррозионных средах, таких как атмосфера и пресная вода.
Кислотостойкая сталь: Сталь, устойчивая к коррозии в агрессивных коррозионных средах, таких как кислоты, щелочи, соли и морская вода.
Классификация нержавеющей стали
Марки, химический состав и свойства нержавеющей стали разнообразны. Наиболее распространённые методы классификации основаны главным образом на основном химическом составе, микроструктуре стали, а также на их сочетании.
1.Классификация по основному химическому составу
Наиболее распространённым является деление нержавеющей стали по химическим элементам на две основные группы: хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали.
(1).Хромистая
Если основным легирующим элементом в стали, помимо железа, является хром, такая нержавеющая сталь называется хромистой нержавеющей сталью.
(2).Хромоникелевая
Если основными легирующими элементами в стали, помимо железа, являются хром и никель, такая нержавеющая сталь называется хромоникелевой нержавеющей сталью.
2.Классификация по микроструктуре стали
Под микроструктурой стали понимаются характеристики кристаллической структуры и микроструктуры стали. По микроструктуре нержавеющие стали подразделяются главным образом на пять категорий: ферритные, аустенитные, мартенситные, дуплексные (двухфазные) и дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали.
(1).Ферритная нержавеющая сталь
Ферритная нержавеющая сталь — это сталь с объёмно-центрированной кубической кристаллической решёткой, содержанием углерода ≤ 0,20%, содержанием хрома в пределах 10,5%–32%, сохраняющая ферритную структуру как при высоких, так и при комнатной температурах. Данный тип нержавеющей стали не упрочняется термической обработкой.
В зависимости от содержания хрома ферритные нержавеющие стали подразделяются на низкохромистые (содержание хрома 10,5%–15,0%), среднехромистые (содержание хрома 16%–22%) и высокохромистые (содержание хрома 23%–32%). Ферритная нержавеющая сталь является одним из трёх основных классов нержавеющих сталей, появившихся почти одновременно с мартенситными и аустенитными сталями в начале XX века. По объёму производства ферритная нержавеющая сталь уступает лишь хромоникелевым аустенитным сталям: в общемировом объёме производства нержавеющей стали доля ферритной стали обычно составляет около 30%. Ферритная нержавеющая сталь характеризуется большими объёмами производства, широкой областью применения и превосходными комплексными свойствами в тонких сечениях. Поскольку такие стали не содержат никеля или лишь отдельные марки содержат незначительное его количество, их себестоимость и цена относительно низки, что делает их важнейшим классом экономнолегированных никелем нержавеющих сталей.
До 1950–1960-х годов традиционные ферритные нержавеющие стали, выплавленные в электродуговых печах без вторичного рафинирования, имели обычный уровень содержания углерода и азота, дальнейшее снижение которых было крайне затруднительно. Начиная с 1960-х годов, благодаря технологическому прогрессу в производстве нержавеющей стали и применению процессов вторичного рафинирования, таких как AOD и VOD, были разработаны современные ферритные нержавеющие стали с низким и ультранизким содержанием углерода и азота, что позволило в значительной степени преодолеть и успешно решить ряд недостатков традиционных ферритных сталей. Их производство увеличилось, а область применения постоянно расширяется.
(2).Аустенитная нержавеющая сталь
Аустенитная нержавеющая сталь сохраняет аустенитную структуру как при высоких, так и при комнатной температурах, не претерпевая структурных превращений. Следовательно, аустенитная нержавеющая сталь также относится к сталям, не упрочняемым термической обработкой. Однако благодаря склонности к деформационному упрочнению (наклёпу) её прочность может быть повышена путём холодной пластической деформации. Низкая прочность таких сталей в закалённом состоянии некогда считалась одним из главных недостатков аустенитных нержавеющих сталей.
Для решения проблемы межкристаллитной коррозии в сенсибилизированном состоянии и повышения коррозионной стойкости были разработаны аустенитные нержавеющие стали с ультранизким содержанием углерода, содержание углерода в которых обычно составляет ≤ 0,03%. При повышении коррозионной стойкости прочность такой стали несколько снижается. С 1970-х годов появились аустенитные нержавеющие стали с контролируемым содержанием азота (остаточное содержание азота в стали в допустимых стандартом пределах, например, [N] ≤ 0,10% или [N] ≤ 0,12%) или с легированием азотом (максимальное количество азота, которое может быть введено в сталь при атмосферном давлении, например, ≤ 0,40% или ≤ 0,50%), что позволяет за счёт твердорастворного упрочнения азотом достигать достаточно высокой прочности. А высокоазотистые аустенитные нержавеющие стали, получаемые введением азота под высоким давлением (количество азота, вводимое под давлением, т.е. [N] > 0,4% или ≥ 0,5%), обладают чрезвычайно высокой прочностью и превосходной вязкостью разрушения. Сочетание твердорастворного упрочнения азотом и деформационного упрочнения позволило некоторым аустенитным нержавеющим сталям войти в категорию высокопрочных нержавеющих сталей.
Хромоникелевая аустенитная нержавеющая сталь среди существующих пяти основных классов нержавеющих сталей обладает наилучшими комплексными свойствами, насчитывает наибольшее количество марок, имеет самый полный сортамент и спецификацию, самую широкую область применения, развивается наиболее быстрыми темпами, производится в наибольших объёмах и охватывает широчайшую сферу потребления. В мировом масштабе и в основных странах-производителях нержавеющей стали доля хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали обычно составляет более 50%–60% от общего объёма производства нержавеющей стали.
Поскольку никель является дефицитным и дорогостоящим элементом, особенно остро его нехватка ощущается в военное время. Появившиеся в 1940-х годах стандартные хромомарганцевые аустенитные нержавеющие стали с заменой никеля марганцем и азотом (американская серия AISI 200), несмотря на длительный период разработки, имеют узкую область применения и низкий объём производства; в США их годовой выпуск составляет лишь несколько процентов от общего производства нержавеющей стали. В последние годы появление высокоазотистых высокопрочных и сверхвысокопрочных хромомарганцевых аустенитных нержавеющих сталей, а также прогресс в исследованиях высокоазотистых безмарганцев.
(3) Мартенситная нержавеющая сталь
Мартенситная нержавеющая сталь — это класс нержавеющих сталей, свойства которых могут регулироваться термической обработкой (закалка, отпуск). По химическому составу они подразделяются на мартенситные хромистые и мартенситные хромоникелевые нержавеющие стали.
Мартенситные хромистые нержавеющие стали главным образом бывают трёх типов: низкоуглеродистые ([C] ≤ 0,15%), среднеуглеродистые ([C] 0,16%–0,40%) и высокоуглеродистые ([C] > 0,40%). Углерод является незаменимым и важным легирующим элементом в мартенситных хромистых нержавеющих сталях.
К мартенситным хромистым нержавеющим сталям прежде всего относятся традиционные стали, такие как 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13. Содержание хрома в них составляет не менее 11,5% и достигает 18%, что придаёт этим сталям нержавеющие свойства и коррозионную стойкость в слабых средах. Содержание углерода варьируется в зависимости от содержания хрома, обычно в пределах 0,10%–1,0%, чтобы обеспечить аустенитную структуру при высокой температуре и мартенситную структуру при комнатной температуре после закалки. За счёт образования пластинчатого высокоуглеродистого мартенсита и выделения карбидов эти стали приобретают высокую прочность и высокую твёрдость. Последующий после закалки отпуск снимает закалочные напряжения и формирует однородную стабильную структуру, придавая стали определённую пластичность, вязкость и хорошую коррозионную стойкость — комплекс свойств. Поскольку мартенситные хромистые нержавеющие стали уступают всем остальным классам нержавеющих сталей по коррозионной стойкости, а также обладают низкой пластичностью и вязкостью, плохой свариваемостью или вовсе не поддаются сварке, их широкое применение ограничено.
Мартенситные хромоникелевые нержавеющие стали были разработаны для преодоления некоторых недостатков традиционных мартенситных сталей. На раннем этапе путём замены углерода никелем была создана известная сталь 1Cr17Ni2. Хотя её вязкость по сравнению с мартенситными хромистыми сталями повысилась, а коррозионная стойкость улучшилась, она по-прежнему не подходит для сварки.
Современные (супер) мартенситные нержавеющие стали, разрабатываемые с 1960-х годов, благодаря дальнейшей замене углерода никелем, достижению ультранизкого содержания углерода и введению 2%–6% Ni, сохраняют аустенитную структуру при высоких температурах, а после закалки и отпуска при комнатной температуре приобретают композитную структуру, состоящую из низкоуглеродистого или ультранизкоуглеродистого реечного мартенсита, ревертированного аустенита и небольшого количества феррита. Дополнительное легирование молибденом, медью и другими элементами для упрочнения позволяет этим сталям сохранять высокую прочность мартенситных хромистых сталей, обладая при этом хорошей вязкостью и свариваемостью. При одинаковом содержании хрома коррозионная стойкость современных мартенситных сталей значительно превосходит коррозионную стойкость традиционных мартенситных хромистых сталей. Однако из-за низкого содержания углерода современные мартенситные стали утрачивают такие характеристики, как высокая твёрдость, износостойкость и высокая острота кромки, присущие мартенситным хромистым сталям.
(4).Двухфазная нержавеющая сталь
С момента обнаружения того, что присутствие небольшого количества феррита в хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали улучшает стойкость к межкристаллитной коррозии, что привело к появлению аустенитно-ферритных (α+γ) хромоникелевых двухфазных сталей и в конечном итоге к формированию класса двухфазных сталей, официально признанного в одном ряду с тремя вышеупомянутыми основными классами нержавеющих сталей, прошло уже почти сто лет.
Поскольку содержание никеля в широко применяемых α+γ хромоникелевых двухфазных сталях в основном составляет 5%–7%, что составляет лишь около половины от содержания никеля в широко применяемых хромоникелевых аустенитных сталях, а в недавно разработанных экономичных двухфазных сталях содержится лишь 1%–4% Ni, двухфазные α+γ стали также являются важным классом экономнолегированных никелем нержавеющих сталей.
Развитие двухфазных α+γ хромоникелевых нержавеющих сталей прошло примерно три важных этапа. В зависимости от характерных легирующих элементов, значения PRE (эквивалента стойкости к питтинговой коррозии), изменения соотношения α- и γ-фаз, периода появления и особенностей свойств, двухфазные нержавеющие стали принято подразделять на стали первого, второго и третьего поколения. По характерным элементам в составе их можно разделить на низколегированные, среднелегированные и высоколегированные двухфазные стали.
Из-за трудностей контроля соотношения двух фаз, ограниченной горячей обрабатываемости, свариваемости и экономических факторов объём производства двухфазных сталей первого поколения был невысоким. Однако появление современных двухфазных нержавеющих сталей в значительной степени преодолело недостатки и ограничения, присущие сталям первого поколения, что позволило расширить область их применения, и в настоящее время они являются классом стали с огромным потенциалом развития в инженерной сфере.
Марки, разработанные до 1971 года, относятся к первому поколению двухфазных нержавеющих сталей, включая самую первую двухфазную сталь 1Cr25Ni5Mo1.5, появившуюся в 1930-х годах. Содержание азота в сталях первого поколения находилось на обычном уровне, характерном для выплавки в электродуговых печах. Хотя двухфазные стали первого поколения уже в полной мере проявили свои характерные свойства, из-за относительно низкого значения PRE и значительных различий в соотношении фаз в закалённом состоянии у разных марок, которые к тому же было трудно точно контролировать, превосходные свойства двухфазных сталей в зоне сварного соединения значительно ухудшались или даже полностью утрачивались, что серьёзно препятствовало применению и развитию двухфазных сталей в сварных конструкциях.
Марки, появившиеся в период с 1971 по 1989 год, относятся ко второму поколению двухфазных нержавеющих сталей и характеризуются обязательным содержанием азота. Поскольку азот является элементом, активно формирующим и стабилизирующим аустенит, с увеличением его содержания в стали, с одной стороны, повышается доля аустенитной фазы в основном металле и увеличивается стабильность аустенита при высоких температурах, что приводит к уменьшению количества превращающегося в феррит материала при той же температуре. С другой стороны, высокая скорость диффузии азота в процессе охлаждения от высоких температур способствует быстрому превращению феррита во вторичный аустенит, что позволяет предотвратить образование однофазной ферритной структуры на линии сплавления и в зоне термического влияния после сварки. Введение азота создало условия для появления и развития двухфазных сталей второго и последующих поколений. Поскольку азот в нержавеющей стали в основном растворён в аустените, благотворное влияние азота на двухфазные нержавеющие стали фактически является отражением воздействия азота на структуру и свойства аустенитной фазы в двухфазных сталях.
Марки, появившиеся после 1990 года, относятся к третьему поколению двухфазных нержавеющих сталей и характеризуются дальнейшим увеличением содержания молибдена и азота, благодаря чему значение PRE таких сталей составляет ≥ 40%, а коррозионная стойкость, особенно стойкость к питтинговой и щелевой коррозии, ещё более улучшилась. В настоящее время их также называют супердвухфазными нержавеющими сталями.
С начала 2000-х годов развитие двухфазных нержавеющих сталей идёт по двум направлениям. С одной стороны, продолжается увеличение содержания легирующих элементов для достижения ещё более высокой прочности и превосходной коррозионной стойкости, как, например, стали SAF 2707 и SAF 3207, разработанные шведской компанией Sandvik, со значением PRE > 45%, называемые гипердвухфазными нержавеющими сталями. С другой стороны, наблюдается тенденция к разработке экономичных двухфазных сталей с низким содержанием никеля и без молибдена или лишь с незначительным его количеством, чтобы снизить себестоимость и цену двухфазных сталей, а также значительно улучшить их горячую обрабатываемость и свариваемость, тем самым повышая их конкурентоспособность по сравнению с другими типами нержавеющих сталей.
(5).Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь
Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь — это класс нержавеющих сталей, матричная структура которых при комнатной температуре может быть мартенситной, аустенитной или ферритной и которые упрочняются путём выделения (старения) интерметаллидных соединений, а также карбидов, нитридов и других фаз на матрице в результате соответствующей термической обработки.
В настоящее время широко применяемые дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали подразделяются главным образом на три типа: мартенситные дисперсионно-твердеющие, полуаустенитные дисперсионно-твердеющие и аустенитные дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали. Кроме того, к ним часто относят и сверхнизкоуглеродистые мартенситно-стареющие нержавеющие стали.
Хотя принцип дисперсионного твердения нержавеющей стали был известен ещё в 1930-х годах, после появления первой марки дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали Stainless W она не находила практического применения вплоть до 1946 года. Впоследствии, в связи с потребностями авиационной, аэрокосмической, атомной и химической промышленности в сталях, сочетающих коррозионную стойкость с высоким отношением прочности к весу, начали появляться новые дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали. В США такие стали были отнесены к серии 600. Сверхнизкоуглеродистые мартенситно-стареющие нержавеющие стали появились в 1960-х годах. Они были разработаны на основе мартенситно-стареющих сталей путём добавления хрома для придания нержавеющих свойств. Обычно их также относят к классу мартенситных дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей.
Мартенситная дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь имеет нестабильную аустенитную структуру, которая после обработки на твёрдый раствор претерпевает мартенситное превращение. Последующее старение приводит к выделению второй фазы на мартенситной матрице, что упрочняет сталь.
Сверхнизкоуглеродистая мартенситно-стареющая нержавеющая сталь обладает нержавеющими свойствами; после обработки на твёрдый раствор и старения в ней на матрице из сверхнизкоуглеродистого высоконикелевого мартенсита выделяется вторая фаза, что упрочняет сталь.
Полуаустенитная дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь также является сталью с нестабильным аустенитом, однако её аустенит обладает большей стабильностью, чем у мартенситных дисперсионно-твердеющих сталей. В закалённом состоянии при комнатной температуре полуаустенитная дисперсионно-твердеющая сталь имеет аустенитную структуру. После холодной пластической деформации, низкотемпературной обработки или нагрева примерно до 750°C для регулировочной обработки аустенит может быть превращён в мартенсит, после чего путём последующего старения на мартенситной матрице выделяется вторая фаза, упрочняющая сталь.
Аустенитная дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь обладает стабильной аустенитной структурой. После обработки на твёрдый раствор и последующего старения из аустенитной матрицы выделяется вторая фаза, упрочняющая сталь.
ООО Шанхай Синьлян Промышленность Нержавеющих Труб позиционируется как эксперт по обработке высокоточных трубных компонентов, предоставляя клиентам комплексные решения «от проектирования до поставки». Компания специализируется на производстве, обработке и продаже средне- и высококлассных прецизионных, сверхмалых, тонкостенных нержавеющих капиллярных труб и комплектующих.
Мы используем высококачественное нержавеющее сырьё и строго контролируем химический состав, гарантируя превосходную коррозионную стойкость и механические свойства продукции.
Широко используемые материалы включают, но не ограничиваются:
