Полезная информация (статьи и заметки)

Главная » Полезная информация (статьи и заметки)

Нержавеющая сталь, область применения, маркировка.

Нержавеющая сталь широко применяется в различных сферах человеческой деятельности: в машиностроении, в химической и пищевой промышленности, в медицинском оборудовании, при проектировании и строительстве различных несущих и декоративных конструкций  и сооружений и т.п.

Нержавеющая сталь -  уникальный материал: обладает высокой статической и ударной прочностью, коррозионной  стойкостью, жаропрочностью, хорошей пластичностью и штампуемостью,  неплохо обрабатывается  (шлифуется, полируется), сваривается, является экологически чистой и красивой.  Фактура этого материала такова, что с ней могут гармонично сочетаться различные материалы: стекло, дерево, камень и т.д.

Благодаря свойствам  коррозионной  стойкости и   жаропрочности особое место нержавеющий металл занимает в пищевой и медицинской  промышленности. Из него  производят пищевое оборудование (столы производственные, ванны моечные, различные емкости, посуду, стеллажи, вытяжные зонты и т.п.), а также  изделия для бани и дома ( баки для воды, дымоходы, каркасы  теплиц и навесов, различные садовые инструменты для обработки почвы растений  и т.п.). Нержавеющая сталь идет на изготовление медицинских инструментов, оборудования для медкабинетов, моечных ванн , различных тележек и т.д.

Основная составляющая нержавеющей стали — железо. Антикоррозионные свойства ей придают легирующие элементы, в первую очередь хром и никель. От количества и пропорционального содержания этих элементов зависит марка стали и ее физико-механические свойства, в том числе и коррозионная стойкость.

В России и странах СНГ принято  буквенно-цифровое обозначение марок стали. Цифрами обозначается среднее содержание элементов стали в процентах, а буквами — наименование элементов. Общими для всех обозначениями являются буквенные обозначения легирующих элементов: Н -  никель, Х -  хром, К -  кобальт, М  -  молибден, В - вольфрам, Т-  титан,  Д -  медь, Г -  марганец.  Если элемента содержится менее 1.5%, то цифры за буквой не ставятся.

Например, первые две цифры в  формуле 12Х18Н10Т (наиболее часто применяемая сталь) указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. углерода  содержится  0,12%. Следующие цифры означают, что  хрома содержится 18%, никеля -10%, титана -  менее  1,5%. Сталь 08Х13 содержит углерода не более 0,08%, хрома - 13%.

В США и в ряде других западных стран для  обозначения сталей используется цифровой  стандарт AISI. Например, сталь с формулой  12Х18Н10Т соответствует нержавеющей стали  321 по маркировке стандарта AISI, а сталь 08Х13 -  AISI 409.

В производстве оборудования для пищевой промышленности в основном используются марки стали AISI 304 и 430. Сталь AISI 304 аустенитная, с низким содержанием углерода. Легко поддается сварке, устойчивая  к межкристаллитной коррозии. Высокая прочность при низких и высоких температурах (жаропрочность). Пластична, хорошо поддается штамповке и глубокой вытяжке. Хорошо полируется. Является наиболее универсальной и широко используемой из всех марок нержавеющих сталей.

Однако  в последние 10 лет в связи с резким подорожанием  никеля (почти в 2 раза), в  промыш- ленном  и пищевом производстве все шире используется так называемые экономно-легированные нержавеющие стали марок AISI 201, 202, 409,430. В этих сталях количество никеля незначительно 0,5-2,0%, но высокое содержание хрома. Последний элемент  и обеспечивает коррозионную стойкость стали и в тоже время из-за низкого содержания никеля стоимость этих материалов на 70-100% ниже сталей AISI 304, 316, 321.Конечно, экономно-легированные  нержавеющие стали несколько уступают хромо - никелевым  сталям, как по коррозионной стойкости, так и по характеристикам твердости и пластичности. Но,  благодаря  низкой стоимости в ряде случаев является эффективным заменителем  сталей AISI 304,  316.

Ниже в табличном виде представлены  характеристики и основные свойства наиболее распространенных нержавеющих сталей.

Марка стали

Класс стали

Свойства

Применение

304

08Х18Н10

A

Легко поддается сварке, устойчива к межкристаллитной коррозии; высокая прочность при низких температурах; поддается электрополировке

Установки для пищевой, химической, текстильной, нефтяной, бумажной и фармацевтической промышленности

316

03Х17Н14М2

A

 

 

Химическое оборудование, инструменты, установки для переработки пищи, емкостях для отработанных масел

321

12Х18Н10Т

A

Изготовление сварных конструкций и использование при t=(400- 800°С), устойчива к коррозии

Оборудование для химической, нефтеперерабатывающей промышленности

409

08Х13

Ф

Детали общего применения, которые могут быть адаптированы к различным условиям эксплуатации

Бытовые изделия (столовые приборы, кухонная посуда)

410

12Х13

M

Высокая ударная вязкость, хорошая коррозионная стойкость и жаропрочность

Изделия, работающие в слабоагрессивных средах; детали машин для виноделья, спирта, продуктов переработки отхода пищевой отрасли

420

20Х13 – 40Х13

M

Высокая износостойкость, пластичность, устойчивость к высоким температурам и коррозии

Оборудование пищевой отрасли (мойка, гигиеническая обработка сырья, сортировка продукции, тепловая обработка)

430

08Х17

Ф

Высокие прочностные, механические характеристики, теплопроводность, деформируемость, устойчивость к коррозии в серосодержащих средах

В системах теплообмена, в бытовых изделиях для пищевых продуктов для предотвращения перегрева в процессе приготовления

439

08Х17Т

Ф

Материал для массового применения в различных условиях эксплуатации

Холодильники, стиральные машины, для изготовления раковин и др.

Примечание. А – аустенитный класс; Ф – ферритный; М – мартенситный.

Следует также отметить, что в состав нержавеющих сталей в небольшом количестве  вводятся и другие легирующие элементы, такие, например, как молибден, марганец, кобальт, которые целенаправленно изменяют  физико-механические и химические свойства. Например, добавки молибдена повышают тугоплавкость стали, титан повышает прочность, предел упругости и текучести.

По микроструктуре нержавеющие стали делятся на 3  основных   класса:

Аустенитные стали обычно содержат 16-25% хрома, 6-14% никеля, иногда 2-6% молибдена и небольшое количество других элементов. Стали этой группы немагнитные, наиболее широко используемые и представляют 60-70% мирового потребления.

Ферритные стали (иногда называемые хромистые стали) содержат в основном 12-20% хрома,   намагничиваются. Некоторые марки могут содержать небольшое количество титана и молибдена. Коррозионная стойкость и другие свойства хуже, чем у аустенитных сталей, но из-за более низкой цены ферритные стали используются для менее ответственного применения. 
Мартениститные  нержавеющие стали применяются в специальных случаях, когда требуется высокая твердость и прочность (режущий инструмент и т.п.).

 Физико-механические свойства сталей. Плотность (удельный вес) всех нержавеющих сталей  примерно одинаковая и составляет  7,85- 7,95 г/см3. Близкая к этому значению плотность наблюдается  и у обычных (черных конструкционных) сталей. Температура плавления лежит в диапазоне  1450-1800 градусов по Цельсию, и сильно зависит от содержания легирующих элементов (титан, молибден, кобальт).

Цвета побежалости при нагреве наблюдаются приблизительно от 460 градусов, окалина появляется при 950 градусов и выше. Ниже в таблице представлены основные прочностные характеристики нержавеющих сталей при нормальных условиях (комнатной температуре):

 

Марка стали

Предел прочности,σВ, МПа, не менее

Предел текучести,

σ02, МПа не менее,

Относительное удлинение,δ%, не менее

Твердость, НВ,

не более

AISI 409

(08Х13)

380

210

20

175

AISI 304 (08Х18Н10)

         515

          205

           40 

        201

            AISI 430

             (08Х17)

        400 

         240

           20

        220

             AISI 201

        (12Х15Г9НД)

        500

          250    

        30-35

        250

Ст3

320-380

200

33

131

 

В последней строчке таблицы представлены характеристики на  часто используемую конструкционную сталь Ст3.

Из приведенных данных следует, что основные прочностные характеристики нержавеющих сталей приблизительно в 1.3-1.5 раза выше, чем у стали Ст3. На практике это означает, что при проектировании конструкций с учетом критерия  прочности, используя нержавеющие стали можно снизить ее металлоемкость примерно в 1.0 -1.5 раза, по сравнению с конструкцией из черной стали. Учитывая, что конструкции из черной стали всегда требуют окраски и поэтому себестоимость нержавеющих конструкций в ряде случаев может вплотную приблизиться по стоимости конструкций из черной стали.

 Для иллюстрации этого приведем пример расчета стоимости каркаса для ванны моечной выполненной из профильной трубы в двух вариантах ( труба нержавеющая  и черная). На один каркас размерами (975х580х850h)мм уходит 10пог. метров  профильной  трубы. Берем черную профильную трубу (25х25)со стенкой 1.5мм, стоимость погонного метра такой трубы, у предприятия - изготовителя составляет – 60руб. Работа по изготовлению каркаса (нарезка труб, сварка, зачистка швов и т.п.) составляет  800руб. Стоимость окраски каркаса (его поверхность составляет 1кв. м), включая материалы и работу - 200руб. Итого полная  стоимость изготовления составит: 600р.+200р.+800р.=1600руб. Кроме, того каркас потребует дополнительные эксплуатационные  расходы  на восстановление окрашенной поверхности. Практика показывает, что при эксплуатации в течении 8 лет приходится перекрашивать каркас мойки не менее 8-10 раз. Таким образом, общая стоимость каркаса из черной трубы с учетом эксплуатационных расходов по 8-10 дополнительных окрашиваний составит 1600руб+ 8х200руб=3200руб.

Во - втором варианте берем нержавеющую  трубу марки  AISI 430 для  каркаса берем трубу (25х25) со стенкой 1.0мм. Стоимость погонного метра нержав. профильной трубы - 160руб. Работа по сварке и зачистке швов (включая расходные материалы) – 1000руб. Итого нержав. каркас стоит: 1600р.+1000р.=2600руб.

 Таким образом, в данном случае покупка ванны с нержав. каркасом из ферритной стали AISI430 будет экономически выгодной для потребителя,  а также более  предпочтительной по эстетическим и гигиеническим показателям.

Для сравнения,  стоимость   каркаса под мойку из аустенитной стали AISI304 составит 3500руб. и экономической выгоды в этом случае  не имеем.

 В заключении, коротко рассмотрим классификацию категорий качества поверхности выпускаемого нержавеющего проката.

В производстве оборудования обычно используется листовой прокат (стандартный формат:1250х2500мм, 1000х2000мм), трубы круглого, квадратного, и прямоугольного сечений. И здесь большое значение  имеет состояние и качество  поверхности металла. От качества поверхности зависит  эстетический   вид  будущего  изделия.

По типу поверхности листовой прокат различают: матовый, шлифованный и зеркальный. Тип поверхности листа зависит от способа его обработки, которая в свою очередь может быть механической и с применением процесса отжига. Так же важно отметить, что для сохранности поверхности  при  транспортировки изделий используется защитная плёнка.

 

Характеристики  основных  категорий  поверхностей  приведены ниже в таблице.

 

Обозначение категории и качество поверхности проката

Состояние материала и качество поверхности  проката

Характеристика поверхности

Примечания

            1D

Горячекатаный, термически обработанный, очищенный или протравленный

Поверхность матовая, слегка шероховатая. На отдельных участках могут быть следы шлифовки (зачистки).

Данный прокат пригоден к промышленному применению, а также может служить заготовкой для дальнейшей холодной прокатки

            2D

Холоднокатаный, термически обработанный, очищенный от окалины или травленый

Поверхность матовая, более однородная по сравнению с ID

Получают холодной прокаткой горячекатаного проката ID. Пригоден  для дальнейшего применения, в т.ч. и для глубокой вытяжки, поскольку матовая поверхность  позволяет аккумулировать смазку, применяемую при вытяжке

           2B

Холоднокатаный, термически обработанный, очищенный от окалины или травленый, прокатанный при помощи полированных валиков

Полузеркальная поверхность

Получают холодной прокаткой горячекатаного проката ID при помощи полированных валиков

            BA

Холоднокатаный, прокатанный при помощи полированных валиков и термически обработанный в контролируемой атмосфере

Зеркальная поверхность

Получают холодной прокаткой горячекатаного проката ID при помощи полированных валиков

         N3, N4

Холоднокатаный, термически обработанный,  травленый и шлифованный

Шлифованная поверхность

Получают «сухой» шлифовкой абразивными материалами. Обратная сторона проката соответствует категории качества поверхности 2B или BA

           SB

Холоднокатаный, термически обработанный,  травленый и шлифованный

Высокошлифованная поверхность

Получают  шлифовкой с использованием особых тканевых материалов и абразивных паст различной дисперсности . Обратная сторона проката соответствует категории качества поверхности 2B или BA

 

 

Данные приведенные в таблице относятся практически ко всем маркам  стали.

Листовой  прокат  подразделяют   на   холоднокатаный и горячекатаный.

Холоднокатаный прокат изготавливают  толщиной от 0.4 до 5мм. Горячекатаный прокат  - толщиной от 2.0 до 50мм.

Горячекатаный лист  изготавливают в прокатных станах путем воздействия давления на литую, разогретую до определенной температуры металлическую основу. Этот металлопрокат имеет большую толщину и шероховатую поверхность, поэтому используется для производства металлоконструкций, труб и т.п.

Холоднокатаный  лист производят путем  холодной прокаткой горячекатаного проката (D) при помощи полированных валиков. Такой способ производства обеспечивает более плотную кристаллическую решетку и  отличное  качество поверхности, что и позволяет его использовать в качестве материала для производства  сложной высокоточной техники, а также в  таких областях промышленности как строительство, машиностроение, автомобилестроение, строительство теплообменной и химической аппаратуры и других отраслях.

 

 

 

 

(831) 220-50-52
Изготовление сайта - «Сайт НН»
Для - «НПФ ПродХолод»
2009 г.
(831) 220-50-52