Коррозией называют процесс разрушения металла при химическом или электрохимическом воздействии на его поверхность агрессивной внешней среды. В результате коррозии на изделиях из сплавов железа образуется ржавчина – рыхлый слой бурого цвета, который резко снижает эксплуатационные качества стальных изделий.

Способы влияния на коррозионную стойкость сталей

Повышения коррозионной стойкости стали можно добиться снижением углерода до минимально допустимого уровня и ведением легирующих элементов, образующих с железом твёрдые растворы. Группу сталей, устойчивых к коррозии, называют нержавеющими. Для получения нержавеющей стали в ее состав в обязательном порядке вводят хром, помимо него могут присутствовать – никель, титан, молибден, ниобий и другие элементы.

Поскольку поведение стали при эксплуатации и механические характеристики напрямую зависят от химсостава нержавейки, то правильный выбор марки сплава является задачей первостепенной важности.

Расшифровка химического состава стали

Химический состав легированной стали определяет её марку и, согласно ГОСТ, кодируется с помощью определённого сочетания цифр и букв:

•      Первые две цифры, стоящие в начале маркировки, показывают среднее содержание С (углерода) в стали в сотых процента. Отсутствие таких цифр означает, что содержание этого элемента превышает 1%.
  
  
•      Буквы в маркировке характеризуют легирующие элементы, добавленные в сталь, а цифры – количество этих добавок в процентах. Если цифры после буквы, это значит, что содержание данного элемента колеблется в пределах 1,0-1,5%.

Например, химический состав стали 12Х18Н10Т расшифровывается следующим образом. C – не более 0,12%, Cr – в пределах 17-19%, Ni – в интервале 9-11%, Ti – примерно 0,8%.

Помимо российской системы ГОСТ, существует система маркировки по DIN. Массовая доля углерода в данном случае, также как и по ГОСТ, представлена первой цифрой в сотых процента. Далее – следует перечисление легирующих добавок, а за ними, в том же порядке, соответствующих им массовых долей.

В системе AISI, применяемой в Европе и США, каждая марка стали обозначается с помощью трёх цифр, за которыми может следовать одна или несколько букв. Первая цифра характеризует класс стали. 2 и 3 – это стали с аустенитной структурой, 4 – мартенситной или ферритной. Следующие цифры отражают порядковый номер стали в группе.

Определить марку стали по химическому составу онлайн можно по приведенной ниже таблице.

Таблица соответствий основных марок нержавеющих сталей и химический состав

зависимости от структуры, получаемой после нагрева при высоких температурах и охлаждения на воздухе, коррозионностойкие стали разделяют на несколько основных классов.

Стали мартенситного класса

Стали этой группы содержат хром в количестве 12-17%, более 0,15% С, никель – до 3%, а также Mo, V, W.

К сталям мартенситного класса относятся:

•      Хромистые стали с количеством хрома, примерно равным 13%, – 20Х13, 30Х13 и 40Х13. Углерод в химическом составе, как этих, так и всех остальных нержавеющих сталей, является нежелательным элементом, поскольку он связывает хром в карбиды и снижает устойчивость металла к коррозии. Хромистые стали используют, в основном, для изделий со шлифованной или полированной поверхностью. Области применения – изготовление измерительного и медицинского инструмента и других изделий, от которых требуются прочность и твёрдость.
  
  
•      Хромоникелевая сталь 20Х17Н2. Этот сплав обладает улучшенными механическими характеристиками и коррозионной стойкостью, хорошо штампуется в горячем и холодном состоянии, сваривается всеми типами сварки, обрабатывается резанием.

Стали ферритного класса

К сталям этой группы относятся:

•      17% хромистые стали 12Х17 и 08Х17Т, применяемые в отожжённом состоянии. Эти сплавы обладают удовлетворительной пластичностью, как в горячем, так и в холодном состояниях, но им характерна низкая пластичность в зонах сварных швов. Поэтому такие стали применяют для деталей, изготавливаемых без сварки.
  
  
•      Высокохромистые стали 15Х25Т и 15Х28Т. Этим сплавам характерна высокая стойкость в сильно агрессивных средах и склонность к охрупчиванию при температурах 400-500˚C.

Аустенитные стали

По объёму производства среди нержавеющих сталей ведущее место занимают стали аустенитного класса 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т.

Этим сплавам характерна высокая коррозионная стойкость во многих агрессивных средах и хорошая технологичность. Наилучшие значения данных характеристик такие стали приобретают благодаря нагреву до 1000˚С и быстрому охлаждению в воде или на воздухе. При таких режимах термообработки образуется однородная аустенитная структура. В стали вводят титан или ниобий, которые являются сильными карбидообразующими элементами и служат для связывания вредного в данном случае углерода.

Хромоникелевые стали аустенитного класса, содержащие молибден, например, 08Х17Н13М2Т, отличаются высокой коррозионной стойкостью в морской воде и органических кислотах – муравьиной, уксусной, молочной, щавелевой. Сталь 03Х21Н21М4ГБ применяется для деталей, предназначенных для работы в контакте с фосфорной кислотой.

Для изготовления бытовых приборов, торгового оборудования и оборудования для пищевой индустрии, а также в производстве пассажирских вагонов применяют сталь с пониженным содержанием хрома и полной или частичной заменой никеля марганцем или марганцем с азотом. К таким сталям относятся 10Х14АГ15, 15Х17АГ14, 10Х14Г14Н4Т.

Дуплексные нержавеющие стали

Стали этой группы обладают смешанной структурой и разделяются на следующие категории:

•      Мартенситно-ферритные стали. К ним относятся хромистые стали, содержащие 13-18% Cr, и малое количество углерода – менее 0,15%. Возможные добавки – Ti, Ni, Al, Si. Сталь 12Х13 обладает высокой пластичностью и используется в производстве деталей, которые подвергаются ударным нагрузкам.
  
  
•      Аустенитно-ферритные стали. Характеризуются высоким содержанием хрома, которое составляет 18-22%, и экономным содержанием никеля. Дополнительные добавки – молибден, медь, титан, возможно присутствие ниобия. Химический состав сталей данной группы подбирается таким образом, что после оптимальной термообработки соотношение аустенита и феррита составляет 1:1. По сравнению с аустенитными сталями, сплавы с аустенитно-ферритной структурой имеют более высокую (почти в два раза) прочность, наряду с удовлетворительной пластичностью, и большую стойкость к развитию межкристаллитной коррозии. К недостаткам этих сплавов относится склонность к охрупчиванию в пределах 400–750˚C. Эксплуатировать их в данном температурном интервале не рекомендуется.

•      Высокопрочные стали аустенитно-мартенситного класса, содержащие хром и никель. Применяются в случаях, когда требуется сочетание прочности, пластичности и хорошей свариваемости. Дополнительные легирующие элементы – алюминий, титан, молибден, медь, кремний, – способствуют выделению интерметаллидных или карбидных упрочняющих включений. Высокие характеристики прочности такие стали приобретают благодаря комплексной термообработке, состоящей из нескольких операций нагрева и охлаждения при различных температурных режимах.

Наряду с термообработкой в некоторых случаях для упрочнения металла используют термомеханическую обработку.