Нержавеющие марки стали: химические свойства, классификация, аналоги

Получая заказы на изготовление резервуаров и емкостей из нержавеющей стали, нам часто задают вопросы, чем одна марка отличается от другой в плане эксплуатационных характеристик и долговечности работы. Чтобы расставить все точки над "i", в этой статье мы разберемся в марках нержавеющей стали и их зарубежных аналогах, проанализируем их физико-химические свойства.

Понятие нержавеющей стали

Приведем определение: нержавеющая сталь - сложнолегированная сталь, стойкая против ржавления в атмосферных условиях и коррозии в агрессивных средах.1

Своей стойкостью к коррозии она отличается от обычных углеродистых сталей и поэтому широко применяется в пищевой промышленности, в нефтегазовой и химической отрасли для эксплуатации с высокоагрессивными средами и пищевыми продуктами, так как в процессе хранения при контакте жидкости и поверхности емкости не образуются окислы и другие вещества, которые могут влиять на свойства хранимого продукта.

Что же такое нержавеющая сталь с точки зрения химии? - Это сплав с минимальной массовой долей хрома 10,5% и максимальной массовой долей углерода 1,2%.2

Простыми словами, нержавеющую сталь получают путем добавления к железу легирующих веществ в разных пропорциях для получения необходимых характеристик.

Так, основным легирующим элементом является хром Cr. Также сплавы дополнительно содержат углерод C, никель Ni, кремний Si, марганец Mn, титан Ti, ниобий Nb, кобальт Co, молибден Mo, ванадий V, сера S, фосфор Р, вольфрам W, алюминий Al, медь Cu, кобальт Co.

Свойства нержавеющей стали

За счет чего достигаются коррозионностойкие свойства? - Благодаря добавлению дополнительных химических элементов на этапе производства металла на поверхности образуется оксидная пленка, которая не растворяется, а, наоборот, защищает сам сплав от влияния коррозии.

К основным свойствам нержавейки также относятся:

  • высокая прочность
  • высокое качество сварных соединений
  • пластичность
  • большой срок службы с сохранением своих свойств

В качестве базового металла могут использоваться никель (сплавы на никелевой основе) и железоникель (сплавы на железоникелевой основе).

Введение различных легирующих элементов добавляет те или иные свойства к исходному металлу:

  • хром повышает коррозионную стойкость, твердость и прочность сплава; уменьшение коэффициента линейного расширения упрощает процесс сварки
  • никель дополнительно повышает вязкость, пластичность, прокаливаемость и снижает коэффициент теплового расширения, что позволяет использовать изделие из такого сплава с серной, соляной и фосфорной кислотами
  • марганец в процентном соотношении более 1% способствует увеличению стойкости, прокаливаемости, твердости и износоустойчивости (частично может быть заменен на никель)
  • титан увеличивает прочность стали и ее плотность, что обеспечивает высокие коррозионностойкие свойства
  • молибден повышает упругость, антикоррозионные свойства, увеличивает предел прочности на растяжение и сопротивление высоким температурам
  • ниобий обеспечивает низкую коррозию в сварных изделиях
  • ванадий увеличивает прочность, плотность и твердость сплава
  • вольфрам увеличивает твердость и уменьшает хрупкость при термообработке (отпуске) за счет образования с другими элементами твердых соединений карбидов
  • кремний в процентном соотношении более 1% увеличивает жаростойкость, упругость, окалиностойкость и кислотность, а также повышает электросопротивление и прочность с теми же параметрами вязкости
  • кобальт способствует повышению ударного сопротивления, улучшению жаропрочных свойств
  • медь придает сплаву высокую стойкость к атмосферной коррозии
  • алюминий способствует уменьшению старения металла, а также увеличивает ударную вязкость и текучесть

Классификация марок нержавеющей стали

В зависимости от состава сплава выделяют следующие группы сталей:

  • ферритные стали (их еще называют хромистые) содержат более 20% хрома и углерода до 0,15%, за счет чего обладают пластичностью, высокой стойкостью к высокоагрессивным средам и имеют хорошие магнитные характеристики
  • аустенитные (аустенитно-ферритные и аустенитно-мартенситные) стали состоят до 33% из хрома и никеля
  • мартенситные и ферритно-мартенситные содержат до 17% хрома и до 0,5% углерода, имеют максимальную прочность к воздействию различных агрессивных сред

В зависимости от содержания легирующего вещества те или иные сплавы применяются в различных целях и для работы с различными средами. Ниже приведем список марок стали, которые наиболее часто применяются в нефтегазовой и химической промышленности.

Маркировка стали Тип стали Сфера применения Химический состав
12Х18Н10Т хромоникелевые стали аустенитного класса для изготовления свариваемой аппаратуры в разных отраслях промышленности Cr 17-19
C до 0,12
Si до 0,8
Mn до 2
Ni 9-11
S до 0,02
Р до 0,0,5
Ti 5C-0,8
08Х18Н10Т хромоникелевые стали аустенитного класса для изготовления сварных изделий, работающих в средах более высокой агрессивности, чем сталь марок 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т Cr 17-19
C до 0,08
Si до 1
Mn до 2
Ni 9-12
S до 0,02
Р до 0,0,4
08Х18Г8Н2Т хромомарганценикелевые стали аустенито-ферритного класса для изготовления свариваемой аппаратуры, работающей в агрессивных средах, в химической, пищевой и других отраслях промышленности Cr 17-19
C до 0,08
Si до 0,8
Mn 7-9
Ni 1,8-2,8
S до 0,025
Р до 0,0,35
Ti 0,2-0,5
08Х22Н6Т хромоникельмолибденовые стали аустенитно-ферритного класса для изготовления свариваемой аппаратуры в химической, пищевой и других отраслях промышленности, работающей при температуре не более 300ºС Cr 21-23
C до 0,08
Si до 0,8
Mn до 0,8
Ni 5,3-6,3
S до 0,025
Р до 0,0,35
Ti 5C-0,65
08Х18Н10 хромоникелевые стали аустенитного класса для изделий, подвергаемых термической обработке (закалке) Cr 17-19
C до 0,08
Si до 0,8
Mn до 2
Ni 9-11
S до 0,02
Р до 0,0,04
Ti 5C-0,7
08Х17Н13М2, 08Х17Н13М2Т хромоникелевые молибденовые стали аустенитного класса для технологического оборудования химической промышленности Cr 16-18
C до 0,08
Si до 0,8
Mn до 2
Ni 12-14
S до 0,02
Р до 0,035
Ti 5C-0,70
Mo 2-3

Справочно
Расшифровка нержавеющих марок стали: наименование стали состоит из буквенных и цифровых обозначений, в которых принято: А (в начале марки) — сера, А (в середине марки) — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен, К — кобальт, М — молибден, Н — никель, П — фосфор, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц — цирконий, Ю — алюминий, Ч — РЗМ (редкоземельные металлы: лантан , празеодим, церий и пр.).
Цифра после буквы обозначает среднюю массовую долю легирующего химического элемента. Цифра перед буквы указывает на массовую долю углерода в сотых долях. Если легирующего элемента содержится менее 1%, то процентное соотношение не указывается.
Например: 12Х18Н10T - это нержавеющая сталь с содержанием углерода 0,12%, 18% хрома, 10% - никеля и менее 1% титана.

Аналоги нержавеющих марок стали

В современной металлургической промышленности существует несколько систем маркировок сталей, что связано с отсутствием единой системы.

Так, в России принята маркировка нержавеющих сталей по ГОСТ 5632-20142. За рубежом систем стандартизации несколько в разных странах. Например, в Европе стали маркируются в соответствии с Европейским комитетом по стандартизации EN, в США - со стандартом AISI, в Германии - Европейским институтом по стандартизации DIN. При заказе изделий из нержавеющей стали Заказчик может указывать как российскую маркировку, так и европейскую или американскую. Ниже приведем таблицу соответствий основных нержавеющих сталей:

Маркировка нержавеющей стали по ГОСТ Маркировка нержавеющей стали по AISI Маркировка нержавеющей стали по EN Маркировка нержавеющей стали по DIN
12Х18Н10Т AISI 321 1.4878 X12CrNiTi18-9
08Х18Н10 AISI 304 1.4301 X5CrNi18-10
08Х17Н13М2 AISI 316 1.4436 X5CrNiMo17-13-3
08Х17Н13М2Т AISI 316Ti 1.4571 Х6CrNiMoTi17-12-2
03Х17Н13М2 AISI 316L 1.4404 X2CrNiMo17-12-2

Использованные материалы

  • 1 Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.
  • 2 ГОСТ 5632-2014 "Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки (с Изменением №1)"
  • ГОСТ 4543-2016 "Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия"

Для справки: Нержавеющая сталь была запатентована впервые в 1913 году английским металлургом Гарри Брирли. Первоначально его целью было изобрести сплав для использования в стволах оружия, который (сплав) мог дольше не подвергаться эррозии из-за высокой температуры. Уже тогда было известно, что хром имеет высокую температуру плавления, поэтому в процессе исследований к основному металлу было добавлено 0,2% от общей массы углерода и 6-15% хрома. В результате получилась хромистая сталь, которая имела высокую устойчивость к химическому воздействию.