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.
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.
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):
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):
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.
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.
Характеристики основных категорий поверхностей стали
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.
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.
