Нержавеющая сталь — сталь с содержанием хрома не менее 10,5 %, образующая на поверхности самовосстанавливающуюся пассивную плёнку оксида хрома.
Суть
Обычная сталь ржавеет потому, что оксид железа рыхлый: он не изолирует металл от воды и кислорода, и коррозия идёт вглубь. Хром меняет картину. При его концентрации в твёрдом растворе примерно от 10,5 % на поверхности за секунды образуется сплошная плёнка оксида хрома Cr₂O₃ толщиной в единицы нанометров. Она плотная, химически инертная и — главное — самовосстанавливающаяся: при царапине открытый металл снова окисляется и закрывает дефект. Это состояние называют пассивностью.
Пассивная плёнка держится, пока есть кислород и пока среда не разрушает её локально. Хлориды (морская вода, рассолы) пробивают её точечно и вызывают питтинг; сероводород и кислоты снижают стойкость; при нагреве в интервале 450–850 °C хром связывается в карбиды по границам зёрен, и там его становится меньше критических 10,5 % — так возникает межкристаллитная коррозия (МКК). Поэтому «нержавеющая» не значит «стойкая ко всему»: марку подбирают под среду.
Классы и марки
Хром задаёт стойкость, а структура стали зависит от остальных элементов. Никель расширяет область аустенита и делает его устойчивым при комнатной температуре; молибден повышает стойкость к хлоридам; титан и ниобий связывают углерод, защищая от МКК. По структуре ГОСТ 5632 делит коррозионностойкие стали на классы.
| Класс | Типичный состав | Свойства | Марки |
|---|---|---|---|
| Аустенитный | Cr 17–19 %, Ni 9–11 %, C ≤ 0,12 % | Немагнитная, пластичная, хорошо сваривается, не упрочняется закалкой | 08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т |
| Ферритный | Cr 16–27 %, C ≤ 0,15 %, без Ni | Магнитная, дешевле, хуже сваривается, склонна к росту зерна | 12Х17, 08Х17Т, 15Х25Т |
| Мартенситный | Cr 12–14 %, C 0,16–0,45 % | Закаливается, твёрдая, стойкость умеренная | 20Х13, 30Х13, 40Х13 |
| Аустенитно-ферритный (дуплекс) | Cr 21–23 %, Ni 5–6 %, часто Mo и N | Прочнее аустенитных, стойка к КРН и питтингу | 03Х22Н6М2, 08Х22Н6Т |
Марка читается по общему правилу маркировки: 12Х18Н10Т — 0,12 % углерода, ~18 % хрома, ~10 % никеля, титан без цифры — менее 1 % (по ГОСТ 5632 — до 0,8 %). Буква Т в конце и означает стабилизацию: титана вводят не меньше пятикратного содержания углерода, чтобы карбиды титана образовались раньше карбидов хрома и хром остался в твёрдом растворе.
Ti ≥ 5·C (для 12Х18Н10Т: 5×C…0,8 % по ГОСТ 5632)
Чем отличается от углеродистой стали
- Механика. У аустенитных марок низкий предел текучести (σ0,2 около 200 МПа) при высоком временном сопротивлении и удлинении δ5 ≥ 35–40 %; упрочняются они только наклёпом, а не закалкой.
- Тепло. Коэффициент линейного расширения 12Х18Н10Т — примерно 16·10⁻⁶ 1/°C против ~12·10⁻⁶ у стали 20, теплопроводность втрое ниже: сварные узлы «ведёт» сильнее.
- Магнетизм. Аустенитные стали немагнитны (слабо намагничиваются после холодной деформации), ферритные и мартенситные — магнитны; магнит — быстрый, но не строгий тест.
- Обработка. Аустенит вязкий и наклёпывается при резании; при сварке важен подбор присадки и защита корня шва от окисления, иначе стойкость шва ниже основного металла.
Ключевые числа
| Минимум хрома для пассивности | ≈ 10,5 % (ГОСТ 5632-2014, EN 10088) |
|---|---|
| 12Х18Н10Т, состав (ГОСТ 5632) | C ≤ 0,12 %; Cr 17–19 %; Ni 9–11 %; Ti 5×C…0,8 % |
| 08Х18Н10, состав (ГОСТ 5632) | C ≤ 0,08 %; Cr 17–19 %; Ni 9–11 % |
| 10Х17Н13М2Т, состав (ГОСТ 5632) | Cr 16–18 %; Ni 12–14 %; Mo 2–3 %; Ti 5×C…0,7 % |
| 12Х17, состав (ГОСТ 5632) | C ≤ 0,12 %; Cr 16–18 %; ферритный класс |
| 20Х13, состав (ГОСТ 5632) | C 0,16–0,25 %; Cr 12–14 %; мартенситный класс |
| 12Х18Н10Т, трубы (ГОСТ 9941-81) | σв ≥ 549 МПа; δ5 ≥ 35 % |
| Плотность 12Х18Н10Т | 7,9 г/см³ (углеродистая сталь — 7,85 г/см³) |
| Опасный интервал по МКК | 450–850 °C (выделение карбидов хрома по границам зёрен) |
Где встречается в трубах
Трубы из коррозионностойких сталей делают бесшовными по ГОСТ 9940 (горячедеформированные) и ГОСТ 9941 (холодно- и теплодеформированные), электросварными — по ГОСТ 11068. Основной трубный сортамент — аустенитные 08Х18Н10, 12Х18Н10Т и молибденовая 10Х17Н13М2Т для хлоридных сред; ферритные и мартенситные марки идут на менее агрессивные условия и арматуру.
- Каталог: коррозионностойкие трубы; сортамент и допуски — в библиотеке стандартов.
- Как выбирают марку и по каким ГОСТ поставляют — статья нержавеющие трубы.
- Когда вместо нержавейки достаточно покрытия — защита труб от коррозии.
- Роль каждого элемента: хром, никель, молибден; структуры: феррит, перлит, аустенит, мартенсит.
- Механизмы разрушения — виды коррозии: питтинг, МКК, КРН; сварка аустенитных марок — свариваемость.
Связанные термины
- Хром, никель, молибденТри главных легирующих элемента: хром даёт коррозионную стойкость, никель — вязкость и аустенит, молибден — жаропрочность и стойкость к хлоридам.
- Феррит, перлит, аустенит, мартенситСтруктурные составляющие стали: мягкий феррит, прочный слоистый перлит, высокотемпературный аустенит и твёрдый закалочный мартенсит.
- Коррозия металлаСамопроизвольное разрушение металла при взаимодействии со средой; для стали — главным образом электрохимическое окисление во влаге.
- Легированные сталиСтали с суммой легирующих выше 2,5 %: жаропрочные, коррозионностойкие, износостойкие — для особых условий работы.