Нержавеющая сталь

редактировать
Стальной сплав, устойчивый к коррозии Нержавеющая сталь используется для промышленного оборудования, когда важно, чтобы оборудование было долговечным и могло сохраняться чистая.

Нержавеющая сталь - это группа сплавов на основе железа , которые содержат минимум 11% хрома, состав, предотвращающий ржавление железа, а также обладающие жаростойкими свойствами. Различные типы нержавеющей стали включают элементы углерод (от 0,03% до более 1,00%), азот, алюминий, кремний, сера, титан, никель, медь, селен, ниобий и молибден. Определенные типы нержавеющей стали часто обозначаются трехзначным числом, например, нержавеющая сталь 304.

Стойкость нержавеющей стали к образованию оксида железа является результатом присутствия хрома в сплаве, который образует пассивную пленку , которая защищает нижележащий материал от коррозии, и может лечить себя в присутствии кислорода. Коррозионная стойкость может быть увеличена за счет:

  • увеличения содержания хрома до уровней выше 11%;
  • добавление 8% или большего количества никеля; и
  • добавление молибдена (которое также улучшает стойкость к «точечной коррозии »).

Добавление азота увеличивает стойкость к точечной коррозии и увеличивает механическую прочность. Таким образом, существует множество сортов нержавеющей стали с различными критериями хрома и молибдена, чтобы соответствовать среде, которая должна выдерживать сплав.

Устойчивость к коррозии и пятнам, низкие эксплуатационные расходы и знакомый блеск делают нержавеющую сталь идеальным материалом для многих. применения, в которой требуется прочность стали, так и стойкость к коррозии. Кроме того, нержавеющая сталь может быть прокатана в листы, пластины, стержни, проволоку и трубы. Их можно использовать в посуде, столовых приборов, хирургических инструментов, основных приборов, строительных материалов в больших зданиях, промышленном оборудовании (например, на бумажных фабриках, химических заводов, водоочистных сооружений ), а также в резервуарах и цистернах для хранения химикатов и пищевых продуктов. Коррозионная стойкость материала, легкость его очистки паром и стерилизация, а также отсутствие необходимости в поверхностных покрытиях побудили использовать нержавеющую сталь на кухнех и предприятиях пищевой промышленности.

Содержание
  • 1
  • 2 семейства нержавеющих сталей
    • 2.1 Аустенитная нержавеющая сталь
    • 2.2 Ферритные нержавеющие стали
    • 2.3 Мартенситные нержавеющие стали
      • 2.3.1 История обработки мартенситных нержавеющих сталей
      • 2.3.2 Мартенситные, легированные азотом нержавеющая сталь
    • 2.4 Дуплексная нержавеющая сталь
    • 2.5 Нержавеющая сталь с дисперсионным твердением
    • 2.6 Марки
  • 3 Коррозионная стойкость
    • 3.1 Равномерная коррозия
      • 3.1.1 Кислоты
      • 3.1.2 Основания
      • 3.1.3 Органические вещества
    • 3.2 Локальная коррозия
      • 3.2.1 Стойкость к питтинговой коррозии
      • 3.2.2 Щелевая коррозия
    • 3.3 Коррозионное растрескивание под напряжением
    • 3.4 Гальваническая коррозия
    • 3.5 Высокотемпературная коррозия (масштабирование)
  • 4 Свойства
    • 4.1 Физические свойства
    • 4.2 Электричество и магнетизм
      • 4.2.1 Магнетические свойства
    • 4.3 Истирание
  • 5 Стандартные покрытия
  • 6 Соединение нержавеющих сталей
    • 6.1 Св арка нержавеющих сталей
      • 6.1.1 Процессы электродуговой сварки
      • 6.1.2 Другие сварочные процессы
    • 6.2 Склеивание
  • 7 Производственный процесс и цифры
    • 7.1 Производственный процесс
    • 7.2 Показатели производства
  • 8 Области применения
    • 8.1 Архитектура
    • 8.2 Использование в искусстве и памятниках
      • 8.2.1 Америка
      • 8.2.2 Азия
      • 8.2.3 Европа
    • 8.3 Вода
    • 8.4 Конверсия целлюлозы, бумаги и биомассы
    • 8.5 Химическая и нефтехимическая переработка
    • 8.6 Продукты питания и напитки
    • 8.7 Транспортные средства
    • 8.8 Медицина
    • 8.9 Энергия
    • 8.10 Кулинария
    • 8.11 Ювелирные изделия
    • 8.12 Огнестрельное оружие
    • 8.13 3D-печать
  • 9 Стоимость жизненного цикла
  • 10 Устойчивость - переработка и повторное использование
  • 11 Наноразмеры нержавеющая сталь
  • 12 Воздействие на здоровье
    • 12.1 Сварка
    • 12.2 Приготовление пищи
  • 13 См. также
  • 14 Ссылки
  • 15 Дополнительная литература
История
Объявление, как оно появилось в 1915 г. New York Times, о развитии пятен меньше стали в Шеффилде, Англия.

рядом изобретение нержавеющей стали последовало за научными разработками, начиная с 1798 года, когда Французской академии впервые показал хром Луи Воклен. В начале 1800-х Джеймс Стоддарт, Майкл Фарадей и Роберт Маллет наблюдали стойкость хромово-железных сплавов («хромистых сталей») к окислителям. Роберт Бунзен Устил устойчивость хрома к сильным кислотам. Коррозионная стойкость железо-хромовых сплавов, возможно, была впервые признана в 1821 году Пьером Бертье, который отметил их стойкость к воздействию некоторых кислот и использует их в столовых приборах.

В 1840-х годах, и производители стали Sheffield, и Krupp производили хромистую сталь, причем последний использовал ее для пушек в 1850-х годах. В 1861 году Роберт Форестер Мушет получил патент на хромистую сталь.

Эти события приводят к первому производству хромосодержащей стали Дж. Бауром из Бруклинского завода хромистой стали для строительства мостов. Патент США на этот продукт был выпущен в 1869 году. За этим последовало признание коррозионной стойкости хромовых сплавов англичанами Джоном Т. Вудсом и Джоном Кларком, которые измеряли диапазон содержания хрома от 5 до 30%, с добавлением вольфрама и «среды». углеродного ». Они преследовали коммерческую ценность инновации с помощью британского патента на «атмосферостойкие сплавы».

В конце 1890-х немецкий химик Ганс Гольдшмидт разработал алюминотермический (термит ) процесс производства безуглеродистого хрома. Между 1904 и 1911 годами несколько исследователей, особенно из Франции, подготовили сплавы, которые сегодня считаются нержавеющими.

В 1908 году Фридрих Крупп Германиаверфт построил 366-тонную парусную яхту Germania с корпусом из хромоникелевой стали в Германии. В 1911 году сообщается о взаимосвязи между содержанием хрома и коррозионной стойкости. 17 октября 1912 года инженеры Krupp Бенно Штраус и Эдуард Маурер запатентовали аустенитную нержавеющую сталь как Nirosta.

Памятник Гарри Брирли в бывшей Исследовательской лаборатории Браун-Ферт в Шеффилде, Англия

Подобные разработки происходили в США, где Кристиан Данцизен и Фредерик Беккет производили промышленную ферритную нержавеющую сталь. В 1912 году Элвуд Хейнс подал заявку на патент США на сплав мартенситной нержавеющей стали, который был выдан только в 1919 году.

В поисках коррозионно-стойкого сплава для стволов в 1912 году Гарри Брирли из исследовательской лаборатории Браун-Ферт в Шеффилде, Англия, обнаружил и широко ввел в промышленное производство мартенситный сплав нержавеющей стали. Об открытии было объявлено два года спустя в статье в газете The New York Times за 1915 года.

Металл позже продавался под маркой «Staybrite» компанией Firth Vickers в Англии и использовался для новой навеса у входа в отель Savoy в Лондоне в 1929 году. Брирли подал заявку на патент США в 1915 году и обнаружил, что Хейнс уже зарегистрировал его. Брирли и Хейнс объединили свои средства и агентов, созданных American Stainless Steel Corporation, со штаб-квартирой в Питтсбурге, Пенсильвания.

Вначале нержавеющая сталь продавалась в США под разными торговыми марками, такими как «Аллегейни металл» и «Нироста сталь». Даже в металлургической отрасли имя оставалось неопределенным; в 1921 году один отраслевой журнал назвал ее «нестойкой сталью». В 1929 году, до Великой депрессии, в США ежегодно производилось и продавалось более 25000 тонн нержавеющей стали.

Основные технологические достижения 1950-х и 1960-х годов позволяли выполнять большие объемы продукции по доступной цене:

Семейства нержавеющих сталей

Существует пять основных семейств, которые в первую очередь классифицируются по их кристаллической структуры : аустенитные, ферритные, мартенситные, дуплексные и дисперсионные.

Аустенитная нержавеющая сталь

Аустенитная нержавеющая сталь является самым большим семейством нержавеющих сталей, на долю которых приходится около двух третей всего производства нержавеющей стали (см. Производственные показатели ниже). Они обладают аустенитной микроструктурой, которая представляет собой гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру. Эта микроструктура обеспечивает легкое обеспечение легким использованием никеля и / или марганца и азота для поддержания аустенитной микроструктуры при всех температурах, в диапазоне от криогенной области до точки плавления. Таким образом, аустенитные нержавеющие стали не подвергаются закалке с помощью термообработки, поскольку они обладают одинаковой микроструктурой при всех температурах.

Аустенитные нержавеющие стали можно подразделить на две подгруппы, серию 200 и серию 300:

  • 200 Серия - это хромомарганцево-никелевые сплавы, максимально используется марганец и азот, чтобы минимизировать использование никеля. Благодаря добавлению азота они обладают примерно на 50% более высоким пределом текучести, чем листы из нержавеющей серии 300.
    • Тип 201 закаливается путем холодной обработки.
    • Тип 202 - нержавеющая сталь общего назначения. Уменьшение содержания никеля и увеличение марганца приводит к слабой коррозионной стойкости.
  • Серия 300 представляет собой хромоникелевые сплавы, аустенитная микроструктура которых достигается почти исключительно за счет легирования никелем; Некоторые очень высоколегированные марки содержат азот для низкого потребления в никеле. 300-я серия - самая большая группа и наиболее широко используемая.
    • Тип 304 : Самая известная марка - это тип 304, также известный как 18/8 и 18/10 из-за его состава из 18% хрома и 8% / 10% никеля соответственно..
    • Тип 316: Вторая по распространенности аустенитная нержавеющая сталь - это Тип 316. Добавление 2% молибдена обеспечивает большую стойкость к кислотам и местам коррозии, вызываемой ионами хлора. Низкоуглеродистые версии, такие как 316L или 304L, имеют содержание углерода ниже 0,03% и используются для предотвращения проблем коррозии, вызванных сваркой.

Ферритные нержавеющие стали

Ферритные нержавеющие стали обладают ферритной микроструктурой, как углеродистая сталь, которая представляет собой объемноцентрированную кубическую кристаллическую структуру и содержит от 10,5% до 27% хрома с очень небольшим количеством никеля или без него. Эта микроструктура присутствует при всех температурах из-за добавления хрома, поэтому они не упрочняются при термообработке. Они не могут быть усилены холодной обработкой в ​​такой же степени, как аустенитные нержавеющие стали. Они магнитные.

Добавление ниобия (Nb), титана (Ti) и циркония (Zr) к типу 430 обеспечивает хорошую свариваемость (см. Раздел о сварке ниже).

Из-за почти полного отсутствия никеля они дешевле, чем аустенитные стали, и присутствуют во многих продуктах, в том числе:

  • Выхлопные трубы автомобилей (Тип 409 и 409 Cb используются в Северной Америке; стабилизированные марки Типа 409 и 409 Cb используются в Северной Америке; 439 и 441 используются решения в Европе)
  • Архитектурные и конструкционные (Тип 430, который содержит 17% Cr)
  • Строительные компоненты, такие как шиферные крюки, кровля и дымоходы
  • Силовые пластины в твердооксидных топливных х, работающих элемента при температуре около 700 ° C (1292 ° F) (высокохромистые ферриты, содержащие 22% Cr)

Мартенситные нержавеющие стали

Мартенситные нержавеющие стали в широким диапазоном свойств и используются в качестве нержавеющих конструкционных сталей, нержавеющих инструментальных сталей и жаропрочных сталей. Они магнитные и не такы к коррозии, как устойчивые и аустенитные нержавеющие стали, из-за низкого содержания хрома. Они делятся на четыре категории (с некоторым перекрытием):

  1. марки Fe-Cr-C. Это были первые марки, которые до сих пор широко используются в инженерных и износостойких областях.
  2. Марки Fe-Cr-Ni-C. Часть углерода заменяется никелем. Они обладают более высокой прочностью и высокой коррозионной стойкостью. Марка EN 1.4303 (литейная марка CA6NM) с 13% Cr и 4% Ni используется для распространения в турбинах Пелтон, Каплан и Фрэнсис на гидроэлектростанциях. электростанции, потому что он обладает хорошими литейными свойствами, хорошей свариваем и хорошей устойчивостью к кавитации эрозии.
  3. Марки дисперсионного твердения. Марка EN 1.4542 (также известная как 17 / 4PH), наиболее известная, сочетает в себе мартенситное упрочнение и дисперсионное твердение. Используется высокая прочность и хорошая ударная вязкость, в частности, в аэрокосмической отрасли.
  4. Сплавы, устойчивые к ползучести. Небольшие добавки ниобия, ванадия, бора и кобальта повышают прочность и сопротивление ползучести примерно до 650 ° C (1202 ° F).

Термическая обработка мартенситных нержавеющих сталей

Мартенситные нержавеющие стали могут подвергаться термообработке для обеспечения лучших механических свойств.

Термическая обработка обычно включает три этапа:

  1. Аустенизация, при которой сталь нагревается до температуры в диапазоне 980–1 050 ° C (1800–1920 ° F), в зависимости от марки. Полученный аустенит имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру.
  2. Закалка. Аустенит превращается в мартенсит, твердую объемно-центрированную тетрагональную кристаллическую структуру. Закаленный мартенсит очень твердый и слишком хрупкий для применений. Может остаться немного остаточного аустенита.
  3. Отпуск. Мартенсит нагревают примерно до 500 ° C (932 ° F), выдерживают при температуре, а затем охлаждают на воздухе. Более высокие температуры отпуска уменьшают предел текучести и предел текучести, но повышают относительное удлинение и ударопрочность.

Мартенситные нержавеющие стали, легированные азотом

Замена некоторого количества углерода в мартенситном нержавеющей стали с помощью азота - недавняя разработка. Ограниченная растворимость азота увеличивается с помощью процесса электрошлакового рафинирования под давлением (PESR), в котором плавление осуществляется при высоком давлении азота. Была получена сталь с использованием коррозии до 0,4%, что привело к повышению твердости и прочности, а также к высокой высокой стойкости. ПЕСР дорог, более низкое, но временное содержание азота было достигнуто с использованием стандартного процесса кислородного обезуглероживания аргона (AOD).

Дуплексная нержавеющая сталь

Дуплексные нержавеющие стали смешанная микроструктура аустенита и феррита, идеальное соотношение - смесь 50:50, хотя коммерческие сплавы могут иметь соотношение 40:60. Они характеризуются более высоким содержанием хрома (19–32%) и молибдена (до 5%) и более высоким содержанием хрома, чем аустенитные нержавеющие стали. Дуплексные нержавеющие стали имеют примерно вдвое больший предел текучести , чем аустенитная нержавеющая сталь. Смешанная микроструктура обеспечивает повышенную стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением хлорида по сравнению с аустенитной нержавеющей сталью типа 304 и 316.

Дуплексные марки обычно делятся на три подгруппы в зависимости от их коррозионной стойкости: обедненный дуплекс, стандартный дуплекс и. супер дуплекс.

Свойства дуплексных нержавеющих сталей достигаются при общем более низком содержании легирующих элементов, чем у других супер-аустенитных сталей, что делает их использование экономически эффективных для многих областей применения. Целлюлозно-бумажная промышленность одной из первых начала широко использовать дуплексную нержавеющую сталь. Сегодня нефтегазовая промышленность является самым высоким стандартом устойчивых марок коррозии, что привело к разработке супердуплексных и гипердуплексных марок. Совсем недавно разработан менее устойчивый к коррозии дуплекс, в основном для структурного применения в строительстве (арматурные стержни, плиты для мостов, прибрежные работы) и в водной промышленности.

Нержавеющие стали с дисперсионным твердением

Нержавеющие стали с дисперсионным твердением имеют коррозионную способность, сравнимую с аустенитными разновидностями, но могут подвергаться стойионному твердению до даже более высокой прочности, чем другие мартенситные сорта. Существует три типа нержавеющих сталей с дисперсионным твердением:

  • Мартенситная 17-4 PH (AISI 630 EN 1.4542), содержащая около 17% Cr, 4% Ni, 4% Cu и 0,3% Nb.

Обработка раствора при температуре около 1040 ° C (1900 ° F) с последующей закалкой приводит к относительно пластичной мартенситной структуре. Последующая обработка старением при 475 ° C (887 ° F) выделяет фазы, богатые Nb и Cu, которые повышают прочность до предела текучести более 1000 МПа. Этот выдающийся уровень прочности используется в высокотехнологичных приложениях, таких как аэрокосмическая промышленность (обычно после переплавки для удаления неметаллических включений, что увеличивает усталостную долговечность). Еще одним важным преимуществом этой стали является то, что старение, в отличие от отпуска, проводится при температуре, которая может быть применена к (почти) готовым деталям без деформации и обесцвечивания.

  • Полуаустенитный 17-7PH (AISI 631 EN 1.4568) содержит около 17% Cr, 7,2% Ni и 1,2% Al.

Типичная термообработка включает обработку на твердый раствор и закалку. На этом этапе структура остается аустенитной. Затем мартенситное превращение достигается либо криогенной обработкой при -75 ° C (-103 ° F), либо тяжелой холодной обработкой (деформация более 70%, обычно путем холодной прокатки или волочения проволоки). Старение при 510 ° C (950 ° F), при котором выделяется интерметаллическая фаза Ni 3 Al, проводят, как указано выше, на почти готовых деталях. При этом достигаются уровни предела текучести выше 1400 МПа.

  • Аустенитный A286 (ASTM 660 EN 1.4980) содержит около 15% Cr, 25% Ni, 2,1% Ti, 1,2% Mo, 1,3% V и 0,005% B.

Структура остается аустенитной при всех температурах.

Типичная термообработка включает обработку на твердый раствор и закалку с последующим старением при 715 ° C (1319 ° F). При старении образуется Ni 3 Ti в осадок, что увеличивает предел текучести примерно до 650 МПа при комнатной температуре. В отличие от вышеуказанных марок, механические свойства и сопротивление ползучести этой стали остаются очень хорошими при температурах до 700 ° C (1292 ° F). В результате A286 классифицируется как сверхсплав на основе Fe, используемый в реактивных двигателях, газовых турбинах и деталях турбин.

Марки

Существует более 150 марок нержавеющей стали, из которых 15 наиболее часто используются. Существует несколько систем классификации нержавеющих и других сталей, втом числе марок стали согласно SAE США.

Коррозионная стойкость
Нержавеющая сталь (нижний ряд) противостоит соляно-водной коррозии лучше, чем алюминий-бронза (верхний ряд) или медно-никелевые сплавы (средний ряд)

В отличие от углеродистой стали, нержавеющие стали не подвержены равномерной коррозии при воздействии влажной среды. Незащищенная углеродистая легко ржавеет при воздействии стали воздуха и влаги. Образовавшийся поверхностный слой оксида железа является пористым и хрупким. Кроме того, поскольку оксид железа занимает больший объем, чем исходная сталь, этот слой расширяется и имеет тенденцию отслаиваться и отпадать, подвергая нижележащую сталь дальнейшее воздействие. Для нержавеющих стали содержат достаточно хрома, чтобы подвергнуться пассивации, спонтанно образуя микроскопически тонкую инертную поверхностную пленку оксида хрома в результате реакции с кислородом в воздухе и даже с небольшим сравнением растворенного кислорода в воздухе. Эта пассивная пленка предотвращает дальнейшее коррозию, блокирование диффузию кислорода к поверхности стали и таким образом, предотвращает распространение коррозии в объеме металла. Эта пленка самовосстанавливается, даже если поцарапана или временно повреждена из-за плохого состояния в окружающей среде, которая присущую этому классу коррозионную стойкость.

Стойкость этой пленки к коррозии зависит от химического состава нержавеющей стали, в основном от содержания хрома. Принято различать четыре формы коррозии: равномерную, локализованную (точечную коррозию), гальваническую и SCC (коррозионное растрескивание под напряжением). Любая из этих форм коррозии может, если нержавеющая сталь не подходит для рабочей среды.

Обозначение «CRES» относится к коррозионно-стойкой стали. Большинство, но не все, относящиеся к CRES, нержавеющие стали - материалы, не относящиеся к нержавеющей стали, также могут быть коррозионно-стойкими.

Равномерная коррозия

Равномерная коррозия обычно имеет место в очень агрессивных средах. там, где производятся или активно используются химические вещества, например, в целлюлозно-бумажной промышленности. Атакует вся поверхность стали, степень коррозии выражается скоростью коррозии в мм / год (обычно для таких случаев приемлемо менее 0,1 мм / год). В таблицах коррозии приведены рекомендации.

Обычно это происходит, когда нержавеющая сталь подвергается воздействию кислотных или щелочных растворов. Корродирует ли нержавеющая сталь, зависит от вида и концентрации кислоты или основания и температуры раствора. Равномерной коррозии легко избежать благодаря обширным данным по коррозии или легко выполняемым лабораторным испытаниям.

Нержавеющая сталь не полностью защищена от коррозии, как показано в этом опреснительном оборудовании.

Кислоты

Кислотные растворы можно разделить на две общие категории: восстанавливающие кислоты, такие как соляная кислота и разбавленная серная кислота, и окисляющие кислоты, например как азотная кислота и концентрированная серная кислота. Повышение содержания хрома и молибдена обеспечивает повышенную стойкость к восстанавливающим кислотам, в то время как увеличение содержания хрома и кремния обеспечивает повышенную устойчивость к окисляющим кислотам.

Серная кислота - одно из самых производимых промышленных химикатов. При комнатной температуре нержавеющая сталь типа 304 устойчива только к 3% кислоте, а тип 316 устойчива к 3% кислоте при температуре до 50 ° C (122 ° F) и 20%. кислота при комнатной температуре. Таким образом, нержавеющая сталь марки 304 редко используется в контакте с серной кислотой. Тип 904L и Сплав 20 устойчивы к серной кислоте при даже более высоких уровнях, превышающих комнатную температуру. Концентрированная серная кислота обладает окислительными свойствами, такими как азотная кислота, и поэтому кремнийсодержащие нержавеющие стали также полезны.

Соляная кислота повреждает любые виды нержавеющей стали, и ее следует исключить.

Все типы нержавеющей стали Сталь устойчива к воздействию фосфорной кислоты и азотной кислоты при комнатной температуре. При высоких уровнях и повышенных температурах может произойти коррозия, и потребуются высоколегающие нержавеющие стали.

Как правило, органические кислоты менее агрессивны, чем минеральные кислоты, такие как соляная и серная кислоты. По мере увеличения молекулярной массы кислоты их коррозионная активность снижается. Муравьиная кислота имеет самую низкую молекулярную массу и является слабой кислотой. Тип 304 можно использовать с муравьиной кислотой, хотя она тенденцию обесцвечивать раствор. Тип 316 обычно используется для хранения и обработки уксусной кислоты, коммерчески коммерчески органическая кислота.

Основания

Нержавеющие стали типа 304 и 316 являются незатронутыми слабыми основаниями, такими как гидроксид аммония, даже в высоких уровняхх и при температуре высокихх. Испытают воздействие на такие как гидроксид натрия, при высоких температурах и высоких температурах, вероятно, испытают давление и растрескивание. Повышение уровня хрома и никеля обеспечивает повышенную стойкость.

Органические вещества

Все сорта устойчивы к повреждениям альдегидами и аминами, хотя в последнем случае тип 316 предпочтительнее, чем тип 304; ацетат целозы повреждает тип 304, если температура не поддерживается на низком уровне. Жиры и жирные кислоты действуют только на тип 304 при температуре выше 150 ° C (302 ° F) и на типе 316 SS выше 260 ° C (500 ° F), в то время как на типе 317 SS не Поступать никакие температуры. Тип 316L требуется для обработки мочевины.

Локальная коррозия

Локальная коррозия может возникать способами, например точечная коррозия и щелевая коррозия. Эти локализованные атаки наиболее распространены в подходящем хлора. Более высокие уровни хлоридов требуют более высоколегированных нержавеющих сталей.

Локальная коррозия сложно предсказать, потому что она зависит от многих факторов, включая:

  • Концентрация хлорид-иона. Даже если хлоридного раствора известна локальная коррозия все еще может неожиданно. Хлорид-ионы могут неравномерно концентрироваться в определенных областях, например, в щелях (например, под прокладками) или на поверхностях в паровых пространствах из-за испарения и конденсации.
  • Температура: повышение температуры увеличивает восприимчивость.
  • Кислотность: повышение кислотности увеличивает восприимчивость.
  • Застой: застойные условия увеличивают восприимчивость.
  • Окисляющие вещества: присутствие окисляющих веществ, таких как ионы трехвалентного и двухвалентного железа, увеличивает восприимчивость.

Точечная коррозия сопротивление

Точечная коррозия считается наиболее распространенной формой коррозии. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей к точечной коррозии часто выражается PREN, полученным по формуле:

PREN =% C r + 3,3 ⋅% M o + 16 ⋅% N {\ displaystyle PREN = \% Cr + 3,3 \ cdot \% Mo + 16 \ cdot \% N}{\ displaystyle PREN = \% Cr + 3.3 \ cdot \ % Mo + 16 \ cdot \% N} ,

где термины соответствуют доле содержания хрома, молибдена и азота по массе в стали. Например, если сталь состоит из 15% хрома % C r {\ displaystyle \% Cr}{\ displaystyle \% Cr} будет равно 15.

Чем выше PREN, тем выше стойкость к питтинговой коррозии. Таким образом, увеличение содержания хрома, молибдена и азота обеспечивает лучшую стойкость к точечной коррозии.

Щелевая коррозия

Хотя стандартная конструкция может быть теоретически достаточной, чтобы противостоять точечной коррозии, щелевая коррозия все же может возникнуть, когда плохая конструкция создает ограниченные области (блокирующие пластины, границы раздела шайб и т.. д.) или при образовании отложений на материале. В этих выбранных областях PREN может быть достаточно высоким для условий эксплуатации. Хорошие методы проектирования и изготовления в сочетании с правильным выбором предотвращают такую ​​коррозию.

Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) - это внезапное растрескивание и отказ компонента без деформации.

Это может произойти при соблюдении трех условий:

  • Деталь подвергается напряжению (приложенной нагрузкой или остаточным напряжением).
  • Окружающая среда агрессивная (высокий уровень хлоридов, температура выше 50 ° C (122 ° F), присутствие H 2 S).
  • Нержавеющая сталь не обладает достаточной стойкостью к SCC.

Механизм SCC является нашей следующей последовательной события:

  1. Происходит точечная коррозия.
  2. Трещины начинаются с места зарождения ямы.
  3. Затем трещины распространяются по металлу в межкристаллитном или межкристаллитном режиме.
  4. Происходит отказ.

В то время как точечная коррозия обычно приводит к появлению неприглядных поверхностей, в худшем случае, к перфорации нержавеющего листа, отказ SCC может иметь серьезные последствия. Поэтому это считается особой формой коррозии.

SCC требует выполнения нескольких условий, можно противодействовать с помощью относительно простых мер, в том числе:

  • Снижение напряжения (нефтегазовые установленные требования для верхнего уровня напряжения в H 2 S-содержащую среду).
  • Оценка агрессивности окружающей среды (высокое содержание хлоридов, температура выше 50 ° C (122 ° F) и т. Д.).
  • Выбор правильного типа стали: супераустенитная, такая как сорт 904L или супердуплекс (ферритные нержавеющие и дуплексные нержавеющие стали очень устойчивы к SCC).

Гальваническая коррозия

гайка слева не из нержавеющей стали и ржавая, в отличие от гайки справа.

Гальваническая коррозия (также называемая «коррозия из разнородных металлов») относится к коррозионному повреждению, вызванному соединением двух разнородных материалов в коррозионно-активном электролите. Самый распространенный электролит - это вода, от пресной до морской. Когда образуется гальваническая пара, один из металлов в паре становится анодом и корродирует быстрее, чем в одиночку, в то время как другой катодом и корродирует медленнее, чем в одиночку. Нержавеющая сталь из-за того, что имеет более высокий потенциал положительного электрода, чем, например, становится нержавеющая сталь и алюминий, катодом, ускорение коррозии анодного металла. Примером является коррозия алюминиевых заклепок, скрепляющих листы нержавеющей стали в контакте с водой.

Относительные площади поверхности анода и катода важны для определения скорости коррозии. В приведенном выше примере коррозии поверхности заклепок мала по сравнению с поверхностью из нержавеющей стали. Если для сборки алюминиевых листов используются крепежные детали из нержавеющей стали, гальваническая коррозия будет происходить намного медленнее, поскольку плотность гальванического тока на поверхности алюминия будет на порядок меньше. Частая ошибка - сборка пластин из нержавеющей стали с крепежом из углеродистой стали; в то время как использование нержавеющей стали для крепления пластин из пластмассовой стали обычно допустимо, обратное - нет.

Обеспечение электрической изоляции между разнородными металлами, где это возможно, эффективно предотвращает этот тип коррозии.

Высокотемпературная коррозия (образование накипи)

При повышенных температурах все металлы реагируют с горячими газами. Наиболее распространенной высокотемпературной газовой смесью является воздух, в котором кислород является наиболее реактивным компонентом. Во избежание коррозии на рынке пластмассовой стали ограничена приблизительно 480 ° C (900 ° F). Стойкость к окислению в нержавеющих сталях повышается при добавлении хрома, кремния и алюминия. Небольшие добавки церия и иттрия увеличивают адгезию оксидного слоя к поверхности.

Добавление хрома остается наиболее распространенным методом увеличения высокотемпературной коррозии стойкости в нержавеющих сталях; хром реагирует с кислородом с образованием окалины оксида хрома, которая снижает диффузию кислорода в материал. Минимум 10,5% хрома в нержавеющих сталях обеспечивает стойкость до температуры примерно 700 ° C (1300 ° F), а 16% хрома обеспечивает стойкость примерно до 1200 ° C (2200 ° F). Тип 304, наиболее распространенный сорт нержавеющей стали с 18% хрома, устойчивый к температуре около 870 ° C (1600 ° F). Другие газы, такие как диоксид серы, сероводород, оксид углерода, хлор, также разрушают нержавеющую сталь. Устойчивость к другим газам зависит от типа газа, температуры и легирующего состава нержавеющей стали.

С добавлением до 5% алюминия ферритные марки Fr-Cr-Al предназначены для электрическое сопротивление и стойкость к окислению при повышенных температурах. К таким сплавам относятся кантал, производимый в виде проволоки или лент.

Свойства

Физические свойства

Электричество и магнетизм

Как и сталь, нержавеющие стали являются относительно плохими проводниками электричества, со значительно более низкой электропроводностью, чем медь. В частности, сопротивление электрического контакта (ECR) нержавеющей стали возникает в результате плотного защитного оксидного слоя и ограничивает его функциональные возможности при применении в качестве электрических соединителей. Медные сплавы и соединители с никелевым покрытием, как правило, имеют более низкие значения ECR и являются предпочтительными материалами для таких применений. Тем не менее, соединители из нержавеющей стали используются в ситуациях, когда ECR предъявляет более низкие критерии проектирования и требуется устойчивость к коррозии, например, при высоких температурах и окислительной среде.

Магнитные свойства

Мартенситные и ферритные нержавеющие стали являются магнитными.

Ферритная сталь состоит из кристаллов феррита, формы железа с содержанием углерода до 0,025%. Из-за своей кубической кристаллической структуры ферритная сталь поглощает лишь небольшое количество углерода, который состоит из одного железа в каждом углу и центрального атома железа. Центральный атом отвечает за его магнитные свойства.

Для электроклапанов, используемых в бытовых приборах, и для систем впрыска в двигателе внутреннего сгорания, были разработаны марки с низким уровнем выбросов. Для некоторых приложений требуются немагнитные материалы, такие как магнитно-стали резонансная томография.

Отожженные аустенитные нержавеющие обычно немагнитные, хотя наклеп может делать холоднодеформированные аустенитные нержавеющие стали слабомагнитными. Иногда, если аустенитная сталь сгибается или режется, возникает магнетизм из краю нержавеющей стали, потому что кристаллическая структура перестраивается.

Магнитная проницаемость некоторых марок аустенитной нержавеющей стали после отжига в течение 2 часов при 1050 ° C
Класс ENМагнитная проницаемость, μ
1,43071,056
1,43011.011
1.44041.100
1.44351.000

Заедание

Заедание, иногда называемое холодной сваркой, представляет собой форму тяжелой адгезионный износ, который может возникнуть, когда две металлические поверхности движутся относительно друг друга и находятся под сильным давлением. Крепежные детали из аустенитной стали особенно подвержены истиранию резьбы, хотя другие сплавы, которые сами представляют собой защитную оксидную пленку на поверхности, такие как алюминий и титан, также подвержены этому. При скольжении с высокой контактной силой этот оксид может деформироваться, разрушаться и удаляться с частей детали, обнажая оголенный химически активный металл. Когда две поверхности выполнены из одного материала, эти открытые поверхности могут легко сплавиться. Разделение двух поверхностей может привести к разрыву поверхности и даже полному заклиниванию металлических компонентов или креплений.

Истирание можно уменьшить, используя разные материалы (бронза против нержавеющей стали) или используя разные нержавеющие стали (мартенсит против аустенитный). Кроме того, резьбовые соединения могут быть смазаны для создания пленки между двумя частями и предотвращения истирания. Нитроник 60, изготовленный селективным путем легирования марганцем, кремнием и азотом, применяемый склонность к истиранию.

Стандартная отделка
Матовая поверхность трубы с небольшими горизонтальными царапинами Нержавеющая сталь 316L с финишной фрезой отделкой

Стандартные финишные покрытия прокатного стана можно наносить на плоский прокат из стали непосредственно с помощью валков или механических абразивов. Сталь сначала прокатывается до нужного размера и толщины, а затем отжигается для изменения свойств конечного материала. Любое окисление , которое образуется на поверхности (прокатная окалина ), удаляется путем травления, и на поверхности создается пассивирующий слой. Затем можно нанести окончательную отделку для достижения желаемого эстетического вида.

Для описания отделки из нержавеющей стали использовались следующие обозначения:

  • No. 0: Горячекатаный, отожженный толстый лист
  • No. 1: Горячекатаный, отожженный и пассивированный
  • No. 2D: Холоднокатаный, отожженный, травленый и пассивированный
  • No. 2B: То же, что и выше, с дополнительным проходом через полированные ролики
  • No. 2BA: светлый отжиг (BA или 2R), как указано выше, затем светлый отжиг в бескислородных атмосферных условиях
  • No. 3: Грубое абразивное покрытие нанесено механически
  • No. 4: Матовая отделка
  • No. 5: Атласная отделка
  • No. 6: матовое покрытие (матовое, но более гладкое, чем №4)
  • Нет. 7: Светоотражающая отделка
  • No. 8: Зеркальное покрытие
  • No. 9: Обработка бисером
  • Нет. 10. Термоокрашенное покрытие - предложенный широкий спектр электрополированных и горячих горячим способом поверхности
Соединение нержавеющих сталей

Для нержавеющих сталей доступен широкий спектр соединений, хотя Сварка наиболее распространенной.

Сварка нержавеющих сталей

Простота сварки во многом зависит от типа вашей нержавеющей стали. Аустенитные нержавеющие стали легче всего сваривать с помощью электрической дуги , при этом свойства сварного шва аналогичны свойствам основного металла (без холодной обработки). Мартенситные нержавеющие стали также можно сваривать с помощью электродуговой сварки, но, поскольку зона термического влияния (HAZ) и зона плавления (FZ) образуют мартенсит при охлаждении, необходимо принять меры для предотвращения растрескивания сварного шва. Почти всегда требуется термообработка после сварки, в некоторых случаях предварительный нагрев перед сваркой также необходим в некоторых случаях.

Электродуговая сварка ферритной нержавеющей стали типа 430 приводит к мозгу в термическом влиянии (ЗТВ), что приводит к ломкости. Это в степени в степени удалось преодолеть с помощью стабилизированных ферритных марок, в которых ниобий, титан и цирконий образуют выделение, предотвращающие рост зерен. Дуплексная сварка нержавеющей стали электрической дугой - обычная практика, но требует тщательного контроля параметров процесса. Это снижает ударную вязкость сварных швов.

Процессы электродуговой сварки

MIG и TIG сварка - наиболее распространенные методы.

Другие сварочные процессы

Склеивание

Нержавеющая сталь может быть склеен с С помощью клея, такого как силикон, модифицированные силилом полимеры и эпоксидные смолы. Акриловые и полиуретановые клеи также используются в некоторых ситуациях.

Производственный процесс и цифры

Производственный процесс

Производится большая часть нержавеющей стали в мире с помощью следующих:

  • Электродуговая печь (EAF): скрап из нержавеющей стали стали, лом других черных металлов и сплавы черных металлов (Fe Cr, Fe Ni, Fe Mo, Fe Si) плавятся вместе. Затем расплавленный металл выливают в ковш и переводят в процесс AOD (см. Ниже).
  • Обезуглероживание кислородом аргона (AOD): превращается его в монооксид углерода газ) и другие корректировки состава для достижения желаемого химического состава.
  • Непрерывное литье (CC): расплавленный металл затвердевает в слябы для плоских изделий (типичное сечение составляет 20 сантиметров (8 дюймов)).) толщиной и шириной 2 метра (6,6 фута)) или соцветиями (сечения сильно различаются, но средний размер составляет 25 см (9,8 дюйма × 9,8 дюйма)).
  • Горячая прокатка (HR): слябы и блюмы повторно нагреваются в подвергаются горячей прокатке. Горячая прокатка уменьшает толщину слябов, чтобы получить рулоны толщиной около 3 мм (0,12 дюйма). Блюмы, с другой стороны, подвергаются сексуальной прокатке в прутки, которые разрезают на выходе из прокатного стана, или катанка, которая наматывается в бухты.
  • Холодная чистая обработка (CF) зависит от типа Готового продукта:
    • Горячекатаные рулоны протравливаются в растворах кислот для удаления оксидной окалины с поверхности, подвергаются холодной прокатке на прокатных станах Сендзимира и отжигаются в защитной атмосфере до достижения желаемой толщины и чистота поверхности. Дальнейшие операции, такие как продольная резка и формовка труб.
    • Горячекатаные прутки выпрямляются, подвергаются механической обработке до необходимого допуска и чистовой обработки.
    • Катушки катанки выполняют обрабатываются для холоднокатаные прутки на волочильных станках, крепежные детали на болтовых станках и проволоку на одно- или многопроходных волочильных машинах.

Показатели производства

Показатели производства нержавеющей стали ежегодно публикуются Международным форумом по нержавеющей стали.

Мировое производство плоского и сортового проката из нержавеющей стали (метрические тонны, тыс. Тыс. Шт.)
ГодЕвропейский СоюзАмерикаКитайАзия за исключением КитаяДругие страныМир
201968052593294007894552552218
201873862808267068195563550729
201773772754257748030414648081
20167280293124938995667245778
20157169274721562946260941548
20147252281321692933359541686
20137147245418984927664438506

Разбивка производства по семействам нержавеющих сталей в 2017 г.:

  • Аустенитные нержавеющие стали Cr-Ni (также называемые серией 300, см. раздел «Марки» выше): 54%
  • Аустенитные нержавеющие стали Cr-Mn (также называемые серией 200): 21%
  • Ферритная и мартенситная нержавеющая сталь (также называемая серией 400): 23%
Области применения

Архитектура

Использование нержавеющей стали в зданиях может быть одновременно практичным и эстетическим. В моде в период ар-деко, известное использование стали можно увидеть в наиболее верхней части Chrysler Building. Благодаря долговечности многие из этих построек сохранили свой первозданный вид.

Нержавеющая сталь используется при строительстве современных зданий, таких как фасад башен-близнецов Петронас и здание Цзинь Мао. Здание парламента Австралии в Канберре имеет флагшток из нержавеющей стали весом более 220 метрических тонн (240 коротких тонн). Самым большим зданием из нержавеющей стали в Северной Америке является здание аэрации в Компостировании в Эдмонтоне. La Geode в Париже имеет купол, состоящий из 6433 полированной нержавеющей стали равносторонних треугольников, которые образуют сферу, отражающую небо. Разработка высокопрочных марок нержавеющей стали, таких как марки «тощая дуплекс», привела к более широкому использованию в конструкциях.

Благодаря своей низкой способности нержавеющая сталь используется в качестве кровельного материала для аэропортов, что предотвращает ослепление пилотов. Он также используется из-за своей способности поддерживать поверхность крыши к температуре окружающей среды. Примеры таких аэропортов включают международный аэропорт Сакраменто в Калифорнии и международный аэропорт Хамад в Катар.

Нержавеющая сталь используется для пешеходов и дорог. мосты в виде труб, пластин или арматурных стержней. Примеры включают: мост Каладана на Менорке, первый построенный автодорожный мост из нержавеющей стали; Мост Шамплейн в Монреале ; мост Oudesluijs в Амстерда, мост, сделанный с использованием Строительство 3D-печати ; мост Падре Аррупе в Бильбао, который соединяет музей Гуггенхайма в Бильбао с университетом Деусто. пешеходный мост Сант-Фрутос в Испании; Мост Камнереза, Гонконг ; и мост Хеликс, пешеходный мост в Сингапуре.

Использование в искусстве и памятники

Америка

  • Облачные ворота, скульптура Аниша Капура. (Чикаго, США)
  • Gateway Arch (на фото) полностью облицован нержавеющей стали: 886 тонн (804 метрических тонны) пластины 0,25 дюйма (6,4 мм), отделка №3, нержавеющая сталь марки 304. (Сент-Луис, США)
  • Хайме Латапи Лопес Кристо де Чьяпас. Создано в 2007 г. (Туксла Гуттиерес, Мексика)
  • Метаморфоза Дэвида Черна. Созданный в 2011 году (Шарлотт, США)
  • Unisphere, сконструированный как символ темы Нью-Йоркской всемирной выставки 1964 года, сконструированный из нержавеющей стали Тип 304L в виде сферического каркаса с диаметром 120 футов ( 37 м). (Нью-Йорк, США)
  • Мемориал ВВС США имеет структурную оболочку из аустенитной нержавеющей стали. (Арлингтон, США)

Азия

  • Павильон «Цветение» Чжан Вана. Создано в 2015 г. (Шанхай, Китай)

Европа

Вода

Нержавеющие стали давно используются в контакте с водой благодаря своим превосходным характеристикам. устойчивость к коррозии. Применяются различные условия, включая водопровод, питьевую воду и очистку сточных вод, опреснение и очистку рассола. Нержавеющие стали марок 304 и 316 являются стандартными конструкционными материалами, контактирующими с водой. Однако с использованием современных материалов хлоридов используются более высоколегированные нержавеющие стали, такие как тип 2205, а также супер-аустенитные и супердуплексные нержавеющие стали.

Важными соображениями для достижения оптимальных коррозионных характеристик являются:

  • правильный выбор марки для содержания хлоридов в воде;
  • предотвращение образования щелей, когда это возможно, за счет хорошей конструкции;
  • соблюдение надлежащих производственных процессов, в частности удаление теплового оттенка сварного шва;
  • быстрый дренаж после гидроиспытаний.

Использование трубопроводов из нержавеющей стали помогло снизить потери питьевой воды в Токио, Сеуле и Тайбэе.

Конверсия целлюлозы, бумаги и биомассы

Нержавеющая сталь широко используется в целлюлозно-бумажной промышленности, чтобы избежать загрязнения продукта железом и из-за их коррозионной стойкости к различным химическим веществам, используемым в процессе изготовления бумаги. Например, дуплексные нержавеющие стали используются в варочных котлах для преобразования древесной щепы в древесную массу. Супераустенитные соединения 6% Mo используются в отбеливающей установке, тип 316 широко используется в бумагоделательной машине.

Химическая и нефтехимическая обработка

Нержавеющие стали широко используются в химической и нефтехимической промышленности за их коррозионную стойкость к водным, газообразным и высокотемпературным средам, их механические свойства при всех температурах, а иногда и другие особые физические свойства.

Продукты питания и напитки

Аустенитная нержавеющая сталь (серия 300), особенно 304 и 316, является предпочтительным продуктом для пищевой промышленности, хотя также используются мартенситные и ферритные стали (серия 400). Нержавеющая сталь имеет преимущество, потому что она не влияет на вкус продукта, легко очищается и стерилизуется для предотвращения бактериального загрязнения пищевых продуктов и долговечна. В пищевой промышленности и производстве нержавеющая сталь широко используется в кухонной посуде, пивоваренной промышленности, коммерческой кухнех, виноделии и мясопереработке.

Кислые продукты с высоким содержанием соли, такие как томатный соус и Для предотвращения точечной коррозии из-за использования более высоколегированной нержавеющей стали, например, супераустенитная сталь с 6% Мо, для предотвращения точечной коррозии из-за хлорида.

Транспортные средства

Автомобили

Allegheny Ludlum Corporation работали с Ford над различными концептуальными автомобилями с кузовами из нержавеющей стали 1930- х годов. через 1970-е годы, чтобы установить потенциал материала. 1957 и 1958 годы Кадиллак Эльдорадо Брумэн имели крышу из нержавеющей стали. В 1981 и 1982 годах на серийном автомобиле DMC DeLorean использовались панели кузова из нержавеющей стали типа 304 поверх стеклопластика монокока. Междугородние автобусы производства Motor Coach Industries частично изготавливаются из нержавеющей стали. Кормовая панель модели Porsche Cayman (2-дверный хэтчбек купе) изготовлена ​​из нержавеющей стали. Из-изготовителя изгибов и углов Каймановы острова во время создания прототипа кузова было обнаружено, что обычная сталь не может бытьлена без трещин. Таким образом, Porsche был вынужден использовать нержавеющую сталь.

Наиболее широко нержавеющая сталь используется в автомобилях для выхлопных труб. Требования по защите окружающей среды, на снижение уровня загрязнения и шума на протяжении всего срока службы автомобиля, привели к использованию ферритных нержавеющих сталей (обычно AISI409 / 409Cb в Северной Америке, EN1.4511 и 1.4512 в Европе). Они используются для коллектора, трубок, глушителя, катализатора, выхлопной трубы. Термостойкие марки EN1.4913 или 1.4923 используются в частях турбокомпрессоров, в то время как другие жаропрочные марки используются для рециркуляции выхлопных газов, а также для впускных и выпускных клапанов. Кроме того, в системах впрыска Common Rail и их форсунках используется нержавеющая сталь.

Нержавеющая сталь зарекомендовала себя как лучший выбор для различных применений, таких как ребра жесткости для щеток стеклоочистителя, шарики устройства приведения в действие ремня безопасности в случае аварии, пружины, застежки и т. Д.

Некоторые производители используют нержавеющую сталь в качестве декоративных элементов в своих автомобилях.

Легкие пригородные поезда (трамвайные пути)

Нержавеющая сталь теперь используется в качестве одного из материалов для трамвайных колец, наряду с алюминиевыми сплавами и углеродистой сталью. Дуплексные сорта, как правило, предпочтительнее благодаря их коррозионной стойкости и более высокой прочности, что позволяет снизить вес и увеличить срок службы в морской среде.

Пассажирские железнодорожные вагоны

Железнодорожные вагоны обычно изготавливаются с использованием гофрированных панелей из нержавеющей стали для дополнительной структурная прочность. Это было особенно популярно в 1960-х и 1970-х годах, но с тех пор стало меньше. Одним из ярких примеров является ранний Pioneer Zephyr. Известные бывшие производители подвижного состава из нержавеющей стали включали Budd Company (США), лицензию на которую получила японская Tokyu Car Corporation, и португальская компания Sorefame. Многие железнодорожные вагоны в США по-прежнему изготавливаются из нержавеющей стали. В Индии, где развивается железнодорожная инфраструктура, вводятся в эксплуатацию новые вагоны из нержавеющей стали. Южная Африка также вводит в эксплуатацию автобусы из нержавеющей стали.

Aircraft

Budd также построил два самолета: Budd BB-1 Pioneer и Budd RB-1 Conestoga. трубы и лист из нержавеющей стали. Первый самолет с тканевым обшивкой крыла экспонируется в Институте Франклина и является самым продолжительным экспонатом самолетов с 1934 года. RB-2 почти полностью изготовлен из нержавеющей стали. стали, за исключением рулей. Один сохранился в Музее авиации и космонавтики Пима, рядом с базой ВВС США Дэвис-Монтан.

. Американский самолет-амфибия Fleetwings Sea Bird из 1936 также был построен с использованием точечной сварки корпуса из нержавеющей стали.

Из-за его термической стабильности компания Bristol Airplane Company построила полностью из нержавеющей стали высокоскоростной исследовательский самолет Bristol 188, который впервые совершил полет в 1963 году. Однако возникшие практические проблемы означали, что более поздние высокоскоростные самолеты, такие как Concorde, использовали алюминиевые сплавы. Точно так же экспериментальный американский бомбардировщик Mach 3, XB70 Valkyrie, широко использовал нержавеющую сталь в своей внешней конструкции из-за сильного нагрева на таких высоких скоростях.

Использование нержавеющей стали в основных самолетах затруднено из-за ее чрезмерного веса по сравнению с другими материалами, такими как алюминий.

Космический корабль

Нержавеющая сталь также находит применение в космических полетах. В первых ракетах «Атлас» в топливных баках использовалась нержавеющая сталь. Для внешней оболочки модулей и интегрированной ферменной конструкции Международной космической станции используются сплавы нержавеющей стали. Компоненты будущей Space Launch System и структурная оболочка SpaceX Starship станут второй и третьей ракетами, в которых будет использована нержавеющая сталь соответственно.

Медицина

Хирургические инструменты и медицинское оборудование обычно изготавливаются из нержавеющей стали из-за их прочности и способности стерилизоваться в автоклаве. Кроме того, хирургические имплантаты, такие как костные арматуры и заменители (например, тазобедренные суставы и черепные пластины), изготавливаются из специальных сплавов, устойчивых к коррозии, механическому износу и биологическим реакциям in vivo.

Нержавеющая сталь Сталь используется в самых разных областях стоматологии. Обычно нержавеющая сталь используется во многих инструментах, которые необходимо стерилизовать, таких как иглы, эндодонтические файлы в терапии корневых каналов, металлические штифты в зубах, обработанных корневыми каналами, временные коронки и коронки для молочные зубы, а также дуги и брекеты в ортодонтии. Сплавы хирургической нержавеющей стали (например, низкоуглеродистая сталь 316) также использовались в некоторых ранних дентальных имплантатах.

Energy

Нержавеющая сталь широко используется на всех типах электростанций, от атомных к солнечной. Нержавеющие стали идеально подходят в качестве механических опор для энергоблоков, когда требуется проницаемость газов или жидкостей, например, фильтры в охлаждающей воде или очистке горячего газа, или в качестве конструкционных опор при электролитической выработке энергии.

Нержавеющая сталь используется в электролизерах (наиболее распространены протонообменные мембраны и твердооксидные электролизеры ), которые преобразуют электрическую энергию в газообразный водород с помощью воды электролиз. И наоборот, нержавеющая сталь используется в топливных элементах, которые выполняют противоположную реакцию, объединяя водород и кислород для производства воды и электроэнергии.

Кулинарные

Нержавеющая сталь часто предпочтительнее для кухонных моек из-за ее прочности, долговечности, термостойкости и простоты очистки. В лучших моделях акустический шум контролируется путем нанесения упругого грунтовочного покрытия для гашения вибраций. Материал также используется для облицовки поверхностей, таких как бытовая техника и фартуки.

Посуда и формы для выпечки могут быть покрыты нержавеющей сталью, чтобы улучшить их чистоту и долговечность, а также разрешить их использование в индукционная варка (для этого требуется нержавеющая сталь марки магнитная, например 432). Поскольку нержавеющая сталь плохо проводит тепло, ее часто используют в качестве тонкой поверхностной оболочки поверх сердечника из меди или алюминия, который лучше проводит тепло.

Столовые приборы часто изготавливают из нержавеющей стали, что снижает коррозию, простота очистки, незначительная токсичность и способность избегать ароматизации пищи за счет электролитической активности.

Ювелирные изделия

Нержавеющая сталь используется для изготовления ювелирных изделий и часов, причем сталь 316L обычно используется. Окисление нержавеющей стали на короткое время придает ей сияющий цвет, который также можно использовать дляокрашивания. Валадиум, нержавеющая сталь и 12% никелевый сплав используются для изготовления колец класса и милитари. Валадий обычно окрашен в серебро, но его можно покрыть гальваническим покрытием, чтобы придать ему золотистый оттенок. Разновидность золотого тона известна как Sun-lite Valadium. Другие типы сплава Valadium имеют другие торговые наименования, например, «Siladium » и «White Lazon».

Огнестрельное оружие

Некоторое огнестрельное оружие содержит компоненты из нержавеющей стали в качестве альтернативы вороненой или паркерной стали. Некоторые модели пистолета, например, Smith Wesson Model 60 и пистолет Colt M1911, могут быть полностью изготовлены из нержавеющей стали. Это дает глянцевую поверхность, похожую на никелированную. В отличие от металлического покрытия, покрытие не подвержено отслаиванию, отслаиванию, истиранию от трения (как при многократном извлечении из кобуры) или ржавчине при появлении царапин.

3D-печать

Некоторые поставщики 3D-печати разработали запатентованные смеси для спекания нержавеющей стали для использования в быстром прототипировании. Одним из популярных сортов нержавеющей стали, используемых в 3D-печати, является нержавеющая сталь 316L. Из-за высокого температурного градиента и высокой скорости затвердевания изделия из нержавеющей стали, изготовленные с помощью 3D-печати, обычно имеют более совершенную микроструктуру; это, в свою очередь, приводит к лучшим механическим свойствам. Однако нержавеющая сталь не так широко используется, как такие материалы, как Ti 6Al4V, из-за доступности более экономичных традиционных методов производства нержавеющей стали.

Стоимость жизненного цикла

Расчет стоимости жизненного цикла (LCC) используется для выбора конструкции и материалов, которые приведут к наименьшим затратам за весь срок службы проекта, например, здания или мост.

Формула в простой форме выглядит следующим образом:

LCC = AC + IC + ∑ n = 1 N OC (1 + i) n + ∑ n = 1 N LP (1 + я) N + ∑ N знак равно 1 N RC (1 + я) n {\ displaystyle {\ text {LCC}} = {\ text {AC}} + {\ text {IC}} + \ sum _ { n = 1} ^ {N} {\ frac {\ text {OC}} {(1 + i) ^ {n}}} + \ sum _ {n = 1} ^ {N} {\ frac {\ text { LP}} {(1 + i) ^ {n}}} + \ sum _ {n = 1} ^ {N} {\ frac {\ text {RC}} {(1 + i) ^ {n}}} }{\ displaystyle {\ text {LCC}} = {\ text {AC}} + {\ text {IC}} + \ sum _ {n = 1} ^ {N } {\ frac {\ text {OC}} {(1 + i) ^ {n}}} + \ sum _ {n = 1} ^ {N} {\ frac {\ text {LP}} {(1+ i) ^ {n}}} + \ sum _ {n = 1} ^ {N} {\ frac {\ t ext {RC}} {(1 + i) ^ {n}}}}

где LCC - общая стоимость жизненного цикла, AC - стоимость приобретения, IC - стоимость установки, OC - затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, LP - стоимость потери продукции из-за простоя, а RC - стоимость материалов на замену.

Кроме того, N - это запланированный срок действия проекта, i процентная ставка, и n год, в котором имеет место конкретный OC, LP или RC. Процентная ставка (i) используется для преобразования расходов за разные годы в их приведенную стоимость (метод, широко используемый банками и страховыми компаниями), чтобы их можно было добавлять и справедливо сравнивать. Использование формулы суммы (∑ {\ textstyle \ sum}{\ textstyle \ sum} ) учитывает тот факт, что расходы на протяжении всего срока реализации проекта должны накапливаться после того, как они скорректированы с учетом процентной ставки.

Приложение LCC при выборе материалов

Нержавеющая сталь, используемая в проектах, часто дает более низкие значения LCC по сравнению с другими материалами. Более высокая стоимость приобретения (AC) компонентов из нержавеющей стали часто компенсируется улучшением эксплуатационных расходов и затрат на техническое обслуживание, сокращением производственных затрат (LP) и более высокой стоимостью при перепродаже компонентов из нержавеющей стали.

Расчеты LCC являются обычно ограничиваются самим проектом. Однако могут возникнуть и другие расходы, которые заинтересованная сторона проекта может пожелать учесть:

  • Коммунальные предприятия, такие как электростанции, водоснабжение и очистка сточных вод, а также больницы, не могут быть закрыты. Любое техническое обслуживание потребует дополнительных затрат, связанных с продолжающимся обслуживанием.
  • Косвенные социальные издержки (с возможными политическими последствиями) могут возникать в некоторых ситуациях, таких как закрытие или сокращение трафика на мостах, создание очередей, задержки, потеря рабочего времени на людей и повышенное загрязнение из-за простаивающих транспортных средств.
Устойчивое развитие - переработка и повторное использование

Средний углеродный след нержавеющей стали (все марки, все страны) оценивается в 2,90 кг CO 2 на кг произведенной нержавеющей стали, из которых 1,92 кг составляют выбросы от сырья (Cr, Ni, Mo); 0,54 кг от электричества и пара и 0,44 кг - прямые выбросы (т. Е. Завод нержавеющей стали). Обратите внимание, что нержавеющая сталь, производимая в странах, которые используют более чистые источники электроэнергии (например, во Франции, которая использует ядерную энергию), будет иметь меньший углеродный след. Ферритные материалы без Ni будут иметь меньший след CO 2, чем аустенитные материалы с 8% Ni или более.

Углеродный след не должен быть единственным фактором устойчивого развития при выборе материалов:

  • в течение любого срока службы продукта, обслуживания, ремонта или раннего завершения срока службы (запланированное устаревание) может значительно увеличить его общий след помимо исходных материальных различий. Кроме того, потеря обслуживания (обычно для мостов) может вызвать большие скрытые расходы, такие как очереди, потраченное впустую топливо и потеря человеко-часов.
  • количество материалов, используемых для предоставления данной услуги, зависит от производительность, особенно уровень прочности, который позволяет использовать более легкие конструкции и компоненты.

Нержавеющая сталь на 100% пригодна для вторичной переработки. Средний объект из нержавеющей стали состоит примерно на 60% из переработанного материала, из которых примерно 40% приходится на продукцию с истекшим сроком службы, а оставшиеся 60% приходится на производственные процессы. То, что препятствует более высокому уровню рециркуляции, - это наличие лома нержавеющей стали, несмотря на очень высокий уровень рециркуляции. Согласно отчету «Запасы металлов в обществе» Международной группы ресурсов, запасы нержавеющей стали на душу населения, используемые в обществе, составляют 80–180 кг в более развитых странах и 15 кг в менее развитые страны. Существует вторичный рынок, на котором перерабатывается используемый лом для многих рынков нержавеющей стали. В основном это рулон, лист и заготовки. Этот материал покупается по невысокой цене и продается штамповщикам коммерческого качества и производителям листового металла. На материале могут быть царапины, ямки и вмятины, но он изготовлен в соответствии с текущими спецификациями.

Цикл нержавеющей стали

Цикл нержавеющей стали начинается с лома углеродистой стали, первичных металлов и шлака.

Следующий этап - производство горячекатаного и холоднокатаного проката на сталелитейных заводах. Производится некоторый лом, который напрямую повторно используется в плавильном цехе.

Третий этап - изготовление компонентов. Часть лома производится и попадает в цикл переработки. Сборка готовой продукции и их использование не влечет за собой материальных потерь.

Четвертый этап - это сбор нержавеющей стали для вторичной переработки по окончании срока службы товаров (например, кухонной посуды, целлюлозно-бумажных комбинатов или автомобильных запчастей). Именно здесь наиболее сложно заставить нержавеющую сталь попадать в цикл рециркуляции, как показано в таблице ниже:

Оценка сбора для переработки по секторам
Сектор конечного использованияРезультатыИспользование, среднее глобальное значениеОценки
20002005Средний срок службы. (лет)Коэффициент. вариантаНа свалкуСобирается для переработки
ВсегоВ том числе нержавеющая стальВ том числе углеродистая сталь
Строительство и инфраструктура17%18%5030%8%92%95%5%
Транспорт (всего)21%18%13%87%85%15%
В том числе легковые автомобили17%14%1415%
из которых другие4%4%3020%
Промышленное оборудование29%26%2520%8%92%95%5%
Бытовая техника и электроника10%10%1520%30%70%95%5%
Металлические изделия23%27%1525%40%60%80%20%
Наноразмерная нержавеющая сталь

Наночастицы нержавеющей стали были получены в лаборатории. Они могут применяться в качестве добавок для высокопроизводительных приложений. Например, сульфуризация, фосфоризация и азотирование для производства наноразмерных катализаторов на основе нержавеющей стали могут улучшить электрокаталитические характеристики нержавеющей стали для разделения воды.

Воздействие на здоровье

Сварка

Существуют обширные исследования, указывающие на некоторый вероятный повышенный риск рака (особенно рака легких) из-за вдыхания сварочного дыма при сварке нержавеющей стали. Предполагается, что при сварке нержавеющей стали образуются канцерогенные пары оксидов кадмия, никеля и хрома. Согласно раку Австралии, «В 2017 году все типы сварочного дыма были классифицированы как канцероген группы 1."

Кулинария

Нержавеющая сталь обычно считается биологически инертной. Однако во время готовки небольшое количество никеля и хрома вымываются из новой посуды из нержавеющей стали и превращаются в высококислотную пищу. Никель может рака легких, особенно рака легких и. Однако никакой связи между посудой из нержавеющей стали

См. также
Ссылки
Дополнительная литература
  • Международный стандарт ISO15510: 2014. (Требуется подписка)
  • Пекнер, Д., Бернштейн, И.М. (1977). Справочник по нержавеющим сталям. Справочники Макгро-Хилла. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. п. нет. неопределенные. ISBN 9780070491472. Получено 8 марта 2020 г. CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка )
  • Lacombe, P.; Baroux, B. Béranger, G. (1990). Les aciers inoxydables [ Нержавеющая сталь] (на французском языке). Paris, FR: Ed. De Physique. P. No. unspecified. ISBN 9780868831428. Проверено 8 марта 2020 г. CS1 maint: uses параметр авторов (ссылка ) Редактор отметил появление соответствующего материала в главах 14 и 15, но из-за отсутствия номера страницы это утверждение не может быть подтверждено.
Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Нержавеющая сталь.
Найдите нержавеющую сталь в Викисловаре, бесплатном словаре.

.

Последняя правка сделана 2021-06-09 07:20:35
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте