Нержавеющий металлопрокат: что это такое и какие бывают основные виды

Особенности и свойства нержавеющей стали

Нержавеющей сталью (или просто «нержавейкой») называют легированную сталь с повышенным содержанием хрома – не менее 10,5% Cr. За счет этого компонента на поверхности сплава образуется тонкая пассивирующая пленка оксида хрома, предотвращающая дальнейшее окисление металла. Таким образом, ключевым свойством нержавейки является ее высокая устойчивость к коррозии, существенно отличающая ее от обычных видов стали. Помимо хрома, в состав нержавеющих сталей часто входят и другие легирующие элементы: например, никель, который повышает пластичность и жаропрочность, молибден – для улучшения стойкости к кислотам, титан – для термической стабильности, а также ниобий, медь и др.. Комбинация этих элементов определяет конкретные свойства сплава.

Стоит отметить, что нержавеющая сталь сохраняет свои характеристики в широком диапазоне условий. Как правило, она жаропрочная (способна выдерживать повышенные температуры без потери свойств) и теплоустойчивая, обладает высокой прочностью и стабильной структурой, а также имеет эстетически привлекательный внешний вид. Нержавейка гигиенична и химически нейтральна, благодаря чему подходит для контакта с пищевыми продуктами и медикаментами. Ее поверхность долго сохраняет гладкость и блеск, не требуя особого ухода и не подвержена образованию ржавчины или налета при правильной эксплуатации.

Классификация нержавеющих сталей

Существует несколько основных классов нержавеющей стали в зависимости от структуры сплава и легирующих элементов. Разделение проводится по микроструктуре (фазовому состоянию) сплава, которая, в свою очередь, определяется химическим составом и термической обработкой металла. Основные четыре типа следующие:

• Аустенитные стали. Это наиболее широко распространенный тип нержавейки, содержащий значительное количество хрома (обычно 16–20%) и никеля (5% и более) в составе. Аустенитные сплавы немагнитны и не закаливаются термической обработкой. Типичным представителем является сталь AISI 304 с составом ~18% Cr и 8–10% Ni (известная как «18/8»); она универсальна и используется от пищевой промышленности до декоративных изделий. Также популярна сталь AISI 316 с добавлением молибдена (~2%), что повышает устойчивость в хлорсодержащих средах. Аустенитные марки характеризуются высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и пластичностью.
  
  

• Мартенситные стали. Содержат умеренное количество хрома (обычно 11–17%) и повышенное содержание углерода. Могут подвергаться закалке (быстрому охлаждению) для увеличения твердости, однако при этом становятся достаточно хрупкими. Мартенситные нержавейки магнитны. Их применяют там, где нужна повышенная твердость – например, в режущем инструменте, ножах, некоторых деталях техники. Пример – сталь AISI 420, из которой изготавливают ножевые лезвия и другие изделия, требующие твердости.
  
  

• Ферритные стали. Представляют собой хромистые нержавеющие сплавы с низким содержанием углерода и без никеля (или с его минимальным количеством). В составе обычно 17–27% Cr, такие стали имеют магнитные свойства. Ферритная нержавейка менее пластична и хуже сваривается по сравнению с аустенитной, но обладает хорошей устойчивостью к коррозии в умеренно агрессивных средах. Типичный пример – AISI 430 (в России известна как 12Х17), которую применяют в бытовой технике, отделке помещений и автомобильных элементах, где требуется коррозионная стойкость при умеренной цене.
  
  

• Дуплексные стали. Это двухфазные сплавы, сочетающие свойства аустенитной и ферритной структуры в одном материале. Дуплексная нержавейка отличается повышенной прочностью, устойчивостью к образованию трещин и точечной коррозии, при этом содержит меньше никеля (обычно ~5%) и больше хрома (~22%) по сравнению с аустенитными марками. Наличие ферритной фазы делает ее слегка магнитной. Дуплексные стали применяются в химической и нефтегазовой промышленности, судостроении – там, где требуются одновременно высокая коррозионная стойкость и механическая прочность.
  
  

Марки и обозначения нержавеющей стали

Для обозначения конкретных сплавов нержавейки используются системы маркировки. В России и странах СНГ действует маркировка по ГОСТ, где сочетанием цифр и букв отражается состав: первые цифры указывают содержание углерода (в сотых долях процента), а буквы – легирующие элементы (причем их обозначения исторически не всегда совпадают с буквами химических символов). Например, марка 08Х18Н10 расшифровывается как сталь с ~0,08% C, ~18% Cr (Хром) и ~10% Ni (Никель). Зарубежные стандарты, напротив, часто используют цифровые коды. Широко известна американская классификация AISI, где популярные марки обозначаются трехзначными номерами (304, 316, 430 и т.д.). Нередко в технической документации указываются обе марки – отечественная и иностранная – для сопоставления. Следует помнить, что AISI 304 в российском эквиваленте соответствует 08Х18Н10, AISI 321 – стали 12Х18Н10Т, AISI 430 – стали 12Х17 и т.д..

Ниже приведены некоторые наиболее распространенные марки нержавеющей стали с их характеристиками и примерами применения:

(Примечание: марка AISI 430 обладает магнитными свойствами, в отличие от аустенитных 304/316.)

Как видно, даже небольшие изменения в составе могут существенно влиять на свойства нержавеющей стали. Правильный выбор марки под конкретные условия эксплуатации – залог долговечности и надежности конструкции или изделия.

Основные виды нержавеющего металлопроката

Нержавеющая сталь поставляется в продажу в виде разнообразного металлопроката – то есть заготовок и профилей определенной формы и размера, полученных методами горячей или холодной прокатки. Можно выделить несколько основных видов нержавеющего металлопроката по форме продукции:

Листовой прокат (нержавеющий лист и лента)

Плоский прокат из нержавейки, выпускаемый в формате листов различной толщины или рулонов (ленты). Листовая нержавеющая сталь производится как методом горячей прокатки, так и холоднокатаной технологией, что позволяет получать как толстый лист (обычно толщиной >4–5 мм), так и тонколистовую сталь (тонкие листы, фольга). Нержавеющий лист – один из самых востребованных видов: из него изготавливают коррозионностойкие трубные заготовки, элементы оборудования, корпусные детали машин, пружины, сетки и многое другое. Благодаря декоративному внешнему виду и устойчивости к атмосферным воздействиям, листовой нержавейкой облицовывают фасады зданий, отделывают помещения (например, холодильные камеры, кухни), из нее делают столешницы, мойки, вентиляционные короба и дымоходы. В промышленности листы применяются для химически стойких резервуаров, в энергетике – для теплообменного оборудования, а в машиностроении – для кузовных и обшивочных деталей. Листовой прокат может иметь различную обработку поверхности (матовая, шлифованная, зеркальная полировка и др.), а также поставляться с защитной пленкой для сохранения отделки при монтаже.

Сортовой прокат (прутки круглого, квадратного и шестигранного сечения)

Под этой категорией подразумеваются всевозможные профили сплошного сечения – прежде всего круглая арматура, квадраты и шестигранники из нержавейки.

• Круг нержавеющий – это не буквально кольцо, а стальной пруток круглого поперечного сечения (его еще называют прут круглого сечения). Такие прутья изготавливаются обычно горячекатаными, с последующим процессом вытяжки или калибровки для достижения точных размеров и чистой поверхности. Качественная нержавеющая круглая сталь востребована во многих отраслях: ее используют в строительстве (к примеру, как арматуру для железобетона, особенно когда требуется коррозионная стойкость), в машиностроении (для валов, осей, втулок, деталей насосов и электродвигателей), а также при производстве крепежа (болты, шпильки, анкеры из нержавейки). Нередко длинные заземляющие стержни и молниеотводы выполняются именно из нержавеющих кругов из-за их прочности и стойкости к погодным условиям. Популярные марки для изготовления кругов – например, 12Х18Н10Т (аналог AISI 321), которая немагнитна и хорошо сваривается, или особо стойкие к агрессивным средам сплавы типа 10Х17Н13М3Т с молибденом.
  
  

• Квадратный и шестигранный пруток. Нержавеющий квадрат имеет квадратное сечение, а шестигранник – шестигранное. Это прочные и надежные прутки из коррозионностойкой стали, обладающие всеми характерными свойствами нержавейки – высокой коррозионной стойкостью, долговечностью и отличной механической прочностью. Квадратные и шестигранные профили широко применяются в машиностроении, приборостроении, строительстве и даже в декоративном дизайне. Из стального квадрата изготавливают ответственные детали механизмов (валы, шпиндели, втулки), несущие элементы металлоконструкций, каркасы и стойки, различные крепежные узлы и т.д. Шестигранник нержавеющий часто служит заготовкой для производства метизов – гаек, болтов, шпилек и других крепежных и соединительных элементов, требующих высокопрочного и нержавеющего материала. Также из шестигранных прутков изготавливают детали оборудования, применяемого во влажных и химически агрессивных средах (например, в судостроении, нефтехимии). Выпускаются такие прутки в широком диапазоне размеров – типовые поперечники граней могут составлять от ~5 мм до 100 мм и более, длина прутка обычно 3–6 метров.
  
  

Полоса нержавеющая

Плоский узкий металлопрокат из нержавеющей стали, представляющий собой полосу (пластину) определенной ширины и длины. Нержавеющая полоса часто используется как заготовка для дальнейшей обработки и изготовления деталей – например, для вырезания мелких пластин, шайб, штамповки элементов конструкций, производства пружинных пластин и т.д. Также полосы востребованы в строительстве и промышленности – из них делают элементы кузовов автомобилей, станочного оборудования, различные шины и крепления. В зависимости от точности проката, ГОСТ выделяет для нержавеющей полосы три категории точности – нормальную, повышенную и высокую; показатель отражает допуски по размеру и прямолинейности изделия. Толщина выпускаемых полос может варьироваться от порядка 2 мм до 80 мм, ширина обычно стандартная (например, 20–200 мм, либо произвольная при резке листа на ленты). Длина полос – мерная или немерная, в соответствии с требованиями заказчика. Благодаря сочетанию гибкости в обработке (полосы можно резать, гнуть, сверлить) и устойчивости к коррозии, этот прокат применяют для изготовления различных монтажных скоб, рам, кронштейнов, а также декоративных элементов.

Проволока нержавеющая

Длинномерный тонкий продукт (диаметром обычно от долей миллиметра до нескольких миллиметров), получаемый путем волочения из нержавеющей стали. Нержавеющая проволока служит основой для самых разных изделий и задач: из нее плетут тросы и кабели, изготавливают сетку-рабицу и другие виды металлических сеток, пружины, спицы велосипедных и автомобильных колес, разные детали механизмов. Широко применяется такая проволока в сварочном деле – она используется как присадочная (наполнительная) проволока при сварке, а также из нее делают электроды для ручной сварки. В пищевой и медицинской отрасли тонкая нержавеющая проволока идет на изготовление корзин, сит, медицинских инструментов и оборудования, где важна стойкость к стерилизации и воздействию агрессивных сред. В целом, нержавеющая проволока – универсальный метиз, который может использоваться и как самостоятельное изделие (например, вязальная проволока для связывания арматуры, или проволочные хомуты), и как полуфабрикат для дальнейшей переработки.

Трубный прокат (нержавеющие трубы)

Отдельную большую категорию составляют трубы из нержавеющей стали. Нержавеющая труба – один из самых распространенных видов антикоррозионного металлопроката, особенно востребованный в системах трубопроводов, где требуется долговечность и гигиеничность материала. Выпускаются трубы разного сечения: круглые (самые массовые), а также профильные – квадратные и прямоугольные. Квадратная нержавеющая труба, например, часто используется при сборке трубных конструкций методом стыковой сварки и для создания каркасов (ее удобно крепить под прямым углом). По способу производства различают бесшовные трубы (вытянутые из цельной заготовки) и электросварные трубы (сварные) – с продольным сварным швом. Бесшовные обычно дороже, но обладают повышенной надежностью при давлении и температуре, отсутствием риска разгерметизации шва. Для изготовления труб применяются высококачественные марки стали – как правило, аустенитные (например, упомянутая 08Х18Н10 или легированная титаном 12Х18Н10Т). Такие сплавы обеспечивают трубам устойчивость к протечкам, образованию ржавчины и отложений. Область применения нержавеющих труб чрезвычайно широка: их используют в системах водоснабжения и отопления (особенно в ответственных или долговечных объектах), в пищевой промышленности (трубопроводы для молока, напитков, пива и пр.), в химических и фармацевтических установках (агрессивные жидкости, реакторы), в нефтегазовой отрасли, а также в архитектуре и строительстве – например, для создания прочных и красивых перил, ограждений, колонн, несущих конструкций, которые не боятся коррозии. Нержавеющие трубы сохраняют устойчивость к окислению даже при постоянном контакте с водой, влажным воздухом, многими кислотами и щелочами, а также выдерживают высокие температуры.

Фасонный прокат (уголки, швеллеры, двутавры)

К категории фасонного нержавеющего проката относятся профили сложной формы поперечного сечения. Наиболее распространены уголок (L-образный профиль с равными или неравными полками), швеллер (П-образный канал) и двутавровая балка (Н-образный профиль, напоминающий две соединенные буквы T). Эти изделия изготавливаются из нержавеющей стали обычно методом горячей прокатки или сварки (особенно для больших балок). Фасонный прокат из нержавейки применяется прежде всего в строительстве и машиностроении там, где требуется сочетание высокой прочности конструкции с устойчивостью к коррозии. Например, нержавеющие балки и колонны используются при возведении зданий и сооружений промышленного назначения, в цехах пищевых и химических предприятий (для несущих каркасов, эстакад, межэтажных перекрытий), в инфраструктурных объектах (мосты, эстакады, тоннели), особенно если среда эксплуатации агрессивная или требуется долговечность без обслуживания (покраски) металлокаркаса. Нержавеющие уголки и швеллеры применяют для усиления конструкций, сборки рам и каркасов оборудования, монтажа ограждений и лестничных маршевых конструкций, а также в декоративно-архитектурных целях – например, при оформлении фасадов, интерьеров с элементами из нержавеющей стали. Благодаря коррозионной стойкости фасонные профили из нержавейки сохраняют свои технические характеристики и внешний вид на протяжении десятилетий эксплуатации даже под открытым небом.

Сферы применения нержавейки

Область применения нержавеющего металлопроката охватывает практически все отрасли промышленности и хозяйства. Высокая устойчивость к коррозии, прочность и гигиеничность делают нержавейку универсальным материалом. Перечислим лишь основные направления, где активно используются изделия из нержавеющей стали:

• Строительство и архитектура: Нержавеющая сталь востребована в строительстве зданий и сооружений (особенно ответственных, рассчитанных на долгий срок службы). Пример – нержавеющая арматура для железобетона, элементы фасадов и кровли, несущие колонны, ограждения, перила, заборы и другие конструктивные и декоративные детали, которые должны противостоять атмосферной коррозии.
  
  

• Химическая и нефтегазовая промышленность: Оборудование, работающее с агрессивными средами (кислоты, щелочи, морская вода, нефть и газ), изготавливают из специальных марок нержавейки. Реакторы, трубопроводы, резервуары, клапаны, насосы, теплообменники на химических заводах – все это часто выполняется из коррозионно-стойких сплавов, включая дуплексные стали для особо тяжелых условий.
  
  

• Пищевая и фармацевтическая отрасли: Нержавеющая сталь признана стандартным материалом для оборудования пищевых производств (бактерицидность и соответствие гигиеническим нормам). Из нержавейки делают емкости для хранения и переработки пищевых продуктов, конвейеры, трубопроводы для молока и напитков, технологические линии на молокозаводах, пивоварнях, мясокомбинатах и т.д.. В фармацевтике и биотехнологиях нержавеющие реакторы, трубки и арматура обеспечивают чистоту процессов и легкость стерилизации. Также вся кухонная утварь, посуда, профессиональное ресторанное оборудование (мойки, столы, плиты) выполняются из пищевой нержавейки из-за ее стойкости к кислотам, солям и частой мойке.
  
  

• Медицина: Инструменты и оборудование медицинского назначения – скальпели, зажимы, хирургические инструменты, стерилизаторы, стоматологические установки – изготавливаются из специальных марок нержавеющей стали, не подверженных коррозии и допускающих стерилизацию при высоких температурах. Также нержавеющие сплавы применяются для имплантов и протезов (при условии биосовместимости сплава).
  
  

• Машиностроение и транспорт: В автомобильной и авиационной промышленности нержавейку используют для деталей, где требуется прочность и сопротивление окружающей среде – например, выхлопные системы, крепеж в моторном отсеке, элементы кузова высоких классов, декоративные детали. В судостроении практически незаменима нержавеющая сталь для палубного оборудования, элементов корпуса судна, болтов и трубопроводов, контактирующих с морской водой. Тонны нержавеющей стали уходят на строительство железнодорожного транспорта, цистерн, локомотивов – например, облицовка вагонов метро и поездов часто выполняется из нержавейки ради долговечности и пожаробезопасности.
  
  

• Энергетика: На электростанциях и особенно атомных станциях множество компонентов выполнено из нержавеющих жаропрочных сталей – трубопроводы паровых систем, теплообменники, клапаны, турбинные лопатки (из специальных сплавов). Газотурбинные установки, реактивные двигатели содержат детали из так называемых суперсплавов – высоколегированных нержавеющих сталей с очень высоким содержанием Ni и Cr (>50%), выдерживающих экстремальные температуры и нагрузки.
  
  

Перечисленные сферы – далеко не полный список. Фактически, нержавеющая сталь нашла применение везде, где требуются надежность, долговечность и устойчивость к окружающей среде. От бытовых мелочей (ножи, столовые приборы, элементы интерьера) до космической и оборонной промышленности – везде можно встретить детали из нержавейки.

Заключение

Сегодня нержавеющий металлопрокат по праву считается одним из самых универсальных и незаменимых материалов. Его высокая стойкость к разрушительным внешним воздействиям, способность противостоять коррозии, привлекательный внешний вид и относительная неприхотливость в уходе обеспечили огромную популярность нержавейки во всех областях промышленности и строительства. При этом широкий ассортимент – десятки марок стали, разнообразие профилей и размеров – позволяет подобрать оптимальный вариант под любые нужды заказчика. Без преувеличения, нержавеющая сталь стала синонимом надежности и долговечности, и ее значение в современном мире будет только расти.