Основные свойства нержавеющей стали: что вам нужно знать

Нержавеющая сталь ценится за свою прочность, долговечность и коррозионную стойкость. В этом блоге рассматриваются ее основные физические и химические свойства, включая состав, сопротивление и факторы, влияющие на производительность. Понимание этих свойств покажет, почему нержавеющая сталь так универсальна и надежна.

Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь, или inox, CRES и нержавеющая сталь — это сплав, состоящий из железа 70-80%, не менее 10,5% хрома и других элементов, таких как углерод. Хром защищает ее от ржавчины и коррозии, и ее легче чистить, чем алюминий и медь. Благодаря высокой прочности, высокой пригодности к вторичной переработке, долговечности и блеску нержавеющая сталь используется в строительстве, автомобилестроении, медицинских инструментах и кухонных принадлежностях. Распространенные типы включают аустенитную, ферритную, мартенситную и дуплексную.

Каковы физические свойства нержавеющей стали? 

Превосходные физические свойства нержавеющей стали делают ее идеальной для различных целей. Эти свойства включают прочность, теплопроводность, магнетизм, плотность, электропроводность, температуру плавления, эластичность, ударопрочность и усталостную прочность.

Теплопроводность

Нержавеющая сталь имеет более низкую теплопроводность по сравнению с другими металлами, такими как медь и алюминий. Это делает ее менее эффективной в проведении тепла, но обеспечивает контролируемую теплопередачу. Это свойство полезно для кухонных приборов и посуды, где требуется равномерный нагрев, а также в приложениях, где важна теплоизоляция.

Магнитные свойства

The магнетизм нержавеющей стали различается в зависимости от типа. Аустенитные нержавеющие стали (серия 300) обычно немагнитны из-за своей кристаллической структуры, тогда как ферритные и мартенситные нержавеющие стали (серия 400) являются магнитными. Это свойство имеет важное значение в таких областях применения, как магнитное разделение, электроприборы и промышленные процессы, где требуется магнитный отклик.

Плотность

Нержавеющая сталь имеет плотность около 7,8 грамма на кубический сантиметр и является относительно тяжелой. плотность стали SS повышает его прочность и долговечность, что делает его идеальным для применения в строительстве, автомобилестроении и аэрокосмической промышленности. Плотность также влияет на производительность материала в условиях высоких напряжений.

Электропроводность

Нержавеющая сталь имеет низкую электропроводность, что делает ее плохим проводником электричества. Это свойство полезно для приложений, требующих электрического сопротивления, таких как нагревательные элементы, резисторы и компоненты, требующие минимальных электрических помех. Оно помогает поддерживать безопасность и эффективность электрических и электронных устройств.

Температура плавления

Температура плавления нержавеющей стали при температуре от 1400 до 1530 градусов по Цельсию (от 2552 до 2786 градусов по Фаренгейту). Высокая температура плавления позволяет использовать его в таких средах, как печи, теплообменники и реактивные двигатели. Способность выдерживать экстремальные температуры без деформации или потери прочности делает его идеальным для критических применений.

Эластичность и пластичность

Нержавеющая сталь обладает как эластичностью, так и пластичностью, то есть ее можно растягивать или сжимать, а затем возвращать к своей первоначальной форме (эластичность), а также постоянно деформировать без разрушения (пластичность). Эти свойства имеют решающее значение для таких производственных процессов, как гибка, прокатка и ковка, позволяя производить сложные формы и конструкции.

Ударопрочность

Нержавеющая сталь выдерживает удары и толчки, поглощая энергию без разрушения. Это свойство важно для критически важных с точки зрения безопасности применений в автомобильной, аэрокосмической и строительной промышленности, где материалы должны выдерживать внезапные удары и вибрации. Ее прочность обеспечивает длительную работу и надежность в суровых условиях.

Усталостная прочность

Нержавеющая сталь обладает превосходной усталостной прочностью, выдерживая повторяющиеся циклы напряжения без поломок. Это делает ее пригодной для компонентов, подвергающихся циклическим нагрузкам, таких как пружины, крепежи и элементы конструкций зданий и мостов. Ее способность противостоять усталостным трещинам повышает безопасность и долговечность конструкций и механических систем.

Благодаря этим свойствам нержавеющая сталь подходит для многочисленных промышленных и бытовых применений: от кухонной утвари до деталей аэрокосмической техники. 

Каковы химические свойства нержавеющей стали? 

Химические свойства нержавеющей стали делают ее идеальной для различных целей. Эти свойства включают ее химический состав, коррозионную стойкость, стойкость к окислению, кислото- и щелочестойкость, стойкость к точечной и щелевой коррозии, стойкость к межкристаллитной коррозии, стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением и пассивацию поверхности.

Химический состав

Нержавеющая сталь в основном состоит из железа, хрома не менее 10.5% и таких элементов, как никель, молибден и углерод. Хром является ключевым элементом, который обеспечивает нержавеющей стали ее коррозионную стойкость, образуя тонкий оксидный слой на поверхности. Состав различается в зависимости от марки, с добавлением таких элементов, как никель для лучшей коррозионной стойкости и ударной вязкости или молибден для повышенной прочности и стойкости к точечной коррозии.

Коррозионная стойкость

Превосходная коррозионная стойкость нержавеющей стали обусловлена хромом, который образует защитный оксидный слой, предотвращающий ржавчину. Это свойство делает нержавеющую сталь идеальной для суровых условий, таких как морские применения, химические заводы и медицинские инструменты, где ржавчина и коррозионная стойкость имеют решающее значение. Его гигиенические свойства также помогают поддерживать его в чистоте во влажных, коррозионных условиях, предотвращая рост бактерий, что делает его идеальным для санитарных целей.

Стойкость к окислению

Нержавеющая сталь демонстрирует высокую устойчивость к окислению даже при повышенных температурах. Хром образует устойчивый оксидный слой, который предотвращает дальнейшее окисление. Это свойство особенно полезно в высокотемпературных приложениях, таких как выхлопные системы, теплообменники и промышленные печи, подверженные воздействию окислительных сред.

Устойчивость к кислотам и щелочам

Нержавеющая сталь устойчива ко многим кислотам и щелочам, что делает ее идеальной для химической обработки и использования в пищевой промышленности. Уровень сопротивления зависит от марки нержавеющей стали и концентрации кислоты или щелочи.

Например, нержавеющая сталь 316, содержащий молибден, обеспечивает повышенную устойчивость к хлоридам и кислым средам по сравнению с нержавеющей сталью 304.

Стойкость к точечной и щелевой коррозии

Нержавеющая сталь, особенно марки, содержащие молибден, например, 316, устойчива к точечной и щелевой коррозии. Эти локализованные формы коррозии возникают в замкнутых пространствах и часто вызываются хлоридами. Устойчивость к этим типам коррозии имеет важное значение для применения в морской среде, химической обработке и других отраслях промышленности, где воздействие сред, богатых хлоридами, является обычным явлением.

Стойкость к межкристаллитной коррозии

Межкристаллитная коррозия происходит на границах зерен нержавеющей стали, подвергающейся воздействию высоких температур. Стабилизированные марки, такие как 321 и 347, содержащие титан или ниобий, разработаны для сопротивления межкристаллитной коррозии. Это свойство имеет решающее значение для сохранения структурной целостности нержавеющей стали при сварке и высокотемпературных применениях.

Стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением

Нержавеющая сталь устойчива к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC), которое вызывается растягивающим напряжением и коррозионной средой. Аустенитные нержавеющие стали, такие как 304 и 316, как правило, устойчивы к КРН, что делает их пригодными для использования в средах, где КРН, вызванное хлоридами, является проблемой, например, на химических заводах и в нефтегазовой промышленности.

Пассивация поверхности

Пассивация поверхности это процесс, посредством которого защитный оксидный слой нержавеющей стали усиливается. Обычно это делается с помощью ванн с азотной или лимонной кислотой, которые удаляют загрязнения и способствуют образованию пассивного слоя. Пассивация повышает коррозионную стойкость нержавеющей стали и имеет важное значение для производства медицинских приборов и компонентов полупроводникового оборудования.

Эти химические свойства гарантируют, что нержавеющая сталь остается универсальным и долговечным материалом, способным выдерживать различные агрессивные химические среды и сохранять свою целостность в течение длительного времени.

Каковы механические свойства нержавеющей стали?

Прочность на растяжение нержавеющей стали

Прочность на растяжение относится к максимальному напряжению, которое может выдержать материал до разрушения. Различные типы нержавеющей стали имеют разную прочность на растяжение, на которую влияют такие процессы, как термическая обработка и холодная обработка. Более толстые материалы также могут обладать более высокой прочностью. Например, обычная марка 304 имеет прочность на растяжение около 210 МПа (30 000 фунтов на квадратный дюйм) в отожженном состоянии. Холодная обработка может увеличить ее прочность до 1 050 МПа (153 000 фунтов на квадратный дюйм) в полностью твердом состоянии.

Предел текучести нержавеющей стали

Предел текучести — это точка, в которой материал начинает пластически деформироваться под действием растягивающих или сжимающих нагрузок, обычно ниже предела прочности на разрыв. Такие методы, как холодная обработка, измельчение зерна, упрочнение твердого раствора, деформационное упрочнение и дисперсионное упрочнение, могут повысить предел текучести. Однако следует избегать чрезмерной обработки. Отожженная нержавеющая сталь 304 имеет более низкий предел текучести, около 200–250 МПа, тогда как холоднодеформированная 304 может достигать 250–300 МПа.

Пластичность нержавеющей стали

Пластичность — это способность материала деформироваться без разрушения под напряжением. Аустенитная нержавеющая сталь демонстрирует превосходную пластичность и ударную вязкость, обычно около 40%-60%, что позволяет вытягивать ее в проволоку и листы. Мартенситная нержавеющая сталь имеет более низкую пластичность, обычно между 20% и 40%. Хотя углеродистая сталь более пластична, чем нержавеющая сталь, отжиг или увеличение содержания никеля может улучшить аустенитную структуру и повысить пластичность. Это свойство делает нержавеющую сталь широко используемой в автомобильной, строительной и аэрокосмической промышленности.

Усталостная прочность нержавеющей стали

Усталостная прочность — это максимальное напряжение, которое может выдержать материал после многократных циклических нагрузок. Она меняется в зависимости от типа нагрузки; например, одноосное растяжение и изгиб по-разному влияют на усталостные характеристики. Дуплексные нержавеющие стали показывают наилучшую усталостную прочность в диапазоне от 400 до 600 МПа, в то время как упрочненные дисперсионным твердением нержавеющие стали превышают 600 МПа. Кроме того, процессы термообработки, такие как закалка и отпуск, могут значительно улучшить усталостные характеристики других нержавеющих сталей.

Твёрдость нержавеющей стали

Твердость — это способность материала противостоять деформации и износу, обычно измеряемая по шкале Бринелля (HB), Роквелла (HRC) или Виккерса (HV). Мартенситная нержавеющая сталь имеет самую высокую твердость (HRC 40-60), а аустенитная нержавеющая сталь — самую низкую (HRC 15-30). Такие процессы, как закалка, отпуск и отжиг, а также легирующие элементы, такие как хром, никель, углерод и молибден, могут повысить твердость нержавеющей стали.

Сопротивление ползучести нержавеющей стали

Сопротивление ползучести — это способность материала противостоять деформации при высокой температуре и постоянной нагрузке, медленный процесс деформации. Более высокие температуры и нагрузки увеличивают скорость ползучести. Аустенитная нержавеющая сталь имеет наилучшее сопротивление ползучести при высокой температуре, за ней следует мартенситная, а ферритная является самой слабой. Такие факторы, как методы плавки, раскисление, методы затвердевания, термическая обработка и обработка, также влияют на сопротивление ползучести.

Удлинение нержавеющей стали

Удлинение — это отношение удлиненной длины материала к его первоначальной длине до разрушения, что указывает на пластичность. Аустенитная нержавеющая сталь имеет самое высокое удлинение (40%-60%), в то время как мартенситная и ферритная имеют более низкие значения (20%-30%). Высокое содержание углерода и холодная обработка снижают пластичность, в то время как правильная термическая обработка, такая как отжиг, увеличивает удлинение. Нержавеющие стали с высоким удлинением идеально подходят для сложных форм и точного производства, например, в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Модуль упругости нержавеющей стали

Модуль упругости, или модуль Юнга, измеряет способность материала противостоять упругой деформации. Он зависит от температуры и условий напряжения. Ферритная нержавеющая сталь имеет самый высокий модуль (около 200 ГПа), а аустенитная — самый низкий (около 193 ГПа). При высоких температурах модуль аустенитной нержавеющей стали падает быстрее, а ферритной и мартенситной — медленнее. Легирующие элементы оказывают минимальное влияние на модуль упругости.

Какие факторы влияют на свойства нержавеющей стали? 

Свойства нержавеющей стали зависят от состава ее сплава, термической обработки и процессов упрочнения.

Состав сплава

The состав нержавеющей стали сплавы значительно влияют на их свойства. Основные элементы включают железо, хром, никель и молибден, каждый из которых вносит свой вклад в различные характеристики:

• Хром: Обеспечивает коррозионную стойкость за счет образования пассивного оксидного слоя.

• никель: Повышает прочность и пластичность, а также улучшает коррозионную стойкость, особенно в кислых средах.

• Молибден: Повышает прочность и препятствует точечной и щелевой коррозии.

• Углерод: Влияет на твердость и прочность, но может снизить коррозионную стойкость, если присутствует в больших количествах.

Различные марки нержавеющей стали имеют различные составы, адаптированные под конкретные области применения, и сбалансированные элементы для достижения желаемых свойств, таких как прочность, пластичность и коррозионная стойкость.

Термическая обработка

Процессы термической обработки, включая отжиг, закалку и отпуск, используются для изменения микроструктуры нержавеющей стали, тем самым улучшая ее механические и физические свойства:

• Отжиг: Предполагает нагрев стали до определенной температуры, а затем ее медленное охлаждение для снятия внутренних напряжений и повышения пластичности и вязкости.

• Закалка: Быстрое охлаждение стали после нагрева для ее закалки, повышения износостойкости и прочности.

• Закалка: Нагрев закаленной стали до более низкой температуры, а затем медленное охлаждение, что повышает прочность и снижает хрупкость.

Эти методы термической обработки могут применяться к различным маркам нержавеющей стали для достижения желаемого баланса твердости, прочности и пластичности для различных промышленных применений.

Упрочнение при обработке

Деформационное упрочнение или деформационное упрочнение подразумевает деформацию нержавеющей стали при комнатной температуре для повышения ее прочности и твердости. Этот процесс обычно достигается такими методами, как прокатка, волочение и гибка:

• Роллинг: Сжатие стали между роликами для уменьшения толщины и увеличения прочности на разрыв.

• Рисунок: Протягивание стали через матрицу для уменьшения площади ее поперечного сечения и повышения прочности.

• Изгиб: Деформация стали путем приложения силы повышает ее твердость и предел текучести.

Упрочнение особенно полезно в приложениях, требующих улучшенных механических свойств без изменения состава стали посредством термической обработки. Оно используется для изготовления пружин, крепежей и других высоконагруженных, износостойких компонентов.

Заржавеет ли нержавеющая сталь со временем?

Нержавеющая сталь обладает высокой устойчивостью к ржавчине благодаря содержанию хрома, но в экстремальных условиях, например, при длительном воздействии агрессивных сред или при повреждении защитного оксидного слоя, она со временем может заржаветь.

Дальнейшее чтение
Будет ли нержавеющая сталь ржаветь и как с этим справиться?

Нержавеющая сталь прочнее стали?

Нержавеющая сталь обычно превосходит обычную сталь по прочности и долговечности, обеспечивая лучшую устойчивость к коррозии и износу. Однако точная прочность зависит от конкретного сплава и обработки.

Как долго может прослужить нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь может прослужить десятилетия, даже до 100 лет, в зависимости от окружающей среды и обслуживания. Ее долговечность делает ее популярным выбором как для промышленного, так и для бытового применения.

Заключение

Уникальное сочетание свойств нержавеющей стали делает ее пригодной для многих применений. Ее эксплуатационные характеристики зависят от состава сплава, термической обработки и упрочнения. Понимание этих факторов подчеркивает универсальность и надежность нержавеющей стали как в промышленном, так и в повседневном использовании.

Группа SteelPRO предлагает широкий ассортимент нержавеющих сталей с превосходными свойствами, и мы можем настроить их для улучшения определенных характеристик. Для получения дополнительной информации о нержавеющей стали посетите наш страница блога.

Свяжитесь с нашими экспертами теперь лучшая цитата!