Что такое нержавеющий металлопрокат и его основные виды

27 ноября, 09:39

Нержавеющий металлопрокат – это изделия и полуфабрикаты из коррозионностойкой (нержавеющей) стали, полученные путём горячей или холодной прокатки. Прокатом называется механическая обработка металла на прокатных станах, при которой металл получает заданную форму и размеры. Нержавеющей сталью называют специальный сплав железа с повышенным содержанием легирующих элементов (в первую очередь хрома), обеспечивающих высокую устойчивость к коррозии. Хром (обычно не менее 10–12 %) образует на поверхности тонкую оксидную плёнку, защищающую сталь от агрессивной среды. За счёт этого изделия из нержавейки отличаются долговечностью и надёжностью даже в сложных условиях эксплуатации.

Введение в понятия нержавейки и проката важно для понимания широкого ассортимента изделий. Нержавеющая сталь – это подвид легированных сталей, устойчивых к коррозии, жаростойких и иногда магнитных. Металлопрокатом называют любую продукцию, полученную прокаткой. Иными словами, нержавеющий металлопрокат – это готовые изделия из нержавеющей стали, выпускаемые в виде листов, полос, профилей, труб, арматуры и прочих форм методом прокатки на специальных станах. В текстах заводских справочников и отраслевых стандартов нержавеющая сталь нередко называется «нержавейкой» или «коррозионностойкой сталью».

Химический состав и свойства нержавеющей стали

Нержавеющая сталь получает свои уникальные свойства за счёт легирующих добавок. Основным легирующим элементом является хром (обычно 10–30 %), который придаёт стали антикоррозийность. Дополнительный элемент – никель (обычно 8–15 %) – повышает пластичность, ударную вязкость и термостойкость стали. В некоторых марках вместо никеля используют марганец и/или азот. Углерод обычно содержится в малых количествах (менее 0,1…0,2 % в большинстве марок), чтобы предотвратить хрупкость и сохранить коррозионную стойкость. Другие легирующие элементы – молибден, ванадий, титан, медь, азот – могут добавляться для конкретных целей: молибден увеличивает стойкость в серосодержащих и хлоридных средах, титан и ниобий стабилизируют структуру при высоких температурах, азот повышает прочность.

В результате такого легирования нержавеющая сталь сочетает в себе ряд полезных свойств:

Высокая коррозионная стойкость. Благодаря пассивному оксидному слою нержавеющая сталь устойчива к окислению и атакам агрессивных сред, в том числе морской воды, кислот и щелочей.
Прочность и долговечность. Структура проката обеспечивает высокую прочность и жёсткость изделий, а материалы сохраняют эксплуатационные свойства длительное время.
Термостойкость. Многие марки нержавеющей стали сохраняют механические свойства при высоких температурах (до 800 °C и более), что важно для оборудования теплообменников и энергетических установок.
Гигиеничность и эстетика. Гладкая поверхность нержавеющего проката легко очищается, не образует ржавчину и сохраняет блеск. Поэтому нержавейку широко используют в пищевой и медицинской промышленности, а также для декоративных элементов.
Магнитные свойства. Большинство аустенитных марок (например, 08Х18Н10А) немагнитны, что важно для электротехнического и медицинского оборудования. Ферритные и мартенситные марки при комнатной температуре магнитятся.

Таким образом, нержавеющая сталь сочетает в себе прочность обычной стали и стойкость к коррозии, свойственную сплавам с высоким содержанием хрома. Это делает её незаменимым материалом в самых разных сферах – от пищевой промышленности до космических технологий.

Классификация нержавеющей стали по структуре и назначению

Нержавеющую сталь традиционно делят на несколько основных классов по кристаллической структуре и химическому составу. Каждый класс обладает своими особенностями:

Аустенитная сталь – содержит не менее 16–18 % хрома и примерно 8–15 % никеля (марганец может замещать часть никеля). Структура – гранецентрированная кубическая (ГЦК). Эти сплавы обычно немагнитны и имеют высокую пластичность и отличную коррозионную стойкость. Примеры марок: AISI 304 (08Х18Н10), 316 (10Х17Н13М2Т). Используются в пищевой, химической и фармацевтической промышленности, в архитектуре и медицине.
Ферритная сталь – содержит 10–27 % хрома и очень мало никеля или без него. Структура – объемно-центрированная кубическая (ОЦК). Ферритные марки магнитятся, обладают хорошей коррозионной стойкостью и устойчивостью при высоких температурах, но имеют более низкую пластичность. Примеры: AISI 430 (12Х17Н), 409 (12Х13). Применяются в декоративной отделке, автомобильных выхлопных системах, отделочном листе, сантехнике и теплообменниках.
Мартенситная сталь – содержит повышенное количество углерода и хром (обычно 12–18 % Cr, 0,1–0,5 % C). После прокатки и закалки структура – ОЦК с большим числом мартенситных включений. Эти стали твёрдые и прочные, их можно эффективно закаливать и полировать, но они менее стойки к коррозии. Мартенситные марки (например, AISI 410, 420) используются в режущем инструменте, турбинных и насосных деталях, мединструменте и зубчатых механизмах.
Дуплексная сталь – сочетает аустенитную и ферритную структуры (примерно 50/50). Содержит около 18–25 % хрома, 4–8 % никеля, молибден и азот. Комбинация фаз даёт особо высокую прочность и отличную коррозионную стойкость, в том числе к точечной коррозии в хлоридосодержащих средах. Примеры: марки типа 06Х25Н6 (аналог 2205), 08Х22Н6Т (аналог 2207). Применение – морская техника, судостроение, нефтегазовые и химические установки.

В таблице ниже приведено обобщённое сравнение этих классов нержавеющей стали по основным свойствам и областям применения. Данные основаны на отраслевых справочниках и ГОСТ (обратите внимание, что конкретные свойства зависят от марки стали и условий эксплуатации):

Класс (структура)

Кристаллическая решётка

Магнитность

Прочность

Коррозионная стойкость

Пластичность

Основные области применения

Аустенитная

ГЦК (FCC)

обычно немагнитна

Средняя

Высокая

Отличная

Пищевая, химическая, медицина, архитектура

Ферритная

ОЦК (BCC)

Магнитна

Средняя

Умеренная

Автомобили, декор, теплообменники

Мартенситная

ОЦК с мартенитом

Магнитна

Высокая

Умеренная

Низкая

Инструменты, лезвия, насосные части

Дуплексная

Сочетание ГЦК + ОЦК

Обычно магнитна

Очень высокая

Хорошая

Морская техника, нефтегаз, химия

Таблица 1. Сравнение основных классов нержавеющих сталей по структуре и свойствам.

Кроме указанных структурных классов, в литературе также выделяют специальные группы: жаропрочные стали (например, марки 06Х12Н5, выдерживающие высокие температуры), кислотостойкие (легированные особыми примесями для работы в агрессивных средах), криогенные (для низких температур) и другие узкоспециализированные стали. Однако все они подчиняются общим правилам прокатки и классификации.

Основные виды нержавеющего проката

Из нержавеющей стали выпускается широкий ассортимент прокатных изделий различной формы и назначения. Основные категории изделий описаны в отраслевых сортаментах и включают следующие группы:

Листовой прокат – плоские изделия (листы, полотна и рулоны). Листы имеют большую длину и ширину при сравнительно малой толщине (от долей миллиметра до десятков миллиметров). Выпускаются горячекатаные (обычно толще, грубее по поверхности) и холоднокатаные (тончайшие, с высокой точностью размеров и качественной поверхностью). Нержавеющие листы и рулоны используются для изготовления корпусов резервуаров, облицовочных панелей, кухонных поверхностей, деталей техники, тепловых экранов и прочей продукции.
Трубный прокат – изделия в виде труб и профильных труб. Сюда входят круглые, квадратные, прямоугольные, овальные и другие профильные трубы. Трубы бывают сварными (электросварными или с продольным швом) и бесшовными. Нержавеющие трубы востребованы в трубопроводах химических и пищевых предприятий, в отопительных системах, мебельной фурнитуре, ограждениях, водоподготовке и т.д.
Сортовой прокат (круглый, квадратный, шестигранный прокат) – изделия продольного профиля простейшей формы. Сюда относятся круглый пруток, квадратный и шестигранный пруток, проволока, полоса (плоский пруток) и другие изделия со стандартным сечением. Например, круглый прокат (стержень) применяется в машиностроении, арматуре, в изготовлении крепежа, валов, штырей, а квадрат и шестигранник – в производстве деталей и осей. Полоса нержавеющая (шириной от нескольких мм до десятков мм) идёт на штамповку деталей, заклёпки, пружины, обечайки и т.д.
Фасонный прокат – изделия со специальным профильным сечением. Сюда относятся уголки, швеллеры, балки (двутавры), Т-, Z- или П-образные профили, специальные фасонные элементы. Эти профили используются в строительстве и металлоконструкциях: несущие каркасы, перекрытия, балки и ригели, усиленные детали. Фасонный прокат при необходимости выпускается различной длинны и стандартных размеров по ГОСТ.
Проволока нержавеющая – тонкие вытянутые прутки (диаметром от долей миллиметра до нескольких мм), изготовляемые волочением или прокаткой. Нержавеющая проволока используется для сварочных электродов, сеток, вяжущих элементов, крепежа, а также в медицинском и пищевом оборудовании.

Резюме основных видов проката и их применения представлено в таблице ниже. Приведённые характеристики обобщают информацию отраслевых справочников:

Вид проката

Форма и особенности

Основные применения

Листовой прокат

Плоские листы, рулоны; толщина от ~0,5 до 100 мм; горяч./хол. прокат

Строительство (облицовка фасадов, кровля), производство мебели, бытовых приборов, хим. ёмкостей, пищевого оборудования

Трубный прокат

Трубы круглые и профильные (прямоугольные, квадратные); сварные и бесшовные

Трубопроводы, конструкции каркасов, перила, оборудован ние для хим., пищ. и энергет. отраслей

Сортовой прокат

Круг, квадрат, шестигранник, полоса; различное сечение и длина

Арматура, крепёж, валы, вёртлюги, оси, детали механизмов, декоративные прутки

Фасонный прокат

Уголок, швеллер, двутавр, Т- и Z-образные профили

Рамные конструкции, балки перекрытий, каркасы, рамы транспортных средств

Проволока

Диаметр до ~5–10 мм; может быть гладкая или гофрированная

Сварочные материалы, сетки, связующие, медицинские и пищевые установки

Плоская полоса

Узкая полоса (толщина от 1–2 до 10–20 мм)

Детали штамповки, пружины, крепёж, обечайки, корпусные элементы

Таблица 2. Основные виды нержавеющего проката и области применения.

Некоторые формы изделий выделяются отдельно в сортаментах. Например, листы разделяются на тонколистовой прокат (толщиной до 4–5 мм, особенно востребован – «пищевую нержавейку» марки AISI 304) и толстолистовой (до 50…100 мм). Трубы классифицируются по толщине стенки (тонкостенные, толстостенные) и назначению (пищевые, газовые, сосуды). Проволока может быть гладкой, рифлёной, проволока для сварки. Подробный сортамент регламентируется ГОСТами (набором стандартов).

Методы производства проката

Нержавеющий металлопрокат изготавливают классическими методами прокатки:

Горячая прокатка – прокатка при температуре выше точки рекристаллизации стали (~1100–1300 °C). Обычно горячекатаный прокат получают для заготовок листового, сортового и фасонного проката большого поперечного сечения. Горячая прокатка позволяет легко деформировать сталь до больших размеров (например, листы толще 3–4 мм) и даёт прочную крупнозернистую структуру.
Холодная прокатка – прокатка при низких температурах (обычно при комнатной) уже после горячей прокатки. Этот этап уменьшает толщину проката, улучшает точность размеров и качество поверхности. Холоднокатанный нержавеющий лист имеет более гладкую поверхность и высокую жёсткость (за счёт наклёпа), но при этом упрощается дальнейшая механическая обработка. Холоднокатаный прокат (рулоны, листы) обычно бывает тонколистовой стали (обычно 0,3–3,0 мм).

В табличном виде сравнение методов прокатки можно представить следующим образом:

Процесс прокатки

Диапазон толщины

Особенности поверхности

Структура стали

Применение

Горячая прокатка

Толще (обычно >3–4 мм)

Шероховатая, часто требуется зачистка

Грубая кристаллическая структура

Заготовки (листы, балки), толстый сортовой прокат

Холодная прокатка

Тоньше (обычно <5 мм)

Гладкая, мелкозернистая

Упрочнённая (наклёп) структура

Рулоны и листы низкой толщины, точные профили

Таблица 3. Сравнение горячекатаного и холоднокатаного нержавеющего проката.

Кроме прокатки, в производстве металлопроката применяются термообработка (отжиг, закалка, отпуск) для получения требуемых механических свойств, а также отделка поверхности (шлифование, полировка, травление) и покрытие (ламинирование, оксидирование) для повышения коррозионной стойкости и внешнего вида. Однако важнейшими этапами остаются именно горячее и холодное прокатывание заготовок.

Свойства нержавеющего металлопроката

Основные свойства изделий из нержавеющей стали вытекают из сочетания состава и прокатного производства. Ключевые преимущества нержавейки:

Коррозионная стойкость – изделия сохраняют блеск и прочность во влажной и химически агрессивной среде. Тонкая пассивная плёнка (оксид хрома) самовосстанавливается при повреждении и защищает сталь от ржавления.
Термостойкость – большинство марок выдерживают высокие температуры. Например, конструкции из аустенитной стали серии 300 могут длительно работать при 500–800 °C. Плавление нержавеющих сплавов происходит около 1450–1500 °C, что делает их «пожаробезопасными» материалами.
Механическая прочность – даже тонкий лист из нержавейки имеет высокую сопротивляемость нагрузкам. Прокат придаёт стальным изделиям устойчивость к изгибу и растяжению, а добавки (Ni, Mo, Ti) улучшают прочностные характеристики при высоких температурах.
Долговечность – в изделиях редко образуется коррозия, усталостные разрушения или деформация при стандартной эксплуатации. Это объясняет популярность нержавейки для наружных работ, где она сохраняет вид в течение десятилетий.
Эстетичность – зеркальные и матовые поверхности из нержавейки выглядят презентабельно. Изделия не тускнеют и легко поддаются чистке, что важно для архитектуры и дизайна.

Перечисленные свойства делают нержавеющий прокат одним из самых универсальных материалов. Для сравнения, обычная конструкционная сталь быстро ржавеет на воздухе и требует антикоррозионных покрытий, тогда как нержавейка сохраняет собственную прочность и вид «как новенькая» даже без покраски.

Марки нержавеющей стали и их применение

Каждой нержавеющей стали присвоены свои обозначения по системе ГОСТ (в российской практике) или по международным стандартам (AISI, ASTM, EN и др.). Марка указывает на химический состав и тип стали. Ниже приведены примеры широко используемых марок нержавеющей стали и области их применения (сокращённо):

Марка (ГОСТ/AISI)

Тип стали

Основные легирующие элементы

Особенности и применение

08Х18Н10 / AISI 304

Аустенитная

Cr ~18 %, Ni ~10 %

Универсальная «пищевая» сталь. Высокая корроз. стойкость, отличная свариваемость. Применяется в пищевой и химич. промышленности, для кухни, архитектурных элементов.

12Х18Н10Т / AISI 321

Аустенитная

Cr ~18 %, Ni ~10 %, Ti (~0,5 %)

Химическая устойчивость при высоких температурах. Используется в котлах, теплообменниках, авиации.

10Х17Н13М2 / AISI 316

Аустенитная

Cr ~16 %, Ni ~10 %, Mo ~2 %, Ti (~0,8 %)

Повышенная стойкость к морской и хим. коррозии за счёт молибдена. Применяется в морских условиях, химии, мед. оборудовании.

10Х23Н18 / AISI 310

Аустенитная

Cr ~25 %, Ni ~20 %

Сверхжаропрочная сталь. Устойчива к окислению при >1000 °C. Используется в печах, горелках, теплообменном оборудовании.

08Х17Н3 / AISI 430

Ферритная

Cr ~17 %, Ni < 0,5 %

Магнитная сталь средней корроз. стойкости. Применяется в отделке, кухонной утвари, автомобильных выхлопах.

08Х13 / AISI 410

Мартенситная

Cr ~12 %, Ni < 0,5 %, C ~0,1 %

Мартенситная сталь повышенной прочности. Используется в производстве ножей, турбинных лопаток, клапанов (из-за низкой корроз. стойкости требует покрытия).

06Х25Н6 / UNS S31803

Дуплекс

Cr ~25 %, Ni ~6 %, Mo ~3 %, N ~0,2 %

Высокопрочный, коррозионно-стойкий дуал-сталь. Используется в нефтегазовой и хим. промышленности, морской технике.

Таблица 4. Примеры марок нержавеющих сталей и их применение.

Существует гораздо больше марок, но приведённые примеры показывают характерные области применения основных типов нержавейки. При выборе прокатного изделия важно учитывать марку стали и её свойства: так, для пищевой продукции обычно берут аустенитные марки (например, 08Х18Н10), а для агрессивных сред – кислотоупорные (с добавкой Mo или Ti, например 10Х17Н13М2). При конструировании аппаратуры и зданий также учитывают механические нагрузки и требуемую толщину проката.

Сферы применения нержавеющего металлопроката

Нержавеющий металлопрокат применяется почти во всех отраслях промышленности и строительства благодаря своим свойствам. Основные области применения включают:

Строительство и архитектура. Нержавеющие листы и профили используются для облицовки фасадов, изготовления кровель, рам окон, декоративных элементов, лестниц, поручней. Благодаря коррозионной стойкости конструкции из нержавейки годятся для использования во внешней среде десятилетиями.
Пищевая промышленность и медицина. Для оборудования пищевых заводов, кухонных поверхностей, гастрономического оборудования, а также медицинской техники и инструментов применяют пищевые марки нержавеющей стали (AISI 304/316). Материал не выделяет токсичных веществ и легко очищается.
Химическая и нефтехимическая промышленность. Нержавеющий прокат – основной материал для реакторов, теплообменников, резервуаров и трубопроводов химических заводов. Он может противостоять кислотам, щелочам и агрессивным газам. Дуплексные и супер-аустенитные марки особенно применяют в нефтегазовой сфере (газопереработка, добыча нефти) из-за их повышенной стойкости и прочности.
Энергетика. В теплоэнергетике нержавейка идёт на изготовление паровых котлов, турбинных лопаток, топок и трубопроводов ГЭС, АЭС, ТЭЦ. Здесь важна жаростойкость и долговечность сплавов.
Транспорт. В автомобилях и локомотивах нержавеющие трубки и ленты используются в выхлопных системах, элементах ходовой части и декоративных деталях. В судостроении – для корпуса судов, палубных деталей, систем сточных вод, благодаря устойчивости к морской воде.
Машиностроение и приборостроение. Из нержавейки изготавливают детали оборудования и механизмов, подвергающихся значительным нагрузкам или агрессивной среде (шестерни насосов, валы, ролики, пружины, крепёж). Аустенитные марки востребованы в оборонной и аэрокосмической промышленности из-за сочетания прочности и лёгкого веса.
Бытовая техника и домашнее обустройство. Корпуса газовых плит, холодильников, элитной кухонной и сантехнической фурнитуры, а также декоративных покрытий изготовляют из нержавеющей стали за её презентабельный внешний вид и устойчивость к загрязнению.

Таким образом, область применения нержавеющего металлопроката чрезвычайно широка: от крупных промышленных сооружений до повседневной посуды. Везде, где требуется сочетание прочности, долговечности и коррозионной стойкости, нержавеющая сталь является оптимальным выбором.

Заключение

Нержавеющий металлопрокат – это универсальный материал для современных технологий. Благодаря особому легированию и прокатной технологии изделия из нержавеющей стали обладают уникальными свойствами: долговечной коррозионной стойкостью, высокой прочностью, термостойкостью и эстетичным видом. С помощью прокатных станков нержавеющую сталь формируют в листы, трубы, прутки, профили и другую продукцию, отвечающую техническим требованиям заказчиков.

Основные виды проката – листовой, сортовой и трубный – позволяют получать изделия практически любой конфигурации. Классификация стали на аустенитную, ферритную, мартенситную и дуплексную отражает внутреннюю структуру материала и предопределяет его применение. Правильный выбор марки и вида проката позволяет оптимизировать работу оборудования, обеспечить длительный срок службы конструкций и улучшить безопасность в самых разных отраслях промышленности.

Избегая привязок к брендам, мы рассмотрели только фундаментальные понятия и разновидности нержавеющего проката. Полученные сведения помогут читателю ориентироваться в широком ассортименте нержавеющих сталей и прокатных изделий, понимать их назначение и выбирать подходящий материал для конкретных задач.