Нержавеющие стали

Коррозией металлов называют разрушение, вызванное химическим и электрохимическим воздействием внешней среды.

Химическая коррозия не связана с переносом электрических зарядов. К ней относится окисление металлов при нагреве в парах и газах сгорающего топлива, в жидкостях, не проводящих электрического тока (спиртах, органических жидкостях).

Электрохимическая коррозия осуществляется в присутствии электролитов (влажном воздухе, морской воде, растворах щелочей и кислот).

По характеру разрушения коррозия может быть общей (равномерной по всей поверхности материала), местной в отдельных участках (точечной или питтинговой) и межкристаллической (по границам зёрен).

Скорость общей коррозии оценивается либо потерей массы единицей площади за единицу времени (кг/м² × с), либо глубиной разрушения изделия в мм/год. Оценивают её также и по десятибалльной шкале: 1-му баллу соответствует скорость коррозии < 0,001 мм/год (совершенно стойкие стали), 2 – от 0,001 до 0,003 мм/год, 3 – от 0,003 до 0,01 мм/год (весьма стойкие стали), 4 – от 0,01 до 0,03 мм/год, 5 – от 0,03 до 0,1 мм/од (стойкие стали) и т.д. (для каждого балла скорость коррозии увеличивается примерно в 3 раза). 10-му баллу соответствует скорость коррозии, превышающая 10 мм/год (нестойкие стали).

Скорость межкристаллитной коррозии оценивают либо по электропроводности, либо по механическим свойствам.

Существуют различные способы повышения коррозионной стойкости материалов: 1) разработка специальных составов сталей и сплавов; 2) различные способы нанесения защитных покрытий (лужение, цинкование, напыление различных металлов и неметаллических материалов); 3) химическая обработка среды, в которой протекает коррозия, путём введения специальных добавок (ингибиторов), замедляющих коррозию, электрохимическая защита; 5) протекторная защита (например, подсоединением пластин магния или цинка к деталям).

В пищевой промышленности наиболее широко используются два первых способа, поскольку не всегда возможно введение ингибиторов в пищевую среду, в частности, когда речь идёт об использовании в качестве ингибитора нитрита натрия – NaNO₂. Проблематичным является и осуществление протекторной и электрохимической защит, вследствие затруднения подвода реагентов и электричества к действующему оборудованию.

Нержавеющими называют большую группу хромистых, хромоникелевых и хромоникельмарганцевых сталей с содержанием хрома более 12 %. Такие сплавы способны сопротивляться коррозионному воздействию внешней среды при комнатной и близких к ней температурах.

Жаростойкостью (окалиностойкостью) называют сопротивление материала окислению при высоких температурах. Жаростойкостью, как правило, обладают стали с более высоким содержанием хрома (17-28 %), либо стали на хромоникелевой основе.

Коррозионно-стойкими называют стали, устойчивые против коррозии в агрессивных средах.

Разработаны и широко используются различными отраслями промышленности несколько групп коррозионно-стойких сталей: 1) хромистые, 2) хромоникелевые, 3) сложнолегированные коррозионно-стойкие стали.

Хромистые коррозионно-стойкие стали – наиболее дешёвые. В зависимости от содержания в них хрома и углерода они по структуре могут быть ферритными (напр., стали 06Х13 или 08Х17Т), феррито-мартенситными (сталь 12Х13) и мартенситными (20Х13, 30Х13).

Ферритные хромистые стали имеют сравнительно невысокую прочность (s_в @ 400-600 МПа), они хорошо прокаливаются и свариваются. Их используют для различных свариваемых ёмкостей в хлебопекарной и спиртоводочной промышленности, сварных автоклавов и др. изделий.

При этом сталь 08Х17Т является не только коррозионно-стойкой, но и жаростойкой. Изделия из неё могут длительное время работать при температурах до 700⁰С.

Стали феррито-мартенситного класса также хорошо прокаливаются, штампуются и свариваются. Кроме того, они обладают повышенной ударной вязкостью (для стали 12Х13, например, KCU = 0,9 МДж/м²). Их используют для свариваемых ёмкостей (напр., для изготовления деж в хлебопекарной промышленности), обечаек теплообменных аппаратов и других изделий. Используют их также и в качестве жаростойких деталей печей, работающих при температурах до 700⁰С.

Хромистые стали мартенситного класса (20Х13, 30Х13 и др.) используются для изготовления деталей, работающих в условиях циклических нагрузок в различных агрессивных средах (шестерни, пружины, подшипники, корпуса насосов и др.). Сталь 30Х13 используется для изготовления ножей для резки хлеба и скальпелей в медицинской промышленности.

Наиболее широкое использование в пищевой промышленности получили хромоникелевые коррозионно-стойкие стали.

Содержание углерода в них сравнительно невысокое (С £ 0,2 %), а суммарное содержание легирующих (Cr + Ni + другие добавки) £ 30 %.

Коррозионная стойкость сталей этого класса тем выше, чем меньше в них содержание углерода. В зависимости от содержания углерода, эти стали могут относиться по структуре к аустенитно-ферритному классу (12Х21Н5Т, 08Х22Н6Т и др.), аустенитно-мартенситному (14Х17Н2) или к аустенитному классу (12Х18Н9, 08Х18Н10Т, 08Х22Н6Т).

Большинство из этих сталей допускает непосредственный контакт с пищевыми продуктами.

Сталь 08Х22Н6Т используется для изготовления оборудования, контактирующего с кислыми средами. Например, для изготовления деталей насосов, клапанов при производстве дрожжей, глюкозы, для деталей дефростаторов. Недостатком этой стали является склонность к межкристаллитной коррозии.

Указанного недостатка лишены стали аустенитного класса 08Х18Н10Т либо 12Х18Н10Т. Эти стали используются для изготовления деталей выпарных аппаратов в свеклосахарной промышленности, при производстве уксусной кислоты и др. отраслях.

Аустенитные хромоникелевые стали могут работать в области температур от –196⁰С до +600⁰С и давлениях до 5 атмосфер.

Их используют для изготовления вакуумных камер, различных трубопроводов и фильтров в теплообменных аппаратах пищевой промышленности, при производстве лекарств в химико-фармацевтической промышленности, для медицинского инструмента.

Широко используют стали типа 08Х18Н10Т и другие нержавеющие аустенитные стали для плакирования изделий из углеродистых и низколегированных сталей (плакирование – нанесение защитного слоя путём совместной прокатки двух или нескольких слоёв различных материалов).

Так, в хлебопекарной промышленности плакируют сталью 08Х18Н10Т дёжи из Ст3, в рыбоперерабатывающей и мясоперерабатывающей промышленности плакируют емкости, работающие с рассолами, тузлуками.

Дефицит никеля привёл к тому, что были разработаны нержавеющие стали либо с пониженным содержанием никеля, либо вообще безникелевые стали, в частности хромомарганцовистых сложнолегированных сталей. Из числа нержавеющих сталей этого класса можно отметить стали 10Х14Г14Н4Т, Х14Г14Н3Т, Х17АГ14 (сталь с азотом, от 0,15 до 0,35 вводится при выплавке), а также сталь Х20Н4Г11 и др.

Указанные стали сочетают сравнительно высокую прочность (s_в – 650-700 МПа) с высокой пластичностью и ударной вязкостью (d от 35 до 40 %). Они могут быть использованы для изготовления оборудования, непосредственно контактирующего с пищевыми продуктами.

Сталь 10Х14Г14Н4Т рекомендуется для изготовления узлов оборудования, работающего в слабоагрессивных средах, в частности в кондитерской промышленности для изготовления шоколадных форм. Широко её используют в холодильном оборудовании и для изготовления ёмкостей, соприкасающихся с моющими средами (моечного оборудования и стиральных машин).

Сталь 12Х17Г9АНА используется для изготовления деталей, контактирующих с пищевыми продуктами и моющими средами в хлебопекарной, сыродельной, мясоперерабатывающей и др. отраслях.

Сталь Х14Г14Н3Т рекомендована в качестве заменителя стали 08Х18Н10Т при изготовлении изделий, работающих в слабоагрессивных средах (органических кислотах, растворах солей и щелочей).

Безникелевые стали, например Х17АГ14, в пищевой промышленности особенно целесообразно использовать при изготовлении оборудования, связанного с переработкой жиров (поскольку никель, так же как и медь и ванадий, способствует протеканию нежелательных биохимических процессов и снижает органолептические свойства продуктов).

В таблице 1 приведены данные о коррозионной стойкости различных марок коррозионно-стойких сталей при контакте с конкретными пищевыми продуктами.

Следует также отметить, что при производстве виноводочных изделий не рекомендуется использовать стали с азотом, т.к. их стойкость в указанных средах соответствует 7-8 баллам.

В качестве жаростойких сталей используются стали марок 15Х28, 15Х25Т, 20Х13Н4Г9, Х23Н18 и др. Указанные марки сталей обладают высокой окалиностойкостью до температур 1050-1100⁰С.

Их используют для изготовления различных деталей печей. Относятся они к ферритному классу, хорошо прокатываются и свариваются. Сталь 15Х25Т может применяться для сварных конструкций жаростойких, но не подвергающихся нагрузкам (ёмкости, трубы теплообменных аппаратов, работающих при 500-600⁰С и др.).

Из приведённой таблицы видно, что среда, в которой работает материал, часто оказывает коррозионное воздействие на материал больше, чем структура и свойства самих сталей.

Дата добавления: 2015-07-25