Спросите инженера:аустенитная нержавеющая сталь

Универсальная и прочная аустенитная нержавеющая сталь — даже при криогенных или повышенных температурах

Нержавеющую сталь называют «нержавеющей» из-за ее стойкости к ржавчине. Сталь содержит железо и углерод в определенных процентах:добавление элемента хрома превращает ее из стали в нержавеющую сталь. Исходя из этих трех основных элементов, металлурги создали огромный ассортимент нержавеющих сталей. Типы металлов в сплаве, инструкции по легированию, термической обработке и постпроизводственным работам входят в описание каждой марки. Эти спецификации подразделяются на четыре основных подтипа:аустенитные, железосодержащие, мартенситные и дуплексные. Все они полезны, но аустенитные стали отличаются своей превосходной полезностью. 70 % изделий из нержавеющей стали изготовлены из аустенитной нержавеющей стали.

Хром делает нержавеющую сталь устойчивой к коррозии, быстро окисляясь. Это образует уплотнение или «пассивный слой», который защищает металл на основе железа от ржавчины. Аустенитная нержавеющая сталь имеет дополнительный легирующий элемент, никель, который придает ей свойства прочности и пластичности.

Свойства аустенитной нержавеющей стали

Аустенитная нержавеющая сталь обладает многими полезными свойствами:

• Высокая устойчивость к коррозии
• Прочный
• Формируемый
• Поддается сварке
• Не становится хрупким при криогенных температурах.
• Более широкий диапазон термопрочности, чем у других типов нержавеющей стали.
• Большее тепловое расширение, чем у мартенситных и ферритных нержавеющих сталей
• Меньшая теплопроводность, чем у мартенситных марок.
• Обычно немагнитный; слабо магнитится при холодной обработке

Эти свойства делают аустенитную нержавеющую сталь универсальной и идеальной для многих применений, включая кухни и оборудование для пищевой промышленности, лаборатории и больницы, наружную мебель и облицовку, духовки и топки, теплообменники и многое другое. Коммерчески распространенная серия 300, включая распространенные марки 304 и 316, представляет собой аустенитные стали.

Аустенитная сталь обладает этими полезными свойствами благодаря своей молекулярной структуре. Однако создание и поддержание молекул аустенита в стали обходится дорого. Поэтому эти стали используются только там, где необходимы их улучшенные свойства.

Аустенитная микроструктура

Когда металлы вымерзают из расплавленного состояния, они кристаллизуются и образуют зерна, которые соединяются друг с другом в виде решетки. Эта кристаллическая структура определяет многие механические свойства металла.

На эту микроструктуру влияет множество факторов:материалы внутри решетки, насколько сильно нагревается металл и как быстро он остывает, а также подвергается ли металл последующей термообработке. Аустенитные сплавы имеют так называемую «гранецентрированную кубическую микроструктуру». Эта решетка состоит из плотно упакованных ячеек. Молекулы гранецентрированного аустенита появляются в мягких сталях только тогда, когда железо находится в расплавленном состоянии. Когда металлурги добавляют в сплав никель, эта структура может сохраняться, даже когда металл холодный.

Гранецентрированные кубические структуры имеют атомы в каждом углу ячейки плюс атомы в центре каждой грани куба. Именно атомы на поверхности каждого куба придают аустенитной стали ее свойства. Плотность атомов в клетке придает ей прочность. Многие другие виды стали и нержавеющей стали имеют более рыхлую структуру без атомов в центре каждой грани.

Аустенитная нержавеющая сталь немагнитна, потому что каждый атом в ячейке может найти пару с противоположным зарядом.

Аустенитная нержавеющая сталь:подходит для криогеники

Гранецентрированные кубические структуры более устойчивы к экстремальным температурам из-за дополнительной прочности дополнительных атомов на ячейку.

Аустенитные нержавеющие стали являются единственными типами нержавеющих сталей, которые не становятся хрупкими и легко ломаются в криогенных применениях. Даже ниже -292°F этот материал сохраняет свою прочность и удлинение. При ударе молекулы могут скользить друг относительно друга, не разбиваясь.

Для сравнения, объемно-центрированные кубические структуры обычно демонстрируют «переходную» температуру, ниже которой материал разрушается при механическом воздействии. Это называется низкотемпературным охрупчиванием.

Термостойкость или жаропрочность

Когда металлы нагреваются, они размягчаются, пока не достигнут температуры плавления. Те, которые размягчаются медленнее, имеют большую жаропрочность. Аустенитная нержавеющая сталь начинает терять свою прочность при температуре от 900 до 1000°F, но не так быстро, как другие типы нержавеющей стали. Непрерывные рабочие температуры двух типов, мартенситных и ферритных нержавеющих сталей, составляют от 1300 до 1500°F. Максимальная непрерывная рабочая температура для аустенитной нержавеющей стали 310 составляет 2100°F.

Сложность металлов

Металлы получают свои уникальные материальные свойства благодаря формированию атомной кристаллической решетки. На эти зерна влияет множество различных аспектов производства металла.

Сталь создается, когда железо сплавляется с углеродом, образуя прочный, пластичный, но чувствительный к ржавчине сплав. Хром добавляется, чтобы помочь создать пассивный оксидный слой и предотвратить ржавчину. При термообработке при температуре от 1674 до 2541°F углерод проникает сквозь решетку, и теперь нержавеющая сталь обладает большей пластичностью и прочностью. Единственный способ сохранить эту структуру при комнатной температуре — это наличие в сплаве никеля и/или марганца. Эти добавки обеспечивают химическую основу для гранецентрированных кубических ячеек. Со всеми этими элементами создается аустенитная нержавеющая сталь:немагнитная, термостойкая и морозостойкая, пластичная и поддающаяся сварке.

Эластичные аустенитные нержавеющие стали продолжают работать во многих промышленных средах. Их механические свойства делают их наиболее популярным выбором среди нержавеющих сталей. Однако добавление никеля и марганца делает аустенитные стали более дорогими:новые дуплексные стали, в которых чередуются аустенит и феррит, как правило, обладают некоторыми свойствами обоих. Это более дешевый способ получить некоторые преимущества аустенитной стали в неэкстремальных условиях. Однако для криогенных и теплоемких применений, таких как котлы, теплообменники и паропроводы, аустенитная нержавеющая сталь останется наиболее популярным выбором.