Нержавеющая сталь в машиностроении

Определение и химический состав

Детали и корпуса, произведенные из нержавейки, защищены от внешних воздействий тонкой пленкой оксида хрома на поверхности. Они находят свое применение в авиационной и железнодорожной промышленности, в судостроении и станкостроении, при производстве различных приборов и автомобилей.

Высокую коррозионную стойкость металла обеспечивает хром в составе. Содержание этого легирующего элемента в сплаве может достигать 12-20%. Также в составе могут быть следующие элементы:

никель — стабилизирует структуру сплава вне зависимости от температурных интервалов;

углерод — увеличивает прочность, но при этом снижает антикоррозионные свойства, так что его количество в стали будет ограничено;

титан и ниобий — снижают риск межкристаллитной коррозии;

медь и молибден — увеличивают коррозионную стойкость;

хром, кремний и алюминий — обеспечивают возможность продолжительного применения в условиях высоких температур;

никель, титан, ниобий, ванадий, молибден, кобальт — используются при получении жаропрочной нержавейки, формируют устойчивость к окислению при высокой температуре.

Если говорить о транспортном машиностроении, то здесь чаще всего используются стали марок AISI 430, AISI 420 и AISI 409. Эти нержавеющие стали отличаются наличием следующих легирующих элементов в составе: хром, никель, в некоторых случаях — молибден и ванадий.

Молибден, кремний и медь в качестве легирующих элементов обеспечивают устойчивость к агрессивным химическим средам, в том числе к таким реагентам, как соляная, серная и фосфорная кислоты. Стали с такими добавками чаще всего применяются для изготовления станков и аппаратов под нужды нефтяной и химической промышленности. Это марки AISI 316, AISI 316Ti и AISI 321, из которых изготавливаются детали и аппараты химической и нефтяной промышленности.

Марки стали, пригодной для машиностроительной промышленности

Свойства нержавеющей стали могут отличаться в зависимости от того, какие легирующие элементы были использованы в производстве. Соответственно, у разных марок будет своя область применения:

Пищевое машиностроение. Нержавеющая сталь здесь обеспечивает гигиеничность поверхностей, их устойчивость к кислотам, продуктам питания, антисептическим растворам и горячему пару. Такие детали не реагируют с гнилостными и плесневыми бактериями, не впитывают запахи, могут эксплуатироваться в нагретых до +700 градусов средах. Чаще всего здесь применяются жаропрочные марки типа AISI 321. Из нее делают варочные котлы для кондитерского и сахарного производства, технологическое оборудование для линий виноделия, производства молочных продуктов и консервов. Для оборудования по производству охлажденных полуфабрикатов, мороженого может использоваться сталь марок AISI 201, AISI 410 S с умеренной устойчивостью к агрессивным средам. Эти сплавы отличаются отсутствием порога хладноломкости и легко обрабатываются механическим способом без нагрева.

Нефтехимическое и химическое машиностроение. Здесь требуются сплавы, способные постоянно эксплуатироваться в агрессивной среде. Это такие марки нержавейки как AISI 316 Ti, легированные молибденом. Из них изготавливают сепараторы, центрифуги, насосное оборудование, реакторы. Листовой прокат применяется в производстве труб, элементов транспортировочной сети. Стали, легированные титаном (как AISI 321), также востребованы в этой отрасли промышленности. Их них изготавливают глубинные трубы для нефтяных установок, технологические линии производства каустической соды, хлора и ПВХ, буровые насосы для откачки вод с повышенным содержанием хлора.

Атомная энергетика. В энергетическом машиностроении используется жаропрочная сталь мартенситного типа AISI 321. Из нее изготавливают роторы и турбинные валы, парогенераторы, теплообменное оборудование, где возможно суперкритическое воздействие нагретого пара. Для деталей, работающих в условиях высоких динамических и вибрационных нагрузок, используют марку 20ХГНМ (20NiCrMo2).

Кроме того, вся нержавеющая сталь в машиностроении отличается высокой устойчивостью к ржавлению и окислительным процессам, жаростойкостью и жаропрочностью.

Как выбрать сталь для машиностроения

Нержавейка различных марок используется в машиностроении следующим образом:

AISI 304 (низкоуглеродистая) подходит для оборудования химической, нефтяной, пищевой, текстильной, фармацевтической промышленности, применяется в кораблестроении. Отличается хорошей свариваемостью и высокой прочностью даже при низких температурах.

AISI 316L (с повышенным содержанием молибдена) характеризуется высокой устойчивостью к химическим и атмосферным средам. Используется для оборудования и агрегатов, работающих на открытом воздухе или в контакте с морской водой. Применяется и в коксохимических установках, в том числе для котлов и емкостей для отработанного масла.

AISI 316Ti (в составе в 5 раз больше титана, чем углерода) отличается повышенной устойчивостью к межкристаллической коррозии. Используется для производства деталей, работающих в агрессивной хлорсодержащей среде и при высоких температурах. Применяется для лопастей газовых турбин, для оборудования хим. и пищепрома.

AISI 321 (с добавками хрома, титана и никеля). Незаменима для жаропрочного и жаростойкого оборудования, рассчитанного на эксплуатацию в высокотемпературных средах, от 400 до 800 градусов. Из стали этой марки производят корпусы котлов, коллекторы сброса для авиадвигателей, оборудование нефтехимической промышленности.

AISI 310 и AISI 310S, тугоплавкие и жаростойкие стали, используются в производстве печных теплообменников, деталей воздухонагревателей, конвейерных лент в печных транспортерах, установках для термообработки. Также могут применяться в оборудовании химического производства. Эти марки стали могут сохранять свойства при работе в окисляющей среде при температуре до +1100 градусов.

Особенности, отличия от обычной нержавеющей стали

Нержавеющая сталь, применяемая в машиностроении, может отличаться по составу и свойствам. Для каждой конкретной детали марку выбирает конструктор, исходя из требований по прочности и области эксплуатации. Все без исключения марки нержавейки находят свое применение в машиностроении.

Считается, что сплав с повышенным содержанием углерода более жесткий, поэтому из него стоит делать инструменты с режущими кромками.

Применение нержавеющей стали в машиностроении

Для любой области машиностроения можно использовать нержавеющую сталь, поскольку она не подвержена коррозии. Следовательно, детали, элементы механизмов и корпусов, изготовленные из нее, отличаются более длительным сроком эксплуатации.

Область применения нержавейки — это судостроение, железнодорожное, авиационное машиностроение, автомобилестроение, производство приборов и станков. Из нее делают трубы, движущиеся части механизмов, элементы гидравлических систем, детали корпусов, несущие конструкции.