Nerezová ocel: složení, druhy, vlastnosti nerezových ocelí

Při přijímání objednávek na výrobu nerezových nádrží a kontejnerů dostáváme často dotazy, jak se jedna značka od druhé liší z hlediska výkonu a životnosti. Abychom vystihli všechna i, v tomto článku se podíváme na druhy nerezové oceli a jejich zahraniční analogy a analyzujeme jejich fyzikální a chemické vlastnosti.

• Koncept z nerezové oceli
• Vlastnosti nerezové oceli
• Klasifikace jakostí nerezové oceli
• Analogy jakostí nerezové oceli

Koncept z nerezové oceli

Uveďme definici: nerezová ocel je komplexní legovaná ocel, která je odolná vůči korozi v atmosférických podmínkách a korozi v agresivním prostředí. 1

Svou odolností proti korozi se liší od konvenčních uhlíkových ocelí, a proto je široce používán v potravinářském průmyslu, ropném a plynárenském a chemickém průmyslu pro provoz s vysoce agresivním prostředím a potravinářskými produkty, protože při skladování nedochází ke vzniku oxidů a dalších látek při kontaktu s kapaliny a povrchu nádoby, což může ovlivnit vlastnosti skladovaného produktu.

Co je nerezová ocel z chemického hlediska? — Jedná se o slitinu s minimálním hmotnostním podílem chrómu 10,5 % a maximálním hmotnostním podílem uhlíku 1,2 %. 2

Jednoduše řečeno, nerezová ocel se vyrábí přidáním legujících látek do železa v různých poměrech, aby se získaly požadované vlastnosti.

Hlavním legujícím prvkem je tedy chrom Cr. Slitiny dále obsahují uhlík C, nikl Ni, křemík Si, mangan Mn, titan Ti, niob Nb, kobalt Co, molybden Mo, vanad V, síru S, fosfor P, wolfram W, hliník Al, měď Cu, kobalt Co.

Vlastnosti nerezové oceli

Jak je dosaženo korozivzdorných vlastností? — Díky přidání dalších chemických prvků ve fázi výroby kovů se na povrchu vytvoří oxidový film, který se nerozpustí, ale naopak samotnou slitinu chrání před účinky koroze.

Mezi hlavní vlastnosti nerezové oceli patří také:

• vysoká síla
• vysoce kvalitní svařované spoje
• plastický
• dlouhá životnost při zachování jeho vlastností

Jako základní kov lze použít nikl (slitiny na bázi niklu) a železo-nikl (slitiny na bázi železa a niklu).

Zavedení různých legujících prvků dodává původnímu kovu určité vlastnosti:

• chrom zvyšuje odolnost proti korozi, tvrdost a pevnost slitiny; snížení koeficientu lineární roztažnosti zjednodušuje proces svařování
• Nikl navíc zvyšuje viskozitu, tažnost, prokalitelnost a snižuje koeficient tepelné roztažnosti, což umožňuje použití výrobku vyrobeného z takové slitiny s kyselinami sírovou, chlorovodíkovou a fosforečnou
• mangan v procentuálním podílu více než 1% pomáhá zvýšit trvanlivost, prokalitelnost, tvrdost a odolnost proti opotřebení (lze částečně nahradit niklem)
• titan zvyšuje pevnost oceli a její hustotu, což zajišťuje vysokou odolnost proti korozi
• molybden zvyšuje elasticitu, antikorozní vlastnosti, zvyšuje pevnost v tahu a odolnost vůči vysokým teplotám
• Niob poskytuje nízkou korozi ve svařovaných výrobcích
• vanad zvyšuje pevnost, hustotu a tvrdost slitiny
• wolfram zvyšuje tvrdost a snižuje křehkost při tepelném zpracování (popouštění) v důsledku tvorby tvrdých karbidových sloučenin s jinými prvky
• křemík v procentuálním podílu větším než 1 % zvyšuje tepelnou odolnost, elasticitu, odolnost proti vodnímu kameni a kyselost a také zvyšuje elektrický odpor a pevnost při stejných parametrech viskozity
• kobalt pomáhá zvýšit odolnost proti nárazu a zlepšit tepelně odolné vlastnosti
• měď dodává slitině vysokou odolnost proti atmosférické korozi
• hliník pomáhá snižovat stárnutí kovu a také zvyšuje rázovou pevnost a tekutost

Klasifikace jakostí nerezové oceli

V závislosti na složení slitiny se rozlišují následující skupiny ocelí:

• feritické oceli (také nazývané chromové oceli) obsahují více než 20 % chrómu a až 0,15 % uhlíku, díky čemuž mají tažnost, vysokou odolnost vůči vysoce agresivnímu prostředí a dobré magnetické vlastnosti
• Austenitické (austeniticko-feritické a austeniticko-martenzitické) oceli obsahují až 33 % chrómu a niklu
• martenzitické a feriticko-martenzitické obsahují až 17 % chrómu a až 0,5 % uhlíku, mají maximální odolnost vůči různým agresivním prostředím

V závislosti na obsahu legující látky se určité slitiny používají pro různé účely a pro práci v různých prostředích. Níže je uveden seznam jakostí oceli, které se nejčastěji používají v ropném a plynárenském a chemickém průmyslu.

Ocelové značení	Ocelový typ	Rozsah aplikace	Chemické složení
12X18H10T	austenitické chromniklové oceli	pro výrobu svařovaných zařízení v různých průmyslových odvětvích	Cr 17:19-XNUMX:XNUMX C až 0,12 Si až 0,8 Mn do 2 Ni 9-11 S až 0,02 P až 0,0,5 Ti 5C-0,8
08X18H10T	austenitické chromniklové oceli	pro výrobu svařovaných výrobků pracujících v prostředí s vyšší agresivitou než jakosti oceli 12H18N10Т a 12H18N9Т	Cr 17:19-XNUMX:XNUMX C až 0,08 Si až 1 Mn do 2 Ni 9-12 S až 0,02 P až 0,0,4
08Х18Г8Н2Т	chrom-mangan-niklové oceli austeniticko-feritické třídy	pro výrobu svařovaných zařízení pracujících v agresivním prostředí v chemickém, potravinářském a jiném průmyslu	Cr 17:19-XNUMX:XNUMX C až 0,08 Si až 0,8 Mn 7-9 Ni 1,8-2,8 S až 0,025 P až 0,0,35 Ti 0,2-0,5
08X22H6T	chrom-nikl-molybdenové oceli austeniticko-feritické třídy	pro výrobu svařovaných zařízení v chemickém, potravinářském a jiném průmyslu pracujícím při teplotách nepřesahujících 300ºС	Cr 21:23-XNUMX:XNUMX C až 0,08 Si až 0,8 Mn do 0,8 Ni 5,3-6,3 S až 0,025 P až 0,0,35 Ti 5C-0,65
08H18H10	austenitické chromniklové oceli	pro výrobky podrobené tepelnému zpracování (tvrzení)	Cr 17:19-XNUMX:XNUMX C až 0,08 Si až 0,8 Mn do 2 Ni 9-11 S až 0,02 P až 0,0,04 Ti 5C-0,7
08Х17Н13М2, 08Х17Н13М2Т	chromniklové molybdenové oceli austenitické třídy	pro technologická zařízení chemického průmyslu	Cr 16:18-XNUMX:XNUMX C až 0,08 Si až 0,8 Mn do 2 Ni 12-14 S až 0,02 P až 0,035 Ti 5C-0,70 Po 2–3

Pro referenci
Dekódování tříd nerezové oceli: název oceli se skládá z abecedních a digitálních označení, ve kterých jsou akceptovány: A (na začátku třídy) – síra, A (uprostřed třídy) – dusík, B – niob, C – wolfram, D – mangan, D – měď, E – selen, K – kobalt, M – molybden, N – nikl, P – fosfor, P – bor, C – křemík, T – titan, F – vanad, X – chrom, C – zirkonium, Yu – hliník, Ch – kovy vzácných zemin (kovy vzácných zemin: lanthan, praseodym, cer atd.).
Číslo za písmenem označuje průměrný hmotnostní zlomek legujícího chemického prvku. Číslo před písmenem udává hmotnostní zlomek uhlíku v setinách. Pokud legující prvek obsahuje méně než 1 %, pak se procento neuvádí.
Například: 12Х18Н10T je nerezová ocel s obsahem uhlíku 0,12 %, 18 % chrómu, 10 % niklu a méně než 1 % titanu.

Analogy jakostí nerezové oceli

V moderním metalurgickém průmyslu existuje několik systémů značení oceli, což je způsobeno neexistencí jednotného systému.

V Rusku bylo tedy označení nerezových ocelí přijato podle GOST 5632-2014 2. V zahraničí existuje několik standardizačních systémů v různých zemích. Například v Evropě jsou oceli označeny v souladu s Evropským výborem pro normalizaci EN, v USA – normou AISI, v Německu – Evropským institutem pro normalizaci DIN. Při objednávání výrobků z nerezové oceli může zákazník uvést jak ruské značky, tak evropské nebo americké. Níže je uvedena tabulka shody hlavních nerezových ocelí:

Značení z nerezové oceli podle GOST	Označení z nerezové oceli AISI	Nerezové značení dle EN	Označení DIN z nerezové oceli
12X18H10T	AISI 321	1.4878	X12CrNiTi18-9
08H18H10	AISI 304	1.4301	X5CrNi18-10
08H17H13M2	AISI 316	1.4436	X5CrNiMo17-13-3
08X17H13M2T	AISI 316Ti	1.4571	Х6CrNiMoTi17-12-2
03H17H13M2	AISI 316L	1.4404	X2CrNiMo17-12-2

• 1 Velká sovětská encyklopedie. — M.: Sovětská encyklopedie. 1969-1978.
• 2 GOST 5632-2014 „Nerezové oceli a slitiny jsou odolné proti korozi, žáruvzdorné a žáruvzdorné. Razítka (se změnou č. 1)“
• GOST 4543-2016 „Kovové výrobky vyrobené z konstrukční legované oceli. Technické specifikace“

Pro informaci: Nerezová ocel byla poprvé patentována v roce 1913 anglickým metalurgem Harrym Brearleyem. Jeho původním cílem bylo vynalézt slitinu pro použití v hlavnich zbraní, která by mohla vydržet déle, aniž by byla erodována teplem. Již tehdy bylo známo, že chrom má vysokou teplotu tání, takže během výzkumného procesu bylo k základnímu kovu přidáno 0,2 % z celkové hmotnosti uhlíku a 6-15 % chromu. Výsledkem byla chromová ocel, která byla vysoce odolná vůči chemickému napadení.

Nerezovou ocel vynalezl na začátku 20. století Harry Brearl, který přišel s nápadem přidat do roztaveného železa velké množství chrómu. V důsledku této symbiózy byla získána slitina, která má jedinečné vlastnosti, především neobvykle vysokou odolnost proti korozi. Tato okolnost předurčila dnes nejširší spektrum aplikací nerezových ocelí. Příklady nemusíte hledat daleko – kuchyňské nože jsou zpravidla vyrobeny z nerezové oceli, vyhřívaný věšák na ručníky v koupelně je vyroben z nerezové oceli, hrnce, lžíce, vidličky jsou vyrobeny z nerezové oceli.

Složení nerez

Hlavním rysem jakékoli nerezové oceli je vysoký obsah chrómu – minimálně 10,5 %. Chróm při oxidaci na vzduchu vytváří velmi silný oxidový film, který zabraňuje další oxidaci nerezové oceli. Právě z tohoto důvodu dostala nerezová ocel své jméno – na vzduchu nekoroduje (neoxiduje) na rozdíl od obyčejné oceli.

Kromě chrómu lze nerezovou ocel legovat dalšími prvky: nikl, mangan, molybden, titan, niob, kobalt. Také vlastnosti konkrétní třídy nerezové oceli do značné míry závisí na množství nečistot, jako je uhlík, fosfor a síra ve slitině.

Druhy nerezové oceli

Všechny nerezové oceli jsou rozděleny do 4 velkých skupin podle typu. Každá z těchto skupin se vyznačuje svou vlastní strukturou a chemickým složením, které určují rozsah jejich použití a specifické spotřebitelské vlastnosti slitiny.

Chromová (feritická) nerezová ocel

Chromová nerezová ocel získala své jméno díky velmi vysokému obsahu chrómu – více než 20%. Tento typ oceli zahrnuje ocel řady 400. Tato nerezová ocel má velmi vysokou odolnost vůči mnoha agresivním prostředím, včetně kyseliny dusičné, roztoku amoniaku, kyseliny fosforečné a fluorovodíkové atd.

Chromová nerezová ocel se používá k výrobě dílů pro topná zařízení, v energetice, v potravinářském a lehkém průmyslu. Hlavní nevýhodou feritických ocelí je jejich vyšší cena ve srovnání s austenitickou nerezovou ocelí, která je nejoblíbenější ze všech typů nerezové oceli.

Austenitická nerezová ocel

Tento druh oceli obsahuje kromě chrómu velké procento niklu. Tyto dvě složky tvoří třetinu procentuálního složení takové nerezové oceli. Jedná se o nejrozšířenější typ nerezové oceli, který našel nejširší uplatnění v národním hospodářství, tvoří 70 % veškeré nerezové oceli vyrobené na světě. Kromě vysoké odolnosti proti korozi má austenitická ocel vynikající provozní pevnostní charakteristiky.

Martenzitická a feriticko-martenzitická nerezová ocel

Tento typ nerezové oceli je nejpevnější ze všech svých typů, což je zajištěno přítomností uhlíku, který tvoří specifickou mikrostrukturu slitiny a dodává jí velmi vysokou pevnost. Výrobky z martenzitické nerezové oceli se používají jako řezné nástroje, pro výrobu opotřebitelných dílů a pro elastické prvky.

Austeniticko-feritická a austeniticko-martenzitická nerezová ocel

Tato skupina nerezových ocelí se vyznačuje dobrou svařitelností a zvýšenou mezí kluzu a zároveň obsahuje méně drahý nikl. Tyto druhy nerezové oceli se používají v chemickém inženýrství, letectví a stavbě lodí.

Třídy nerezové oceli

Vysvětlení tříd nerezové oceli:

• První číslice udává obsah uhlíku ve slitině v setinách procenta (12H18 – 0,12 % uhlíku; 06H12 – 0,06 % uhlíku);
• Písmena X, H, M označují legující přísady: chrom, nikl, mangan;
• Čísla za těmito písmeny označují procento konkrétní legovací přísady ve slitině: 08H18H10 – 0,08 uhlíku; 18 % – chrom; 10% – nikl.

Nerezová ocel řady 300

Řada nerezových ocelí 300 zahrnuje austenitickou, austenintoferitickou a austeniticko-martenzitickou nerezovou ocel. Jedná se o nejběžnější nerezovou ocel a na trhu je velmi žádaná.

Nerezová ocel třídy 08H18H10 (AISI 304)

• Chrome – 18-20 %
• Uhlík – až 0,8 %
• Mangan – až 2 %
• Nikl – 8-11%
• Síra – až 0,03 %
• fosfor – až 0,045%

Jedná se o takzvanou „potravinářskou“ nerezovou ocel, která našla široké uplatnění v potravinářském průmyslu. Tato třída oceli má vysokou pevnost, dobrou svařitelnost a odolnost vůči vysokým i nízkým teplotám. Výrobky vyrobené z takové nerezové oceli mají dobrý estetický vzhled. Vysoká šetrnost k životnímu prostředí této slitiny předurčila její rozsah použití.

Nerezová ocel třídy 10Х17Н13М2 (AISI 316)

• Chrome – 16-18 %
• Uhlík – až 0,08 %
• Křemík – 1 %
• Mangan – až 2 %
• Nikl – 10-14%
• Síra – až 0,03 %
• fosfor – 0,045 %
• Molybden – 2-3%

Tento druh nerezové oceli se získává z předchozího legováním molybdenem (2,5 %), což dále zvyšuje korozní odolnost slitiny. Za to musíte „zaplatit“ vyššími náklady. Výrobky vyrobené z této třídy nerezové oceli se používají ve stavebnictví, chemickém, farmaceutickém, ropném a plynárenském průmyslu a v lodním průmyslu.

Nerezová ocel třídy 10Х17Н13М2Т (AISI 316T)

• Chrome – 16-18 %
• Uhlík – až 0,1 %
• Křemík – až 0,8 %
• Mangan – až 2 %
• Nikl – 12-14%
• Síra – až 0,02 %
• fosfor – až 0,035%
• Molybden – 2-3%
• měď – až 0,3 %
• Titan – až 0,7 %

Tato třída nerezové oceli je legována malým množstvím titanu, který poskytuje zvýšenou pevnost. Výrobky z této slitiny se používají ve svařovaných konstrukcích, které dlouhodobě pracují při vysokých teplotách ve vysoce agresivním prostředí.

Nerezová ocel 12-08H18H10Т (AISI 321)

• Chrome – 17-19 %
• Uhlík – až 0,12 %
• Křemík – 0,8 %
• Mangan – až 2 %
• Nikl – 9-11%
• Síra – až 0,02 %
• fosfor – až 0,035%
• měď – 0,3 %
• Titan – 0,8 %

Tato třída nerezové oceli se vyznačuje vysokým obsahem titanu, který určuje její vysoký výkon při vysokých teplotách až do 800 stupňů Celsia. Výrobky z nerezové oceli této značky mají dlouhou životnost a jsou dobře svařované. Tato slitina se používá pro výrobu bezešvých trubek, různých přírub, T-kusů, přechodů, dílů pro armatury pecí atd.

Nerezová ocel řady 400

Tato řada nerezové oceli má užší rozsah použití. Slitiny řady 400 neobsahují prakticky žádné legující prvky kromě chrómu, což zajišťuje jejich nízkou cenu. Nerezová ocel řady 400 je tažná a dobře se svařuje, protože neobsahuje prakticky žádný uhlík.

Nerezová ocel 12H17 (AISI 430)

• Chrome 16–18 %
• Uhlík – až 0,12 %
• Křemík – 1 %
• Mangan – až 1 %
• Síra – až 0,03 %
• fosfor – až 0,045%

Výrobky vyrobené z této třídy nerezové oceli se snadno ohýbají a lisují, což je způsobeno vysokým obsahem chromu a nízkým obsahem uhlíku.

Tato třída oceli má vysoké antikorozní vlastnosti, ale má omezenou svařitelnost.

Oblasti použití: automobilový průmysl, chemický a celulózový a papírenský průmysl, domácí spotřebiče, architektura, potravinářský průmysl a hornictví.

Nerezová ocel řady 200 12X15G9ND (AISI 201)

Tato třída oceli se vyznačuje nízkou cenou, protože obsahuje mangan a dusík místo drahého niklu. Díky vyváženému chemickému složení se tato značka používá v potravinářském a lékařském průmyslu a také k výrobě kulatých nebo profilových trubek.