Коррозиостойкая сталь: свойства и ключевые применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Коррозионностойкая сталь, часто называемая "сталью Кортен", представляет собой группу стальных сплавов, специально предназначенных для обеспечения повышенного сопротивления атмосферной коррозии. Эта категория стали классифицируется как низколегированная сталь, которая обычно содержит медь, хром, никель и фосфор в качестве основных легирующих элементов. Эти элементы способствуют образованию защитного патины, которая развивается на поверхности стали при воздействии атмосферных условий, значительно улучшая ее долговечность и срок службы.
Комплексный обзор
Коррозионностойкая сталь в первую очередь характеризуется своей способностью сопротивляться коррозии в наружной среде, что делает ее идеальным выбором для конструкций, подверженных воздействию элементов, таких как мосты, здания и скульптуры. Формирование стабильного слоя ржавчины действует как барьер, предотвращая дальнейшую коррозию основного металла.
Ключевые характеристики:
- Сопротивление коррозии: Защитная патины, образующаяся на поверхности, снижает скорость коррозии.
- Высокая прочность: Коррозионностойкие стали обычно обладают высокой текучестью и прочностью на растяжение, что делает их подходящими для нагружаемых конструкций.
- Эстетическая привлекательность: Уникальный вид, похожий на ржавчину, часто желателен в архитектурных приложениях.
Преимущества (плюсы):
- Снижение затрат на обслуживание благодаря более низким показателям коррозии.
- Продленный срок службы в жестких условиях.
- Эстетические качества, которые хорошо сочетаются с природным окружением.
Недостатки (минусы):
- Начальная стоимость может быть выше, чем у традиционных углеродных сталей.
- Требуются специфические условия окружающей среды для эффективного развития защитной патины.
- Не подходит для всех условий, особенно для тех, где высокая влажность или воздействие соли.
Исторически коррозионностойкая сталь стала популярной с момента своего появления в 1930-х годах, особенно в Соединенных Штатах, где она использовалась в знаковых сооружениях, таких как Клайд Арк в Глазго и Скульптура у моря в Австралии. Ее уникальные свойства и визуальная привлекательность сделали ее предпочтительным выбором в современной архитектуре и гражданском строительстве.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/класс | Страна/Регион происхождения | Примечания/замечания |
|---|---|---|---|
| ASTM | A588 | США | Ближайший эквивалент к Кортен A |
| ASTM | A242 | США | Подобные свойства, используется для строительных приложений |
| EN | S355J0W | Европа | Незначительные составные отличия, подходит для аналогичных приложений |
| JIS | SMA490AW | Япония | Эквивалент с определенными характеристиками коррозионностойкости |
| GB | Q345GNH | Китай | Сравнимый класс с хорошей коррозионной стойкостью в атмосфере |
Различия между этими классами часто заключаются в их специфических легирующих элементах и механических свойствах, которые могут влиять на их производительность в определенных условиях. Например, ASTM A588 часто предпочитается за его превосходную свариваемость по сравнению с A242.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (символ и название) | Процентный диапазон (%) |
|---|---|
| C (Углерод) | 0.12 - 0.20 |
| Mn (Марганец) | 0.70 - 1.25 |
| P (Фосфор) | ≤ 0.04 |
| S (Сера) | ≤ 0.05 |
| Cu (Медь) | 0.25 - 0.55 |
| Cr (Хром) | 0.40 - 0.70 |
| Ni (Никель) | 0.30 - 0.50 |
Основная роль ключевых легирующих элементов в коррозионностойкой стали включает:
- Медь: Увеличивает коррозионную стойкость и способствует образованию защитной патины.
- Хром: Улучшает устойчивость к окислению и способствует общей прочности стали.
- Никель: Увеличивает прочность и улучшает производительность стали при низких температурах.
Механические свойства
| Свойство | Условия/температура | Температура испытания | Типичное значение/диапазон (метрические) | Типичное значение/диапазон (империальные) | Эталонный стандарт для метода испытания |
|---|---|---|---|---|---|
| Устойчивость (0.2% смещение) | Горячекатаная | Температура комнаты | 345 - 450 MPa | 50 - 65 ksi | ASTM A370 |
| Прочность на растяжение | Горячекатаная | Температура комнаты | 480 - 620 MPa | 70 - 90 ksi | ASTM A370 |
| Удлинение | Горячекатаная | Температура комнаты | 18 - 22% | 18 - 22% | ASTM A370 |
| Твердость (Бринель) | Горячекатаная | Температура комнаты | 170 - 210 HB | 170 - 210 HB | ASTM E10 |
| Ударная вязкость (Шарпи) | Горячекатаная | -20°C | 27 J | 20 ft-lbf | ASTM E23 |
Комбинация этих механических свойств делает коррозионностойкую сталь особенно подходящей для конструкций, которые подвергаются динамическим нагрузкам и требуют высокой прочности и долговечности. Ее прочность позволяет использовать более тонкие сечения в строительстве, снижая общий вес, сохраняя при этом структурную целостность.
Физические свойства
| Свойство | Условия/температура | Значение (метрическое) | Значение (империальное) |
|---|---|---|---|
| Плотность | Температура комнаты | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| Температура плавления | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Теплопроводность | Температура комнаты | 50 W/m·K | 34.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| Удельная теплоемкость | Температура комнаты | 0.46 kJ/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| Электрическое сопротивление | Температура комнаты | 1.7 x 10^-7 Ω·m | 1.7 x 10^-7 Ω·in |
Плотность и температура плавления коррозионностойкой стали важны для приложений, связанных с тяжелыми нагрузками и высокими температурами. Ее теплопроводность и удельная теплоемкость также важны для приложений, где требуется рассеивание тепла.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C/°F) | Рейтинг стойкости | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Хлориды | 3-5 | 25°C/77°F | Удовлетворительно | Риск точечной коррозии |
| Диоксид серы | 0.1-0.5 | 30°C/86°F | Хорошо | Формирует защитный слой |
| Кислоты | Разные | 20°C/68°F | Плохо | Не рекомендуется |
| Щелочи | Разные | 20°C/68°F | Удовлетворительно | Риск локализованной коррозии |
Коррозионностойкая сталь демонстрирует отличную стойкость к атмосферной коррозии, особенно в городских и сельских условиях. Однако она подвержена коррозии в морской среде из-за присутствия хлоридов, что может привести к точечной коррозии. По сравнению с традиционными углеродными сталями, коррозионностойкая сталь значительно превосходит их в коррозионно-активных условиях, что делает ее предпочтительным выбором для наружных приложений.
Теплостойкость
| Свойство/ограничение | Температура (°C) | Температура (°F) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Максимальная непрерывная рабочая температура | 480°C | 900°F | Подходит для строительных приложений |
| Максимальная прерывистая рабочая температура | 600°C | 1112°F | Только краткосрочное воздействие |
| Температура отслаивания | 600°C | 1112°F | Риск окисления выше этой температуры |
Коррозионностойкая сталь сохраняет свои механические свойства при повышенных температурах, что делает ее подходящей для приложений, которые могут подвержены высокому нагреву. Однако длительное воздействие температур выше 600°C может привести к окислению и деградации защитной патины.
Свойства обработки
Свариваемость
| Процесс сварки | Рекомендуемый наполнительный металл (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Примечания |
|---|---|---|---|
| SMAW | E70W-1 | Аргон + CO2 | Рекомендуется предварительный нагрев |
| GMAW | ER70S-6 | Аргон + CO2 | Хорошая проникаемость |
| FCAW | E71T-1 | Самозащитный | Подходит для использования на улице |
Коррозионностойкую сталь можно сваривать с использованием стандартных процессов, но предварительный нагрев часто рекомендуется для предотвращения трещин. Выбор наполнительного металла имеет решающее значение для обеспечения совместимости и поддержания коррозионной стойкости.
Обрабатываемость
| Параметр обработки | Коррозионностойкая сталь | AISI 1212 | Примечания/советы |
|---|---|---|---|
| Индекс относительной обрабатываемости | 60 | 100 | Умеренная обрабатываемость |
| Типичная скорость резания (точение) | 30 м/мин | 50 м/мин | Используйте карбидные инструменты |
Коррозионностойкая сталь имеет умеренную обрабатываемость, требующую тщательного выбора режущих инструментов и скоростей для достижения оптимальных результатов.
Формуемость
Коррозионностойкая сталь демонстрирует хорошую формуемость как при холодной, так и при горячей обработке. Однако важно учитывать эффекты упрочнения при холодной формовке, что может потребовать дополнительных усилий. Минимальный радиус изгиба должен быть тщательно рассчитан, чтобы избежать трещин.
Термальная обработка
| Процесс обработки | Диапазон температур (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
|---|---|---|---|---|
| Отжиг | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1-2 часа | Воздушное охлаждение | Смягчение, повышение пластичности |
| Нормализация | 850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F | 1-2 часа | Воздушное охлаждение | Усовершенствование зернистой структуры |
| Закалка | 900 - 950 °C / 1652 - 1742 °F | 30 минут | Вода/масло | Узаконивание, увеличение прочности |
Процессы термической обработки могут значительно изменить микроструктуру коррозионностойкой стали, улучшая ее механические свойства. Например, отжиг может повысить пластичность, в то время как нормализация может уточнить зернистую структуру для лучшей производительности.
Типичные применения и конечные применения
| Отрасль/Сектор | Конкретный пример применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом применении | Причина выбора (кратко) |
|---|---|---|---|
| Строительство | Мосты | Высокая прочность, коррозионная стойкость | Долгий срок службы, низкое обслуживание |
| Архитектура | Скульптуры | Эстетическая привлекательность, стойкость к атмосферным воздействиям | Уникальные визуальные характеристики |
| Транспорт | Железнодорожные рельсы | Долговечность, грузоподъемность | Сниженный износ |
Другие применения включают:
- Уличная мебель
- Укрепительные стены
- Архитектурные фасады
Коррозионностойкая сталь выбирается для этих приложений благодаря своей способности выдерживать жесткие условия окружающей среды, одновременно обеспечивая визуально привлекательную отделку.
Важные аспекты, критерии выбора и дальнейшие сведения
| Особенность/свойство | Коррозионностойкая сталь | AISI 1018 | S355J2 | Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Высокая прочность на текучесть | Умеренная | Высокая | Коррозионностойкая сталь предлагает лучшую коррозионную стойкость |
| Ключевой аспект коррозии | Отличная | Удовлетворительная | Хорошая | Коррозионностойкая сталь превосходит атмосферные условия |
| Свариваемость | Умеренная | Хорошая | Хорошая | Требует специфических наполнительных металлов для оптимальных результатов |
| Обрабатываемость | Умеренная | Высокая | Умеренная | Более сложная, чем у низкоуглеродных сталей |
| Формуемость | Хорошая | Отличная | Хорошая | Сравнима с другими строительными сталями |
| Приблизительная относительная стоимость | Умеренная | Низкая | Умеренная | Начальная стоимость может быть выше, но обеспечивает долгосрочные сбережения |
| Типичное наличие | Умеренное | Высокое | Высокое | Коррозионностойкая сталь может быть не так легко доступна |
При выборе коррозионностойкой стали следует учитывать рентабельность, доступность и конкретные экологические условия. Ее уникальные свойства делают ее подходящей для нишевых приложений, где критически важны эстетические и функциональные характеристики.
В заключение, коррозионностойкая сталь - это универсальный материал, который сочетает в себе силу, долговечность и эстетическую привлекательность, что делает его отличным выбором для различных инженерных и архитектурных приложений.