За счёт легирующих добавок нержавеющая сталь сама образует на воздухе тонкую защитную плёнку оксидов, препятствующую дальнейшему ржавлению. В обычной (конструкционной) углеродистой стали (например, марки Ст3 или С235) преобладают железо и углерод (C ~0,2–0,3%), а доля легирующих элементов (Cr, Ni) в ней минимальна.
Химический состав и виды сталей
Нержавеющая сталь делится на несколько основных групп. Аустенитные марки (например, AISI 304 / 08Х18Н10, 316 / 12Х18Н10Т) содержат ≈18% Cr и 8–12% Ni, делают сплавы немагнитными и особенно стойкими к коррозии. Ферритные марки (например, 430 / 08Х18) имеют высокое содержание Cr (~17–19%) и практически не содержат Ni, остаются магнитными и устойчивы к окислению. Мартенситные марки (например, 40Х13, 17Х2НМ) менее коррозионно-стойки, но могут быть закалены до высокой твёрдости. Например, сталь 08Х18Н10 по ГОСТ содержит ≈0,08% C, 17–19% Cr, 8–11% Ni. Для сравнения, конструкционные стали (Ст3, С245) состоят из Fe и C, содержащих менее 0,3% углерода и лишь следы других примесей.
Основные отличия по химическому составу:
-
Нержавеющие стали: содержат ≥ 12% Cr (чем больше Cr, тем выше коррозионная стойкость), обычно 6–12% Ni, а также Mo, Ti, Nb и др. для особых свойств.
-
Углеродистые (обычные) стали: легированы главным образом углеродом (обычно <0,3%), марганцем и кремнием; практически не содержат Cr и Ni, поэтому без защиты быстро ржавеют.
Коррозионная стойкость и защита
Хром в составе нержавеющих сталей обеспечивает ключевой эффект: на поверхности металла образуется тонкая пассивная плёнка Cr₂O₃, которая служит барьером и предотвращает дальнейшую коррозию. При содержании Cr ≥ 13% сплав считается «нержавеющим» в обычных условиях, а ≥ 17% сохраняет стойкость даже в агрессивных средах (например, при контакте с концентрированными кислотами). Обычная углеродистая сталь без защитного покрытия в таких условиях быстро покрывается ржавчиной.
-
Обычные стали (чёрный металл): требуют дополнительной защиты (краска, лак, оцинковка). Без покрытия поверхность железа на воздухе покрывается слоем ржавчины (оксидом Fe), который разрушается при царапинах и ударах.
-
Нержавеющая сталь: устойчива к коррозии сама по себе. Даже если пассивную плёнку повредить, она быстро восстановится за счёт высокого содержания Cr. Нержавейка «не ржавеет» в воде или при атмосферной влажности без специальной обработки.
Таким образом, коррозионная стойкость — главный параметр, отделяющий нержавеющую сталь от обычной. Изделия из нержавеющей стали (например, пищевого или медицинского назначения) не требуют постоянной покраски или покрытия. Обычные же стали применяют там, где условия эксплуатации менее агрессивны (сухой воздух, закрытые помещения) или есть бюджет на покрытие.
Механические и физические свойства
Нержавеющая сталь часто обладает высокими прочностными характеристиками. Например, сталь марки AISI 304 (08Х18Н10) имеет временное сопротивление около 505 МПа и предел текучести ≈ 215 МПа. Для сравнения, обычная конструкционная сталь (С235/Ст3) имеет предел текучести ≈ 235 МПа и временное сопротивление порядка 370–500 МПа, то есть часто ниже. Отдельные исследования указывают, что нержавеющие сплавы зачастую более прочны и устойчивы к перепадам температуры и ударным нагрузкам, чем простые углеродистые стали.
-
Плотность: у обычной стали примерно 7,85 г/см³ (7850 кг/м³), у нержавеющей — около 8,0 г/см³ (8000 кг/м³). Разница небольшая, но учитывается при расчёте массы изделий из металла.
-
Теплопроводность: у нержавейки она заметно ниже (в 5–7 раз), чем у углеродистой стали. Следовательно, изделия из нержавеющей стали медленнее нагреваются и остывают.
-
Температура плавления: примерно 1400–1450 °C. Например, AISI 304 плавится при ≈1398 °C, AISI 316 — при ≈1425 °C. Конструкционные стали (≈0,2% C) плавятся примерно в том же диапазоне (~1420 °C), существенной разницы нет.
-
Твёрдость и износостойкость: благодаря лёгированию Cr и Mo нержавеющая сталь обычно более износостойка, чем обычная. Ферритные и мартенситные марки нержавейки (например, 430, 40Х13) можно закалить до высокой твёрдости, недостижимой у углеродистой стали без легирования. В целом нержавейка демонстрирует меньший износ при трении по сравнению с «чёрным» металлом.
Обработка металла и применение
При обработке металла (резке, гибке, сварке) различия материалов тоже важны. Например, гибка металла из нержавеющей стали требует учёта повышенного «отпружинивания»: нержавейка обладает большей упругостью, поэтому при разгибе листа он стремится вернуться к прямому состоянию сильнее, чем обычная сталь. Тем не менее современные технологии — лазерная резка, гидроабразив, фрезеровка с ЧПУ — позволяют выпускать изделия из нержавеющей стали теми же методами, что и из обычных сплавов. Сварка и пайка нержавеющей стали выполняются примерно так же, как и у обычной стали, но с применением специальных электродов и припоев.
Нержавеющая сталь дороже обычной из-за дорогих легирующих, поэтому её применяют там, где важна долговечность и коррозионная стойкость. Обычные углеродистые стали предпочтительны там, где достаточно простой защиты (покраска, оцинковка) и важна низкая стоимость. Например, каркасы зданий, мосты и металлоконструкции часто делают из обычной стали, а пищевое оборудование, медицинские инструменты и архитектурные элементы — из нержавеющей.
Типичные области применения:
-
Нержавеющая сталь: пищевая и медицинская отрасли (ёмкости, столовые приборы, инструменты), химия и нефтехимия (резервуары и трубы для агрессивных сред), морской транспорт (палубы, трубы), интерьер и архитектура (перила, перфорированные панели).
-
Обычная сталь: строительство (балки, колонны, арматура), машиностроение (рамы, кузова, обшивки), приборостроение и бытовые изделия без требований к коррозии (заборы, конструкции с лакокрасочным покрытием).
Компания Lazermetal занимается изготовлением изделий из металла на заказ, включая лазерную резку, гибку и полировку. В своих проектах специалисты Lazermetal часто используют нержавеющую сталь для изготовления коррозионно-стойких конструкций и деталей. Современное оборудование позволяет выполнять обработку нержавейки (лазерная резка, гибка металла, сварка) на том же высоком уровне, что и с обычной сталью.
Заключение. Главное отличие нержавеющей стали от обычной — в её химическом составе и связанных с ним свойствах. Нержавеющая сталь дороже, но устойчива к коррозии, имеет эстетичный вид и длительный срок службы без покраски. Обычные стали дешевле и проще в обработке, но требуют защиты от ржавления. При выборе материала важно учесть условия эксплуатации: в агрессивной среде и при контакте с влагой предпочтительнее нержавейка, а в менее жёстких условиях достаточно обычной стали с защитным покрытием.
