Чим відрізняється магнітна нержавіюча сталь від немагнітної?

Нержавіюча сталь (нержавійка), завдяки своїй стійкості до корозії, знайшла широке застосування в різних галузях промисловості. Її часто порівнюють з іншими металами, такими як вуглецева сталь або чавун. На відміну від них, нержавійка містить значну кількість хрому, який створює на поверхні металу захисну оксидну плівку. Ця плівка запобігає подальшому окисленню і корозії. Однак, склад нержавіючої сталі може варіюватися в широких межах, що дозволяє отримувати матеріали з різними властивостями, включаючи і магнітні. Чому так відбувається? Давайте розглянемо це питання детальніше.

Чи магнітиться нержавійка? Чому одна нержавіюча сталь притягується магнітом, а інша – ні? Відповідь знаходиться у складному хімічному складі цього металу та методі його переробки.

Склад і структура нержавіючої сталі

Нержавіюча сталь – це не однорідний матеріал. Її властивості значною мірою залежать від точного співвідношення різних елементів у сплаві. Від цього власне і залежатиме чи магнітиться нержавіюча сталь. Хоча всі види нержавійки містять хром (який надає їй корозійну стійкість), залізо, та інші елементи, такі як нікель (до 10% у марці A2), вуглець (0,05% у марці A2), а також титан, фосфор і молібден. Точне співвідношення цих елементів залежить від конкретної марки сталі та визначає її властивості, такі як корозійна стійкість, міцність і пластичність, намагніченість тощо.

Вуглець це ключовий елемент, який впливає на твердість і міцність сталі. Однак, його надмірна кількість може призвести до втрати корозійної стійкості. Тому в нержавійці вміст вуглецю ретельно дозується.

Нікель відіграє важливу роль у формуванні кристалічної структури сталі. Саме від цієї структури залежить, чи буде сталь магнітною. Наприклад, аустенітна нержавіюча сталь, яка містить значну кількість нікелю, зазвичай не магнітиться.

Інші елементи, такі як молібден і титан, додають сталі додаткові властивості, такі як підвищена стійкість до корозії в агресивних середовищах або підвищена міцність при високих температурах.

Залізо відіграє ключову роль у формуванні магнітних властивостей сталі, зокрема і нержавіючої. Атоми заліза мають неспарені електрони, які створюють магнітні моменти. Коли ці моменти орієнтовані в одному напрямку, матеріал проявляє магнітні властивості. Тип кристалічної решітки заліза також впливає на його магнітні властивості. Наприклад, альфа-залізо (феррит) є феромагнетиком, тобто сильно притягується магнітом.

Хімічний склад нержавіючої сталі

Група	Хімічний склад (мас.%) ¹*
Група	C (вуглець)	Si (кремній)	Mn (марганець)	P (фосфор)	S (сірка)	Cr (хром)	Mo (молібден)	Ni (нікель)	Cu (мідь)	Прим.
A1	0.12	1.0	6.5	0.200	0.15 bis 0.35	16 bis 19	0.7	5 bis 10	1.75 bis 2.25	², ³, ⁴*
A2	0.10	1.0	2.0	0.050	0.03	15 bis 20	^5*	8 bis 19	4.0	⁶, ⁷, ⁸*
A3	0.08	1.0	2.0	0.045	0.03	17 bis 19	^5*	9 bis 12	1.0	⁶, ⁸
A4	0.08	1.0	2.0	0.045	0.03	16 bis 18.5	2 bis 3	10.5 bis 14	1.0	⁸, ⁹
A5	0.08	1.0	2.0	0.045	0.03	16 bis 18.5	2 bis 3	10.5 bis 14	1.0	⁸, ⁹

* Примітки:

У разі відсутності конкретних вимог до значень, слід використовувати максимально допустимі значення.
Допускається заміна сірки на селен.
При масовій частці нікелю нижче 8% масова частка марганцю повинна становити не менше 5%.
Для масової частки міді не встановлено нижньої межі за умови, що масова частка нікелю перевищує 8%.
Вміст молібдену визначається виробником залежно від конкретних умов застосування.
Додавання молібдену здійснюється на розсуд виробника.
Якщо масова частка хрому менше 17%, масова частка нікелю повинна становити не менше 12%.
Для аустенітної сталі з максимальним вмістом вуглецю 0,03% максимальний вміст азоту становить 0,22%.
Для стабілізації сплаву можуть використовуватися титан (до 5-кратного вмісту вуглецю, але не більше 0,8%) або ніобій та/або тантал (до 10-кратного вмісту вуглецю, але не більше 1%). Конкретний вибір стабілізуючого елемента та його вміст визначаються відповідно до даних, наведених у таблиці.

Класифікація нержавійки за магнітними властивостями

Магнітна нержавійка:

Феритні сталі: Містять підвищений вміст хрому та понижений вміст нікелю, що надає їм корозійну стійкість та магнітні властивості оскільки сприяє утворенню ферритної структури. Феррит є магнітним, тому ферритна нержавійка зазвичай притягується магнітом. Завдяки доступній вартості широко застосовуються в різних галузях, зокрема у виробництві харчового обладнання.

Мартенситні сталі: Мають високу міцність та твердість, добре піддаються обробці і також володіють магнітними властивостями. Це загартована аустенітна нержавійка, яка частково перетворюється на мартенсит. Мартенсит є магнітним, тому мартенситна нержавійка також зазвичай магнітиться. Використовуються для виробництва інструментів та деталей, що зазнають високих навантажень.

Слабомагнітні та немагнітні сталі:

Аустенітні сталі (за європейською класифікацією - А2; А4; А5 за класифікацією американського інституту сталі - AISI 304; AISI 316): Містять значну кількість нікелю, що надає їм високу корозійну стійкість та пластичність, адже нікель стабілізує аустенітну структуру. Аустеніт не є магнітним, тому нержавійка з високим вмістом нікелю, як правило не магнітиться або слабомагнітиться. Причому при переробці сталі (гаряча або холодна деформація) можлива зміна кристалічної структури аустеніта, що проявляється появою слабкого магнітного ефекту навіть у тих сталей , які не магнітились до переробки. Ці сталі широко застосовуються в харчовій промисловості, медицині та інших галузях, де висуваються високі вимоги до гігієни.

Аустенітно-ферритні сталі: Поєднують властивості аустенітних та феритних сталей, забезпечуючи високу міцність та корозійну стійкість.

Чому одна нержавійка магнітиться, а інша ні ?

На намагніченість нержавійки впливає кілька основних факторів.

Склад сплаву: Як вже згадувалося, співвідношення різних елементів (Fe, Cr, Ni, Mn тощо) впливає на кристалічну структуру і, відповідно, на магнітні властивості.

Термічна обробка: Процеси загартування та відпуску можуть змінювати кристалічну структуру сталі і, як наслідок, її магнітні властивості.

Напруження і деформації: Механічні напруження в сталі також можуть впливати на її магнітні властивості.

Підсумовуючи, можна зробити висновок що магнітні властивості нержавіючої сталі – це результат складної взаємодії різних елементів у її складі та механічних і термічних факторів. Тому, щоб точно визначити, чи буде конкретний зразок сталі магнітитися, необхідно знати його точний хімічний склад.

Хоча магнітні властивості нержавіючої сталі не впливають на її опірність корозії, вони можуть обмежувати сферу її застосування. Наприклад, у харчовій промисловості, фармацевтиці та медицині інколи віддають перевагу немагнітним маркам нержавіючої сталі, в інших сферах застосування це не має принципового значення.

Вибір нержавіючої сталі

При виборі виробів з нержавіючої сталі необхідно враховувати не тільки її магнітні властивості, але й інші характеристики, такі як:

Корозійна стійкість: Здатність протистояти впливу агресивних середовищ.
Міцність: Здатність витримувати навантаження.
Пластичність: Здатність деформуватися без руйнування.
Температура застосування: Здатність зберігати властивості при високих і низьких температурах.

Дотримуючись цих рекомендацій, ви зможете правильно підібрати нержавіючу сталь для будь-якого завдання. Щоб уникнути можливих помилок при виборі нержавіючої сталі для конкретного застосування, рекомендується звертатися до надійних виробників їх представників та постачальників. Фахівці dinmark.com.ua допоможуть підібрати оптимальний матеріал метизів з урахуванням усіх необхідних характеристик, включаючи магнітні властивості та корозійну стійкість.