Магнитные свойства нержавеющей стали: магнитится ли нержавейка

Аустенитно-ферритная сталь характеризуется смешанной микроструктурой, в которой представлены как аустенитная, так и ферритная фазы. Свойства данного сплава варьируются и зависят от его конкретного химического состава, соотношения фаз, а также от проведенной тепловой обработки.

Почему нержавейка магнитится?

На 16.12.2023 существует распространенный стереотип о том, что качественные нержавеющие стали совершенно не обладают магнитными свойствами. В общем, магнитная проницаемость этого материала действительно сопоставима с вакуумной. Тем не менее, после выполнения определенных технологических процессов изделия из нержавеющей стали могут начинать проявлять магнитные свойства. Эти магнитные характеристики зависят от химического состава нержавеющей стали и её фазовой структуры. Понятие «нержавеющая сталь» объединяет различные виды сплавов, которые могут содержать в своем составе феррит, мартенсит или аустенит, а также их комбинации. Именно от соотношения этих компонентов зависят свойства стали, включая её реакцию на магнитные поля.

• Аустенитные стали. Примером такого типа стали может служить AISI 304 (в частности, марки ART 9150VP517 и ART 9103), которая применяется для производства оборудования в пищевой промышленности, хранения жидкостей, в кухонной посуде и холодильном оборудовании. Данный вид стали отличается высокой коррозионной стойкостью и устойчивостью к агрессивным средам, что делает его широко востребованным в различных отраслях.
• Аустенитно-ферритные стали. Эти сплавы содержат значительные количества хрома и никеля, а также легирующие элементы, такие как титан, молибден, медь или ниобий. Они обладают высокой прочностью и стойкостью к коррозионному растрескиванию, благодаря чему находят применение в строительной сфере и при производстве сложного оборудования.

Если вам требуется приобрести болты, гайки и разнообразный крепеж, рекомендуем ознакомиться с нашим каталогом — https://krep-shop.ru/katalog/

Магнитные нержавеющие стали

Магнитные свойства нержавеющих сталей объясняются наличием в их составе ферромагнитных фаз — мартенсита и феррита. Эти материалы обладают способностью притягиваться к магниту так же, как обыкновенная углеродистая сталь, при этом сохраняя свою устойчивость к коррозии. К магнитным нержавеющим сталям относятся хромистые и хромоникелевые стали, которые можно разделить на несколько групп:

• Мартенситные стали. Эти сплавы достигают высокой прочности после термической обработки и широко используются в производстве столовых приборов, абразивных материалов и в машиностроении. Например, сталь марок 20Х13, 30Х13 и 40Х13 применяется для изготовления инструментов и деталей, работающих при высоких нагрузках. Сталь марки 20Х17Н2 известна своей высокой коррозионной стойкостью и находит применение в условиях повышенной влажности.
• Ферритные стали. В состав этих материалов входит меньше углерода по сравнению с мартенситными, что делает их более податливыми к обработке. Примером является сталь AISI 430, обладающая магнитными свойствами и широко используется в пищевой промышленности для создания оборудования.

От чего зависят магнитные свойства металлов

На магнитные способности материалов влияет несколько факторов:

• Строение кристаллической решетки металлов. У ферромагнитных материалов наблюдается кубическая кристаллическая решетка. Если эта структура нарушена, то магнитные свойства становятся менее выраженными.
• Наличие примесей в стали. В случае, если в немагнитный расплав добавить достаточно много примесей с магнитными свойствами, весь материал будет проявлять магнитные реакции. Например, при добавлении ферритов или мартенситов.
• Температура. У различных материалов есть конкретные температуры, при достижении которых они теряют свои магнитные свойства — эта температура называется точкой Кюри. Это явление возникает из-за теплового движения атомов в металле. Также имеется точка Нееля, при которой происходит фазовый переход от ферромагнетика к парамагнетику.

Понимание факторов, влияющих на магнитные свойства, позволяет более детально рассмотреть нержавеющие стали. У таких сталей может быть разнообразный химический состав, что связано с использованием различных легирующих элементов, некоторые из которых могут иметь магнитные характеристики, как это происходит с никелем. Также следует отметить, что у разных сплавов разное расположение атомов в кристаллической решетке, в то время как практически все заготовки из нержавеющей стали проходят термообработку, что может существенно изменить их магнитные свойства.

Таким образом, все металлы, включая нержавеющие стали, можно разделить на следующие категории:

• Антиферромагнетики или диамагнетики. Эти материалы имеют магнитную восприимчивость, равную нулю. В кристаллической решетке магнитные атомы ориентированы противоположно магнитному полю, поэтому они не притягиваются. Примерами таких металлов являются цинк и золото.
• Парамагнетики. В их структуре магнитные атомы располагаются беспорядочно. Часть из них может притягиваться к магнитному полю, но это притяжение достаточно слабое. Марганец и чистый алюминий являются примерами парамагнетиков.
• Ферромагнетики. Их кристаллическая решетка состоит из атомов, ориентированных в сторону магнитного поля, что обеспечивает сильное притяжение. Классические примеры ферромагнетиков — это железо и кобальт.

Какие марки нержавеющей стали магнитятся, а какие – нет

Нержавеющая сталь классифицируется на разные виды, внутри которых представлены конкретные марки. Классы нержавеющих сталей отличаются, прежде всего, своей структурой кристаллической решетки, что, в свою очередь, определяет количество атомов, направленных к магнитному полю. Рассмотрим, какие классы и марки нержавеющей стали имеют магнитные свойства, а какие — нет.

Аустенитная сталь – не магнитится

При высокотемпературной модификации железо соединяется с атомами углерода, у которого отсутствуют магнитные свойства. Легирование же железа происходит с помощью хрома и никеля. Сформированная кубическая решетка является основным фактором, определяющим отсутствие магнитных свойств, а также обеспечивает прочность и невосприимчивость к резким изменениям температур.

Аустенитная сталь известна своей высокой прочностью, обусловленной мелкой зернистостью, а также хорошей пластичностью. Основной недостаток данной стали заключается в её высокой стоимости по сравнению с другими классами нержавеющей стали, что объясняется дороговизной легирующих добавок. Тем не менее, аустенитные сплавы используются в самых разных сферах — от легкой и пищевой промышленности до горнодобывающего дела и машиностроения. Именно поэтому распространено мнение о том, что вся нержавеющая сталь не магнитна; это мнение в значительной мере связано с тем, что аустениты чаще всего попадаются в повседневной жизни.

Марки аустенитной нержавеющей стали, не обладающие магнитными свойствами:

Аустенитно-ферритная сталь – не магнитится

Кроме кристаллической решетки, немагнитные свойства аустенитно-ферритных сталей также обусловлены высоким содержанием марганца — до 9%. Самая распространенная марка в этой категории — AISI 201, которая была разработана как более доступная альтернатива чистому аустениту за счет меньшего содержания никеля. В качестве примера можно привести также сплав, производимый в России, — 03Х22Н6М2. Аустенитно-ферритные стали, помимо своих немагнитных свойств, также выделяются высокой прочностью и относительной легкостью.

Ферритная сталь – магнитится

В ферритных сталях отсутствует никель, который является необходимым компонентом для формирования прочного аустенита. В этих сплавах наблюдается высокое содержание хрома и углерода, а также небольшое количество марганца и кремния для повышения коррозионной стойкости. Ферритная структура является парамагнитной, то есть она обладает магнитными свойствами, но они менее выражены, чем у чистого железа или мартенситных сталей. В отличие от других классов, ферритные стали обладают меньшей прочностью и твердостью, однако их стоимость ниже. Примером может служить сталь AISI 430.

Мартенситная сталь – хорошо магнитится

При охлаждении нагретой аустенитной стали в водной среде происходит её превращение в мартенсит. При аналогичном химическом составе кристаллическая решетка становится более упорядоченной: атомы располагаются в соответствии с магнитным полем. В процессе мартенситного превращения в сплав добавляются молибден и вольфрам. Высокое содержание углерода в этом сплаве также увеличивает его магнитные характеристики. Поэтому мартенситная сталь классифицируется как ферромагнитный материал.

Марки мартенситной стали применяются, преимущественно, в промышленных целях — для производства химического оборудования, медицинских инструментов, роторов и многого другого. Этот материал обладает высокой твердостью. Примеры марок мартенситной стали включают AISI 420, 40Х13 и 30Х13, но такие стали редко используются в быту.

Также магнитные свойства наблюдаются у сплавов, представляющих собой промежуточные формы — мартенситно-ферритные стали.

Нержавеющие стали, которые магнитятся

В определенных ситуациях железо в составе сплава может проявлять магнитные свойства, и использование народного метода проверки может привести к ошибочным выводам. Тем не менее, в таких случаях сомнения в качестве товара были бы необоснованными.

К ферромагнетикам относятся два класса стали и их промежуточные варианты:

Ферриты

В хромистых сплавах отсутствует никель, который помогает сформировать аустенитную структуру. Это делает такие материалы относительно недорогими, но также они более подвержены межкристаллической коррозии. Для повышения устойчивости к агрессивным средам в состав добавляются марганец, кремний и другие элементы. Все марки AISI 400-й серии можно отнести к ферритам.

Мартенситы

Мартенситное превращение происходит в процессе отпуска аустенитной стали. Химический состав остается неизменным, однако кристаллическая структура становится более упорядоченной, что обеспечивает сплаву высокую прочность и способность к самовосстановлению при небольшой деформации. Свойства данного состояния до конца не изучены; тем не менее, хромоникелевые сплавы могут стать ферромагнитами при соблюдении определенных условий. На это преобразование оказывают влияние добавки, такие как вольфрам и молибден. Такие сталевые сплавы встречаются в основном в высокотехнологичном оборудовании, медицинских инструментах и других специализированных изделиях.

Ферритно-мартенситные стали

В этих сплавах присутствуют фазы как мартенсита (в количестве от 15%), так и феррита. Наиболее распространенной маркой является AISI 430.

Значение магнитных свойств нержавеющей стали скорее ограничено в практическом применении. В частности, они могут затруднить использование вблизи точных приборов и в средах, где воздействуют электромагнитные поля, таких как компьютеры, электроинструменты, транспортные средства и нефтепереработка. Тем не менее, со временем предприимчивые люди нашли множество способов применения магнитных свойств. Например, используя кусок магнита, можно удобно организовать хранение нержавеющих деталей и добиться плотного прилегания москитных сеток на дачном участке.

Как определить нержавеющую сталь

Главным свойством нержавеющей стали является её химическая инертность, а не магнитные характеристики. В этом контексте проверка на магнитные свойства не является первоочередной.

Существует несколько простых методов, позволяющих выявить подделку:

• Капля медного купороса. Этот тест базируется на том, что железо вытесняет медь. Реакция будет выглядеть как Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu: медь оседает на поверхности в зависимости от наличия железа.
• Хлорид натрия. Концентрированный раствор поваренной соли способен продемонстрировать наличие сплава, неустойчивого к щелочам, благодаря визуальному изменению.

• Теплопроводность легированной стали. Она ниже, чем у углеродистых сплавов, что приводит к тому, что вода в посуде из нержавейки нагревается медленнее.
• Плотность. Согласно закону Архимеда о вытесняемых жидкостях, объём воды, вытесняемый нержавеющей сталью, будет отличаться от объема, вытесняемого другими металлами. Таким образом, если изделие в воде ведет себя иначе, это может быть знаком подделки.

• Сварка. При сварке карбиды выгорают; в нержавеющей стали их присутствие минимально. При шлифовании болгаркой получится светлая белая искра.

Эти методы помогут выяснить, действительно ли изделие изготовлено из нержавейки, но они не позволят определить конкретный вид стали или её марку. Например, сталь марки AISI 204 выглядит аналогично AISI 304, но не является полноценным аналогом — из неё нельзя производить конструкции для морского климата. В производстве дымоходов также используются жаростойкие сплавы, поскольку на них воздействуют одновременно высокая температура и продукты горения, обладающие кислотной природой.

Кроме того, даже если материал относится к категории нержавеющих сталей, срок его службы может быть значительно сокращён. Наилучший вариант — выбирать продукцию от проверенных производителей и получать сертифицированные материалы, соответствующие нормам качества.

Нержавеющая сталь // Большая советская энциклопедия. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1974. — Т. 17 : Моршин — Никиш. — С. 510. — 616 с.

Скороходов В. Н., Одесский П. Д., Рудченко А. В. Строительная сталь. – 2002.

Бородули Г. М., Мошкевич Е. И. Нержавеющая сталь // Металлургия. – 1973.

Подробнее про марки нержавеющей стали, которые мы используем

• Нержавейка AISI 430 (по российскому стандарту 12Х17);

Эта сталь отличается низким содержанием углерода, что делает её одной из самых пластичных, она сравнительно легко поддается гнутью. Высокий процент хрома в составе обеспечивает надежную защиту от коррозии. Сталь сохраняет свои характеристики и в коррозионно опасных средах, и в условиях, где присутствует сероводород. Кроме того, имеет отличные свойства при резких перепадах температуры. Нержавейка AISI 430 прекрасно подходит для гибки планок, создания декоративных изделий, изготовления заборных колпаков и дымников (при отсутствии газа и дизельного топлива), а также для внешней изоляции дымоходов в сэндвич трубах.

• Нержавейка AISI 304 (по российскому стандарту 08Х18Н10);

Это наиболее распространенный вид нержавеющей стали, пользующийся высоким спросом во множестве промышленных отраслей, в том числе и в нашем производстве изгибов. Данный сплав демонстрирует высокий уровень коррозионной стойкости. В нашем производстве AISI 304 применяется в изготовлении дымников, проходок для дизелей и газа, внутренних труб в сэндвич трубах для дымоходов, а также в других изделиях, предназначенных для использования в агрессивных средах. Нержавеющая сталь марки AISI 304 относится к хромоникелевым и аустенитным сталям, что подтверждает её немагнитные свойства. Она имеет аналоги, такие как 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т и многие другие.

Тем не менее, стоит отметить, что при определенных физических воздействиях данная группа металлоизделий может проявлять магнитные характеристики. Например, при сварке различных типов происходит выгорание легирующих элементов, что влияет на структуру металла в области сварного шва. В результате эта область приобретает магнитные свойства. Структура кристаллической решетки может изменяться также при механическом воздействии, таком как ковка, нарезка резьбы, прессование, изгиб и т.д. Однако при всем этом основные химические и физические свойства данного типа стали не теряются.

Нержавеющая сталь марки AISI 316 изготавливается путём добавления молибдена в состав AISI 304, что еще больше увеличивает коррозионную стойкость, а также износостойкость в агрессивных кислотных средах и при высоких температурах. Этот тип нержавейки выше по стоимости, чем 304, но его использование крайне важно для изделий, функционирующих при высоких температурах (в частности, для дымников). Следует заметить, что AISI 316 склонна к затруднениям при гибке.

Вместе с производством различных изделий из нержавеющей стали, мы также занимаемся реализацией дымоходов под брендом Вулкан—здесь процесс выбора подходящей марки также требует внимательности. Например, для создания прямых труб и фасонных изделий (как тройники, отводы, кронштейны и т.д.) применяются высоколегированные аустенитные стали, специально разработанные для работы в условиях агрессивной среды. Внутренний контур компонентов дымохода изготавливается из стали марки AISI 321, которая обладает повышенной жаростойкостью (до 850°С), а также механической и коррозионной прочностью. Внешний контур изготавливается из аустенитной полированной нержавеющей стали AISI 304, для которой характерна высокая доля никеля в её формуле. Это придаёт стали стабильно аустенитную структуру, что существенно снижает риск межкристаллитной коррозии. Более того, данное изделие устойчиво относительно воздействия внешней среды, температурных изменений и может использоваться в любых климатических условиях.

Магнитные и немагнитные свойства нержавеющей стали зависят от процентного содержания никеля в ее составе. Классическая нержавеющая сталь — это 12Х18Н10Т, в которой содержится десять процентов никеля. Однако, если процент никеля снизить до 9 или ниже, это может привести к тому, что нержавейка начнет притягиваться к магниту, несмотря на то, что она принадлежит к аустенитному классу. К примеру, 06Х22Н6Т содержит всего 6% никеля и будет магнититься, поскольку является сплавом на основе аустенита с примесью ферритных компонентов (которые обладают магнитными характеристиками). Важно отметить, что добавление хрома в железо резко повышает его коррозионную стойкость при достижении 12-13%. Интересно, что при содержании 10% хрома коррозионная стойкость стационарна, однако при увеличении до 13% она возрастает многократно, независимо от структуры стали (будь то аустенитная, ферритная или мартенситная). На поверхности это выглядит как парадокс: чем больше хрома, тем лучше? На самом деле, это не всегда работает таким образом, и нужно учитывать другие факторы для обеспечения качественного сплава.

Как определить нержавеющую сталь?

Визуальный осмотр: У нержавеющей стали характерный серебристо-серый цвет, блестящая и отражающая поверхность. Тем не менее, этот признак напрямую не определяет её качество, поскольку другие металлы также могут иметь подобный внешний вид.

Проверка magnet: Простой способ определить, магнитен ли сплав. Если магнит притягивает изделие, это может свидетельствовать о том, что оно изготовлено из магнитного сорта стали.

Штампы или гравировки: На стальных изделиях часто присутствуют метки или гравировки, указывающие на их марку или состав. Такие обозначения могут находиться на видных местах, поэтому стоит быть внимательным к символам и цифрам, которые предоставляют информацию о типе сплава.

Устойчивость к ржавчине: Если металл имеет следы ржавчины, это указывает на то, что, вероятно, это не нержавеющая сталь.

Сравнение веса: Обычно нержавейка тяжелее таких распространенных металлов, как алюминий, поэтому различие в весе может быть подсказкой.

Испытание искрами: Этот метод обычно используется специалистами в промышленных условиях, используя шлифовальный круг. Разные марки стали создают характерные искры.

Химическое тестирование: В лаборатории можно провести химические анализы для определения состава материала. Это довольно надежный, хотя и менее практичный способ идентификации.

Важно учитывать, что приведенные методы могут давать подсказки, но не предоставляют абсолютно точных результатов. В тех случаях, когда требуется точная идентификация, рекомендуется обращаться к специалистам или использовать специализированное оборудование. Кроме того, стандарты и спецификации могут различаться в зависимости от региона и сферы применения.

Почему магнетизм важен для нержавеющей стали

Понимание магнитных свойств непосредственно влияет на выбор подходящей марки для специфических применений, которые могут варьироваться от быта до высоких технологий.

1. Идентификация и сортировка: Магнитные свойства — это удобный способ идентификации и сортировки различных типов нержавеющей стали. Это особенно полезно для эффективного разделения сплавов в процессе переработки.
2. Применения в электромагнитных устройствах: Магнитные сорта нержавеющей стали находят широкое применение в производстве трансформаторов, индуктивностей и магнитных клапанов. Базируясь на своей способности намагничиваться, они незаменимы в работе электромагнитных устройств.
3. Процессы разделения: В отраслях, где необходимо разделение ферромагнитных и немагнитных материалов, таких как горнодобывающая и перерабатывающая промышленность, свойства определенных магнитных марок используются в магнитных сепараторах.
4. Кухонная утварь и техника: Магнитные марки часто предпочтительны для индукционной посуды, так как они обеспечивают стык магнитной энергии, что приводит к быстрому и равномерному прогреву.
5. Магнитный отклик может служить индикатором состава: Этот индикатор может в некоторой степени указать на механические свойства, такие как твердость и прочность, в зависимости от наличия ферритной или мартенситной фаз.
6. Защита от магнитных помех: Это особенно важно для чувствительного электронного оборудования или медицинских устройств. Каждое нарушение или влияние на электронные компоненты может вызывать серьезные проблемы; поэтому предпочтение отдается немагнитным маркам нержавеющей стали.

Таким образом, магнитные методы определения и использования нержавеющей стали играют важную роль в её применимости. Инженерам, дизайнерам и производителям необходимо осознавать эти свойства как в масштабных промышленных процессов, так и в повседневных задачах.