🛡 Нержавеющая сталь

Загружаем…

Общие сведения о нержавеющей стали

Нержавеющие стальные сплавы содержат не менее 12 % хрома в качестве легирующей добавки. Поверхность полированной нержавейки отличается зеркальным блеском, долговечностью и способностью к самовосстановлению. Высокую коррозионную стойкость обеспечивает оксидная плёнка, состоящая из нерастворимых окислов входящих в состав сплава элементов; она самопроизвольно обновляется при контакте с содержащимся в воздухе кислородом. Такое покрытие самостоятельно восстанавливает свою целостность при любом повреждении.

В качестве легирующих добавок применяются: хром, никель, кремний, марганец, молибден, вольфрам, ниобий, бор, медь, ванадий, титан и т. д. Процентное содержание добавок и особенности процесса легирования определяют физические, механические и химические свойства стали.

Антикоррозийные характеристики чёрному металлу придаёт наличие в его составе добавок хрома и никеля. Именно они придают стали светлый окрас и блеск. Сплав с никелем препятствует взаимодействию железа с водой в присутствии кислорода. Наличие хрома (более 12 %) мгновенно приводит к образованию на поверхности металлического массива равномерной защитной плёнки, препятствующей химической реакции молекул кислорода с атомами железа.

Классификация легированных сталей

По степени легирования:

низколегированная сталь — доля легирующих элементов до 2,5 %;
среднелегированная сталь — доля легирующих элементов от 2,5 до 10 %;
высоколегированная сталь — доля легирующих элементов от 10 до 50 %.

По свойствам:

нормальной и повышенной прочности;
хладостойкие;
жаропрочные (теплоустойчивые);
устойчивые к атмосферной коррозии и коррозии в морской воде;
упрочняемые термической и термохимической обработкой и т. д.

По назначению:

Строительные легированные стали. Применяются при изготовлении сварных конструкций.
Машиностроительные. Применяются при производстве деталей механизмов и машин, корпусных конструкций и т. д.
Инструментальные. Применяются при производстве инструментов.

Сложности обработки нержавеющей стали

Сложности связаны со свойствами сплава:

из-за большого содержания легирующих присадок возможно зашлаковывание поверхности разреза;
в зоне нагрева образуются тугоплавкие оксиды — по этой причине затрудняется прохождение лазера по линии разреза, и, как следствие, увеличивается расход электроэнергии;
высокохромистые и хромоникелевые стали обладают низкой текучестью, что также усложняет процесс резки.

Процесс раскроя нержавеющей стали

Процесс осуществляется поэтапно:

нагрев;
расплавление;
постепенное испарение элементов, образующихся в результате распада материала.

Луч лазера — это источник тепла, в котором собирается высококонцентрированный газ при большой температуре. Этот пучок обладает сечением от 10 до 20 мкм и плотностью мощности 100 МВт/см². Энергии в таком количестве на небольшом отрезке достаточно с избытком, чтобы моментально расплавлять материал. Благодаря термофизическому процессу сталь разделяется, что приводит к изменению структуры металла только на участке, где осуществляется контакт.

Особенности нержавейки

Основу данной стали составляет железная масса, смешанная с хромом. В зависимости от производителя в состав добавляют никель и другие легирующие соединения, позволяющие усовершенствовать свойства стали.

Нержавейка имеет высокую устойчивость к коррозии и долгий срок эксплуатации (несколько десятков лет). Свойства стали не меняются даже после нескольких лет эксплуатации. Нержавейка активно используется для производства листов, сеток, трубопроводов и т. д.

Основные легирующие добавки

Никель. Присутствует в нержавеющих сталях аустенитного класса; влияет на энергетическое сцепление и теплообмен, ограничивая толщину, которую можно резать при заданной мощности лазерного луча.
Хром. Ферритообразующий компонент. Широко используется как самостоятельный легирующий агент и в комплексе с другими веществами. Его введение расширяет температурный интервал затвердевания, увеличивает прочность и твёрдость без изменения показателей пластичности. Содержание 1 % улучшает механические свойства. При повышении концентрации хрома до 5 % растёт теплостойкость, а кислотостойкие и жаропрочные сплавы уже содержат более высокий процент хрома, который может достигать 28 %.
Кремний. Ферритообразующий компонент. Не влияет на вязкостные свойства, но повышает предел прочности и текучести, магнитную проницаемость и электропроводимость. Улучшает пластичность, кислотостойкость и прочностные показатели.
Марганец. Аустенитообразующее вещество, улучшает прокаливаемость и увеличивает порог жидкотекучести металла. Повышает сопротивление истиранию и ударным нагрузкам.
Молибден. Значительно повышает показатели твёрдости, прочности и прокаливаемости. В наибольшей концентрации содержится в жаропрочных и быстрорежущих сталях; в конструкционных марках его количество обычно не превышает 0,4 %.
Вольфрам. Карбидообразующая присадка, повышающая пределы прочности и твёрдости. Вводится в быстрорежущие инструментальные сплавы до 18 % и оптимизирует термопрочность и сопротивление ударным нагрузкам.
Ниобий. Сильный карбидообразующий элемент. В нержавеющие сплавы вводится для минимизации межкристаллической коррозии, в марганцовистые — для снижения отпускной хрупкости.
Бор. Увеличивает прокаливаемость. Является лучшей альтернативой для замены дорогостоящего молибдена и никеля.
Медь. Её присадка увеличивает предел текучести, пластичность, сопротивляемость коррозионным процессам. В судостроении позволяет эффективно решить проблему обрастания подводной части корпуса водорослями и ракушками.
Ванадий. Карбидообразующий агент, увеличивающий прочность и повышающий вязкость. Ванадийсодержащие сплавы демонстрируют отличную ударную стойкость и инертность к напряжениям, но очень дороги.
Титан. Связывая углерод в прочные карбиды, измельчает зёрна аустенита и снижает склонность к межкристаллической коррозии. Повышает кислотоустойчивость и, наряду с другими карбидообразующими, способствует самозакалке стали.

Лазерная резка нержавеющей стали инертным и кислородным газом

Лазерная резка инертным и истинно инертным газом — наиболее применимый тип процесса, используемый для резки нержавеющей стали. Лазерная кислородная резка также применяется в тех случаях, когда окисление торца не является критическим. Ниже рассматривается лазерная резка нержавеющей стали инертным газом (азотом) и активным газом (кислородом) в качестве вспомогательных газов, а также вопросы безопасности на рабочем месте для обоих процессов.

В процессе лазерной резки инертным газом (также называемой лазерной резкой плавлением) лазерный луч — единственный источник тепла, а струя инертного газа высокого давления обеспечивает механическую силу для выброса расплава.

Нержавеющие стали имеют относительно низкую теплопроводность, что позволяет резать их с относительно высокой скоростью, так как энергия остаётся на фронте резания, а не рассеивается в материале впереди режущей кромки.

Азот — наиболее часто используемый вспомогательный газ для этой техники резки из-за его низкой стоимости и низкой химической активности по сравнению с действительно истинно инертными газами, такими как аргон и гелий.

Резка азотом даёт режущие кромки высокого качества, при этом скорость резания обычно выше, чем при резке кислородом.

Адгезия к нижней кромке материала из-за высокой вязкости расплавленного материала может быть проблемой при азотной резке, но обычно решается применением очень высокого давления вспомогательного газа. Газообразный азот высокого давления используют, когда качество режущей кромки важнее скорости резания.

Азот является предпочтительным газом для резки нержавеющей стали, высоколегированных сталей, сплавов алюминия и никеля; для удаления расплавленного материала из реза требуется более высокое давление газа. Высокое давление газа обеспечивает дополнительную механическую силу для выдувания расплавленного материала из разреза. При использовании азотной резки под высоким давлением для нержавеющей стали получается яркий, не содержащий оксида край, но скорость обработки ниже, чем у аргона или гелия.

Основная проблема резки инертным газом — образование заусенцев из осаждённого материала на нижней стороне пропила. Решается оптимизацией основных параметров обработки: диаметра сопла, фокусного положения и давления газа.

Давление азота лежит в диапазоне 10–20 бар; давление увеличивается с увеличением толщины материала. Чистота газообразного азота должна быть выше 99,8 %.