Химический состав нержавеющей стали

Нержавеющая сталь (нержавейка) относится к композиционным высоколегированным коррозионно-стойким сталям. Основным легирующим элементом является хром (Cr), содержание которого может изменяться в пределах от 12 до 20 %. Кроме хрома нержавеющая сталь включает углерод (C), кремний (Si), марганец (Mn), серу (S) и фосфор (P). Для придания стали необходимых физко-механических свойств и коррозионной стойкости в нее также добавляют никель (Ni), титан (Ti), ниобий (Nb), кобальт (Co), молибден (Mo).

Высокая коррозионная стойкость нержавещей стали (нержавейки) обусловлена содержанием большого количества хрома. На поверхности материала образуется тонкая пленка нерастворимых окислов, которая препятствует разъеданию стали окружающей средой. При содержании 12 % хрома нержавеющая сталь (нержавейка) обладает высокой коррозионной стойкостью в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, при 17 % хрома - в более агрессивных окислительных и других средах, в частности в азотной кислоте крепостью до 50%.

Сталь против алюминия
"Идентичная" алюминиевая рама была бы лишь на 1/3 столь же жесткая как стальная, примерно на половину такая же прочная, и всего 1/3 по весу. Такая рама была бы совершенно неудовлетворительна. Именно поэтому алюминиевые рамы вообще имеют заметно большие диаметры труб и более толстостенные трубы. Это вообще приводит к тому, что при адекватной жесткости, такие рамы все еще легче, чем сопоставимые стальные.

Алюминий

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H₂O (t°), O₂, HNO₃ (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной промышленностью. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH₄⁺, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель. Не допустить образования оксидной пленки можно, добавляя к алюминию такие металлы как галлий,индий или олово. При этом поверхность алюминия смачивают легкоплавкие эвтектики на основе этих металлов^.

Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al₂O₃, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки. Первые же три свойства сделали алюминий основным сырьем в авиационной и авиакосмической промышленности (в последнее время медленно вытесняется композитными материалами, в первую очередь, углеволокном).

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому для упрочнения его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).

Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле^[16] за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Меньшую электропроводность алюминия (37 ом⁻¹) по сравнению с медью (63 ом⁻¹) компенсируют увеличением сечения алюминиевых проводников. Недостатком алюминия как электротехнического материала является наличие прочной оксидной плёнки, затрудняющей пайку и за счет большего сопротивления вызывающей повышенное нагревание в местах электрических соединений — что, в свою очередь, отрицательно сказывается на надежности контакта и состоянии изоляции. Поэтому, в частности, 7-я редакция Правил устройства электроустановок, принятая в 2002 г., запрещает использовать алюминиевые проводники сечением менее 16 мм².

Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.

Марки алюминия.

Алюминий характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, пластичностью, морозостойкостью. Важнейшим свойством алюминия является его малая плотность (примерно 2.70 г/куб.см). Температура плавления алюминия около 660 С.

Физико-химические, механические и технологические свойства алюминия очень сильно зависят от вида и количества примесей, ухудшая большинство свойств чистого металла. Основными естественными примесями в алюминии являются железо и кремний. Железо, например, присутствуя в виде самостоятельной фазы Fe-Al, снижает электропроводность и коррозионную стойкость, ухудшает пластичность, но несколько повышает прочность алюминия.

В зависимости от степени очистки первичный алюминий разделяют на алюминий высокой и технической чистоты (ГОСТ 11069-2001). К техническому алюминию относятся также марки с маркировкой АД, АД1, АД0, АД00 (ГОСТ 4784-97). Технический алюминий всех марок получают электролизом криолит-глиноземных расплавов. Алюминий высокой чистоты получают дополнительной очисткой технического алюминия. Особенности свойств алюминия высокой и особой чистоты рассмотрены в книгах

1) Металловедение алюминия и его сплавов. Под ред. И.Н.Фридляндер. М. 1971.2) Механические и технологические свойства металлов. А.В.Бобылев. М. 1980.

Ниже в таблице приведена сокращенная информация о большей части марок алюминия. Также указано содержание его основных естественных примесей – кремния и железа.

Марка	Al, %	Si, %	Fe, %	Применения
Алюминий высокой чистоты
А995	99.995	0.0015	0.0015	- Химическая аппаратура - Фольга для обкладок конденсаторов - Специальные цели
А98	99.98	0.006	0.006
А95	99.95	0.02	0.025
Алюминий технической чистоты
А8АД000	99.8	0.10 0.15	0.12 0.15	- Катанка для производства кабельно-проводниковой продукции (из А7Е и А5Е). - Сырье для производства алюминиевых сплавов - Фольга - Прокат (прутки, ленты, листы, проволока, трубы)
А7 АД00	99.7	0.15 0.2	0.16 0.25
А6	99.6	0.18	0.25
А5Е	99.5	0.10	0.20
А5 АД0	99.5	0.25 0.25	0.30 0.40
АД1	99.3	0.30	0.30
А0 АД	99.0	0.95 В сумме до 1.0 %

Главное практическое различие между техническим и высокоочищенным алюминием связано с отличиями в коррозионной устойчивости к некоторым средам. Естественно, что чем выше степень очистки алюминия, тем он дороже.

В специальных целях используется алюминий высокой чистоты. Для производства алюминиевых сплавов, кабельно-проводниковой продукции и проката используется технический алюминий. Далее речь будет идти о техническом алюминии.

Электропроводность.

Важнейшее свойство алюминия – высокая электропроводность, по которой он уступает только серебру, меди и золоту. Сочетание высокой электропроводности с малой плотностью позволяет алюминию конкурировать с медью в сфере кабельно-проводниковой продукции.

На электропроводность алюминия кроме железа и кремния сильно влияет хром, марганец, титан. Поэтому в алюминии, предназначенном для изготовления проводников тока, регламентируется содержание ещё нескольких примесей. Так, в алюминии марки А5Е при допускаемом содержании железа 0.35%, а кремния 0.12%, сумма примесей Cr+V+Ti+Mn не должна превышать всего лишь 0.01%.

Электропроводность зависит от состояния материала. Длительный отжиг при 350 С улучшает проводимость, а нагартовка проводимость ухудшает.

Величина удельного электрического сопротивления при температуре 20 Ссоставляет Ом*мм²/м или мкОм*м:

0.0277 – отожженная проволока из алюминия марки А7Е

0.0280 – отожженная проволока из алюминия марки А5Е

0.0290 – после прессования, без термообработки из алюминия марки АД0

Таким образом удельное электросопротивление проводников из алюминия примерно в 1.5 раза выше электросопротивления медных проводников. Соответственно электропроводность (величина обратная удельному сопротивлению) алюминия составляет 60-65% от электропроводности меди. Электропроводность алюминия растет с уменьшением количества примесей.

Температурный коэффициент электросопротивления алюминия (0.004) приблизительно такой же, как у меди.

Теплопроводность

Теплопроводность алюминия при 20 С составляет примерно 0.50 кал/см*с*С и возрастает с увеличением чистоты металла. По теплопроводности алюминий уступает только серебру и меди (примерно 0.90), втрое превышая теплопроводность малоуглеродистой стали. Это свойство определяет применение алюминия в радиаторах охлаждения и теплообменниках.

Другие физические свойства.

Алюминий имеет очень высокую удельную теплоемкость (примерно 0.22 кал/г*С). Это значительно больше, чем для большинства металлов (у меди – 0.09). Удельная теплота плавления также очень высока (примерно 93 кал/г). Для сравнения – у меди и железа эта величина составляет примерно 41-49 кал/г.

Отражательная способность алюминия сильно зависит от его чистоты. Для алюминиевой фольги чистотой 99.2% коэффициент отражения белого света равен 75%, а для фольги с содержанием алюминия 99.5% отражаемость составляет уже 84%.