Возможна дальнейшая классификация по доступности с делением на стандартные и специальные марки стали. Специальные марки предназначены для особых случаев применения и доступны в ограниченном объеме. Некоторые марки стали, которые подпадают под определение нержавеющих, в соответствии с их назначением считаются инструментальными или клапанными сталями.
Коррозионностойкие стали
Коррозионностойкие марки стали обладают высоким сопротивлением общей и точечной коррозии под воздействием факторов окружающей среды. Защита от коррозии достигается при наличии в составе стали более 10,5 % хрома благодаря самопроизвольному образованию защитного слоя окислов хрома. Окружающая среда может представлять собой атмосферу при окружающей температуре (в зданиях, в сельской или городской местности, в промышленных или приморских районах) или раствор электролита.
Для марок стали по европейским стандартам по EN 10027-2 предусмотрены номера в следующих группах:
- 1.40хх для марок с < 2,5% Ni, без молибдена и специальных присадок;
- 1.41хх для марок с < 2,5% Ni, с молибденом, но без специальных присадок;
- 1.43хх для марок с ≥ 2,5% Ni, без молибдена и специальных присадок;
- 1.44хх для марок с ≥ 2,5% Ni, с молибденом, но без специальных присадок;
- 1.45хх и 1.46хх для марок со специальными легирующими присадками типа титана, ниобия, меди.
Жаростойкие стали
Жаростойкие стали – в основном ферритные или аустенитные марки стали с высоким сопротивлением окислению и воздействию горячих газов и продуктов горения при температурах свыше 550 °С, В окислительной атмосфере на их поверхности образуется защитный слой из окислов хрома, кремния и алюминия. Этот оксидный слой снижает также коррозию под влиянием серы. В восстановительной атмосфере, в которой не образуются оксиды, повышенное содержание никеля снижает поглощение углерода и азота, но повышает коррозию под влиянием серы.
Для марок жаростойких сталей по европейским стандартам предусмотрены номера в следующих группах:
- 1.47хх для марок с < 2,5% Ni;
- 1.48хх для марок с ≥2,5% Ni.
Жаропрочные стали
Жаропрочные марки стали – это в основном мартенситные и аустенситные стали с высокой длительной прочностью при механическом нагружении и температурах свыше 500 °С. Различные аустенитные жаропрочные марки представляют собой варианты коррозионностойких и жаростойких марок с заданным минимальным содержанием углерода.
Для марок жаропрочных сталей по европейским стандартам предусмотрены номера в группе 1.49хх.
Ферритные стали
Феррит или альфа-железо, имеет объемно-центрированную кубическую решетку. Ниже определенной переходной температуры он обладает магнитными свойствами и хрупок. Дельта-феррит с объемно-центрированной кубической структурой образуется в процессе затвердевания и обладает аналогичными свойствами.
Ферритные марки стали подвергают отжигу при температуре от 750 до 950 °С, ниже температуры аустенизации. Термообработка при более высоких температурах (типичный пример: зона термического влияния при сварке) может приводить к образованию аустенита, который при охлаждении превращается в мартенсит и может вызвать растрескивание из-за образования крупного зерна. Эти эффекты можно ослабить стабилизацией углерода и азота титаном, ниобием или цирконием.
Ферритные стали обладают умеренной свариваемостью из-за чувствительности к межкристаллитной коррозии и растрескивания в зоне термического влияния.
В стандартах ASTM ферритные стали отнесены к серии 400.
Мартенситные стали
Мартенсит образуется из аустенита во время термообработки или при холодной обработке давлением. Он обладает высокой прочностью и магнитен. Выше температур от 900 до 1000 °С эти марки стали обладают аустенитной структурой с высокой растворимостью углерода. Во время охлаждения образуется структура, в кристаллической решетке которой углерод образует перенасыщенный раствор в виде объемно-центрированной альфа'-матрицы, то есть, мартенсита, который стабилен вплоть до комнатной температуры.
При высоком содержании в структуре феррита сталь считается мартенситно-ферритной или полуферритной. Примерами являются марки 1.4005 и 1.4006 (Аналоги AISI 416 и 410).
Обычные мартенситные стали имеют высокое содержание углерода от 0,08 до 1%. Они закаливаются на воздухе, но быстрое охлаждение еще больше повышает их механическую прочность. Вид охлаждения (на воздухе, в воде или в масле) зависит от марки стали. Вязкость стали повышают отпуском. При содержании углерода свыше 0,20 % эти стали с трудом поддаются сварке.
Мартенситные стали поставляются также с низким содержанием углерода (до 0,06%) и 3- 6% никеля. Состав этих сталей подобран таким образом, что после улучшения в них образуется стабильный аустенит. Их называют мартенситно-аустенитными или никель- мартенситными сталями. Они отличаются хорошей свариваемостью. Примеры: марки 1.4313 и 1.4418 (X3CrNiMo13-4 и X4CrNiMo16-5-1).
На основе марок стали с низким содержанием углерода были созданы «супермартенситные» стали с типичным составом: 11-13 % хрома, 2-6 % никеля 0-5 % молибдена и до 0,030 % углерода и азота. Они отличаются сочетанием высокой прочности, ударной вязкости и хорошей свариваемости. Пример: сталь 1.4415 (X2CrNiMoV13-5-2). В стандартах ASTM мартенситные стали отнесены к серии 400.
Дисперсионно-твердеющие стали
Высокая прочность достигается тем, что после отжига на твердый раствор и закалки из мартенситной структуры этих сталей выделяются интерметаллические соединения, а также карбиды, нитриды и соединения меди. Термообработка этих сталей производится с учетом требуемых механических свойств и указаний изготовителя. Примеры этих марок сталей: 1.4568, 1.4542 и 1.4594 (AISI type 631, 630).
Аустенитные стали
Аустенит (гамма-железо) обладает гранецентрированной кубической решеткой. Он немагнитен и вязок в широком интервале температур от самых низких до близких к пределу жаропрочности, не склонен к хрупкому разрушению, обладает высоким пределом прочности при низких температурах, а холодная обработка давлением может еще больше повысить его прочность.
Аустенитные марки стали подвергают отжигу на твердый раствор в интервале температур от 1000 до 1200 °С. Повысить прочность аустенита термической обработкой невозможно. Такие элементы как никель, углерод и азот способствуют образованию аустенитной структуры, а хром, молибден и кремний способствуют образованию ферритной структуры. Обычные аустенитные марки стали содержат следы дельта-феррита, что повышает их свариваемость. Прочность стали можно повысить легированием элементами внедрения, особенно азотом.
Стабильность аустенитной структуры зависит от размера доли легирующих элементов. В марках стали с низким содержанием легирующих пластическая деформация и/или охлаждение до низких температур может привести к мартенситному превращению. Такие стали называют метастабильными аустенитными. Примеры: марки 1.4310 и 1.4318 (AISI type 301, 301LN).
Наличие остаточного феррита и высокое содержание хрома и молибдена могут способствовать выделению хрупкой сигма-фазы. Классический температурный интервал выделения этой фазы и других интерметаллических соединений составляет от 600 до 900°С.
Стабильные аустенитные марки стали без примеси феррита считаются полностью аустенитными. Горячая обработка давлением и сварка этих марок могут потребовать особого внимания. Типичные примеры: марки 1.4466 и 1.4539 (AISI type 310MoLN, 904L).
Марки стали с особо высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах, обеспечиваемой высоким содержанием хрома, молибдена и азота, именуют супераустенитными сталями. Типичные примеры: марки 1.4547 и 1.4652 (X1CrNiMoCuN20-18-7 и X1NiCrMoCu32-28-7.
Система классификации металлических материалов по CR ISO 15608 включает особую группу 8.2 аустенитных сталей с типичным содержанием хрома свыше 19%. Сюда относятся все супераустенитные и большинство полностью аустенитных марок.
В стандартах ASTM аустенитные стали с содержанием марганца 2% и менее отнесены к серии 300.
Аустенитно-ферритные марки (дуплексные) марки стали
Эти марки стали обладают взвешенной двухфазной структурой с содержанием феррита от 30 до 50 %. Их прочность выше, чем аустенитных сталей, так что холодная обработка давлением требует больших усилий. Эти стали отличаются высоким сопротивлением коррозии под напряжением.
Сигма-фаза и другие фазы, снижающие вязкость и коррозионную стойкость, образуются преимущественно в интервале температур от 600 до 900 °С в первую очередь из ферритов. Поэтому горячая обработка давлением должна производиться вне этого интервала и сопровождаться быстрым охлаждением. Сварные швы также необходимо быстро охлаждать в этом интервале температур.
Система классификации металлических материалов по CR ISO 15608 включает особую группу 10.2 аустенитно-ферритных сталей с типичным содержанием хрома свыше 24 %. Сюда относятся так называемые супердуплексные марки с высоким содержанием хрома, молибдена и азота. Типичные примеры: марки 1.4410, 14507 и 1.4501 (AISI 2507 или X2CrNiMoN25-7-4, 255 или X2CrNiMoCuN25-6-3, X2CrNiMoCuWN25-7-4).
В стандартах ASTM аустенитно-ферритные стали отнесены к серии 300.
Хром и никель
Это основные легирующие элементы нержавеющих сталей и по ним в европейских стандартах производится их основная классификация. Хромистые стали – обычное название для ферритных марок и хромоникелевые стали – для аустенитных марок.
Молибден
Молибден повышает коррозионную стойкость, особенно в отношении вызванной хлоридами точечной коррозии. Однако он оказывает отрицательное влияние в окисляющих кислотах, например, в азотной кислоте, и в окисляющих атмосферах при высоких температурах.
Аустенитные марки стали, содержащие более 2 % молибдена, именуют хромникельмолибденовыми сталями. Раньше их именовали кислотоупорными из-за их стойкости в сульфитном процессе производства бумаги.
Марганец
Марганец добавляют вместо никеля для образования аустенита и повышения растворимости азота. Система классификации металлических материалов по CR ISO 15608 включает особую группу 8.3 аустенитных сталей с содержанием марганца от 2 до 9%. В стандартах ASTM аустенитные стали с содержанием марганца свыше 2% отнесены к серии 200.
Низкое содержание углерода
При медленном охлаждении после термообработки или сварки на границах зерен могут выделяться карбиды хрома, которые при контакте с агрессивными средами могут вызвать межкристаллитную коррозию. Критический температурный интервал составляет от 600 до 800°С. Современный метод предотвращения межкристаллитной коррозии основан на поддержании в стали содержания углерода не выше 0,030% (низкоуглеродистые стали), который при этом остается в твердом растворе и не образует с хромом выделений карбидов.
Азот
Азот, активно способствующий образованию аустенита, добавляют вместо никеля. Он повышает не только прочность, но и стойкость марок стали к точечной коррозии.
Стабилизация
Присадки титана, ниобия и/или циркония предотвращают выделение карбидов хрома после термообработки и/или сварки. До 1960-х годов предпочитали такую стабилизацию сталей, однако в дальнейшем технический прогресс позволил надежно и экономично получать стали с низким содержанием углерода. Стабилизированные марки стали обладают высокой прочностью примерно до 600 °С.
Сера
Присадка серы позволяет обеспечить короткую стружку при обработке резанием, существенно улучшая обрабатываемость стали. Известны автоматные стали с ферритной, мартенситной и аустенитной структурой, содержащие от 0,15 до 0,35 % серы. Однако, присадка серы снижает вязкость и коррозионную стойкость.