Ферритная нержавеющая сталь: марки, свойства и где применяют

Что такое ферритная нержавеющая сталь

Ферритная нержавейка — хромистая сталь, основа структуры которой — феррит с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) решёткой, как у обычной углеродистой стали. ГОСТ 5632-2014 относит к ферритному классу стали со структурой феррита без α↔γ-превращений: при нагреве и охлаждении решётка не перестраивается.

Коррозионную стойкость даёт хром — от 10,5 до 30 % в разных марках. Углерода мало: в стабилизированных 409, 439, 441 и 444 — не более 0,025–0,030 %, в классической AISI 430 — до 0,12 %. Никель в состав не вводят или допускают в малых количествах: по ASTM A240 в 409 — до 0,50 %, в 430 — до 0,75 %, в 444 — до 1,00 %.

• Магнитность — ферритная сталь притягивает магнит в любом состоянии.
• Не закаливается — без α↔γ-превращения закалка не даёт мартенсита, прочность поднимают только холодной деформацией. Этим феррит отличается от мартенситных 20Х13 и 40Х13 с тем же уровнем хрома, но с большим углеродом.
• Нет никеля — сталь дешевле аустенитной, и её стоимость меньше зависит от цены никеля (ISSF).

Чем феррит отличается от аустенита, мартенсита и дуплекса по структуре, разобрано в статье виды нержавеющей стали. Здесь — марки ферритного класса, их свойства и ограничения.

Пять групп ферритных марок по ISSF

Международный форум нержавеющей стали ISSF в справочнике «The Ferritic Solution» делит ферритные марки на пять групп: три стандартные и две специальные. На стандартные группы, по данным ISSF за 2006 год, приходился 91 % объёма ферритной нержавейки.

Хром указан по ASTM A240 для названных марок (446 — по ASTM A268). ISSF задаёт границы групп укрупнённо: 10–14 % Cr, 14–18 %, 14–18 % со стабилизацией, молибден более 0,5 %, 18–30 % хрома.

• Группа 1 (409, 410L) — минимум хрома и самая низкая цена. 409 создавали для автомобильных глушителей. ISSF и Outokumpu рекомендуют группу для мягких условий: в помещении, где металл не мокнет или его протирают, и на улице, где допустима поверхностная ржавчина. 410L (1.4003) — конструкционная марка для вагонов, автобусов и контейнеров.
• Группа 2 (430) — самая массовая. По поведению ближе всех к AISI 304 и в помещениях часто её заменяет. Состав, механика, поверхности и сварка 430 — в статье AISI 430: характеристики и аналог 12Х17.
• Группа 3 (430Ti, 439, 441) — стабилизированные марки. Титан и ниобий связывают углерод в карбиды, поэтому сталь лучше сваривается и формуется, чем 430. По ISSF, эти марки заменяют 304 там, где её стойкость избыточна.
• Группа 4 (434, 436, 444) — с молибденом для стойкости к питтингу. У 444 стойкость к локальной коррозии близка к AISI 316 (ISSF, Outokumpu).
• Группа 5 (445, 446, 447) — высокий хром, часто с молибденом: для окалиностойкости и сильно агрессивных сред. Марки с 29 % хрома и 4 % молибдена, по данным ISSF, держат морскую воду на уровне титана.

Состав марок и аналоги по ГОСТ 5632 и EN

Составы ASTM — по листам марок Atlas Steels и таблицам ISSF, составы ГОСТ — по таблице 1 ГОСТ 5632-2014. Точных совпадений между ASTM и ГОСТ у ферритных марок меньше, чем у аустенитных:

• 430 и 12Х17 — хром и углерод совпадают; европейский аналог — 1.4016.
• 439 и 08Х17Т — обе стабилизированы титаном, но в 08Х17Т допускается до 0,08 % углерода против 0,030 % в 439. По хрому (17–19 %) к 439 ближе 08Х18Т1. Европейский аналог — 1.4510.
• 410S и 08Х13 — углерод до 0,08 %, хром 11,5–13,5 и 12–14 %; европейский аналог — 1.4000.
• 446 и 15Х25Т — хром 23–27 и 24–27 %, но 15Х25Т стабилизирована титаном. В 15Х28 хрома 27–30 %. В Европе близкие по назначению — жаростойкие 1.4762 и 1.4749 по EN 10095.
• 409, 441, 434, 436, 444 — аналогов в ГОСТ нет. Ферритных марок с 10,5–11,7 % хрома, с ниобием или с молибденом в ГОСТ 5632-2014 нет. Их заказывают по ASTM A240 или EN 10088-2: 409 — 1.4512, 441 — 1.4509, 434 — 1.4113, 436 — 1.4526, 444 — 1.4521.

Кроме того, к ферритному классу ГОСТ 5632-2014 относит 08Х18Тч — заменитель 12Х18Н10Т для бытовых изделий, жаростойкие 10Х13СЮ и 15Х18СЮ с алюминием и кремнием и 04Х14Т3Р1Ф с бором.

Свойства: магнитность, тепло, прочность, коррозия

Ферритная сталь магнитится при любой обработке — это свойство структуры, а не признак подделки. Магнит отличит её от отожжённой аустенитной, но не от углеродистой или мартенситной стали; как проверять марку, разобрано в статье магнитится ли нержавейка. Магнитность нужна, например, в посуде для индукционных плит (ISSF).

Тепло ферритная сталь проводит в 1,7–1,9 раза лучше аустенитной, а расширяется при нагреве примерно в 1,5 раза меньше — почти как углеродистая. Поэтому детали меньше коробятся при сварке и нагреве, а окалина при циклическом нагреве реже отслаивается: ISSF называет это главным преимуществом в горелках, системах отопления и выхлопа. Outokumpu для 430 при 20 °C даёт близкие цифры: 25 Вт/(м·К) и 10,0 × 10⁻⁶ 1/К в интервале 20–100 °C.

Предел текучести у ферритных марок не ниже, чем у 304, и близок к углеродистой стали, а удлинение вдвое меньше: 20–22 % против 40 %. При деформации ферриты упрочняются слабо и мало пружинят после гибки (ISSF).

Коррозионная стойкость

Стойкость к питтингу растёт с хромом и молибденом. Индекс PREN по типичному составу (Outokumpu): 409 — 12, 430 — 16, 439 — 17, 441 — 18, 444 — 25. Для сравнения: у AISI 304 — 18, у 316L — 24.

• Хлоридное коррозионное растрескивание — стали без никеля к нему практически не склонны (Outokumpu, Aperam, Atlas Steels). У аустенитных марок этот риск возникает в растворах хлоридов, обычно при температуре выше 60 °C.
• Межкристаллитная коррозия — нестабилизированные 430 и 12Х17 после сварки теряют стойкость в околошовной зоне. Стабилизированные титаном и ниобием марки, по ISSF, к ней практически невосприимчивы.
• Окалина — по ГОСТ 5632-2014 интенсивное окалинообразование на воздухе начинается: у 12Х17, 08Х17Т и 08Х18Т1 — при 900 °C, у 15Х25Т — при 1050 °C, у 15Х28 — при 1100–1150 °C.

Ограничения: сварка, 475 °C, холод, толщина

• Рост зерна при сварке. В зоне термического влияния зерно феррита укрупняется, и шов теряет вязкость. Сварку ведут с минимальным тепловложением. Ферритную присадку применяют только в однопроходных швах, чаще берут аустенитную (Outokumpu). Азот и водород в защитный газ не добавляют: азот насыщает шов, водород вызывает холодные трещины.
• Нестабилизированные марки. В шве 430 появляются мартенсит по границам зёрен и карбиды хрома. Outokumpu предписывает отжиг при 750–800 °C, обычно 1–2 часа; ГОСТ 5632-2014 не рекомендует 12Х17 для сварных конструкций. Сварные соединения 15Х28, по ГОСТ, склонны к межкристаллитной коррозии.
• Хрупкость 475 °C. При долгой работе в интервале 400–540 °C стали с хромом от 15 % охрупчиваются: феррит распадается на две фазы — богатую железом и богатую хромом (ISSF). Свойства возвращает нагрев до 600 °C с быстрым охлаждением. ГОСТ 5632-2014 не рекомендует эксплуатировать 15Х25Т при 400–700 °C.
• Сигма-фаза. У марок с высоким содержанием хрома и молибдена при 550–800 °C образуется хрупкая σ-фаза. Её устраняют нагревом выше 800 °C с быстрым охлаждением (ISSF).
• Холод. У ферритной стали есть температура перехода из вязкого состояния в хрупкое. По Outokumpu, у ферритных и дуплексных сталей она лежит между 0 и −60 °C, у ферритных — в верхней части интервала; углерод и азот её повышают. ГОСТ 5632-2014 допускает 08Х17Т и 15Х25Т в конструкциях без ударных нагрузок при температуре не ниже −20 °C. У аустенитных сталей такого перехода нет.
• Толщина. Ферритные марки выпускают в основном тонким листом и рулоном. Atlas Steels указывает для стабилизированной 18-процентной хромистой стали верхний предел около 2–3 мм, для 444 — около 2 мм, и отмечает, что сварка металла толще 2 мм заметно сложнее. Aperam выпускает лист 441 толщиной до 6 мм. Исключение — 1.4003 (410L): по Outokumpu, у неё повышенная ударная вязкость на холоде, и её применяют в несущих конструкциях.
• Формовка. Глубокую вытяжку ферритные марки выдерживают хорошо — Outokumpu сравнивает их с углеродистой сталью для глубокой вытяжки. Формовку растяжением они переносят хуже аустенита (ISSF). После вытяжки на поверхности может проявиться риджинг — волнистость вдоль прокатки; у стабилизированной 439 он слабее. Пластичность падает ниже комнатной температуры, поэтому сложную штамповку ведут с металлом при комнатной температуре.

Где применяют ферритную нержавейку

Общее правило из справочников ISSF и Outokumpu: чем агрессивнее среда, тем выше группа. Для сухих помещений хватает 409 и 430, для периодического контакта с водой — 430 и 439, для сварных изделий — стабилизированных 439 и 441, для горячей воды и более агрессивных сред — 444. Там, где нужен толстый металл, ударная вязкость на морозе или сложная формовка, ферритную марку заменяют аустенитной. Сортамент самой массовой марки группы — в каталоге: лист AISI 430 (12Х17).

Ферритная или аустенитная сталь: сравнение

Ферритную марку выбирают для тонкостенных изделий в умеренной среде, когда важны малое тепловое расширение, теплопроводность или стойкость к хлоридному коррозионному растрескиванию. Аустенитную — для толстого металла, сварных несущих конструкций, работы на морозе с ударными нагрузками, сложной формовки растяжением и кислых сред.