Как проверить нержавейку: магнит, реактив, искра, анализатор и сертификат

Способы проверки нержавейки: что показывает каждый

Проверка решает одну из двух задач: нержавейка это или обычная углеродистая сталь, и какая именно марка. Первую задачу закрывают магнит, медный купорос и искровая проба, вторую — только методы, которые измеряют химический состав. ASTM E1476 так и делит способы сортировки металлов: капельные реактивы и искровую пробу относит к качественным, рентгенофлуоресцентный и оптико-эмиссионный анализ — к количественным.

Разумный порядок — от простого к точному: документы и маркировка, магнит, затем купорос или искра, если нужно отличить нержавейку от стали, и реактивы или анализатор, если важна марка.

Магнит, вес и внешний вид

Магнит показывает структуру стали, а не то, нержавейка ли это. Отожжённые аустенитные марки — AISI 304, 316L, 321, 12Х18Н10Т — к магниту не притягиваются. Ферритная AISI 430 и мартенситные 12Х13, 20Х13, 40Х13 магнитятся так же уверенно, как углеродистая сталь, хотя они нержавеющие. Аустенит после гибки, вытяжки и резки может слабо притягивать магнит по кромкам. Почему так происходит и как проверять неодимовым магнитом, разобрано в статье «Магнитится ли нержавейка».

Практический вывод: если металл не магнитится ни на ровном участке, ни у кромки, это, скорее всего, аустенитная нержавейка. Если магнитится, это ещё не обычная сталь — нужен второй тест: медный купорос, искра или анализатор.

По весу нержавейку не распознать. Плотность нержавеющей стали — 7,7–8,0 г/см³, углеродистой — 7,85 г/см³: разница в 1–2 % теряется в допусках на толщину проката. Значения по маркам собраны в статье о плотности нержавеющей стали.

Внешний вид тоже даёт немного. Поверхности 2B, BA или шлифовка 4N выглядят одинаково у AISI 201, 304 и 430. Обычную сталь с хромовым или полимерным покрытием «под нержавейку» выдаёт срез или глубокая царапина: под покрытием другой, более тёмный металл.

Медный купорос и искровая проба: нержавейка или обычная сталь

Медный купорос

Тест основан на реакции вытеснения: железо переводит медь из раствора в металл, и на поверхности появляется розово-коричневый налёт, как на монете. Пассивная плёнка нержавейки эту реакцию не пускает. В ASTM A967 и ASTM A380 тем же раствором проверяют, не осталось ли на нержавейке частиц свободного железа после изготовления.

1. Подготовьте участок. Обезжирьте его; краску и цинковое покрытие снимите, иначе проверяется покрытие, а не сталь.
2. Нанесите раствор. Раствор медного купороса, подкисленный серной кислотой, держат на поверхности не меньше 6 минут, подливая, чтобы участок не высыхал.
3. Промойте и оцените. Медный налёт — обычная сталь или железо на поверхности, чистый металл — нержавейка. Работоспособность раствора проверяют на куске обычной стали: медь на нём должна проявиться.

Тест подходит для аустенитных сталей серий 200 и 300 и ферритных с хромом от 16 %, в том числе AISI 430. Мартенситные 12Х13, 20Х13, 40Х13 (по ГОСТ 5632-2014 в них 12–14 % хрома) и ферриты с хромом меньше 16 % покрываются медью и без загрязнения — это ложный результат «не нержавейка». Отдельные медные точки на нержавеющем листе обычно означают частицы железа от инструмента, а не подделку. Марку купорос не показывает.

Искровая проба

Образец прижимают к абразивному кругу и смотрят на сноп искр. Углерод в раскалённых частицах металла выгорает вспышками, поэтому углеродистая сталь даёт длинный светлый сноп с разветвлёнными «звёздочками», и чем больше углерода, тем их больше. Хром и никель сноп укорачивают и гасят: у аустенитной нержавейки искры короткие, тёмно-оранжевые или соломенные, почти без разветвлений.

Сравнивают всегда с эталонами известной марки — на том же круге, с тем же нажимом, в затемнённом месте. Проба уверенно делит стали на группы близкого состава, но марку неизвестного металла по ней не определить. На изделии остаётся след от круга, работают в защитных очках.

Капельные реактивы на никель, молибден и марганец

Экспресс-тесты показывают не марку, а наличие одного элемента. Чтобы в капле оказались ионы металла, в наборах для сортировки сталей немного металла растворяют током: на поверхность кладут каплю электролита или смоченную бумагу, замыкают цепь от батарейки, затем добавляют индикатор. Поверхность должна быть чистой, сухой и обезжиренной, а цвет сравнивают с эталоном известной марки.

• Никель. Индикатор — диметилглиоксим: в аммиачной среде с никелем он даёт малиново-красный осадок. На AISI 304 (8–10,5 % Ni) окраска яркая, на AISI 201 (3,5–5,5 %) — слабее, на AISI 430 (не больше 0,75 %) — слабая или её нет.
• Молибден. Реактив с роданидом и хлоридом олова: молибден даёт устойчивую оранжево-красную окраску, а окраска от железа быстро исчезает. По данным ASSDA, положительный результат дают 316, 316L, 317, 904L, 444, 2205 и супердуплексы. Тест надёжно отделяет 316 от 304, но 316 от 316L не отличает.
• Марганец. Выявляет стали серии 200, где часть никеля заменена марганцем: в AISI 201 его 5,5–7,5 %, в 304 — не больше 2 %.
• Сера. Бурое пятно указывает на автоматную сталь с повышенной серой, например AISI 303.

Результат полуколичественный: интенсивность окраски зависит от чистоты поверхности, времени и навыка. Для приёмки партии капельные тесты годятся как сортировка — например, когда перемешались обрезки 304 и 316. Спорные случаи проверяют анализатором.

Анализатор: рентгенофлуоресцентный (XRF) и искровой (OES)

Самый надёжный способ проверить нержавейку — измерить химический состав. В промышленности такую проверку называют PMI (positive material identification) и проводят двумя типами приборов: рентгенофлуоресцентными и оптико-эмиссионными спектрометрами. Оба выпускают в портативном исполнении, они работают на месте, без вырезки образца.

Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF)

Рентгеновское излучение возбуждает атомы металла, и каждый элемент испускает вторичное излучение со своей энергией. Прибор измеряет его интенсивность, пересчитывает в массовые доли и сравнивает результат с библиотекой марок. Метод неразрушающий и следов не оставляет, но поверхность должна быть чистой и ровной. В России он описан в ГОСТ 28033-89, который охватывает кремний, фосфор, серу, титан, ванадий, хром, марганец, кобальт, никель, медь, ниобий, молибден и вольфрам.

Слабое место XRF — лёгкие элементы: углерод и азот прибор не определяет. Поэтому 304 от 304L и 316 от 316L он не отличит — эти пары различаются только углеродом, 0,07–0,08 % против 0,030 % по ASTM A240. По той же причине XRF не разделит 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т.

Оптико-эмиссионный анализ (OES)

Искровой спектрометр испаряет крошечный объём металла электрическим разрядом в аргоне и раскладывает свечение в спектр. Он определяет и углерод, поэтому различает L-марки. Перед измерением участок зачищают, после остаётся пятно прожига. Портативные искровые приборы, по данным ASSDA, азот не измеряют. В лаборатории анализ ведут по ГОСТ 18895-97 или ГОСТ Р 54153-2010, пробу отбирают по ГОСТ 7565-81.

Маркировка и сертификат качества: что проверить

У проката с завода проверка начинается с документов. По ГОСТ 7566-2018 маркировку наносят на металл или этикетку не дальше 500 мм от торца или кромки листа либо на торец. В ней указывают товарный знак или наименование изготовителя, марку стали, номер плавки, номер партии, если плавку делили, и номинальный размер.

ASTM A480 требует маркировать лист на одной стороне: стандарт, марку (тип или номер UNS), идентификационный номер металла и изготовителя — в двух местах у концов или сплошной строкой вдоль кромки. Двойная марка вида «304/304L» допустима, если металл отвечает обеим маркам и изготовитель это удостоверяет. На трубах по ASTM A312 наносят номер плавки, размер и способ изготовления: бесшовная (SML) или сварная (WLD).

ГОСТ 7566-2018 делит документы о качестве на виды по ISO 10474 — те же обозначения, что в EN 10204.

1. Номер плавки в сертификате совпадает с номером на металле или ярлыке. Если на куске маркировки нет, сертификат к нему не привязан.
2. Вид документа — 3.1 или 3.2 с химическим составом. В документе 2.1 результатов нет, состав по нему не проверить.
3. Химический состав укладывается в стандарт, указанный в сертификате. По ASTM A240 в 304 никеля 8,0–10,5 % и марганца не больше 2 %, в 316 — молибдена 2–3 %, в 304L и 316L — углерода не больше 0,030 %.
4. Стандарт на прокат, размеры, состояние поставки и поверхность совпадают с заказом.
5. Если металл куплен у посредника, по ГОСТ 7566-2018 он передаёт оригинал или заверенную копию без изменений, а в копии на часть партии отмечает фактически поставленный металл и его объём.

Сертификат подтверждает плавку, а не конкретный кусок. Если металл пересортирован, порезан без маркировки или его происхождение вызывает сомнения, сверку дополняют анализатором.

Как отличить 304 от 201 и 430, а 316 от 304

304 и 430. Проще всего магнитом: AISI 430 — ферритная сталь и притягивается в любом состоянии, отожжённая 304 — нет. Второй признак — никель, которого в 430 почти нет. Медный купорос их не различит: хрома в обеих марках от 16 %. Подробнее о ферритной марке — в статье AISI 430: характеристики и аналог 12Х17.

304 и 201. Внешне и магнитом их не различить: обе аустенитные, а после деформации 201 магнитится даже сильнее. Капельные тесты на марганец и никель дают подсказку, уверенно — XRF-анализатор или сертификат. Если марганца больше 2 % или никеля меньше 8 %, по ASTM A240 это уже не 304. Состав и свойства разобраны в статье AISI 201 и отличия от 304.

316 и 304. Различаются молибденом: в 316 и 316L его 2–3 %. Магнит не поможет, а капельный тест на молибден и XRF разделяют их уверенно. Марку L внутри пары — 316 или 316L, 304 или 304L — подтверждают только искровым спектрометром или сертификатом с углеродом плавки.