Виды нержавеющих сталей и чем их сваривать: классы, подбор присадки и обработка швов

Пять классов нержавеющих сталей

Нержавеющие стали делят по структуре — от неё зависят и коррозионная стойкость, и поведение при сварке.

Аустенитные (хромоникелевые)

Самый распространённый класс: немагнитны, отлично свариваются, дают высокую общую коррозионную стойкость, но не упрочняются термообработкой. Базовая — 08Х18Н10 (AISI 304); стабилизированная титаном против межкристаллитной коррозии — 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т (AISI 321); низкоуглеродистая — 03Х18Н11 (AISI 304L). С молибденом, для стойкости к хлоридам и питтингу, — 08Х17Н13М2 и 10Х17Н13М2Т (AISI 316 / 316Ti) и 03Х17Н14М3 (AISI 316L). Жаростойкие с высоким хромом и никелем — 10Х23Н18 (AISI 310S).

Ферритные (высокохромистые)

Магнитны, содержат хром почти без никеля, дешевле аустенитных. Умеренная коррозионная стойкость (хороши в окислительных и атмосферных средах, слабы в восстановительных и хлоридных), не упрочняются закалкой, свариваются ограниченно из-за роста зерна в зоне термического влияния. Типичные: 12Х17 (AISI 430), стабилизированная 08Х17Т (≈ AISI 439/430Ti), высокохромистая 15Х25Т (≈ AISI 446).

Мартенситные

Магнитны, упрочняются закалкой и отпуском, дают высокую прочность и твёрдость ценой пониженной коррозионной стойкости. Свариваются тяжело — закаливаются в зоне термического влияния, склонны к трещинам. Типичные: 12Х13 (AISI 410), 20Х13 / 30Х13 / 40Х13 (AISI 420), высокоуглеродистая 95Х18 (≈ AISI 440).

Аустенитно-ферритные (дуплексные)

Структура примерно поровну феррит и аустенит — отсюда сочетание высокой прочности и выдающейся стойкости к хлоридному питтингу и коррозионному растрескиванию. Российская классическая — 08Х22Н6Т (≈ AISI 329); современные дуплекс 2205 (UNS S32205) и супердуплекс 2507 (UNS S32750) применяют под международными обозначениями. Требуют аккуратной сварки: перегрев ломает баланс фаз.

Дисперсионно-твердеющие (PH)

Узкий, но важный класс: высокая прочность после старения при неплохой коррозионной стойкости. Марки 07Х16Н6, 09Х17Н7Ю (≈ 17-7PH). Применяются точечно — авиация, пружины, высоконагруженные валы; свариваются по специальным процедурам.

Чем сваривать каждый класс и почему именно этим

Логика подбора одна: металл шва должен либо соответствовать основному по составу, либо осознанно превосходить его там, где это спасает от трещин и коррозии. Ниже — соответствие классов и материалов нашего каталога.

Три механизма объясняют весь выбор. Молибден против питтинга: различие 308-типа и 316-типа — именно молибден; без него шов беззащитен перед хлоридами, поэтому 316-группу нельзя варить 308-присадкой. Стабилизация и низкий углерод против межкристаллитной коррозии: при нагреве в зоне термического влияния выпадают карбиды хрома, приграничные зоны обедняются хромом — низкоуглеродистые («L») и стабилизированные присадки этого не допускают. Баланс фаз у дуплекса: дуплекс коррозионностоек только при сохранении соотношения феррит/аустенит; присадка с повышенным никелем и контроль тепла удерживают этот баланс, иначе дорогая сталь корродирует как рядовая.

Технологические нюансы сварки

У каждого класса — своя главная опасность, и режим сварки строится вокруг неё.

Аустенитные имеют высокий коэффициент теплового расширения — отсюда коробление; варят с низким тепловложением, низкой межпроходной температурой (ориентир ≤150 °C), частыми прихватками, защищают корень формирующим газом. Главный враг — сенсибилизация (карбиды хрома при перегреве).

Ферритные склонны к росту зерна и охрупчиванию зоны термического влияния при перегреве; тепловложение минимизируют, для толстых сечений иногда дают небольшой подогрев, избегают длительного пребывания в опасном интервале температур.

Мартенситные закаливаются в зоне термического влияния и трескаются; нужен подогрев (ориентировочно 200–300 °C), последующий отпуск для снятия твёрдости и напряжений, контроль водорода. Без этого шов и околошовная зона получаются хрупкими.

Дуплексные требуют тепловложения в узком окне: слишком мало — избыток феррита и падение вязкости, слишком много — выделение сигма-фазы и нитридов хрома с потерей стойкости к питтингу. Межпроходную держат низкой; термообработку после сварки обычно не делают.

Общие правила: защита корня внутренних швов формирующим газом (окисленный «засахаренный» корень становится очагом коррозии), отдельный инструмент только для нержавейки (контакт с углеродистой сталью заносит железо и даёт ржавые точки), для разнородных стыков — буферные присадки.

После сварки: удаление цветов побежалости и пассивация

Сварка разрушает главное защитное свойство нержавейки — поверхностный слой оксида хрома. Вдоль шва образуются цвета побежалости: зона обеднённого хромом оксида, которая корродирует первой. Поэтому обработка шва после сварки — не косметика, а восстановление коррозионной стойкости. Она включает удаление шлака и цветов побежалости, травление (снятие повреждённого слоя) и пассивацию (восстановление защитной хромовой плёнки), а также механическую зачистку только нержавеющим инструментом.

Для этой задачи применяется пассивирующая паста SE-paste. Она наносится кистью ровным слоем на остывшую до комнатной температуры поверхность; пассивирующий раствор взаимодействует с металлом и формирует защитный слой оксида хрома. Время выдержки зависит от марки стали и температуры — ориентировочно 15–60 минут для нержавеющих сталей и 5–20 минут для медно-никелевых сплавов; после выдержки поверхность промывают бессолевой (деминерализованной) водой. Паста применима и для травления меди и медных сплавов.

Важно по безопасности: SE-paste содержит гидрофтористую кислоту с едким запахом — работать только в хорошо вентилируемом помещении, в защитной одежде для кожи и глаз; пасту беречь от нагрева и солнца, при попадании на кожу немедленно смывать водой. Поставляется в банке 2 кг.

Где какие нержавейки работают: отрасли и узлы

Класс стали выбирают под задачу — вот типовые применения.

Аустенитные 304/321 — «рабочая лошадь» пищевой, молочной, фармацевтической и химической промышленности: ёмкости, трубопроводы, теплообменники, а также архитектурные и декоративные конструкции. Аустенитные 316 добавляют молибден и уходят туда, где есть хлориды: морское оборудование, целлюлозно-бумажное производство, фармацевтика высокой чистоты. Ферритные 430 — бытовая техника, элементы выхлопных систем автомобилей, декоративные панели, то есть узлы без высоких нагрузок и агрессивной химии. Мартенситные 420 — там, где нужны прочность и твёрдость важнее коррозионной стойкости: режущий инструмент, ножи, лопатки, валы, клапаны, крепёж. Дуплексные 2205/2507 — нефтегаз, морские платформы, опреснительные установки, химовозы, высокохлоридные технологические среды. Жаростойкие 310 — печи, реторты, теплоэнергетическое оборудование.

Отдельная большая область — линии обработки поверхности: гальванические ванны, травильные и пассивационные линии, оборудование подготовки перед нанесением покрытий. Здесь нержавеющая сталь работает в постоянном контакте с агрессивной химией, а конструкции почти всегда сварные — и именно сварной шов становится слабым звеном.

Показательный пример такой линии — окрасочное производство в автопроме. Когда говорят про сварку в окрасочном цехе, обычно думают про кабины напыления, но кабина — это оцинковка и рядовая конструкционная сварка. Коррозия и внеплановые остановки приходят с линии подготовки поверхности и катафореза: обезжиривание, травление, фосфатирование, деминерализованная промывка, ванны катафореза. Это большие сварные ёмкости из нержавейки, и характерная черта их отказов в том, что ванна течёт не по листу, а по сварному шву — потому что металл шва и зона побежалости по стойкости заведомо хуже основного металла, а катафорезное покрытие ложится в том числе на швы и щели, то есть шов работает в той же среде, что и стенка, но с худшей исходной стойкостью.

Требование к шву здесь задаёт химия конкретной стадии. Промывочные и деминерализованные баки с мягкой водой допускают 308-тип (AWG 3008). Фосфатная и хлоридная среда при 50–60 °C требует молибдена — 316-тип (AWG 316, AWG 3016); замена 316 на 308 «ради экономии» на этой стадии оборачивается сквозным питтингом по шву. Кислые стадии травления — кислотостойкая присадка (AWG M 4519). Тяжёлые хлоридные узлы — дуплекс (AWG ROST 594, AWG M 2507). Стык ванны с углеродистой рамой — присадки E312/E307 (AWG 425, AWG ROST 330). Корень, который нельзя поддуть изнутри, — самозащитный AWG TF3016. И обязательная послесварочная обработка: непротравленные цвета побежалости в фосфатно-хлоридной среде питтингуются первыми, поэтому травление и пассивация шва (в том числе пастой SE-paste) здесь критичны.

Вопросы и ответы

Как понять, какой присадкой варить нержавейку? По структурному классу стали и по среде эксплуатации: 304/321 — 308-тип, 316 — 316-тип с молибденом, дуплекс — своей дуплексной присадкой, мартенсит — с подогревом, феррит — чаще аустенитной 309-присадкой. Слово «нержавеющая» само по себе присадку не определяет.

Чем 316 отличается от 304 при сварке? Молибденом. 316-тип держит хлоридный питтинг, 304/308 — нет. В хлоридной или фосфатной среде 308-присадка корродирует по шву.

Почему нержавеющая конструкция ржавеет по сварному шву? Три типовые причины: присадка без молибдена в хлоридной среде, межкристаллитная коррозия из-за перегрева, необработанные цвета побежалости. Все три сходятся в шве.

Зачем пассивировать шов после сварки? Сварка разрушает защитный слой оксида хрома вдоль шва. Пассивация (например, пастой SE-paste) восстанавливает эту плёнку; без неё шов корродирует первым.

Можно ли варить мартенситную нержавейку как аустенитную? Нет. Мартенсит закаливается в зоне термического влияния и трескается — нужен подогрев и отпуск, либо пластичный аустенитный буферный шов для ремонта.