Как делают нержавеющую сталь: от шихты до готового листа
Нержавеющую сталь делают путём выплавки стального расплава с добавлением не менее 10,5 процента хрома. В контакте с кислородом воздуха хром образует тончайшую и прочную оксидную плёнку, которая препятствует дальнейшему окислению металла. Именно эта плёнка толщиной несколько нанометров объясняет коррозионную стойкость материала.
Сырьё и подготовка шихты
Основное сырьё для производства нержавеющей стали — металлолом (углеродистая или легированная сталь), феррохром, никель и молибден. Феррохром получают отдельно: хромитовую руду восстанавливают в рудотермических печах при температуре около 1600 градусов Цельсия. Содержание хрома в феррохроме достигает 50–70 процентов.
Перед загрузкой в печь шихту взвешивают и рассчитывают пропорции. Целевой химический состав зависит от марки стали. Самая распространённая аустенитная марка (аналог AISI 304) содержит 18 процентов хрома и 8–10 процентов никеля. Марка для химической промышленности содержит дополнительно 2–3 процента молибдена, повышающего стойкость к хлоридам.
Выплавка в электродуговой печи
Нержавеющую сталь выплавляют в электродуговых печах (ЭДП) мощностью от 40 до 150 МВА. Три графитовых электрода создают электрическую дугу с температурой 3000 градусов. За 60–90 минут шихта расплавляется, и расплав нагревается до 1600–1700 градусов.
После расплавления в печь вводят кислород для удаления избытка углерода. Однако здесь кроется ключевая проблема: хром легко окисляется вместе с углеродом, и металл теряет ценный легирующий элемент. Решение — аргонокислородное рафинирование (АКР). Расплав переливают в конвертер АКР, куда подают смесь кислорода и аргона. Разбавление кислорода аргоном снижает его парциальное давление, что термодинамически выгоднее для окисления углерода, а не хрома. Содержание углерода снижается до 0,03–0,08 процента без значительных потерь хрома.
После АКР расплав доводят до нужного химического состава в ковше: добавляют феррохром, никель, ферромолибден, кремний и марганец. Затем сталь подвергают вакуумному дегазированию для удаления водорода и азота, которые снижают пластичность.
Непрерывная разливка и горячая прокатка
Готовый расплав разливают на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Жидкая сталь поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор и застывает в виде плоского сляба толщиной 150–250 мм и шириной до 1600 мм. Скорость вытягивания сляба составляет 0,5–1,2 метра в минуту.
Горячая прокатка сляба ведётся при температуре 1100–1200 градусов Цельсия на реверсивных станах или станах тандем. За несколько проходов сляб обжимается до рулонной полосы толщиной 2,5–6 мм. Затем следует отжиг в колпаковых или проходных печах при 1050–1100 градусах: он снимает внутренние напряжения и восстанавливает структуру металла. После отжига горячекатаный рулон травят в смеси азотной и плавиковой кислот, удаляя окалину и восстанавливая антикоррозионные свойства поверхности.
Холодная прокатка и отделка
Для получения листа толщиной менее 2 мм применяют холодную прокатку. Полоса проходит через многовалковые станы при комнатной температуре, уплотняясь и становясь тоньше. После каждого цикла прокатки металл снова отжигают и травят, потому что наклёп (упрочнение от деформации) иначе сделает металл хрупким.
Финальная поверхность листа определяется назначением. Матовая поверхность 2B получается после финального лёгкого пропуска через полированные валки — это стандарт для пищевого оборудования и строительных фасадов. Зеркальная поверхность BA достигается электролитическим полированием в кислотной ванне. Шлифованная поверхность с характерными линиями используется в дизайне интерьеров.
Российские предприятия производят нержавеющий прокат на комбинатах в Челябинской области. Готовую продукцию разрезают на форматные листы или сворачивают в рулоны, маркируют по ГОСТ или международным стандартам ASTM, упаковывают в деревянные ящики или на металлических поддонах с бумажными межлистовыми прокладками, чтобы не поцарапать поверхность при транспортировке.
