Стойкость к коррозии является наиболее существенным свойством нержавеющей стали, которое обусловлено образованием на ее поверхности тонкого слоя оксидов, образующегося при воздействии содержащегося в воздухе кислорода или другого окисляющего агента и отличающегося непроницаемостью, прочностью, эластичностью, прозрачностью, инертностью, высокими адгезионными свойствами. Указанный слой в основном содержит хром, но присутствие в нем никеля, молибдена, азота, меди и других компонентов улучшает его свойства.
Нержавеющая сталь отличается высокой механической прочностью, ударопрочностью, теплостойкостью, хорошей свариваемостью, немагнитными свойствами.
Стержневая арматура из нержавеющей стали обычно используется в железобетоне, прочность которого превышает прочность железобетона с обычной стальной арматурой. Для изготовления стержневой арматуры используется нержавеющая сталь различных составов.
В 1995 г. в странах ЕС взамен национальных стандартов введен в действие европейский стандарт EN 10088 "Нержавеющая сталь", в котором представлены составы нержавеющей стали, предназначенной для изготовления ребристых арматурных стержней. Данные об этих составах приведены в табл.1.
Прочностные свойства нержавеющей стали, используемой для производства ребристых арматурных стержней, также регламентированы стандартом EN 10088 и представлены в табл. 2.
Стержневая арматура диаметром от 3 до 16 мм изготовляется из нержавеющей стали методом холодного проката или холодной вытяжки. Основные характеристики стержней, установленные стандартом EN 10088, приведены в табл. 3. |
|
Таблица 1
Обозначение состава нержавеющей стали по стандарту EN 10088-3 |
Структура нержавеющей стали |
Максимальное содержание в стали углерода, % |
Содержание в стали хрома, % |
Содержание в стали никеля, % |
Содержание в стали молибдена, % |
Наличие других элементов |
1.4003 |
ферритная |
0,03 |
10,5-12,5 |
0,3-1,0 |
- |
- |
1.4301
1.4306
1,4311
1.4401
1,4404
1,4571
1.4429 |
аустенитная |
0,07
0,03
0,03
0,07
0,03
0,08
0,03 |
17,0-19,5
18,0-20,0
17,0-19,5
16,5-18,5
16,5-18,
5
16,5-18,5
16,5-18,5 |
8,0-10,5
10,0-12,0
8,5-11,5
10,0-13,0
10,0-13,0
10,5-13,5
11,0-14,0 |
-
-
-
2,0-2,5
2,0-2,5
2,0-2,5
2,5-3,0 |
-
-
азот
-
-
титан
азот |
1.4462
1.4501 |
аустенитно-ферритная |
0,03
0,03 |
21,0-23,0
24,0-26,0 |
4,5-6,5
6,0-8,0 |
2,5-3,5
3,0-4,0 |
азот
азот+ медь+ +вольфрам |
1.4529 |
аустенитная |
0,02 |
19,0-21,0 |
24,0-26,0 |
6,0-7,0 |
азот+медь |
Таблица 2
Обозначение нержавеющей стали по стандарту EN 10088 |
Предел текучести стали, Н/мм2 (при деформации 0,2 %) |
Предел прочности стали при растяжении, МПа |
Относительное удлинение стали, % |
1.4003 |
260 |
450-600 |
20 |
1.4301
1.4306
1.4311
1.4401
1.4404
1.4571 |
180-200 |
460-700 |
40-45 |
1.4529 |
300 |
650-850 |
40 |
1.4462 |
450 |
650-880 |
25 |
1.4501 |
530 |
730-930 |
25 |
Таблица 3
Обозначение нержавеющей стали по стандарту EN 10088 |
Структура нержавеющей стали |
Предел текучести арматурных стержней, Н/м2 (при деформации 0,2 %) |
Предел прочности стержней при растяжении, МПа |
Относительное удлинение стержней, % |
1.4003 |
Ферритная |
Не менее 500 |
Не менее 550 |
Не менее 10 |
1.4301
1.4306
1.4311
1.4401
1.4404
1.4571
1.4429 |
Аустенитная |
525-800 |
600-930 |
Не менее 35-15 |
1.4529 |
Аустенитная |
650-700 |
850-950 |
28-25 |
1.4462
1.4501 |
Аустенитно-ферритная 550-950
|
550-950
550 |
700-1060
750 |
15
25 |
Нержавеющая аустенитная сталь по сравнению с обычной сталью характеризуется повышенным значением коэффициента термического расширения и пониженной теплопроводностью. Модуль упругости стали обоих типов достигает приблизительно одинаковых значений. Нержавеющая сталь является немагнитной или слабомагнитной, что определяется количеством содержащегося в ней никеля. Относительно высокое содержание никеля обусловливает стабильность аустенитной структуры стали в процессе холодного формования, в то время как при пониженном содержании никеля эта структура частично переходит в мартенситную структуру, в результате чего сталь приобретает с лабомагнитные свойства.
Коррозионная стойкость нержавеющей стали определяется ее химическим составом. Чем больше содержание в стали легирующих элементов, тем выше ее коррозионная стойкость, а также стоимость. Нержавеющая сталь должна содержать не менее 11 % хрома, что придает ей стойкость к воздействию слабо агрессивных водных сред. Считается, что такая сталь характеризуется низкой коррозионной стойкостью. Как правило, нержавеющая сталь содержит не менее 17 % хрома. В числе других легирующих элементов в составе нержавеющей стали ни-кель, молибден, азот, медь, титан, олово и нио бий. Коррозионная стойкость нержавеющей стали зависит не только от ее химического состава, но также от метода ее обработки и в значительной степени от состояния (чистоты) ее поверх-ности.
В странах ЕС для изготовления стержневой арматуры находит применение нержавеющая сталь примерно 10 различных составов. Так как содержание легирующих элементов определяет стоимость нержавеющей стали, то в каждом конкретном случае применения следует установить ее наиболее эффективную стоимость. Необходимо также учитывать коррозионное воздействие на железобетонные конструкции, предполагаемое в период срока их службы, особенно в течение последних 20-30 лет этого сро-ка. Однако принятие решений затрудняется, если срок службы проектируемых сооружений составляет 80-120 лет.
При правильном выборе марки нержавеющей стали для предполагаемых условий коррозионного воздействия слой оксидов на ее поверхности может защищать сталь в течение очень длительного периода. Однако арматурные стержни подвержены в бетоне питтинговой коррозии, тенденция развития которой приблизительно определяется с применением так называемого PREN-индекса (Pitting Resistance Equivalent Number - числовой эквивалент стойкости к питтинговой коррозии). Этот показатель определяется следующими равенством: PREN-индекс=% хрома+3,3х% молибдена+16х% азота. Чем выше значение PREN-индекса, тем выше стойкость арматуры из нержавеющей стали к питтинговой коррозии. При значении индекса 27 и более сталь отличается очень высокой стойкостью к интенсивному воздействию хлоридов.
Стоимость нержавеющей стали превышает стоимость обычной стали. Однако повышенная стоимость нержавеющей стали компенсируется меньшими эксплуатационными затратами при ее использовании, увеличением межремонтных сроков, отсутствием необходимости замены строительных элементов, изготовленных из этой стали. Стоимость жизненного цикла обычной стальной арматуры и стальной арматуры с защитным эпоксидным покрытием заметно выше, чем араматуры из нержавеющей стали. В за-висмости от сложности железобетонных конструкций замена всей обычной стальной арматуры на арматуру из нержавеющей стали увеличивает стоимость всего сооружения на 5-16 %, причем для более сложных конструкций этот показатель равен 5 %.
В настоящее время арматура из нержавеющей стали находит применение в различных железобетонных конструкциях, в том числе в конструкциях дорожных мостов; при строительстве автомобильных стоянок; при возведении зданий и других сооружений в условиях жаркого влажного климата и насыщенной солями атмосферы; в конструкциях фундаментов, перекрытий и стен, которые должны обладать немагнитными свойствами (при установке в зданиях специальной аппаратуры) ; в трансформируемых фундаментах и платформах для калибровки аэрокосмического оборудования; при строительстве портовых сооружений; в водоочистных сооружениях и др. Еще одним аспектом применения нержавеющей стали является использование отходов, в значительных количествах образующихся в процессе ее производства и содержащих легирующие элементы, чем и обусловлен спрос на такие отходы.
|