Магнитится ли нержавеющая сталь и почему?

Магнетизм сталей играет важную роль при применении их в качестве магнитных материалов для электромагнитов, катушек, дросселей, трансформаторов. Но на практике может пригодиться и магнитная нержавейка, вопреки стереотипам о её немагнитности.

Большинство пользователей, имеющих крайне поверхностные знания о магнетизме нержавеющих сталей, ответит отрицательно на вопрос о том, должна ли магнититься нержавейка. Достаточно поднести магнит к раковине из нержавейки, как не последует никакого положительного отклика от самого материала, из которого сработано данное изделие. С большой долей вероятности раковины и унитазы для железнодорожных вагонов сделаны из технической нержавейки, которая не магнитится. Магнитная проницаемость её такова, что магнит не липнет к ней.

Магнитное поле с некоторым значением напряжённости воздействует на оказавшиеся в его зоне доступа предметы так, что намагничивает их. Интенсивность намагничивания растёт с напряжённостью: она равна произведению величин магнитной восприимчивости и напряжённости.

Основываясь на интенсивности намагничивания, магнитные материалы подразделяются на следующие виды:

• парамагнетики – магнитная восприимчивость больше нуля;
• диамагнетики – эта же величина будет нулевой;
• ферромагнетики – материалы, чья восприимчивость к действию магнита отличается существенно большей нуля величиной.

К последним веществам относят железо, кобальт, никель и кадмий, которые интенсивно намагничиваются, находясь в зоне действия магнитного поля. В особую группу попадают усиленные композитные магнетики: неодим, железо и бор в сочетании друг с другом, находясь в определённой пропорции, образуют неодимовые магниты, генерирующие настолько сильные магнитные поля, что оторвать друг от друга такие магниты почти невозможно.

Магнетизм нержавеющей стали связан также с её внутренним структурным строением, включающим в себя аустенитную, ферритную и мартенситную стали. Чем больше конкретного состава в изготовленном изделии (и меньше другого), тем сильнее (или слабее) этот предмет притянется к изделию. На магнитные свойства нержавеющей стали влияет состав нержавейки, которая в разных сочетаниях включена в общий сплав. Разные нержавейки обладают разной структурой.

Нержавейки с хорошей магнитной отзывчивостью магнитятся в том случае, когда в их составе преобладает мартенсит. Он является ферромагнитным материалом. У феррита две фазы, в зависимости от температуры нагрева преобладает та или другая. Феррит становится ферромагнетиком, когда его подогреют до значения, которое несколько ниже температуры Кюри. Стоит эксперимента ради накалить феррит до температуры выше этой точки, как в нём основное место уже отводится значительно разогретой дельта-фазе, являющейся особым парамагнитным материалом.

В основном же намагничивается нержавейка, в которой главное место отводится именно мартенситу. Подобно простым углеродсодержащим стальным сплавам мартенситная сталь активно намагничивается. Собственно, по этой характеристике ее и противопоставляют амагнитным нержавейкам. Свойство нержавейки, при котором она не магнитится, влияет на её коррозионностойкость.

Нержавейка, в составе которой есть феррит или его пропорция с мартенситной сталью, относится, скорее, к ферромагнетикам, чем к немагнитным материалам. Их свойства отличаются заметно, исходя из их состава и фазовых состояний.

Нержавеющие сплавы, чьи магнитные характеристики существенно разнятся, – это составы на основе хрома и никеля. Мартенсит обретает значительную прочность посредством закаливания и отпускания. Такая сталь нашла своё применение в качестве исходного материала для ложек, вилок и ножей, ножниц, столовых кусачек и т. д. Данная сталь также применяется в качестве основного (износоустойчивого) материала в производстве деталей для машин и механизмов. В основном распространены составы с российской маркировкой 20Х13, 30Х13, 40Х13: они выпускаются с применением термообработки, а также подвергаются закаливанию.

Сплав 20Х17Н2, отличающийся высокой дозировкой хрома, также подвергается магнитному воздействию. Кроме данного качества, он еще обладает значительной устойчивостью к агрессивному разложению под действием реактивов, к примеру, окислителей. Популярности этому составу также добавляет лёгкость в обработке: его легко штамповать и разрезать. Изделия, изготовленные из данного состава, обладают не менее хорошей свариваемостью.

Магнитный состав, являющийся одним из самых низкоуглеродистых, обладает небольшой твёрдостью, в отличие от мартенситных сплавов. Это и есть состав 08Х13. Его применяют при производстве моек и раковин, ножей-крестовин для мясорубок и прочих кухонных принадлежностей. Вторичная сфера применения, которая взяла своё начало от чисто кухонной и ресторанной, – использование данного сплава в пищевых цехах крупнейших гипермаркетов. Эта сфера применения недоступна обычным домохозяйкам, но она хорошо знакома цеховым рабочим. Магнитные свойства стали не оказывают никакого влияния на целевое качество и соответствие стандартам, в которые она вписывается.

Сталь, состоящая из мартенситных сплавов и ферритов, находящихся при нормальных условиях в свободном состоянии, – 12Х13. Хорошо намагничивается, как и все вышеперечисленные варианты. К магнитным сталям относят также состав AISI 430 (российская маркировка – 08Х17). Он отличается повышенным содержанием хрома – 15% и более.

Не все составы хорошо намагничиваются. Помимо слабомагнитящихся составов, у которых нет выраженного магнетизма, существуют некоторые виды технической стали на основе хрома и никеля (либо хромомарганцевые). Марганец – один из материалов, сводящих магнетизм сталей на нет. Среди немагнитных нержавеек преобладают в основном аустенитные и аустенитно-ферритные.

Немагнитные аустенитные стали обладают ярко выраженным противодействием агрессивной химической коррозии. Например, если на раковину из такой стали положить раскисший кусок хозяйственного мыла и оставить его растекаться и дальше, то поверхность раковины в этом месте не пострадает даже спустя несколько лет. Технологичное превосходство немагнитных аустенитных сталей позволяет легко её обработать.

К сталям данного подсемейства относят наиболее популярные марки 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т и 12Х21Н5Т. Они обладают высокой дозировкой хрома. При этом никеля в них содержится гораздо меньше, чем в других подобных составах. Чтобы данный аустенитный состав оставался достаточно прочным и пластичным, в него подмешивают медь, молибден, титан и/или ниобий.

К сплавам, отчасти переходящим в ферритные (аустенитно-ферритным), относятся составы 08Х18Н10 (AISI 304), 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т. Эти составы активно применяются в качестве сырья для производства пищевого оборудования: нержавеющих тарелок, кружек, ножей, ложек и вилок. Они вообще не проявляют никаких магнитных свойств. Если это сантехническое оборудование, то примером станут поручни для бассейнов, однако в качестве основного несущего компонента используют не саму нержавейку, а основу из простой ржавеющей углеродистой стали, на которую нанесён нержавеющий слой (напыление). Ёмкости для холодных и горячих пищевых продуктов, баки для бани также включают в себя тонкую нержавейку, из которой сделаны стенки толщиной от 0,4 до 0,7 мм.

Характерный пример – продуктовые широкогорлые термосы (и узкогорлые для напитков), которым намагничивание вообще не нужно, т. к. оно не имеет для данной посуды никакого практического значения. Немагнитные аустенитно-ферритные и чисто ферритные сплавы важны также для производства холодильного оборудования: отсутствие намагничивания с их стороны позволяет этим приборам работать без сбоев. Наконец, предметы медицинского значения: скальпели, всевозможные зубные щипцы и прочее также производят из аустенитно-ферритных немагнитных сплавов. К таким не прилипают отколовшиеся частички магнита, намагниченные стальная пыль и стружка.

К зарубежным немагнитным сплавам (иностранная классификация) относят следующие составы. Так, AISI 409 (в России это сплав 08Х13) идёт на изготовление грузоперевозочных контейнеров, комплектующих для выхлопной системы автомашин. Углерода в таких сплавах содержится менее 0,3 промилле, что позволяет, например, согнуть выхлопную трубу. Наличие копоти в продуктах отработки двигателя, а также брызг масляной отработки никак не влияет на структуру и прочностные (и иные) характеристики стали, из которой сделана выхлопная труба и трубопроводы, подходящие к глушителю. К тому же на внутренние стенки трубоканалов не налипли бы стальные частицы из изношенных моторных деталей: не все комплектующие двигателей изготовлены из немагнитных материалов.

• AISI 304 (российский состав 8-12X18H10) идёт на изготовление, к примеру, барабанов и резервуаров для стиральных машин, нержавеющих столовых приборов (от ложек до кружек), игл шприцев и капельниц, металлических деталей для фонендоскопов и т. д.
• 12Х21НБТ (ЭИ8П) – сплав, использующийся в условиях средней химической агрессивности. Из данного состава выпускают ёмкости и детали, комплектующие для химической и медицинской сфер деятельности. Так, к ним относят многоразовые бачки для утилизации отходов в процессе операций, моющиеся мусорные контейнеры всевозможного назначения (мусор является умеренной агрессивной средой).
• AISI 402-420 является линейкой составов, которые также не намагничиваются. «Четырёхсотые» стали содержат в себе 11-14% хрома, а также до 0,7 промилле угля.

Казалось бы, нет ничего проще проверки стали на магнетизм путём поднесения магнита. Однако далеко не у всех есть в хозяйстве один или несколько магнитов с разной напряжённостью магнитного поля. Хорошо, когда у пользователя завалялся магнитный сувенир-накладка для дверцы холодильника. Однако используют и альтернативные методы проверки.

Образец испытуемого предмета погружают в 2% раствор уксусной кислоты. Коррозия, если сталь к ней склонна, проявит себя уже через пару дней. Медный купорос, раствор которого оставлен на поверхности предполагаемой нержавейки хотя бы на пару дней, приведёт к тому, что на его месте появится тонкий медный слой (омеднение). При обычной комнатной температуре происходят сульфатация железа и восстановление меди, которая и выпадает на поверхности предмета.