Магнитные свойства нержавеющей стали: магнитится ли нержавейка
Среди покупателей бытует мнение, что настоящая нержавеющая сталь не магнитится. А если к стали прилип магнит, то это недобросовестные продавцы решили подсунуть вместо нержавейки чермет или алюминий. Мнение так укоренилось, что даже были придуманы методы проверки стали – нужно просто приложить магнит, и станет ясно, что перед вами, нержавейка или нет. Но все было бы слишком просто, если бы весь класс нержавеющих сталей был бы антимагнитным. На самом деле, среди нержавейки есть марки, которые, действительно, невосприимчивы к магниту. И есть марки, которые имеют магнитные свойства. Разберемся в этом.
От чего зависят магнитные свойства металлов
Есть несколько факторов, которые оказывают влияние на магнитные способности материалов:
- Намагниченность зависит от строения кристаллической решетки металлов. У самых магнитных материалов, ферромагнетиков, кубическая кристаллическая решетка. Если ее нарушить, то магнитные свойства уменьшаются.
- Наличие примесей в стали. Если в абсолютно немагнитный расплав добавить достаточное количество примесей, обладающих магнитными свойствами, то и весь полученный материал может начать взаимодействие с магнитами.
- Изменение температуры. Для разных материалов есть своя температура, при которой они теряют свои магнитные свойства, она называется точкой Кюри. Это происходит из-за теплового движения атомов внутри металла. А есть точка Нееля, при которой, наоборот, происходит фазовый переход из ферромагнетика в парамагнетик.
Зная факторы, влияющие на магнитную природу металлов, посмотрим на нержавеющие стали. У многих из них разный химический состав, то есть использованы различные легирующие добавки – часть из них может иметь магнитные свойства, как, например, никель. Также у сплавов разное расположение атомов в кристаллической решетке. И, кроме того, практически все заготовки из нержавейки проходили термообработку, в ходе которой могли измениться их магнитные свойства.
Так все металлы, в том числе нержавеющие стали можно разделить на:
- Антиферромагнетики, или диамагнетики. Их магнитная восприимчивость равна нулю. Магнитные атомы в их кристаллической решетке направлены противоположно магнитному полю, из-за чего они совершенно не притягиваются. Например, такими металлами является цинк и золото.
- Парамагнетики. В их структуре магнитные атомы имеют разное хаотичное направление. Часть из них притягивается к магнитному полю. Но это притяжение достаточно слабое. Такими свойствами обладает, например, марганец и чистый алюминий.
- Ферромагнетики. Их кристаллическая решетка заполнена атомами, направленными к магнитному полю. Из-за этого они имеют очень хорошее притяжение. Классические примеры ферромагнетиков: железо, кобальт.
Какие марки нержавеющей стали магнитятся, а какие – нет
Вся нержавеющая сталь поделена на классы, внутри которых находятся конкретные марки. Классы нержавейки отличаются, в первую очередь, своей кристаллической решеткой. А значит, в них находится разное количество атомов, направленных навстречу магнитному полю. Рассмотрим, какие классы и марки нержавеющей стали магнитятся.
Аустенитная сталь – не магнитится
При высокотемпературной модификации железо связывается с атомами углерода, который не имеет магнитных свойств. При этом легирование железа происходит хромом и никелем. Полученная кубическая решетка влияет на отсутствие магнетизма, а также на прочность и невосприимчивость к перепадам температур.
Аустенитная сталь является самой прочной, благодаря мелкой зернистости, а также достаточно пластичной. Основной ее недостаток – более высокая цена, чем у других классов нержавейки, из-за того, что легирующие добавки стоят достаточно дорого. Но при этом аустенит используется повсеместно. Это самый популярный класс нержавейки во всех сферах: от легкой и пищевой промышленности до горнодобывающей сферы и машиностроения. Именно поэтому бытует миф, что вся нержавеющая сталь немагнитная, потому что чаще всего люди сталкиваются именно с аустенитом.
Марки аустенитной нержавеющей стали, не обладающие магнитной восприимчивостью:
Аустенитно-ферритная сталь – не магнитится
Кроме кристаллической решетки, за немагнитность аустенитно-ферритных сталей отвечает большое содержание марганца – до 9%. Самая распространенная марка – AISI 201. Она была изготовлена как более недорогая альтернатива чистому аустениту за счет меньшего количества дорогого никеля. Есть также сплав российского производства – 03Х22Н6М2. Кроме немагнитных свойств, аустенитно-ферритные стали отличаются прочностью и относительно небольшим весом.
Ферритная сталь – магнитится
За превращение в прочный аустенит отвечает никель. В ферритных сталях его нет, зато есть много хрома и углерода, а также чуть-чуть марганца и кремния – для коррозийной стойкости. Ферритная структура парамагетическая. То есть магнитные свойства есть, но они не ярко выражены. Хуже, чем у чистого железа или мартенситов. В отличие от других классов, ферритная сталь имеет меньшую прочность и твердость, но и стоимость ее, соответственно, ниже. Среди распространенных марок – AISI 430.
Мартенситная сталь – хорошо магнитится
При остывании нагретой аустенитной стали в водной среде ее структура превращается в мартенсит. При том же составе кристаллическая решетка становится более стройной: атомы упорядочены и направлены навстречу магнитному полю. Во время мартенситного превращения в сплав добавляется молибден и вольфрам. В сплаве большое количество углерода, что также повышает магнитные свойства металла. Сталь является ферромагнетиком.
Марки мартенсита используются, преимущественно, в промышленных целях – для химического производства, для изготовления медицинских инструментов, роторов и проч. Материал очень твердый. Марки нержавейки мартенситного класса: AISI 420,
40Х13, 30Х13. Редко используются в быту.
Также магнитными свойствами обладают сплавы, которые находятся в промежуточном состоянии – мартенситно-ферритные стали.
Изменение магнитных свойств нержавейки
Превращение стали из аустенита в мартенсит или феррит, изменение ее кристаллической решетки – это всегда вопрос термообработки. При обжиге, отпуске, закалке и нормализации стали меняется ее структура и, соответственно, свойства.
Поэтому при металлообработке может частично измениться структура сплава в обрабатываемой поверхности. Например, такое случается при деформации или нагреве вследствие резки, шлифования. Если в стали содержатся ферритовые компоненты, то при сильном нагреве она достигает точки Кюри и теряет свою магнитную способность.
При этом способность стали намагничиваться редко помогает или хоть как-то влияет на способы использования нержавейки в быту. Напротив, магнитные свойства могут только ограничить сферу применения некоторых марок стали в промышленности.
Как проверить нержавейку магнитом
Первый способ определения нержавеющей стали – поднести к поверхности магнит. Все же большинство бытовых и сантехнических изделий изготавливается из сталей аустенитного класса, которые не магнитятся. Поэтому это остается самым простым способом проверки.
Но если металл магнитится и сомнения в том, что это нержавейка, остаются, можно провести другие опыты в домашних условиях:
- С силой провести листом бумаги по поверхности металла. Если это нержавейка, то на бумаге не останется следа. Если это алюминий – будет темная полоса.
- Нанести на металл медный купорос или сильный щелочной раствор. На нержавейке не останется от них следа, а на алюминии будут разводы и пятна.
- Нанести несколько капель азотной кислоты. Если это нержавейка, ничего не произойдет, а если это углеродистая сталь, то начнется химическая реакция с выделением едкого пара.
Но самым эффективным способом проверки является анализ маркировки. На изделиях из нержавейки часто стоят буквы «НЕРЖ» или англоязычные аналоги – inox, CRES, SS или SST. На металлопрокате указываются марки стали, например, на нержавейке это может быть 04Х17Н13М2, 06ХН28МДТ, 10Х23Н18 и проч.
Подводя итоги, отметим, что магнитные свойства – это не основополагающая характеристика нержавеющей стали. Для большинства целей использования способность металла магнитится никак не влияет на выбор металлопроката. Намного важнее уделять внимание таким показателям как устойчивость к коррозии, прочность, твердость.