316l нержавеющая сталь хим состав
Обновлено: 16.05.2024
Выбор марки стали требует квалифицированного подхода и достоверной информации о возможностях сплава для каждой конкретной ситуации использования.
Состав и применение Aisi 304
Аустенитный нержавеющий сплав, помимо железа, содержит следующие добавки, %:
- углерод до 0,08, медь до 1,0, марганец до 2,0;
- хром от 18 до 20;
- никель 8,0 ‒ 10,5.
Содержание фосфора и серы не превышает сотых долей процента.
Свойства:
- устойчивость к кислотам;
- способность выдерживать температуру до 900оС;
- свариваемость любым способом;
- парамагнетизм;
- соотношение хрома и никеля отвечают за образование оксидного слоя, предохраняющего поверхность от разрушающего воздействия.
Металлические листы выпускают горячекатаным и холоднокатаным способом. Используют металлоизделия для изготовления:
- дымоходов, систем вентиляции;
- котлов, теплообменников;
- химического, медицинского оборудования;
- строительных металлоконструкций;
- сосудов, работающих под давлением;
- оснащения предприятий общественного питания.
Из стали AiSi 304 делают сварные, бесшовные трубы и арматурные элементы, например, отводы.
Российский аналог сплава AiSi 304 ‒ марка стали 08Х18Н10, для AiSi 304L подходит 03Х18Н11.
Состав и применение Aisi 316
На базе AiSi 304 путём добавления молибдена создана аустенитная нержавейка AiSi 316. В состав материала, кроме железной основы и незначительных количеств углерода, кремния, фосфора, серы, азота, входит:
- хром 16 ‒ 18%;
- никель 10 ‒ 14%;
- марганец до 2,0 молибден до 3,0%.
Добавка молибдена к основе аиси 304 делает сталь устойчивой к воздействию морской воды, способной сопротивляться питтинговой коррозии. Как и другие аустенитные составы обладает устойчивостью к высоким температурам, плохо проводит тепло и электричество.
Сталь применяется в разных областях в зависимости от подтипа:
- базовый тип задействуют в пищевой, нефтеперерабатывающей, атомной отрасли;
- 316L с уменьшенным содержанием углерода устойчива к межкристаллической коррозии, подходит для изготовления медицинских имплантатов;
- 316F с меньшим процентом молибдена используют для серийного производства деталей;
- 316N содержит количество азота, повышающее устойчивость к воздействию агрессивных веществ, что позволяет делать инструменты и ёмкости для целлюлозно-бумажной, химической промышленности;
- 316T получают при добавлении титана и применяют в машиностроении, для производства оборудования.
Для прокладки труб, контактирующих с морской средой или агрессивными химическими средами, а также изготовления отводов, применяют именно этот тип долговечной, устойчивой к определённым видам коррозии стали.
Аналогом AiSi 316 в СНГ считают 08Х16Н11М3.
Разница между AISI 304 и 316
AiSi 316, «морская нержавейка», это усовершенствованная версия стали общего назначения AiSi 304. Основное отличие ‒ повышенное содержание никеля и добавка молибдена. Это сказывается на следующих характеристиках «корабельной стали» по сравнению с 304:
- усиленное противостояние питтинговой и щелевой коррозии в морской воде, в кислой среде;
- повышенная прочность и сопротивление ползучести при более высоком температурном пределе;
- удорожание процесса производства.
Эксплуатационные характеристики при обычных условиях схожи, поэтому в данном разрезе стали взаимозаменяемы.
AISI 316L / SS 316L сталь
Характеристики марки стали 316L / SS 316L
ASTM A240 - Стандартные спецификации на хром- и никель-хромовые, хром- и марганец-никелевые нержавеющие стали для пластин, листов, полос, служащих для изготовления сосудов, работающих под давлением, а также для общего применения
Сталь AISI 316L - конструкционная криогенная аустенитная сталь. Эта сталь устойчива к коррозии в агрессивных средах, а также к большинству внешних воздействий. Сталь 316 L имеет свойство сохранять целостность структуры при повышении и понижении температур.
Химический состав в % стали 316 L
| C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Mo | Ti | Fe |
| 16,0-18,0 | 10,0-14,0 | 2,0-3,0 | Остальное |
Благодаря низкому содержанию углерода в составе стали 316 L, она оптимальна для возведения сварных конструкций.
Молибден в составе защищает сталь 316L от разрушения в морской воде и парах уксусной кислоты.
Сплав железа и хрома образует на поверхности стали аиси 316 L защитный слой, устойчивый к механическим и химическим воздействиям.
Механические свойства материала 316 L
| Предел прочности (временное сопротивление разрыву), мин., МПа | 485 |
| Предел текучести, 0,2%, МПа | 170 |
| Твердость по Бринеллю, HB макс, тип. | 165 |
| Усталостная прочность, N/mm 2 тип. | 260 |
| Органолептическая проба Эриксена, мм | 10-11 |
| Относительное удлинение, мин., % | 40 |
Физические свойства
Плотность стали (вес) 316L - 7,89 г/см 3 .
Характеристики при повышенных температурах
| Температура, °C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| Предел прочности, МПа | 46 | 320 | 190 | 120 | 70 |
| Температура, °C | 550 | 600 | 650 | 700 | 800 |
| Предел текучести, МПа | 160 | 120 | 90 | 60 | 20 |
Сопротивление коррозии в кислотных средах
0 = высокая степень защиты (скорость коррозии не превышает 100 mm/год);
1 = частичная защита (скорость коррозии составляет от 100m до 1000 mm/год);
2 = нет защиты (скорость коррозии превышает 1000 mm/год).
Ближайшие эквиваленты (аналоги) AISI 316 L
Сфера применения
Нержавейка aisi 316L, благодаря своим антикоррозийным показателям и механической прочности, применяется во многих промышленных отраслях. Также сталь аиси 316l соответствует гигиеническим требованиям, поэтому применяется:
- в изготовлении резурвуаров и контейнеров для хранения химических веществ;
- в пищевой, фармацевтической и медицинской сфере;
- в нефтеперерабатывающей, горнодобывающей, бумажно-целлюлозной, машиностроительной отраслях;
- в строительстве и архитектуре;
- в изготовлении изделий и емкостей для работы в растворах большинства кислот (серная, щелочная, фосфорная, лимонная, молочная и пр.);
- в изготовлении посуды и столовой утвари.
Сталь 316L легко поддается обработке, поэтому из нее изготавливают всевозможный металлопрокат: трубы, листы, профили и пр.
Сварка
Нержавеющая сталь 316 L / SS 316 L отлично сваривается стандартными методами. Обработка стали aisi 316L термическим способом после сварки не нужна, шов же необходимо очистить от окалины и пассивировать.
Обработка
Отжиг: при температуре 1010°C-1120°C; охлаждение - на воздухе или в воде.
Отпуск: при температуре 200-400°C.
Пассивация: 20-25 % раствор HNO3 при 20°C.
Очистка поверхности: раствор азотной кислоты и фтористоводородной/плавиковой кислоты в пропорциях: 10 % HNO 3 + 2% HF при комнатной температуре или 60°C. Серно-азотный кислотный раствор в пропорциях:10 % H 2 SO 4 + 0.5 % HNO 3 ) при 60°C.
Горячая обработка: начальная температура - 1200°C; конечная – 930-980°C.
К сведению: после горячей обработки отжиг - обязателен.
Холодная обработка: сталь 316L пластична и легко поддается формовке растяжением, изгибу, глубокой и ротационной вытяжке.
AISI 316, 316L, 316Ti
Все эти значения относятся только к AISI 316 и AISI 316 Ti. Для AISI 316L значения не приводятся, т.к. её прочность заметно уменьшается при температуре выше 425 °C.
Сопротивление на разрыв при повышенных температурах (AISI 316, AISI 316Ti)
| Температура (°C) | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
|---|---|---|---|---|---|
| Сопротивление на разрыв (при растяжении), Н/мм 2 | 460 | 320 | 190 | 120 | 70 |
Максимальные рекомендуемые температуры эксплуатации
Температура образования окалины:
Непрерывное воздействие 925°C
Прерывистые воздействия 870°C
Физические свойства (AISI 316L)
| Физические свойства | Условные обозначения | Единица измерения | Температура | Значение |
|---|---|---|---|---|
| Плотность | d | - | 4°C | 8.0 |
| Температура плавления | °C | 1440 | ||
| Удельная теплоемкость | c | J/kg.K | 20°C | 500 |
| Тепловое расширение | k | W/m.K | 20°C | 15 |
| Средний коэффициент теплового расширения | α | 10 -6 .K -1 | 20-100°C 20-300°C 20-500°C | 16.0 17.0 18.0 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ωmm 2 /m | 20°C | 0.75 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0.80 kA/m | 20°C | 1.005 |
| Модуль упругости | E | MPa x 10 3 | 20°C | 200 |
Сопротивление коррозии
Общая Коррозия
Стали марок AISI 316, 316L являются наиболее стойкими из всех нержавеющих сталей 300-ой серии к атмосферным и другим умеренным типам коррозии. Все среды, в которых рекомендуется применять стали 300-ой серии, не представляют опасности для молибденсодержащих сортов. Одно известное исключение - азотная кислота, которая служит для них сильным окислителем.
AISI 316 является значительно более стойкими к серной кислоте, чем любые другие хром-никельсодержащие марки. При температурах около 50 °C AISI 316 стойка к этой кислоте в концентрации до 5 процентов. В температурах до 40°C и выше 60°C эта марка имеет превосходное сопротивление более высоким концентрациям. В местах конденсации сернистых газов она является намного более стойкой, чем другие типы. Однако следует тщательно следить за безопасной концентрацией.
Содержание молибдена в стали AISI 316 обеспечивает сопротивление окислению в большинстве применяемых окружающих средах. Как показывают лабораторные исследования, сплав обеспечивает превосходное сопротивление кипению 20%-ой фосфорной кислоты. Он также широко используется в горячих органических и жирных кислотах, поэтому часто применяется в изготовлении и обработке некоторых продуктов и фармацевтических изделий.
AISI 316 и AISI 316L могут одинаково хорошо применяться в средах, где существует риск возникновения межкристаллитной коррозии. Использование низкоуглеродистой AISI 316L предпочтительно в деталях, при изготовлении которых применяется сварка.
Степень защиты металла в кислотных средах
| Температура, °C | 20 | 80 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Концентрация, % к массе | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Серная кислота | 0 | 1 | 2 | 2 | 1 | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Азотная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Фосфорная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Муравьиная кислота | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
0 - высокая степень защиты - Скорость коррозии менее чем 100 мкм/год
1 - частичная защита - Скорость коррозии от 100 до 1000 мкм/год
2 - нет защиты - Скорость коррозии более чем 1000 мкм/год
Атмосферные воздействия
Сравнение AISI 316 с другими металлами в различных атмосферах
(Скорость коррозии рассчитана при 5-летнем воздействии).
| Окружающая среда | Скорость коррозии (мкм/год) | ||
|---|---|---|---|
| AISI 316 | Алюминий-3S | Углеродистая сталь | |
| Сельская | 0.0025 | 0.025 | 5.8 |
| Морская | 0.0076 | 0.432 | 34.0 |
| Индустриальная Морская | 0.0051 | 0.686 | 46.2 |
Коррозионностойкость в кипящих химикалиях для AISI 316L
| Кипящая среда | Скорость коррозии (мм/год) |
|---|---|
| 20%-ая уксусная кислота | 0.003 |
| 45%-ая муравьиная кислота | 0.531 - 0.594 |
| 1%-ая соляная кислота | 0.024 - 1.615 |
| 10%-ая щавелевая кислота | 1.130 - 1.224 |
| 20%-ая фосфорная кислота | 0.015 - 0.027 |
| 10%-ая сульфаминовая кислота | 3.030 - 3.155 |
| 10%-ая серная кислота | 16.137 - 16.718 |
| 10%-й бисульфат натрия | 1.427 - 1.816 |
| 50%-ая гидроокись натрия | 1.971 - 2.169 |
Питтинговая коррозия
Сопротивление 316 сталей к питтинговой коррозии в присутствии хлорида увеличено более высоким содержанием хрома(Сr), молибдена(Мо), и азота (N). Относительная мера питтингостойкости определяется параметром, вычисляемым как PREN = Cr+3.3Mo+16N. PREN для сталей AISI 316 и AISI 316L(PREN=24.2) выше, чем для AISI 304 (PREN=19.0), что отражает лучшую питтингостойкость за счет присутствия молибдена.
Как показано в таблице ниже, лучшую стойкость к питтинговой коррозии обеспечивает более высокое содержание молибдена в сплаве.
CCCT (Критическая Температура Щелевой Коррозии) и CPT (Критическая Температура Питтинговой Коррозии) скоррелированы с PREN.
Сталь марки AISI 304 может сопротивляться питтинговой (щелевой) коррозии в воде, содержащей приблизительно до 100 ppm хлоридов, в то время как для AISI 316 и AISI 317 этот показатель составляет до 2000 и 5000 ppm хлоридов, соответственно.
Хотя эти сплавы использовались в морской воде (19 000 ppm хлоридов), они не рекомендуются для такого использования. Для применения в морской воде разработан сплав с 6.2 % Мо и 0.22 % N. Однако применение этих марок в аэрозольной морской среде (фасады зданий около океана) и загрязненной городской среде (крыши, дымоходы) возможно.
| Марка | Композиция | PREN 1 | CCCT 2 (°C) | CPT 3 (°C) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Cr | Mo | N | ||||
| AISI 304 | 18.0 | - | 0.06 | 19.0 | - | |
| AISI 316 | 16.5 | 2.1 | 0.05 | 24.2 | 15 | |
| AISI 904L | 20.5 | 4.5 | 0.05 | 36.2 | 20 | 40 |
- 1 Pitting Resistance Equivalent — Эквивалент Сопротивления питтинговой коррозии, включая азот, PREN =Cr+3.3Mo+16N
- 2 Critical Crevice Corrosion Temperature — Критическая Температура Щелевой Коррозии, CCCT, в соответствии с ASTM G-48B (6%FeCl3 в течение 72 часов, с щелями)
- 3 Critical Pitting Temperature — Критическая Температура Питтинговой Коррозии, CPT, в соответствии с ASTM G-48A (6%FeCl3 в течение 72 часов)
Межкристаллитная коррозия
Содержание углерода в AISI 316 может вызвать сенсибилизацию от теплового режима в местах сварных швов и зонах их термического влияния. По этой причине использование низкоуглеродистой стали AISI 316L предпочтительно в деталях, при изготовлении которых применяется сварка. «Низкий углерод» увеличивает время, необходимое для осаждения «вредных» карбидов хрома, но не прекращает реакцию их осаждения на длительное время в данном диапазоне температур.
Тест на МКК (Межкристаллитную коррозию)
| ASTM A 262 Оценочные испытания | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) | |
|---|---|---|---|
| AISI 316 | AISI 316 L | ||
| Practice B (Метод B) (гептагидрат сульфата железа - Серная кислота) | Обычный | 0.9 | 0.7 |
| Сваренный | 1.0 | 0.6 | |
| Practice E (Метод E) (пентагидрат сульфата меди - Серная кислота) | Обычный | Без трещин на изгибе | Без трещин |
| Сваренный | Незначительные трещины на сварном шве (недопустимо) | Без трещин | |
| Practice A (Метод A) (Травление щавелевой кислотой) | Обычный | Расслоение ступенчатое | Расслоение ступенчатое |
| Сваренный | Глубокое растрескивание (недопустимо) | Расслоение ступенчатое | |
Растрескивание (Крекинговая коррозия) под напряжением
Аустенитные сплавы под воздействием напряжения восприимчивы коррозионному растрескиванию (SCC) в галоидных соединениях. Хотя 316-е сплавы несколько более стойкие к SCC из-за содержания молибдена, они все равно являются весьма восприимчивыми.
- присутствие ионов галоидного соединения (вообще хлоридов);
- остаточные напряжения при растяжении;
- температуры свыше 50 °C.
Напряжения могут возникнуть из-за деформации сплава в холодном состоянии во время формования, или ротационной вытяжки, или в процессе сварки, из-за возникновения напряжения от смены тепловых циклов.
Уровни напряжения могут быть снижены путем отжига или термической обработкой после деформации в холодном состоянии.
Низкоуглеродистый материал AISI 316L - лучший выбор при эксплуатации при воздействии напряжений, которые способствуют возникновению межкристаллитной коррозии.
Скорость растрескивания в зависимости от условий окружающей среды
- Сталь легко свариваемая
- После сварки термическая обработка не требуется
- Сварные швы должны быть механически или химически очищены от окалины, затем пассивированы
Формовка
AISI 316/316L, являясь чрезвычайно прочной, упругой и пластичной, с легкостью находит множество применений. Типичные действия включают изгиб, формирование контура, волочение, ротационную вытяжку и т.д. В процессе формовки можно использовать те же машины и, чаще всего, те же инструменты, что и для углеродистой стали, но здесь требуется на 50-100% больше силы. Это связано с высокой степенью упрочнения при формовке аустенитной стали, что в некоторых случаях является отрицательным фактором.
| число Эриксена характеристика обрабатываемости листового металла давлением | LDR предельный коэффициент вытяжки |
|---|---|
| 11.0-11.5 (мм) | 2.00-2.05 (мм) |
Отжиг
Диапазон температуры отжига 1050°C ± 25°C сопровождается последующим быстрым охлаждением на воздухе или в воде. После отжига необходимо травление и пассивирование.
Читайте также: