Aisi 304 нержавеющая сталь
Обновлено: 28.04.2024
Сталь марки AISI 304 (это сокращение согласно расшифровке обозначает исследовательский институт по сталям) — аустенитная сталь с малой массовой долей углерода. В России 304-му сплаву соответствует высокохромистая нержавейка 8Х18Н10 (согласно ГОСТу). Её особенности – высокая устойчивость к слабокислым растворам и разогреву до 850 градусов.
Характеристики и свойства
Плотность (или удельный вес) марки AISI 304 – 7,85 г/см³. Полное расплавление – при 1450 градусах по Цельсию, полное отвердевание – при 1400 градусах. Сталь AISI 304 не магнитится. Предел текучести при растяжении (расчётное сопротивление при сминаемости и вытягивании арматурного образца) – 215 мегапаскалей, модуль Юнга (упругости) – в среднем 197 гигапаскалей, модуль сдвига – 86 ГПа.
Теплопроводность листа – 16,2 ватта в пересчёте на погонный метр при изменении температуры на градус. Коэффициент теплового расширения – 15 ватт на погонный метр при нагревании/охлаждении на градус по шкале Кельвина или Цельсия при комнатной температуре.
Удельная теплоёмкость – 500 джоулей на килограмм стали при изменении её температуры на градус.
Физические
Материал выдерживает кратковременный нагрев до 900 градусов, не теряя своих противокоррозионных свойств. Нержавеющие стали, обладая прочной оксидной плёнкой на основе хрома, не ржавеют и не разлагаются дальше. Однако, раскалив докрасна эту сталь – до 900 градусов – и разбрызгивая на неё воду, можно добиться цветной побежалости, от сиренево-пурпурного до сине-фиолетового оттенка, что окончательно испортит внешний вид заготовки: снять этот слой можно, зачистив вновь изделие до блеска.
При продолжающемся воздействии воды на раскалённую нержавейку возможно слущивание этой побежалости в виде окисных плёнок, вплоть до истончения образца материала, который подвергается такому испытанию. Эксперименты с раскалённой нержавеющей секцией дымохода, по которой барабанит дождь, наглядно это демонстрируют.
Химические
Сталь AISI 304 не вступает в реакцию с молочной, уксусной, лимонной и яблочной кислотами при комнатной температуре. Ортофосфорная кислота, которая добавляется, к примеру, в некоторые энергетические напитки в небольших количествах, также не возымеет разрушительного воздействия на эту сталь. Слаборазбавленные растворы кислот, к примеру, азотной, которая используется для протравливания столовых приборов, скажем, перед серебрением, также не оказывают заметного разрушительного воздействия. Однако высококоцентрированная азотная кислота разъедает, пусть и не так быстро, как серная, нержавеющую сталь AISI 304.
Разбавленной же серной, хлорной и соляной кислотам нержавеющая сталь AISI 304 не противостоит – она разрушается с относительно катастрофической скоростью, так как никель, хром и другие легирующие присадки вступают с этими кислотами в реакцию. Хлорноватистая кислота, содержащая в каждой молекуле один атом кислорода, является слабой и неустойчивой по сравнению с другими минеральными кислотами выраженного действия.
Чтобы она разъела нержавейку, нужно добиться её распада на соляную кислоту и кислород.
Угольная и кремниевая, борные кислоты (кислородная и бескислородная) также не разрушают нержавейку: они относительно слабые.
Механические
Как и всякая нержавейка, сталь AISI 304 обладает большей ударной вязкостью. Её значительно тяжелее, чем Сталь 3 и другие, ржавеющие стали, распилить при помощи абразивного болгарочного диска: резак изнашивается быстрее, а при пилении AISI 304 искрит меньше, чем даже техническое (сверхнизкоуглеродистое, до 0,1 промилле углерода по массе) железо. Для разрезания нержавейки без значительных энергетических и временных затрат применяют лазерный раскрой, огранку и шлифовку, а также резаки с победитовыми и алмазными кромками. Дело в том, что простая быстрорежущая сталь перегревается и тупится при высверливании нержавеющей, так как из-за высокой вязкости нержавейки больше, чем задумано, механической (кинетической) энергии преобразуется в тепло.
Впрочем, это не означает, что она по износостойкости опережает, к примеру, подшипниковую сталь (маркер «Ш» в обозначении): благодаря сниженному содержанию углерода (до 0,8 промилле по массе сплава) AISI 304 склонна к износу.
К примеру, в велосипедной индустрии из нержавейки можно сделать грязезащитные крылья, устанавливаемые над колёсами, подножку для опирания велосипеда на стоянке – но не коронки с шариками.
Сравнение с другими марками
Сплав AISI 430, обладая большей жаростойкостью, хрупок и плохо сваривается. Для высококачественной сварки деталей из этого сплава потребуется особая технология. Сварные швы – наиболее хрупкие стыки: лучшим выходом послужит соединения на оцинкованных или хромированных болтах. Кислотостойкость у 430-й – по сравнению с 304-й маркой – значительно ниже, и дымоходы, изготавливаемые из неё, от высокой температуры (сотни градусов) и испарений угольной кислоты через 2-4 года активной эксплуатации выгорят. 430-я марка стали – магнитный сплав в отличие от немагнитной 304-й. Эта разница имеет значение для механизмов, где магнитность в условиях сильного внешнего намагничивания не нужна.
Дымоходы из 304-й марки стали намного более кислотостойкие. Повышенное содержание никеля в сплаве 304 позволяет значительно легче сваривать детали – там, где невозможно установить крепления на болтах, шпильках, саморезах и скобах. Однако никель, содержащийся в сплаве 304, повышает не только вязкость и пластичность, свариваемость, но также обусловливает повышенную жаростойкость. В сочетании с 18% хрома, который содержится в стали AISI 304 именно в таком количестве, труба или другая конструкция обретает усовершенствованные технические и эксплуатационные характеристики.
Сталь AISI 304 больше подходит для дымоходов, чем вышеупомянутая 430-я марка.
Что касается других нержавеющих сталей, то коррозионная устойчивость у них наблюдается лишь при достижении массовой доли хрома отметки в 14%. Изменяя сочетание хрома и никеля, удаётся добиться большей жаропрочности и свариваемости, и значений иных ключевых характеристик, за которые нержавейки особо ценятся. Сравнивая по химическому составу сплав 304 с 321, 201 и 439, легко заметить, что содержания хрома в них – как в российских аналогах 08Х18Н10Т, 12Х15Г9НД и 08Х17Т соответственно, при этом они также имеют свои различия.
Освоиться с российской маркировкой легко: число после «Х» – количество массовых процентов хрома: в данных примерах это 18, 15 и 17 процентов соответственно. Чем больше хрома в нержавейке, тем она прослужит дольше, но это не значит, что нужно стремиться нарастить его содержание до 30% и более, соответственно, убрав из сплава столько же железа: такая сталь бы оказалась слишком хрупкой.
Максимальная доля хрома по массе в нержавейке – 26%, после которых это была бы уже не совсем сталь, а совершенно иной, сталеподобный сплав, не вполне равноценный заменитель нержавейки.
Аналоги
Прежде чем сравнить AISI 304 с аналогами – и найти отличия, хотя они незначительны, – вспомним, что эта нержавейка содержит 18% хрома и 8% никеля. Хром и никель также активны к кислотам – они вытесняют из них водород не хуже железа, так как стоят рядом с ним в ряде активности металлов (таблице химических напряжений). Однако и у хрома, и у никеля есть ключевое отличие: будучи окисленными, они резко теряют свою активность в отношении кислот, особенно хром. Чего не скажешь о железе: то ржавеет и разъедается насквозь. Обычный технический нож из ржавеющей стали быстро покрывается бурым налётом при разрезании лимона или помидора, чего не скажешь о нержавеющем его аналоге. А оптимальное соотношение никеля и хрома не позволяет инструментам из AISI 304 магнититься.
Аналоги AISI 304 представлены следующими сплавами: российский сплав 08Х18Н-10/11, а также все зарубежные аналоги, включая американские, европейские, восточноазиатские: AISI 304L (маркировка США), немецкий аналог DIN 1.4301, общеевропейский X5CrNi189, польский PN 86020, японский SUS304 и другие. Кроме хрома и никеля, содержание марганца приближается к 2% в AISI 304. Медь добавляется в этот сплав в количестве до 1%. Содержание серы и фосфора – по 0,3 промилле по удельной массе сплава.
Применение
Использование стали AISI 304 многообразно: из неё изготавливают трубы, рулонные листы большой длины, пищевую ленту, просечно-вытяжной лист (сетка узкопрофилированная), круг (круглая арматура гладкого сечения). Шлифованная, идеально гладкая продукция производится при выделке (доработке) горячекатаных заготовок методом холодного проката. Характерные примеры изделий – мойки и раковины для столовых, посуда (от тарелок до ножей, ложек и вилок), смесители (нержавеющие краны и трубки). AISI 304 – максимально безопасный сплав: кастрюли и кружки, применяемые туристами в походах для приготовления пищи на костре или на мобильной (быстросборной) буржуйке, полностью безвредны для здоровья человека, экологически безопасны для окружающей среды.
Сталь 304 не выделяет ядохимикатов даже при сильном разогреве. Кроме отсутствия ржавчины и длительного срока службы, она способна заменить другие сплавы в пищепроме и в медицине. Скальпели, зубные щипцы и другие хирургические инструменты долго сохраняют чёткость форм, приданных им, и бритвенную остроту – они как раз изготовлены из стали AISI 304. Характерный пример – высокооборотистая хирургическая дисковая пила: она даже спустя 100 циклов (и более) пиления костей остаётся острой, не «пылит» благодаря особому профилю зубцов, и обеспечивает высокий уровень безопасности и удобства хирурга в процессе операций, спасающих пациентам жизнь.
Высокая вязкость стали AISI 304 избавляет инструмент от случайного отлома, например, при выскабливании физиологических полостей и каналов при операциях на поражённых тканях и органах. От иголки шприца, введённой, к примеру, при инъекциях в связки, не отламывается кончик – она также изготовлена из этой нержавейки. Зубные свёрла для бормашин, пинцеты, шпатели – все эти инструменты сработаны из стали AISI 304. Дороговизна этих инструментов обусловлена большой концентрацией хрома и никеля – сами по себе эти металлы не являются дешевыми в отличие от железа, занимающего в сплаве AISI 304 около трёх четвертей веса. Сталь AISI 304 легко штампуется, что позволяет быстро наладить серийное производство деталей и комплектующих, для которых применяется такой способ обработки.
Вытягивание и усложнение формы, которую примет конечное изделие, обусловлено относительной пластичностью нержавейки. Доборные элементы, например, сложные переходники и разветвители, изготавливаются из сваренных при помощи автоматической сварки отрезков труб разного диаметра. Такие детали используются при сборке технологического оборудования на молокозаводах и в пивоварнях. Наконец, самогонные аппараты и ректификационные колонны для получения очищенного спирта собираются из труб и патрубков, сосудов с отводами и задвижек, сработанных как раз из такой нержавейки. Нейтральность стали AISI 304 к углеводородам и другой органике позволила применить этот сплав для производства нефтехимического оборудования. Фильтры (сетки), проволока, хомуты и запорные шары для вентилей производятся как раз из этой нержавейки. Антикварные вещи и устаревшая посуда – например, самовары – производились именно из нержавейки: такие вещи в отличие от людей живут сотни лет и передаются между поколениями.
Способы обработки
Обработка деталей из сплава AISI 304 не обходится без зачистки заготовок до металлического блеска. Это позволяет осуществить сварку или пайку крупных и мелких деталей максимально качественно, избежав нежелательных образований, резко снижающих прочность собираемых комплектующих. Однако сварка – не единственный метод, который используется для обработки деталей из этой нержавейки. Холоднопрокатная обработка позволяет выиграть время, которое бы затрачивалось на выделку конкретной детали полностью «горячим» методом. Тем не менее после завершения холодного проката для снятия внутренних механических напряжений, от которых деталь бы потеряла прочность или частично утратила приданную ей форму, производится отжиг. При отжиге микротрещины и будущие разрывы исчезают.
Первоначальная горячая термообработка производится при температуре 1150-1260 градусов. Чтобы деталь или комплектующая из нержавейки обрела ещё большую коррозионную стойкость, используется ускоренное охлаждение с 1120 градусов до комнатной температуры. Детали из нержавейки механически обрабатываются с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей – те, в свою очередь, предотвращают перегревание разрезающей и обтачивающей поверхностей резаков. Для быстрого отслаивания стружки и обрезков используется стружколомающее приспособление, не позволяющее обрабатываемым деталям потерять задаваемую им форму, – снижается процент выбраковывания продукции. При этом резак полностью сохраняет свою разрезающую способность – предупреждается образование уплотнений, нарушающих технологию выработки. Несмотря на повышенную ударную вязкость и относительную сложность в обработке, детали из стали AISI 304 относительно легко распиливаются и высверливаются – для этого применяют особые свёрла и протачивающие насадки, изготовленные из особо твёрдых материалов вроде алмаза или победита.
Сталь AISI 304 сравнительно легко прессуется (выпрессовывается), сгибается без предварительного нагревания над газовой горелкой, а также идеально ровно разрезается при помощи лазерного станка, вытачивается и гравируется.
Варится сталь AISI 304 с использованием сварочных электродов (на инверторе) или при помощи сварочной проволоки (с помощью газосварочного оборудования). Автогенная сварка позволяет обойтись без использования присадочных компонентов, например, высокотемпературного припоя. Электросварочным инвертором эта нержавейка варится при использовании электродов, выполненных из другой нержавеющей стали – AISI 308, или с российским аналогом Св-04Х19Н9. Для сплава AISI 304L, соответственно, используются рутиловые электроды со стержнем из AISI 308L и кислотной добавкой, входящей в состав их обмазки. Сваренные швы для устранения усталостных напряжений проходят через стадию отжигания, особенно это важно при сварке заготовок из стали AISI 308. Сгибание листов из нержавейки производится на радиус, как минимум равный тройной толщине листа: при попытках резко уменьшить это значение образуется пролом по линии сгиба.
Обжиг без отпускания стали производится до температуры в 1060 градусов. Затем сталь охлаждают быстро на 1000 градусов, что позволяет изготавливаемой заготовке или детали обрести максимальную защиту от коррозии. После этого её протравливают в крепкой кислоте – и выполняют пассивацию. Последнее представляет собой образование окисного слоя, который не даёт стали окисляться дальше. Протравливание производится либо серной, либо плавиковой или азотной кислотой. Для пассивации сварных швов используют 20% раствор азотной кислоты и ускоряющей процесс пасты. Отпускание стали AISI 304 производится при температуре в 525 градусов – за 1 час. Особенность AISI 304 по сравнению с простыми среднеуглеродистыми сплавами – вдвое более продолжительный равномерный разогрев. Наконец, на основе сплава 304 создана ещё более усовершенствованная его версия – AISI 316. Она отличается от своего предшественника добавлением 2,5% молибдена по массе.
AISI 304 / SS 304 сталь
Характеристики марки стали AISI 304 / SS 304
ASTM A182 - Стандартные спецификации на кованые или катаные фланцы для труб, кованые фитинги, клапаны и детали из легированной и нержавеющей стали, предназначенные для эксплуатации при высоких температурах
ASTM A213 - Стандартные спецификации для бесшовных труб для котлов, пароперегревателей и труб теплообменников из ферритных и аустенитных сталей
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
ASTM A312 - Стандартные спецификации на бесшовные, сварные и прошедшие интенсивную холодную обработку трубы из аустенитной нержавеющей стали
Сталь AISI 304 – самая востребованная марка стали из класса нержавеющих. Повышенный спрос и повсеместное применение обусловлено ее универсальностью. Сталь аиси 304 имеет высокие показатели устойчивости коррозии в агрессивных средах, высокое сопротивление окислению и отличные низкотемпературные свойства.
Стоит отметить, что нержавейка AISI 304 устойчива к негативному воздействию воды (соленая, пресная, водопроводная) и растворов кислот в высоких концентрациях (уксусная, муравьиная, азотная).
Цена aisi 304 вполне доступна, что является еще одним из ее преимуществ.
Химический состав в % стали AISI 304
| C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Fe |
| 18,0-20,0 | 8,0-10,5 | Остальное |
Нержавеющая сталь ss304 легирована никелем, марганцем, медью и хромом, что обеспечивает ей аустенитную структуру, повышенную прочность и устойчивость в коррозионных средах. Краткое обозначение AISI 304 – 18 Cr-8 Ni.
Механические свойства материала AISI 304
| Предел прочности (временное сопротивление разрыву), мин., МПа | 515 |
| Предел текучести, 0,2%, МПа | 205 |
| Твердость по Бриннелю, HB тип. | 170 |
| Усталостная прочность, N/mm 2 тип. | 240 |
| Относительное удлинение, мин., % | 40 |
Физические свойства AISI 304
Плотность стали (вес) aisi 304 - 7,74 г/см 3 .
Характеристики при повышенных температурах
| Температура, °C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| Предел прочности, МПа | 380 | 270 | 170 | 90 | 50 |
| Температура, °C | 550 | 600 | 650 | 700 | 800 |
| Предел текучести, МПа | 120 | 80 | 50 | 30 | 10 |
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 304
Сфера применения AISI 304
Нержавейка AISI 304 (18 Cr-8 Ni), благодаря своей высокой устойчивости к окислению и высоким температурам, нашла широкое применение:
- в химической и фармакологической промышленности;
- в пищевой, молочной и пивоваренной промышленности;
- в медицине (хирургическое оборудование, иглы для инъекций);
- в производстве судового оборудования и крепежа для атомных судов;
- в металлопрокате (трубы, уголки, листы, ленты, шестигранники);
- в нефтяной (сетки фильтра для скважин) и горнодобывающей промышленности;
- в производстве оборудования для работы в условиях химического воздействия;
- в возведении конструкций, для которых важны прочность и длительный срок эксплуатации;
- в текстильной и бумажной промышленности.
Кроме того, из-за своих отличных технических параметров, гигиенических показателей и приятному эстетичному виду, сталь 304 используют в изготовлении кухонной мебели и столовых приборов; емкостей и контейнеров для хранения жидких и сухих веществ.
Сталь нержавеющая aisi 304 участвует в производстве катушек охлаждения, криогенных сосудов, холодильного оборудования, сантехнической арматуры, емкостей под давлением и проч.
Сварка
Нержавеющая сталь aisi 304 / SS 304 / 18 Cr-8 Ni легко сваривается всеми методами. Последующая тепловая обработка необходима только в том случае, если есть вероятность межкристаллитной коррозии. Проводят ее при 1050-1150°С, шов обязательно зачищают от образовавшейся окалины и пассивируют специальной пастой.
Обработка
Отжиг: при температуре 1010°C-1120°C; охлаждение - на воздухе или в воде.
К сведению: оптимальные антикоррозийные свойства стали достигаются при температуре +1070°C с последующим моментальным охлаждением.
После отжига необходимо травление и пассивирование.
Отпуск: при температуре не выше 400 °C.
Пассивация: 20-25 % раствор HNO3 при 20°C.
Очистка поверхности: раствор азотной кислоты и фтористоводородной/плавиковой кислоты в пропорциях: 10 % HNO3 + 2% HF при комнатной температуре или 60°C. Серно-азотный кислотный раствор в пропорциях:10 % H2SO4 + 0.5 % HNO3) при 60°C.
Горячая обработка: начальная температура - 1150 - 1260°C; конечная – 900-950°C.
К сведению: любая горячая обработка должна сопровождаться отжигом.
Холодная обработка: нержавеющая сталь AISI 304 (18 Cr-8 Ni) очень прочная и упругая, поэтому легко подвергается формовке растяжением, изгибу и глубокой и ротационной вытяжке, волочению.
К сведению: для формовки можно использовать те же машины и инструменты, как для углеродистой стали, но на 50-100% большей силы.
AISI 304 и российский аналог 12х18н10т сравнение сталей
Сталь AISI 304 имеет практически полноценный аналог – сплав марки 12Х18Н10Т. Однако некоторые отличия в химическом составе данных сплавов позволяют их сравнивать, и найти отличие aisi 304 от 12х18н10т в свойствах при их использовании. Так что, выбирая сталь для изготовления определённого вида конструкций или деталей, необходимо руководствоваться этим данными.
Химический состав, позволяющий определить отличие aisi 304 от 12х18н10т
Никель. AISI 304 – до 10-11 %. 12Х18Н10Т - аналогично
Хром. AISI 304 - до 20 %. 12Х18Н10Т - 17-19 %
Медь. AISI 304 – до 0,3 %. 12Х18Н10Т - аналогично
Углерод – AISI 304 - до 0,08 %. 12Х18Н10Т - до 0,12 %
Титан - AISI 304 – не более 0,3 %. 12Х18Н10Т – 0,8 %.
Полный химический состав данных сплавов см. табл.
| Марки | C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Ti | Fe |
| 12Х18Н10Т | 17,0-19,0 | 9,0-11,0 | Остальное | ||||||
| AISI 304 | 18,0-20,0 | 8,0-10,5 | - | Остальное |
Свойства - aisi 304 12х18н10т
Во многом похожие свойства данных сплавов позволяют при изготовлении конструкций заменять их друг другом. Хотя сталь 12х18н10т отличается таким преимуществом, как повышенная пластичность и ударная вязкость после закалки, у неё есть свои недостатки по сравнению с aisi 304. Её твёрдость и прочность ниже, чем у стали 304.
Однако, схожесть химического состава и позволяет считать специалистам, что у стали aisi 304 российский аналог 12х18н10т.
Стоит также упомянуть, что нержавеющая сталь aisi 304 превосходит характеристики 12х18н10т (СНГ) по такому ключевому фактору, как свариваемость. Сталь 12х18н10т, имеющая в своём составе такую легирующую добавку, как титан, превышающую процентный показатель у сплава 304, сваривается существенно хуже. А это не позволяет использовать данный сплав в сварных конструкциях, где прочность сварных соединений является основным требованием (что и есть основная 304 12х18н10т разница).
Если сравнивать их другие качества, то низкий процент углерода в обеих сталях (у 12х18н10т больше, что хуже), наличие схожего содержания хрома и никеля, дают возможность отнести данные сплавы к металлам с высокой стойкостью к образованию любых видов коррозии, в том числе, межкристаллитной. Изделия из них, в том числе 12х18н10т аналог aisi 304, также отлично работают в условиях разбавленных кислот (фосфорная, уксусная, азотная), в солевых и щелочных растворах, в криогенных средах (даже при температурах до -269 °С). Из них производят детали и конструкции, способные работать при больших температурах, достигающих 600 °С. И под высоким давлением в температурных режимах – от -196 ˚С до +600 °С, а в агрессивных средах и до +350 °С. Поэтому они являются коррозионностойкими и жаропрочными сталями. Не проявляют они и ферромагнитных свойств.
Применение AISI 304 и 12х18н10т , разница
При применении данных сталей для производства конструкций и деталей, элементов изделий, нужно обязательно учитывать сравнение химического состава и свойств AISI 304 и 12х18н10т.
Сталь марки 12х18н10т, как хромоникелевый нержавеющий сплав, применяют для конструкций и элементов оборудования, эксплуатация которых предполагается в криогенных сферах. Для изготовления деталей емкостной, теплообменной и реакционной техники. Из неё производят элементы паронагревателей и труб для трубопроводов высокого давления, деталей печного оборудования, муфелей, и коллекторов выхлопных систем. При использовании данной стали в производстве немаловажным качеством является длительный срок службы при неизменности основных характеристик.
Сталь AISI 304 имеет настолько широкую сферу применения, что перечислить всё невозможно. Наиболее востребован данный сплав для изготовления элементов деталей соединения трубопроводов, арматуры, и собственно сварных труб. Широко применяют 304 сталь в строительстве, для производства сварных колонн, переходных мостиков, деталий перекрытий, монорельсов и пр. Отлично подходит сталь 304 для изготовления медицинских инструментов, деталей аппаратуры медицинского применения, ёмкостей и контейнеров.
AISI 304 и AISI 316 сравнение сталей
Сравнивать 316 304 просто, поскольку AISI 316, это улучшенный вариант стали 304. Данная сталь получила по своим характеристикам название «морская нержавеющая сталь» или «корабельная сталь/сплав». Это обусловлено небольшими изменениями в её химическом составе по сравнению с базовым сплавом 304.
Химический состав aisi 304 316
Изменения в составе 316 заключаются в добавках в состав молибдена, уменьшением углерода и увеличением количества никеля. Во всём остальном химический состав обоих металлов идентичен.
AISI 316/304:
Полный список их химических составов и свойств см. в табл.
| Марки | C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Mo | Ti |
| AISI 304 | 18,0-20,0 | 8,0-10,5 | - | - | |||||
| AISI 316 | 16,0-18,0 | 10,0-14,0 | 2,0-3,0 |
Свойства 304 316 стали
И тем не менее, несмотря на несущественные, казалось бы, изменения в химическом составе сплава, свойства 316 значительно отличаются от 304 по некоторым показателям.
Благодаря легированию молибденом, сплав 316 приобретает способность противостоять коррозионным поражениям типа щелевым и питтинговым. Особенно при прямом контакте конструкций из данного сплава в таких агрессивных средах, как кислотные пары, соединения хлора, морская вода (холодная). Общеизвестно, что питтинговая (точечная) коррозия, поражающая избирательно в труднодоступных местах, особенно опасна для конструкций. Поэтому для конструкций, которые эксплуатируются в подобных условиях, даже не поднимается вопрос - aisi 304 aisi 316 что лучше, настолько это очевидно. Это же касается конструкций и изделий, эксплуатация которых проходит в условиях соприкосновения с парами многих кислот - муравьиной, фосфорной, уксусной, борной, щавелевой, серной или молочной.
При сравнении стали aisi 304 316 понятно, что сплав AISI 316 имеет существенно высокие эксплуатационные свойства и технологические характеристики, включая прочностные показатели. Причём, что особенно важно при эксплуатации конструкций из 316, эти свойства сохраняются в течение всего времени службы, и не меняются даже при температуре, стремящейся к нулю ˚С.
Сталь 316 имеет большую, по сравнению с 304, прочность, а также намного большее сопротивление ползучести при более высоких температурных режимах эксплуатации. Это отличие 316 от 304 обусловлено добавкой молибдена.
За счёт высокого уровня сопротивления коррозийным образованиям, и неподверженности окислению, aisi 316 характеризуется физическими свойствами, которые практически ничем не отличаются от свойств aisi 304 (незначительное увеличение плотности мало влияет на эксплуатационные свойства).
Сферы использования сплавов - aisi 304 и 316 разница
Учитывая особенности свойств aisi 316, сталь 304 и 316 различия имеют и при применении. Хотя при обычных условиях эксплуатации они полностью взаимозаменяемы.
За счёт своей стойкости к образованию всех видов коррозии в морской воде, прежде всего сплав 316 незаменим в кораблестроении и транспортной области – контейнеры, агрегаты и установки на суднах, элементы морских приборов. Также он широко используется в нефтехимической промышленности, нефтеперерабатывающей, - добывающей, в химической и горнодобывающей отрасли. Из данного сплава выгодно изготавливать баки и контейнеры для хранения и транспортирования агрессивных жидкостей, так как они наиболее долговечны.
Во всех сферах, в которых используются обе стали, нет необходимости решать, aisi 304 aisi 316 что лучше, поскольку по всем другим эксплуатационным показателям они аналогичны.
Основные технические сведения об AISI 304
В процессе производства стали могут быть приданы различные свойства, благодаря чему она получает дальнейшее многообразное применение:
Типичные свойства в отожженном состоянии.
Приведенные данные отражают особенности (типичные свойства) конкретного заводского производства и не могут расцениваться как минимальные значения для всей спецификации.
Свойства
Изначально марка стали AISI 304 и 430 обладают не одинаковыми свойствами.
По умолчанию нержавеющая сталь AISI 430 считается «обладающей увеличенной устойчивостью в химически активных средах к образованию коррозии». Наличие в составе хрома обеспечивает способность металла к пассивации. Однако очень важно выбирать надлежащие условия эксплуатации для сохранения устойчивости этого пассивного состояния.
По умолчанию пищевая нержавеющая сталь AISI 304 430 марку стали превосходит по нескольким параметрам. Хромоникелевые стали обладают высокими технологическими свойствами:
· повышенное сопротивление ползучести;
· высокий порог окалиностойкости +800°С … +900°С.
Поэтому пищевая нержавеющая сталь 304 легко полируется, что облегчает уборку и соблюдение максимально высоких гигиенических требований в пищевом производстве и медицине.
Хромоникелевая коррозионно-стойкая жаропрочная сталь AISI 304 склонна к точечной коррозии. Эта болезнь присуща всей 300 серии аустенитных нержавеек по классификации американского стандарта. Недорогую ферритную сталь AISI 430 так же часто эксплуатируют при высоких температурах, о никогда при повышенном давлении.
Химический состав
Сталь AISI 304 относится к высоколегированным хромоникелевым нержавеющим сталям. Основным элементом стали, влияющим на ее коррозионную стойкость, является хром. Из-за высокого содержания хрома на поверхности стали формируется оксидная пленка, предохраняющая материал от воздействия агрессивной среды и позволяющая ему не окисляться в течении многих лет. Добавление никеля увеличивает технологичность стали. Дело в том, что никель — более тугоплавкий элемент чем хром и способен оставаться в составе стали даже при воздействии высоких температур. Таким образом никель обеспечивает стойкость сварного шва к окислению когда хром выгорает при сварке.
Массовая доля элементов, %
| Углерод (C) | Марганец (Mn) | Фосфор (P) | Сера (S) | Кремний (Si) | Хром (Cr) | Никель (Ni) | Азот (N) |
| ≤0,08 | ≤2,0 | ≤0,045 | ≤0,03 | ≤0,75 | 18,0-20,0 | 8,0-10,5 | ≤0,10 |
Механические свойства
Сталь AISI 304 легко поддается обработке в горячем и холодном состоянии, отлично сваривается различными способами.
Устойчивость к высоким и низким температурам
C повышением температуры у стали AISI 304 снижаются пределы прочности и упругости. Например, при 600 °С предел упругости равен 380 Н/мм², при 800 °С — уже 170 Н/мм², а при 1 000 °С — всего 50 Н/мм². Аналогично падает и предел упругости.
Максимальные рекомендуемые температуры обслуживания (образования окалины):
- при непрерывном воздействии — 925 °С;
- при прерывистом воздействии — 850 °С.
Снижение температуры до сверхнизких значений приводит к значительному увеличению прочности стали AISI 304. Так при 78 °С предел прочности равен 1 100 Н/мм², при -161 °С — 1 450 Н/мм², а при -196 °С — 1 600 Н/мм². Предел упругости тоже повышается, но в меньшей степени, а ударная вязкость уменьшается.
Физические свойства стали AISI 304
| Наименование | Условные обозначения | Единица измерения | Температура | Значение |
| Плотность | d | — | 4 °C | 7,93 |
| Температура плавления | — | °C | — | 1 450 |
| 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 | 0-100 °C 0-200 °C | 17,5 18,0 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ω mm²/m | 20 °C | 0,80 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0.80 kA/m DC или в/ч AC | 20 °C ρ ρ разряж.возд. | 1,02 |
| Модуль упругости | E | MPa x 10³ | 20 °C | 200 |
Тепловая обработка нержавеющей стали:
Отжиг
Отжиг нержавеющей стали, для обеспечения хороших антикоррозийных свойств, осуществляется при высоких температурах – от +1010 °C до +1120 °C, после чего сталь быстро охлаждается путем быстрого отпуска в воде или воздухе. Оптимальная температура обжига для достижения максимального сопротивления коррозии +1070 °C.
Отпуск (снятие напряжения)
Снятие напряжения для нержавеющей стали марки 304L AISI осуществляется на протяжении одного часа при температурах от +450 до +600 °С. Минимальная температура отпуска не должна снижаться до отметки в +400 °С.
Горячая обработка (интервал ковки)
Горячая обработка нержавеющей стали должна осуществляться при температуре от +1150–1260 °C и заканчиваться температурами в диапазоне от +900 до +925 °C. Отжиг нержавеющей стали при выполнении горячей обработки является обязательным. При выполнении горячей обработки нержавеющей стали важно помнить, что ее однородный прогрев до заданной температуры занимает значительно больше времени, чем прогрев углеродистых сталей.
Холодная обработка
Нержавеющая сталь AISI 304 легко поддается холодной обработке: изгибу, ротационной и глубокой вытяжке, формовке растяжением. Так как аустенитные стали упрочняются в ходе формовки, то здесь необходимы механические усилия в 1,5-2 раза больше чем для сталей другого типа.
Гибка
Минимальный радиус изгиба листов AISI 304 при толщине до 3 мм может быть нулевым, а при большей толщине составляет половину толщины самого листа. Угол ибки — 180 град. при толщине 3-6 мм, 90 град. при толщине 6-12 мм. Заготовку необходимо немного перегибать, так как у аустенитных сталей присутствует значительное обратное распрямление. Рекомендуемый минимальный радиус гибки стали AISI 304 — двойная толщина листа.
Глубокая и ротационная вытяжка
При глубокой вытяжке на прессе материал обычно не подвергают торможению, за исключением обработки изделий с точными размерами. Для последних используют формовку с растяжением и, желательно, упрочнением. Ротационная вытяжка осуществляется на токарно-давильном оборудовании и, по сути, является формовкой с точением.
Свойства нержавеющей стали AISI 304 при высоких температурах
Все значения, указанные в данной таблице, касаются только нержавеющей стали марки AISI 304. Прочность стали марок 304L, Deco при высоких температурах значительно отличается (при температуре более +425 °С).
Минимальные величины предела упругости при высокой температуре
Максимум рекомендованных температур обслуживания
- Непрерывное воздействие +925 °C.
- Прерывистое воздействие +850 °C.
Технические характеристики нержавеющей стали AISI 304
Прежде всего, она устойчива к вредному воздействию со стороны следующих веществ:
- Вода, как получаемая из естественных источников, так и пресная, и прошедшая централизованную водоподготовку на уровне города;
- Растворы химически активных веществ (например, уксусной, муравьиной или азотной кислот) в значительной концентрации. При этом допускается определенный нагрев.
Важным ограничением являются условия, способствующие возникновению межкристаллической коррозии – в этом случае предпочтительны другие марки.
С технологической точки зрения, серьезных противопоказаний нет. Материал обрабатывается резанием, сваркой, пластической деформацией. Для этого вполне подойдет универсальное оборудование, предназначенное и для углеродистой стали.
| Наименование | Толщина, мм | Цена розница, руб/тн |
| Сталь AISI 304 (листы, рулоны, ленты) | 0,4 | 259 990 |
| 0,5 | 251 990 | |
| 0,6-0,8 | 244 990 | |
| 0,9-1,5 | 239 990 | |
| 2,0-6,0 | 229 990 | |
| 3,0-14,0 | 219 990 | |
| 15,0-130,0 | 249 990 |
Применение стали AISI 304
Основные качества, дающие преимущества именно AISI 304: устойчивость к окислению и к повышенной температуре. Данные факторы определяют область применения:
- Оборудование и прочие изделия, контактирующие с продуктами питания. Кислотостойкость делает сплав оптимальным в плане гигиеничности. В посуде из 12X18H10 можно хранить даже активные вещества. Это касается пищевой и фармакологической промышленности;
- Предметы быта;
- Оборудование, эксплуатируемое в условиях постоянного химического воздействия и повышенных температур;
- Сварные конструкции, для которых важно обеспечить прочность, качество и долгий срок службы.
Наиболее качественным сплавом считается такой, в котором содержание серы и фосфора минимально. Они влияют на образование трещин при нагреве и охлаждении. Посторонние примеси даже в номинальных долях нежелательны.
Стоит отметить хорошую пластичность сталей марки 304 (aisi), благодаря которой имеется возможность производить успешную формовку и гибку. Это свойство стали 304 позволяет проводить волочение, ротационную вытяжку, а также беспрепятственное формирования любого контура, а т.к. эти операции являются стандартными практически для всех машин обработчиков, то сталь aisi 304 по праву можно назвать универсальным и очень удобным сплавом, который охотно применяется в промышленном строительстве.
Свойства при высоких температурах
Вся приведенная ниже информация относится только к марке 304; данные по 304L отсутствуют вследствие значительного уменьшения прочности при температуре выше 425°С.
Предел прочности при повышенных температурах
| Температура, °С | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| Rp m Предел прочности (при растяжении), N/mm | 380 | 270 | 170 | 90 | 50 |
Минимальные величины предела упругости при высокой температуре (деформация в 1% за 10 000 часов)
| Температура, °С | 550 | 600 | 650 | 700 | 800 |
| Rp1,0 1.0% пластичная деформация (текучесть), N/mm2 | 120 | 80 | 50 | 30 | 10 |
Максимум рекомендованных температур обслуживания (температура образования окалины)
- непрерывное воздействие 925°C
- прерывистые воздействия 850°C
Свойства при низких температурах (для марок 304 / 304L)
| Температура | oC | -78 | -161 | -196 |
| Rp m Предел прочности (при растяжении), N/mm2 | N/mm2 | 1100/950 | 1450/1200 | 1600/1350 |
| Rp0,2 Предел Упругости, (0.2 %), (условный предел текучести) N/mm2 | N/mm2 | 300/180 | 380/220 | 400/220 |
| Ударная вязкость | J | 180/175 | 160/160 | 155/150 |
Сопротивление коррозии
- 0 = высокая степень защиты = скорость коррозии менее 100 мм/год
- 1 = частичная защита =скорость коррозии от 100 до 1000 мм/год
- 2 = кислотоустойчивость отсутствует = скорость коррозии свыше 1000 мм/год
Тепловая обработка
- ОтжигЭксперимент проводился при высоких температурах в диапазоне от 1010°С до 1120°С с дальнейшим охлаждением в воде или воздухе (быстрый отпуск). Согласно исследованиям сопротивление оказывалось оптимальным при отжиге при температуре 1070°С с последующим быстрым охлаждением.
- Отпуск (снятие напряжения)Исследования проводились в течение часа для марки 304L при температуре 450–600°C в при минимальном риске сенситизации. Рекомендованная температура 400°С (максимальный температурный режим).
- Горячая обработка (интервал ковки)
- Начальная температура: 1150–1260°C.
- Конечная температура: 900–925°C.
Благодаря таким качествам, как прочность, пластичность и упругость марки 304 и 304L широко применяются при холодной обработке. В качестве методов используются формовка растяжением, изгиб или ротационная и глубокая вытяжка.
При использовании метода формовки используются те же машины и инструменты, что и при работе с углеродистой сталью, но с приложением большей силы (на 50–100%). Причина в том, что при формовке аустенитной стали свойственно усиленное упрочнение.
При обратном распрямлении аустенитную сталь следует перегибать больше, чем углеродистую. Загиб под углом 90° дает следующие данные выправления:
- r = s обратное распрямление ~2°;
- r = 6 × s обратное распрямление ~4°;
- r = 20 × s обратное распрямление ~15°.
Минимальный радиус гибки аустенитной нержавеющей стали составляет r = 2 × s.
Рекомендованные минимальные показатели для ферритной нержавеющей стали:
Глубокая вытяжка также подразумевает максимальную стабильность самого материала, степень упрочнения которого при формовке должна быть низкой, показатель Md30(N) – отрицательным. Изготовление столовых приборов и металлической кухонной посуды требует применения субанализов нержавеющего проката при использовании метода глубокой вытяжки.
Технологии обработки
Отжиг осуществляется при температуре +1010°C-1120°C, а охлаждаться сталь может водяным или воздушным методом. Для достижения оптимального уровня коррозионной стойкости металла необходима температура +1070°C и последующее моментальное охлаждение. После отжига наступает этап травления и пассивирования. Данные технологические процессы проводятся при температуре до +400°C и с применением раствора HNO3 (20-25%) при +20°C соответственно.
Для очистки поверхности используются:
- кислотный раствор азотный + плавиковый или фтористоводородный в пропорции 10% + 2% (температура – комнатная или +60°C);
- кислотный раствор серный + азотный в пропорции 10% + 0,5% (температура – +60°C).
Сталь AISI 304 подвергается начальной горячей обработке при +1150-1260°C, а затем конечной при +900-950°C. Важным нюансом является необходимость последующего отжига. Холодная обработка дает хороший результат благодаря прочности и упругости материала. Для получения готового продукта подходят методы изгиба, волочения, растяжения, ротационной и глубокой вытяжки. Формовка может проводиться при помощи станков и инструментов для углеродистой стали. Необходимо только увеличить силу на 50-100%.
Сферы применения
Устойчивость к коррозии и широкие температурные возможности позволяют использовать AISI 304 в различных областях стальной индустрии и коммерции. Среди множества сфер применения выделяются:
Читайте также: