Сталь aisi 304 твердость по роквеллу
Обновлено: 17.05.2024
AISI 304 - это устойчивая к коррозии сталь, она является аустенитом с низким содержанием углерода. Сталь легко поддается сварке и отличается своей стойкостью к воздействию кислотосодержащих веществ. AISI 304 является жаропрочной сталью, она выдерживает воздействие температуры до 650˚С и краткосрочное повышение температуры до 950˚С.
Различают также стали:
AISI 304L - пониженное содержание углерода.
AISI 304H - повышенное содержание углерода.
Свойства AISI 304:
- Как уже было сказано выше, сталь отличается высокой термостойкостью.
- Сопротивление коррозии. Сталь AISI 304 хорошо приспособлена для эксплуатации в воде и при атмосферных воздействиях в городской и сельской среде. Также сталь выдерживает воздействие кислых сред - серной, азотной, фосфорной, муравьиной кислот и др.
- AISI 304 хорошо поддается процессу сваривания, после которого не требуется термическая обработка.
- AISI 304 без проблем поддается формовке. Например, глубокая и ротационная вытяжка, формирование контура, изгиб, волочение и прочее.
- Легкость полировки, благодаря чему сталь используется при создании дизайнерских элементов по оформлению интерьеров помещений.
- Слабые магнитные свойства. Сталь AISI 304 не магнитится.
- Экологическая безопасность. Сталь широко применяется в медицинской и пищевой промышленности для хранения и транспортировки различных веществ и пищевых жидкостей.
- Длительный срок службы.
Следует помнить о возможных типах поверхности нержавеющей стали:
1D - матовая поверхность с некоторой шероховатостью
2B - матовая поверхность с большой гладкостью и некоторым глянцевым блеском
BA - очень гладкая зеркальная поверхность
4N - шлифованная поверхность
PE - матовая гладкая поверхность с наличием защитной пленки на одной стороне листа.
Нержавеющая сталь AISI 304 нашла широкое применение благодаря своим характеристикам и особенностям. Она применяется для изготовления трубопроводов, емкостей и цистерн, деталей автомобильного транспорта, элементов теплообменников и т.д. В строительстве AISI 304 применяется для изготовления отделки, ограждений, лестниц и прочего. Способность выдерживать высокие температуры обусловила популярность при производстве элементов печей, котлов, систем дымоудаления и вентиляции, термостойкой посуды.
Состав AISI 304, %:
Прочность на сжатие
Прочность на разрыв
Допустимый предел текучести
Деформация на растяжение
Твердость по Роквеллу
Твердость по Бринеллю
Основные аналоги AISI 304:
Свойства химические
| Cr | S | P | S | Mn | Si | С | Ni | Fe |
| 18.0-20.0 | 8.0-10.5 | Остальное |
Нержавеющая сталь AISI 304 легирована никелем, марганцем, медью и хромом, что обеспечивает ей аустенитную структуру, повышенную прочность и устойчивость в коррозионных средах.
Свойства физические (при 20 C)
| Плотность | 7,93 кг/м3 |
| Температура плавления | 1420 C |
| Удельная теплоемкость | 500 Дж/кг*К |
| Тепловое расширение | 15 ВТ/м×К; |
| Электрическое сопротивление | 0,8 Ом×м 2 /м. |
Область применения
Распространённость материала AISI 304 оправдана его хорошей температурной и антикоррозионной устойчивостью. Используют его в таких областях:
- Пищевая отрасль: производство упаковочной посуды и кухонных принадлежностей. Также сталь добавляют в состав оборудования для изготовления, хранения и перевозки продуктов.
- Строительная сфера: изготовление сварных и сборных сооружений, ограждений, контейнеров. Также применяют сталь в производстве бытовой техники, предметов интерьера.
- Химическая индустрия: производство резервуаров для лекарств и реактивов, лабораторного оборудования.
- Машиностроение: производство станков, машин.
- Горнодобывающая сфера: укрепление шахт, производство бурового оборудования.
- Другие промышленные отрасли: изготовление труб.
Дифференциация стали
Процесс изготовления стали нержавеющей AISI 304 зависит от сферы ее применения. В зависимости от поставленных на материал задач, он может приобретать такие свойства:
- формовка растяжением;
- прочность;
- жароустойчивость;
- применение механической обработки;
- ротационный способ вытяжки;
- показатели свариваемости.
Химический состав, основные свойства
В составе стали AISI 304 присутствуют такие элементы таблицы Менделеева:
- Ni (Никель) в количестве от 8 до 10,5;
- Si (Кремний) - макс. 1;
- Cr (Хром) - от 18 до 20;
- P (Фосфор) - макс. 0,045;
- C (Углерод) - макс. 0,08;
- S (Сера) - макс. 0,03;
- Mn (Марганец) - макс. 2.
Чтобы усилить механические свойства стали, усилить ее прочность, необходимо повысить уровень азота (N) в сплаве и задействовать технологию дрессировочной прокатки многократно. За счет высокой вместимости хрома, никеля, 18 и 10% соответственно, достигаются хорошие антикоррозионные способности.
Физические свойства стали
При 20° C характерно проявление таких свойств:
- Плотность материала - около 7,74 г/см3.
- Показатель теплового расширения находится на отметке 15 Вт/м×К.
- Температурный режим плавления - 1420° C (начальный).
- Удельная теплоёмкость - 500 Дж/кг×К.
- Электрическое сопротивление - 0,8 Ом×м2/м.
Механические свойства
Нержавеющая сталь AISI 304 сохраняет все свои свойства при температурном режиме 196°-600°.
Основные механические характеристики материала:
- твердость - 123-170 единиц (шкала Бринелля);
- предел прочности при натяжении - 505-515 МПа;
- предел текучести - 0,2%, МПа;
- пластичность - 70%;
- усталостная прочность - на отметке 240 N/mm2 тип.;
- относительное удлинение - 40% (минимальная отметка);
- плавление при температурном режиме 1400°-1455° C;
Температура формирования окалины:
Механические свойства в условиях комнатной температуры
Rp m Прочностный предел (при растяжении), N/mm2 (единица измерения)
A5 параметр относительного удлинения, при %
Rp0,2 максимум Упругости, (0.2 %), (свойство текучесть), N/mm2
Параметры усталостной прочности, измеряется в N/mm2
Твердость (шкала Бринелля) - НВ
Чтобы достичь однородности прогрева нержавеющей стали, нужно прогревать ее в 12 раз дольше, чем углеродистую сталь.
Процессы теплового воздействия:
- Отжиг. Температура воздействия 1010°C-1120°C, что сопровождается быстрым отпуском (охлаждением) в водной или воздушной среде. Оптимальные антикоррозионные показатели получают при температуре отжига при 1070°C + быстрое охлаждение.
- Отпуск (снижение напряжения). Сталь AISI 304, 304L AISI охлаждают при 450-600°C один час при риске сенсибилизации. Оптимальный температурный максимум для отпуска - 400°C.
- Горячая обработка. Начальный температурный показатель: 1150 - 1260°C.
- Предельная температура: 900 - 925°C.
Параметры устойчивости к высоким/низким температурам
Устойчивость к высоким температурам, предельный максимум
Rp m
максимум прочности (в условиях растяжения), измерение в N/mm2
Устойчивость к низким температурам, предел
Rp1,0
1.0% пластичной деформации (текучесть), измерение в N/mm2
Холодная обработка
Стальной материал AISI 304 поддается холодной обработке легко, но требует в 1,5-2 раза больше механических усилий, чем для других видов стали.
Виды холодной обработки:
- Гибка. При толщине листа до 3 мм может быть использован нулевой радиус, при повышении плотности он составит 50% толщины листа. Угол изгибания - 180 град. При показателях толщины 3-6 мм, 90 град. при плотности 6-12 мм. Поскольку для аустенитных типов стали характерно обратное распрямление, то заготовку нужно немного перегибать. Следует выдерживать минимальный радиус изгибания - двойная толщина листа.
- Глубокий, ротационный тип вытяжки. Обработка материала методом глубокой вытяжки не требует торможения, если это не изделия с точными замерами. Иначе потребуется формовка с растяжением, упрочнение. Ротационная вытяжка - разновидность формовки с точением, ее выполняют на токарно-давильных станках.
Сопротивление коррозии
Сталь 304-го типа отличается достойными антикоррозионными характеристиками, но следует избегать ее применения при возникновении риска межкристаллитной коррозии. Материал адаптирован для эксплуатации в водной пресной среде, городских и сельских условиях. Регулярная очистка поверхности позволяет вернуть изделие к первоначальному состоянию.
304-е стали отличаются сопротивлением к таким кислотам:
- фосфорная - выдерживают все концентрации в условиях температуры окружающей среды;
- муравьиная, молочная - стойкость при комнатной температуре,
- азотная - стойкость до 65 % при температурном показателе 20°C - 50°C,
- уксусная - стойкость при 20°C - 50°C.
Материал AISI 304 оптимально задействовать при изготовлении оборудования, которое соприкасается с пищевыми продуктами (холодные и горячие типы): вино, пиво, кефир, молоко, соки, сиропы.
Свариваемость
Сталь типа AISI 304 отличается хорошими показателями свариваемости. Тепловая обработка при сварочных мероприятиях не требуется. Но при условии использования материала в условиях высокого риска межкристаллитной коррозии, нужна дополнительная процедура отжига в температурном режиме 1050-1150°С.
Марке 304L AISI (низкий углерод) требуется предпочтительно нагрев шва при максимуме 1150°С + дальнейшее быстрое охлаждение. Далее сварочный шов должен быть зачищен и обработан травильной пастой.
Особенности декоративной нержавеющей стали deco:
- стойкость к деформациям;
- сопротивление коррозии;
- высокие показатели прочности, достигают за счет наличия нитрита титана в наружном слое;
- жаропрочность;
- упругость, за счёт которой облегчается процесс обработки стали.
Купить нержавеющую сталь AISI 304 и других наименований с доставкой в любой регион России возможно в компании "БАЗИССТАЛЬ". Доставка в любой город России: Москва, Санкт-Петербург, Смоленск и другие.
Поставки на территорию стран Таможенного Союза
Своевременная поставка продукции стандарта EN, DIN, ASTM от лучших европейских производителей в сжатые сроки и по оптимальной цене. Выгодная возможность реализации проектов любой сложности.
AISI 304 L
AISI 304 L используется там, где компоненты требуют прочной сварки с сопротивлением межкристаллитной коррозии. Эти компоненты могут использоваться без последующей обработки шва, независимо от толщины.
Основные характеристики
- хорошее общее сопротивление коррозии
- очень хорошая защита от МКК
- пригодность к криогенным приложениям
- отличная свариваемость
AISI 304 L имеет более низкое содержание углерода по сравнению с AISI 304, что улучшает ее сопротивление межкристаллитной коррозии в сварных швах и зонах медленного охлаждения.
Химический состав (% к массе)
| стандарт | марка | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM A240 | AISI 304L | ≤0,030 | ≤0,75 | ≤2,0 | ≤0,045 | ≤0,030 | 18,00 - 20,00 | 8,00 - 12,00 |
Механические свойства
Механические свойства при высоких температурах
Физические свойства
| Физические свойства | Условные обозначения | Единица измерения | Температура | Значение |
|---|---|---|---|---|
| Плотность | d | - | 4°C | 7.93 |
| Температура плавления | °C | 1420 | ||
| 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 20-200°C 20-400°C | 16.0 16.5 17.5 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ωmm 2 /m | 20°C | 0.73 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0,8 kA/m | 20°C | 1.015 |
| Модуль упругости | E | MPa x 10 3 | 20°C | 200 |
Сопротивление коррозии
AISI 304 Lимеет хорошее общее сопротивление влажной коррозии и особенно рекомендована там, где есть риск межкристаллитной коррозии.
AISI 304 Lимеет хорошую устойчивость к большинству пищевых продуктов и многочисленным химическим средам:
- разбавленные щелочные растворы в температуре окружающей среды,
- разбавленные органические кислоты в температуре окружающей среды,
- нейтральные или щелочные соляные растворы без галоидного соединения,
- большинство органических сред.
Кислотные среды
Cплавы AISI 304 и AISI 304 L устойчивы к умеренно агрессивным органическим кислотам, например, уксусной и растворам фосфорной кислоты. Однако в более агрессивных средах типа кипящих растворов соляной или серной кислот сплавы теряют коррозионностойкость.
Кипящая 50-процентная каустика (щелочь) - также слишком агрессивная среда для этих сплавов.
Устойчивость к коррозии в кипящих химикалиях
| Кипящая среда | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) |
|---|---|---|
| 20%-ая уксусная кислота | Обычный металл Сваренный | |
| 45%-ая муравьиная кислота | Обычный металл Сваренный | 0.4 0.5 |
| 10%-ая сульфаминовая кислота | Обычный металл Сваренный | 1.3 1.4 |
| 1%-ая соляная кислота | Обычный металл Сваренный | 2.2 3.6 |
| 20%-ая фосфорная кислота | Обычный металл Сваренный | - - |
| 65%-ая азотная кислота | Обычный металл Сваренный | 0.2 0.2 |
| 10%-ая серная кислота | Обычный металл Сваренный | 16.8 22.3 |
| 50%-ая гидроокись натрия | Обычный металл Сваренный | 1.8 2.2 |
Межкристаллитная коррозия
Причиной незащищенности аустенитных нержавеющих сталей в диапазоне температур 425°C - 820°C является осаждение карбидов хрома на границах зерен. Такие стали "сенсибилизируются" и становятся подверженными межкристаллитной коррозии в агрессивных окружающих средах.
Именно поэтому сталь AISI 304L с низким содержанием углерода предпочтительна для изделий, в которых материал после сварки подвергается воздействию агрессивных сред. «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) |
|---|---|---|
| Practice B (Метод B) (гептагидрат сульфата железа - Серная кислота) | Обычный | 0.5 |
| Сваренный | 0.5 | |
| Practice E (Метод E) (пентагидрат сульфата меди - Серная кислота) | Обычный | Без трещин |
| Сваренный | Без трещин | |
| Practice A (Метод A) (Травление щавелевой кислотой) | Обычный | Ступенчатая структура |
| Сваренный | Ступенчатая структура |
Растрескивание (Крекинговая Коррозия) под напряжением
Из всех аустенитных нержавеющих сталей марки AISI 302, AISI 304, AISI 304L наиболее восприимчивы к коррозионному растрескиванию (SCC) при подвергании напряжению в галоидных соединениях благодаря относительно низкому содержанию в них никеля.
- 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 обработки после деформации в холодном состоянии.
Сварка
- Сталь легко свариваемая.
- После сварки термическая обработка не требуется.
- Сварные швы должны быть механически или химически очищены от окалины, затем пассивированы.
Формовка
AISI 304L, 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 |
|---|---|
| 11.5 (мм) | 2.00-2.05 (мм) |
Свойства стали по гибкости аналогичны AISI 304
Обработка
Отжиг
Диапазон температуры отжига 1050°C ± 25°C сопровождается последующим быстрым охлаждением на воздухе или в воде. После отжига необходимо травление и пассивирование.
Отпуск
Для AISI 304L - 450-600 °C в течение одного часа с небольшим риском сенситизации.
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 |
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)
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.
| 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 | |
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
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) |
AISI 304
Обычно производители стали разделяют марку на три основных класса (сорта) по способности к волочению:
- AISI 304 - Основной сорт
- AISI 304 DDQ (Normal and deep drawing) - Сорт глубокой вытяжки
- AISI 304 DDS (Extra deep drawing) - Сорт особо глубокой вытяжки
- хорошее общее сопротивление коррозии
- хорошая пластичность
- превосходная свариваемость
| стандарт | марка | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM A240 | AISI 304 | ≤0.080 | ≤0.75 | ≤2.0 | ≤0.045 | ≤0.030 | 18.00 - 20.00 | 8.00 - 10.50 |
Все эти значения относятся к только AISI 304.
| Физические свойства | Условные обозначения | Единица измерения | Температура | Значение |
|---|---|---|---|---|
| Плотность | d | - | 4°C | 7.93 |
| Температура плавления | °C | 1450 | ||
| 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 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ωmm 2 /m | 20°C | 0.80 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0.80 kA/m DC или в/ч AC | 20°C μ μ разряж.возд. | 1.02 |
| Модуль упругости | E | MPa x 10 3 | 20°C | 200 |
304-е стали имеют хорошее сопротивление к общим коррозийным средам, но не рекомендованы там, где есть риск межкристаллитной коррозии. Они хорошо приспособлены для эксплуатации в пресной воде и городской и сельской среде. Во всех случаях необходима регулярная очистка внешних поверхностей для сохранения их первоначального состояния.
304-е стали имеют хорошее сопротивление различным кислотам:
- фосфорной кислоте во всех концентрациях при температуре окружающей среды,
- азотной кислоте до 65 % при температуре 20°C - 50°C,
- муравьиной и молочной кислоте при комнатной температуре,
- уксусной кислоте при температуре 20°C - 50°C.
Их рекомендуют для производства оборудования, контактирующего с холодными или горячими пищевыми продуктами: вино, пиво, молоко (кисломолочные продукты), спирт, натуральные плодовые соки, сиропы, патока, и т.д.
| Температура, °C | 20 | 80 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Концентрация, % к массе | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Серная кислота | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Азотная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Фосфорная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Муравьиная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 2 | 1 | 0 |
Код: 0 = высокая степень защиты - Скорость коррозии менее чем 100мкм/год
1 = частичная защита - Скорость коррозии от 100 до 1000мкм/год
2 = нет защиты - Скорость коррозии более чем 1000мкм/год
Атмосферные воздействия
Сравнение 304-й марки с другими металлами в различных окружающих средах (Скорость коррозии расчитана при 10-летнем воздействии).
| Окружающая среда | Скорость коррозии (мкм/год) | ||
|---|---|---|---|
| AISI 304 | Алюминий-3S | Углеродистая сталь | |
| Сельская | 0.0025 | 0.025 | 5.8 |
| Морская | 0.0076 | 0.432 | 34.0 |
| Индустриальная Морская | 0.0076 | 0.686 | 46.2 |
| Кипящая среда | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) |
|---|---|---|
| 20%-ая уксусная кислота | Обычный металл Сваренный | 0.03 |
| 45%-ая муравьиная кислота | Обычный металл Сваренный | 1.4 1.3 |
| 10%-ая сульфаминовая кислота | Обычный металл Сваренный | 3.7 3.7 |
| 1%-ая соляная кислота | Обычный металл Сваренный | 2.5 2.8 |
| 20%-ая фосфорная кислота | Обычный металл Сваренный | |
| 65%-ая азотная кислота | Обычный металл Сваренный | 0.2 0.2 |
| 10%-ая серная кислота | Обычный металл Сваренный | 11.3 12.5 |
| 50%-ая гидроокись натрия | Обычный металл Сваренный | 3.0 3.3 |
Причиной незащищенности аустенитных нержавеющих сталей в диапазоне температур 425°C - 820°C является осаждение карбидов хрома на границах зерен. Такие стали "сенсибилизируются" и становятся подверженными межкристаллитной коррозии в агрессивных окружающих средах. Содержание углерода в марке AISI 304 может вызвать сенсибилизацию от теплового режима в местах сварных швов и зонах их термического влияния.
| ASTM A 262 Оценочные испытания | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) |
|---|---|---|
| Practice B (Метод B) (гептагидрат сульфата железа - Серная кислота) | Обычный | 0.5 |
| Сваренный | 0.6 | |
| Practice E (Метод E) (пентагидрат сульфата меди - Серная кислота) | Обычный | Без трещин на изгибе |
| Сваренный | Незначительные трещины на сварном шве (недопустимо) | |
| Practice A (Метод A) (Травление щавелевой кислотой) | Обычный | Ступенчатая структура |
| Сваренный | Глубокое растрескивание (недопустимо) |
Сталь марки AISI 304, 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.
Дополнительно производятся сорта AISI 304 DDQ и AISI 304 DDS для глубокой и особо глубокой вытяжки.
О формовке с растяжением
В процессе формовки с растяжением заготовку подвергают «торможению» во время вытяжки. Стенки становятся более тонкими, и во избежание разрывов стали желательно предусмотреть свойства повышенного упрочнения при формовке.
Степень растяжения определяется эриксоновским испытанием на вытяжку (деформация производится до начала утончения стенок).
| Число Эриксена (Характеристика обрабатываемости листового металла давлением) | |
|---|---|
| AISI 430 | 8.7 мм |
| AISI 304 | 11.8 мм |
Тесты на Глубокую вытяжку
При чистой глубокой вытяжке на прессе заготовку не подвергают «торможению», а материалу дают свободно течь в инструментах. На практике такое бывает очень редко. Например, при вытяжке хозяйственной посуды всегда присутствует также элемент формовки с растяжением.
Характеристики листового материала при глубокой вытяжке описываются предельным коэффициентом вытяжки - LDR (отношение наибольшего возможного диаметра образца до момента разрыва к диаметру пресса) и пределом фестонообразования (при формовочном тесте – относительный размер образующихся язычков).
Испытание на выдавливание по Эриксену
| LDR * (При толщине образца 0.8 мм и диаметре пресса равном 20 мм) | |
|---|---|
| AISI 430 | 2.05 мм |
| AISI 304 | 2.0 мм |
*Limiting drawing ratio - предельный коэффициент вытяжки
Оценка фестонообразования
| Фестонообразование (Относительный размер образующихся язычков) | |
|---|---|
| AISI 430 | 5-7% |
| AISI 304 | 3-5% |
Гибка
Приближенные пределы изгиба:
Обратное распрямление больше, чем у углеродистой стали, ввиду чего «перегибать следует, соответственно, больше». При загибе обычного прямого угла на 90º получаем следующие показатели по выправлению:
- r = s обратное распрямление около 2°
- r = 6s обратное распрямление около 4°
- r = 20s обратное распрямление около 15°
Для аустенитной нержавеющей стали (в т.ч. AISI 304) минимальный рекомендуемый радиус изгиба составляет r = 2s, где s - толщина листа.
Диапазон температуры отжига 1050°C ± 25°C сопровождается последующим быстрым охлаждением на воздухе или в воде. Лучшее сопротивление коррозии достигается при отжиге на уровне 1070 °C и быстром охлаждении. После отжига необходимо травление и пассивирование.
Для AISI 304L - 450-600 °C в течение одного часа с небольшим риском сенситизации. Для AISI 304 должна использоваться более низкая температура отпуска - максимум 400 °C.
Любая горячая обработка должна сопровождаться отжигом.
Следует обращать особое внимание на следующий факт: для нержавеющей стали для однородного прогрева требуется время, в 2 раза превышающее время для той же самой толщины углеродистой стали.
Нержавеющая сталь AISI 304
AISI 304 — самая востребованная марка нержавеющего проката. Это универсальная пищевая сталь, она устойчива к средне-агрессивным кислотным и щелочным средам, способна выдерживать кратковременное повышение температур до 900 С⁰. Благодаря эстетическому виду используется в качестве отделочного и строительного материала.
Российским стандартом предусмотрен равноценный аналог стали AISI 304 08Х18Н10. Как все семейство нержавеек, сплав имеет хромникилевую основу и низкое содержание углерода.
Химический состав AISI 304:
- С (углерод) — до 0,8%;
- Cr (хром) — 17-19%;
- Ni (никель) — 9-11%;
- Si (кремний) — до 0,8%;
- Ti (титан) — до 0,5%;
- Сu (медь) — до 0,3%;
- Примеси: S(сера) — до 0,02 и P(фосфор) — до 0,035.
Хром образует на поверхности оксидную пленку, которая предотвращает развитие коррозии. При увеличении доли хрома формируются сложные хромжелезистые карбиды, повышающие способность к термоупрочнению, износостойкость, сопротивляемость агрессивным средам. Никель способствует формированию аустенитной кристаллической решетки, а в сочетании с хромом увеличивает стойкость к неокисляющим кислотам, ударную вязкость, устойчивость к усталостным напряжениям.
Основные характеристики стали AISI 304:
- Коррозионная стойкость;
- Высокие механические качества;
- Жаропрочность;
- Отсутствие вредных примесей;
- Технологичность;
- Не чувствительна к низким температурам;
- Долгий срок службы;
- Невысокая стоимость в сравнении с другими марками.
Диапазон рабочих температур: от -200 до +600 С⁰, при длительном применении до +420. Близкие аналоги стали AISI 304: AISI 316, в которой структура усилена молибденом и AISI 304L со сниженным содержанием углерода (low) для улучшения качества сварных швов. Нержавеющие стальные сплавы не предназначены для ударных нагрузок, преимущественно их используют для возведения легких конструкций, специальных трубопроводов и оборудования.
Таблица зарубежных аналогов нержавеющей стали AISI 304
Характеристики нержавеющей стали AISI 304
Свойства стали зависят от состава, режима термообработки, вида проката. Например, сплавы с максимальными концентрациями легирующих элементов отличаются от изделий той же марки, но с показателями, приближенными к нижним границам. Производители проводят испытания каждой партии.
Механические свойства:
| 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:
| Физические свойства | Условные обозначения | Единица измерения | Температура | Значение |
|---|---|---|---|---|
| Плотность | d | — | 4°C | 7.93 |
| Температура плавления | °C | 1450 | ||
| 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 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ωmm 2 /m | 20°C | 0.80 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0.80 kA/m DC или в/ч AC | 20°C μ μ разряж.возд. | 1.02 |
| Модуль упругости | E | MPa x 10 3 | 20°C | 200 |
К химическим свойствам относят скорость процессов естественного окисления, стойкость к агрессивным веществам, способность выделять токсичные вещества. Стандартные испытания для стали AISI 304 проводятся в азотной, уксусной, фосфорной и серных кислотах в разных концентрациях при комнатной температуре. Этого вполне достаточно для использования почти во всех видах пищевой и фармацевтической промышленности. Устойчивость к сложным составам определяют по согласованию с производителем. Требования к характеристикам изложены в ГОСТ 5632-2014.
Сопротивление коррозии в кислотных средах
| Температура, °C | 20 | 80 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Концентрация, % к массе | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Серная кислота | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Азотная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Фосфорная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Муравьиная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 2 | 1 | 0 |
Предел прочности при повышенных температурах
| Температура, °C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| Предел прочности, МПа | 380 | 270 | 170 | 90 | 50 |
Минимальные величины предела упругости при высокой температуре
| Температура, °C | 550 | 600 | 650 | 700 | 800 |
| Предел текучести, МПа | 120 | 80 | 50 | 30 | 10 |
Способы обработки
Сталь AISI 304 хорошо поддается технологическим процессам. При изготовлении полуфабрикатов проводят ряд операций: закаливание, отжиг, отпуск. Поверхность обрабатывают кислотными реактивами для устранения окалины и окислов, затем шлифуют.
- Закалка: при 1010-1200 С⁰ с быстрым охлаждением в воде или на воздухе;
- Отпуск: не выше 400 С⁰.
- Горячая: при 1150-1260 С⁰, с конечной температурой 950-990.
- Холодная: волочение, ротационная и глубокая вытяжка, штамповка, формовка растяжением, нагартовка.
Сварку производят любым методом, подходящим для нержавеющих сталей, сварной шов необходимо очистить от окалины и пассивировать. Если высока вероятность межкристаллической коррозии, проводят стабилизирующий отжиг при 1050-1150 С⁰.
Области применения
Сортамент проката AISI 304 включает бесшовные и электросварные трубы, профили, капиллярные трубки, листовую сталь, прутки, шестигранники, ленту, проволоку и сетки различного плетения.
Нержавеющие трубы используют в технологических трубопроводах на предприятиях пищевой и химической промышленности, в системах водоснабжения (полотенцесушители). Из AISI 304 изготавливают промышленную мебель, панели оборудования, емкости и резервуары для жидких и сыпучих продуктов, и реагентов. В нефтяной и горнодобывающей промышленности: сетки фильтров.
Трубный, профильный и листовой прокат используют в строительстве: обшивка кабин лифтов, обустройство заграждений, возведение рекламных конструкций. Жаропрочность позволяет применять сплав для организации дымоходов, отделки промышленных систем вентиляции, выхлопных труб, посуды: кастрюль, сковородок, контейнеров. Прочности стали достаточно для производства сантехнической арматуры: подающих барабанов, клапанов. По регламенту морского судоходства допускается использование монтажных лент, для морских катеров и яхт из AISI 304.
Читайте также: