Нержавеющая сталь. Марки нержавеющей стали и их характеристики Что такое aisi 304

Российские аналоги стали : 304 AISI по ГОСТ – 08Х18Н10, 304 L AISI – 03Х18Н11

Аналоги и наименования стали: AISI304, AISI 304, T304, 304 Т, SUS304, SS304, 304SS, 304 СС, UNS S30400, AMS 5501, AMS 5513, AMS 5560, AMS 5565, AMS 5566, AMS 5567, AMS 5639, AMS 5697, ASME SA182, ASME SA194 (8), ASME SA213, ASME SA240, ASME SA249, ASME SA312, ASME SA320 (В8), ASME SA358, ASME SA376, ASME SA403, ASME SA409, ASME SA430, ASME SA479, ASME SA688, ASTM A167, ASTM A182, ASTM A193, ASTM A194, ASTM A666, FED QQ-S-763, Milspec MIL-S-5059, SAE 30304, DIN 1.4301, X5CrNi189, BS 304 S 15, EN 58E, PN 86020 (Польша), OH18N9, ISO 4954 X5CrNi189E, ISO 683 / 13 11, 18-8

Состав стали AISI 304

Области применения нержавеющей стали AISI 304

Применение труба данной марки находит в изготовлении сборных и сварных металлоконструкций, составных частей трубопроводной арматуры, а также бытового оборудования. Например, ограждения балконов и лестниц, кухонная аппаратура, автомобильные выхлопные системы.

В форме листа сталь AISI 304 делится на холоднокатаный и горячекатаный материал, что определяется методом производства. Форма продажи плоского металлопроката – листы и рулоны. Поверхность полотна определяется способом обработки и может быть матовая, шлифованная, зеркальная.

Лист AISI 304 используется для производства электросварных труб, раскройного оборудования, стройконструкций. Он не подвержен коррозии в местах царапин или иных механических повреждений. Изготовленные из него емкости используются для хранения и перевозки продуктов пищевой и химической отраслей (слабые химреактивы).

В форме трубы нержавеющая сталь AISI 304 может иметь круглое, квадратное или прямоугольное сечение. По способу производства трубы делятся на электросварные и бесшовные. Внешний вид поверхности, как и в случае с листом, зависит от способа обработки: матовая, шлифованная, зеркальная.

Из стали AISI 304 изготавливают бочонки для пива и кваса, меха, химическое оборудование, бункеры, катушки охлаждения, криогенные сосуды, молочное оборудование, испарители, столовые приборы, посуда, кастрюли и сковородки, оборудование для пищевой промышленности, хирургическое оборудование, иглы для подкожных инъекций, раковины для кухни, судовое оборудование и крепеж для атомных судов, сетки фильтра для нефтяных скважин, холодильное оборудование, бумажная промышленность, емкости под давлением, сантехническая арматура, клапаны, подающие барабаны, трубы, окрасочное, текстильное оборудование, резервуары и контейнеры для большого разнообразия жидкостей и сухих веществ, промышленное оборудование в горнодобывающей, химической, криогенной, пищевой, молочной и фармацевтических отраслях промышленности.

Устойчивость к коррозии нержавеющей стали AISI 304

Жаропрочность нержавеющей стали AISI 304

Физические свойства нержавеющей стали AISI 304

Нержавеющая сталь марки AISI 304 имеет широкую сферу применения и большой спрос у потребителей, поскольку является универсальным продуктом. AISI 304 обладает лучшими (относительно других марок) показателями по свариваемости и сопротивлению коррозии и окислению. Сталь этой марки обладает отличными низкотемпературными свойствами и одновременно рекомендована к использованию при высоких температурах (в случае межкристаллической коррозии). Среди множества других сплавов ее также выделяют механические свойства, химический состав и относительно невысокая стоимость.

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:

• горнодобывающая, химическая и криогенная промышленность;
• пищевая (в т.ч. молокообрабатывающая) и фармацевтическая промышленность;
• транспортировка разных видов жидкостей и сухих веществ в контейнерах и резервуарах.

Обширные возможности марки AISI 304

В процессе производства стали могут быть приданы различные свойства, благодаря чему она получает дальнейшее многообразное применение:

• улучшенная свариваемость;
• глубокая вытяжка, ротационная вытяжка;
• формовка растяжением;
• повышенная прочность, нагартовка;
• жаростойкость C, Ti (углерод, титан);
• механическая обработка.

Типичные свойства в отожженном состоянии

Приведенные данные отражают особенности (типичные свойства) конкретного заводского производства и не могут расцениваться как минимальные значения для всей спецификации.

Механические свойства при комнатной температуре

Если требуется увеличить прочность аустенитной стали, можно применить следующие методы:

• добавление азота (например, 304LN)
• формоупрочнение на заводе (дрессировочная прокатка; нагартовка; растяжение; давление).

Нержавеющая сталь с высоким содержанием азота широко применяется при транспортировке жидкостей и веществ в резервуарах, контейнерах и колоннах; большая прочность (Rp 0,2) позволяет сэкономить на расходах на материалы за счет уменьшения толщины стенки емкости.

Методы формоупрочнения стали на заводе позволяют применять ее при производстве транспорта в качестве формовочных плит, а также при производстве цепей и опорных элементов, сварных труб, планок и обручей для кегов.

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

Минимальные величины предела упругости при высокой температуре (деформация в 1% за 10 000 часов)

• непрерывное воздействие 925°C
• прерывистые воздействия 850°C

Свойства при низких температурах (для марок 304 / 304L)

СОПРОТИВЛЕНИЕ КОРРОЗИИ

1. Кислотные среды

   (примеры (наиболее общие значения) приводятся для ряда кислот и их растворов)

   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

   1. 0 = высокая степень защиты = скорость коррозии менее 100 мм/год
   2. 1 = частичная защита =скорость коррозии от 100 до 1000 мм/год
   3. 2 = кислотоустойчивость отсутствует = скорость коррозии свыше 1000 мм/год
2. Атмосферные воздействия

   В таблице ниже марка 304 сравнивается с другими металлами при различных атмосферных воздействиях (коррозийная скорость берется из расчета неблагоприятного воздействия на металл в течение 10 лет).

ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА

1. Отжиг

   Эксперимент 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.

2. 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).

3. Горячая обработка (интервал ковки)
   1. Начальная температура: 1150–1260°C.
   2. Конечная температура: 900–925°C.

   При любой горячей обработке применяется метод отжига. Особое внимание следует уделить времени прогрева нержавеющей стали для достижения однородности прогрева: нержавейка прогревается примерно в 12 раз дольше, чем углеродистые стали.

ХОЛОДНАЯ ОБРАБОТКА

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.

1. Гибка

   Примерные пределы изгиба (s = толщина листа, r = радиус изгиба):

   При обратном распрямлении аустенитную сталь следует перегибать больше, чем углеродистую. Загиб под углом 90° дает следующие данные выправления:

   1. r = s обратное распрямление ~2°;
   2. r = 6 × s обратное распрямление ~4°;
   3. r = 20 × s обратное распрямление ~15°.

   Минимальный радиус гибки аустенитной нержавеющей стали составляет r = 2 × s.

2. Глубокая и ротационная вытяжка

   При чистой глубокой вытяжке материал движется в инструментах свободно, без торможения. Но практика показывает, что данный способ используется крайне редко. Например, вытяжка при производстве хозяйственной посуды сопровождается формовкой с растяжением.

   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.

   Ротационная вытяжка используется для изготовления конусных изделий (напр., ведер) симметричного вращения без полировки. Осуществляется процесс ротационной вытяжки на токарно-давильном станке, который технически является формовкой с точением.

3. Формовка с растяжением

   Метод формовки с растяжением включает торможение заготовки в момент вытяжки. Чтобы избежать разрыва стенок, которые становятся тоньше, рекомендуется позаботиться о повышенной степени упрочнения при формовке. Показатель Md30(N) ставится на плюс при изготовлении более сложных форм. Например, при производстве посудомоечного стола, когда вытяжение двух чаш осуществляется одновременно.

СВАРКА

Сталь марки AISI 304 легко сваривается.

В настоящее время большой популярностью пользуется сталь, которая по американской классификации называется AISI 304. Очень часто в зарубежной литературе по металлургии можно встретить такое англоязычное название 304 stainless steel или сокращённо SS 304. Она относится к категории низкоуглеродистых нержавеющих антикоррозийных аустенитных сталей.

Состав и свойства

Эта сталь является аналогом стали российского производства марки 08Х8Н1. Поэтому по своему составу они очень близки. Основного элемента в ней – железа от 66 до 74 процентов. Остальное составляют так называемые легирующие добавки. К ним относятся: хром – около 20%, марганца – 2%, никеля — 8%, углерода – менее 8%. На базе этой стали в зависимости от находящегося в ней количества углерода были разработаны дополнительные две марки металла: с меньшим содержанием углерода – это AISI 304L, с повышенным содержанием — AISI 304 H. Российским аналогом первой марки является сталь 03Х18н11.

Наличие именно такого процентного содержания добавок и соответствующая обработка придают этому металлу столь необходимые и полезные свойства.

К полезным свойствам относятся:

• Продолжительная стойкость к повышенным или низким температурам. Полученный экспериментальным путём интервал допустимых температур составляет от минус 200 °С до плюс 650 °С.
• Высокая устойчивость к длительному воздействию агрессивных сред (солёной водой, кислотных и щелочных растворов). То есть хорошая антикоррозийная стойкость.
• Слабая намагниченность. Этого удаётся достичь за счёт создания специальной структуры и способов обработки.
• Прекрасная экологичность. Она позиционируется на международном рынке как материал категории Inox. Эту категорию она получила благодаря тому, что не впитывает ни какие вещества, в том числе и токсичные.
• Хорошо подвергается обработке.
• Высокая прочность при небольшом удельном весе.
• Большое сопротивление к эффекту оксидации.
• Почти идеальное предотвращение загрязнения продуктов, хранящихся в ёмкостях из этой стали.
• Прекрасная эстетичность и простота в очистке после применения посуды.
• Широкая область применения.

К дополнительным преимуществам можно отнести большой срок службы изделий, изготовленных из этого металла, низкие эксплуатационные затраты.

Серьёзных недостатков у этой стали нет. Существуют некоторые проблемы при обработке и эксплуатации в условиях высоких температур. Для всех аустенитных нержавеющих сталей при обработке в диапазоне температур от 425 °С вплоть до 820 °С проявляется эффект осаждения карбидов хрома. Такие стали становятся подвержены межкристаллической коррозии при помещении изделий в сильноагрессивные среды. Поэтому, этот эффект, так называемой «сенсибилизации» может проявляться в местах нагрева, например при сварке, в местах швов.

В России сталь марки 08Х18Н10 – аналог AISI 304, в Евросоюзе 1.4301. Следует отметить, что во многих странах существует своя система классификации.

Характеристики стали

Сталь AISI 304 имеет свои индивидуальные характеристики. Их можно разделить на три категории:

• физические;
• химические;
• механические.

Физические характеристики определяются следующими параметрами:

• плотность нержавеющей стали AISI 304 равна 7,78-7,93 г/см 3 ;
• температура плавления – 1450 °С;
• удельная теплоёмкость – 500 дж/кг×К;
• тепловое расширение – 15 ВТ/м×К;
• электрическое удельное сопротивление – 0,8 Ом×м 2 /м.

Эти характеристики определяют многие свойства этого металла.

Химические характеристики состоят из следующих показателей:

• процентное содержание различных элементов в составе материала;
• устойчивость стали к химическим реакциям при воздействии агрессивной среды;
• скорость естественного окисления (коррозия);
• способность к впитыванию и последующему выделению вредных веществ.

К механическим характеристикам относятся:

• прочность на сжатие (составляет 210МПа);
• прочность на разрыв (изменяется в пределах от 520 до 720 МПа);
• допустимый предел текучести (около 210 МПа);
• деформация на растяжение (примерно 45%);
• твердость по роквелу (достигает 70 единиц).

Металл выпускается в виде:

• листового проката (нержавеющий лист, декорированный лист);
• сортового проката (круг, квадрат, полоса, шестигранник и уголок);
• трубы (бесшовной, профильной, электросварной).

В строительстве для производства сборных металлоконструкций. В качестве примера можно привести арку длиной в 190 метров в городе Сент-Луис (США). Но это скорее исключение, чем правило. Чаще всего в строительной индустрии этот металл используют для отделки лифтовых кабин, эскалаторов. Рифлёный лист применяют для изготовления ступеней и лестниц. Труда используется для организации вентиляционных вытяжек, дымоходов. Для изготовления поручней, входных групп, поручней и ограждений применяются полированные трубы и прутки различной толщины.

Нержавеющая сталь AISI 304 применяется в химической, нефтяной и газовой промышленности. В химической промышленности её применяют для производства оборудования и резервуаров для хранения и транспортировки различных реактивов. Благодаря своему свойству сопротивляемости агрессивной среде в этих областях применяются трубы и специфическое оборудование. Примером такого оборудование может служить щелевые фильтры, в которых установлена проволока, для изготовления которой используется только марка стали AISI 304.

Из листа изготавливают ёмкости и резервуары различного назначения. Например, для холодильных, моющих, дезинфицирующих машин. Мебель для пищевых предприятий (столовых, кафе, баров и ресторанов) рабочие столы, стеллажи, шкафы, тумбочки. Благодаря своим хорошим свойствам по жаропрочности из листа производят элементы низкотемпературных печей.

Из сортового проката изготавливают:

• фланцы (плоские, воротниковые, свободные);
• пищевую арматуру;
• запорную арматуру (шаровые краны, различные клапаны);
• фитинги (отводы, тройники, переходы).

Большое распространение получили приборы и оборудование, изготовленное из этой стали в медицине и фармакологии. Для них изготавливают инструмент, отдельные виды оборудования, медицинскую мебель, различные имплантаты.

Пищевая нержавеющая сталь AISI 304 используется для изготовления различного бытового инвентаря. В их число входят столовые приборы, термостойкая посуда (кастрюли, сковороды, миски, тарелки), корпуса электрических кухонных агрегатов (кофемашин, кофемолок, чайников).

Применяемые стандарты и одобрения

AMS 5513
ASTM A 240
ASTM A 666

Классификация

сталь коррозионно-стойкая жаропрочная

Применение

• Предметы домашнего обихода
• Раковины
• Каркасы для металлоконструкций в строительной промышленности
• Кухонная утварь и оборудование для общепита
• Молочное оборудование, пивоварение
• Сварные конструкции
• Резервуары судовые и наземные танкеры для продовольствия, напитков и некоторых химических веществ

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

Основные характеристики

• хорошее общее сопротивление коррозии
• хорошая пластичность
• превосходная свариваемость

Химический состав (% к массе)

Механические свойства при высоких температурах

Все эти значения относятся к только AISI 304 .

Физические свойства

Сопротивление коррозии

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.

Кислотные среды

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).

Устойчивость к коррозии в кипящих химикалиях

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.

Тест на МКК (Межкристаллитную коррозию)

Сварка

• Сталь легко свариваемая.
• После сварки термическая обработка не требуется.
• Сварные швы должны быть механически или химически очищены от окалины, затем пассивированы.

Формовка

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).

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

*Limiting drawing ratio - предельный коэффициент вытяжки

Оценка фестонообразования

Гибка

Приближенные пределы изгиба:

• s < 3мм → мин r = 0
• 3мм < s < 6мм → мин r = ½ s, угол 180°
• 6мм < s < 12мм → мин r = ½ s, угол 90°

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.

Обработка

Отжиг

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.

Отпуск

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.

Травление (очистка поверхности)

• Смесь азотной кислоты и фтористоводородной/плавиковой кислоты (10 % HNO 3 + 2% HF) при комнатной температуре или 60°C
• Серно-азотная кислотная смесь (10 % H 2 SO 4 + 0.5 % HNO 3) при 60°C
• Паста для очистки от окалины в зоне сварки

Пассивация

• 20-25 % раствор HNO 3 при 20°C
• Пассивирующие пасты для зоны сварки