Нержавеющая сталь aisi 304 аналог. Нержавеющая сталь

Информационная статья

В этой статье мы разбираемся, чем же друг от друга отличаются нержавеющие стали AISI 304 и 430, почему одна дешевле, а другая дороже. Вы узнаете как отличить эти стали при покупке банной печи, чтобы вас не обманули и под видом настоящей нержавейки не продали обычную печь для бани из AISI 430 стали.

На рынке банных печей много различных моделей, при изготовлении которых используется нержавеющая сталь, но не всякая нержавеющая сталь одинаково хороша. Давайте попробуем разобраться, чем же друг от друга отличаются нержавеющие стали. Возьмем за пример самые распространенные стали AISI 430 (17Х18 по ГОСТ) и AISI 304 (12X18H10 по ГОСТ).

Многие производители банных печей используют в производстве именно сталь AISI 430, так как по таблице жаростойкости она выше. Использование этой стали также оправдано и её относительно невысокой ценой, по сравнению со сталью AISI 304. Сталь AISI 304 же обладает чуть меньшей жаростойкостью, по сравнению с AISI 430, но это её единственное незначительное отличие. Так как есть более важные показатели, которые напрямую влияют на работу и долговечность изделия.

Для начала давайте узнаем поподробнее, что же это за стали.

Нержавеющая жаропрочная (аустенитная) сталь AISI 304 (INOX)

Жаропрочность – это способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах.

Основными жаропрочными аустенитными сталями являются хромоникелевые стали. Стали содержат 15…20 % хрома и 10…20 % никеля. Обладают жаропрочностью и жаростойкостью, пластичны, хорошо свариваются.

Марка стали AISI 304 (INOX) - относится к хромоникелевому классу низкоуглеродистых высоколегированных сталей. Высокое содержание хрома и никеля определяет превосходные прочностные и антикоррозионные свойства, востребованные повсеместно – их определяют, как универсальные. Именно поэтому данный сплав относится к числу наиболее применяемых.

В системе ГОСТ данной марке соответствует 12X18H10 сталь.

Основные качества, дающие преимущества именно AISI 304: устойчивость к окислению и к повышенной температуре, повышенная надежность сварных швов из-за хорошей свариваемости.

AISI 304 обладает такими эксплуатационными свойствами как:

• Кислотоустойчивость. Устойчивость к агрессивным воздействиям техногенного или природного характера.
• Жаропрочность. Способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах.
• Жаростойкость. Способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в течение длительного времени (до 850 o C).
• Слабые магнитные свойства. Они достигаются за счет структуры материала и способа его обработки. Сталь AISI 304 не магнитится.
• Экологичность. Производители AISI 304 позиционируют данный материал, также называемый Inox, как пищевую нержавеющую сталь. В ней не содержится токсических веществ.

Нержавеющая жаростойкая (ферритная) сталь AISI 430

Жаростойкость (окалиностойкость) – это способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в течение длительного времени.

Если изделие работает в окислительной газовой среде при температуре 500..550 o C без больших нагрузок, то достаточно, чтобы они были только жаростойкими (например, отдельные детали нагревательных печей). Являясь экономлегированной и коррозионностойкой сталь AISI 430 обладает хорошей стойкостью к образованию окалины до температуры 850-900 o C , сохраняя свои полезные эксплуатационные свойства.

Для повышения жаростойкости в состав стали вводят элементы, которые образуют с кислородом оксиды с плотным строением кристаллической решетки (хром, кремний, алюминий).

В системе ГОСТ данной марке соответствует сталь 17Х18.

AISI 430 обладает такими эксплуатационными свойствами как:

• Жаростойкость. Способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в течение длительного времени (до 900 o C).
• Экологичность. В ней не содержится токсических веществ.

Сравнение нержавеющих сталей AISI 304 и 430

Сталь AISI 430 при большей жаростойкости является более хрупкой и плохо поддается сварке. Чтобы её качественно сварить требуется специальная сложная технология и точное её соблюдение на всех этапах работы. Эта сталь в основном используется в декоративных целях. Сварные конструкции из нее очень хрупкие и самым слабым местом всегда будет сварочный шов.

Эта сталь AISI 430 обладает более низкой кислотостойкостью, по сравнению с 304 нержавейкой, и при работе в жестких условиях воды, сажи и конденсата постепенно приходит в негодность, поэтому, например, дымоходные трубы из такой стали все равно прогорают. Их просто разъедает получаемая в результате работы печи кислота. Также, сталь AISI 430 магнитится, что легко ее выдает при любой проверке магнитом. Так вы легко сможете определить какая нержавеющая сталь перед вами – AISI 430 или настоящая немагнитная нержавейка AISI 304.

Сталь AISI 304 (INOX) – это жаропрочная сталь и не боится высоких температур при работе банной печи. Она прекрасно сваривается благодаря более качественному составу стали и высокому содержанию никеля. Никель – очень дорогой металл, но при его высоком содержании в нержавеющей стали она приобретает повышенную прочность и стойкость к перепадам температур, а также приобретает отличную свариваемость. Именно благодаря никелю данная сталь теряет свои магнитные свойства.

Также нержавеющая сталь AISI 304 устойчива к химическим и кислотным воздействиям, не выделяет вредных или токсичных веществ. Поэтому данная сталь в основном используется в пищевой и медицинской промышленности и входит в разряд пищевой нержавейки.

Сталь AISI 304 является более дорогой по сравнению со сталью AISI 430 из-за применения более качественных и дорогих сплавов никеля и хрома в большом количестве.

Печи из такой нержавейки могут использоваться постоянно и при этом смогут прослужить практически вечно. Поэтому, такие печи рекомендованы производителем ERMAK для использования даже в коммерческих банях с гарантией до 5 лет.«Премиум» и «Люкс» уже используется при изготовлении топки и всех дымовых каналов нержавеющая сталь AISI 304 (INOX), из-за этого и цена печей сильно отличается.

Поставив себе такую печь из настоящей нержавейки , можно будет забыть о проблемах навсегда и просто наслаждаться качеством банных процедур и расслабляться.

Как выбрать банную печь из настоящей нержавейки? Как отличить её от обычной жаростойкой стали? Достаточно воспользоваться магнитом. Топка печи из настоящей жаропрочной нержавейки не будет магнититься! До 90% печей на рынке под видом нержавейки продаются из обычной жаростойкой стали. Не дайте себя обмануть!

Марка AISI304 является наиболее универсальной и наиболее широко используемой из всех марок нержавеющих сталей. Её химический состав, механические свойства, свариваемость и сопротивление коррозии/окислению обеспечивает лучший выбор в большинстве Приложений за относительно низкую цену. Эта сталь также имеет превосходные низко-температурные свойства. Если межкристаллическая коррозия происходит в зоне высоких температур, так же рекомендуется ее применение.

Область применения

304 используется во всех индустриальных, коммерческих и внутренних областях из-за ее хорошей антикоррозийной и температурной устойчивости. Вот некоторые ее применения:

• Резервуары(Танки) и контейнеры для большого разнообразия жидкостей и сухих веществ;
• Промышленное оборудование в горнодобывающей, химической, криогенной, пищевой, молочной и фармацевтических отраслях промышленности.

Дифференциация марки 304

При производстве стали могут быть заданы следующие особые свойства, что предопределяет ее применение или дальнейшую обработку:

• Улучшенная свариваемость
• Глубокая вытяжка, Ротационная вытяжка
• Формовка растяжением
• Повышенная прочность, Нагартовка
• Жаростойкость C, Ti (углерод, титан)
• Механическая обработка

Химический Состав (ASTM A240)

Типичные Свойства в Отожженном Состоянии

Свойства, указанные в этой публикации типичны для производства одного из заводов и не должны быть расценены как гарантируемые минимальные значения для целой спецификации.

1. Механические Свойства при комнатной температуре

При необходимости, прочность аустенитной стали можно повысить следующим образом:

• добавлением в сталь азота (напр.,304LN)
• формоупрочнением стали на заводе (неоднократной дрессировочной прокаткой; нагартовкой; растяжением; давлением)

Азотированная нержавеющая сталь используется, в частности, в таких объектах как крупные резервуары, колонны и транспортные контейнеры, в которых более высокая расчетная прочность (Rp0,2) стали позволяет уменьшить толщину стенки и добиться экономии в расходах на материалы.

Другими областями применения аустенитной стали, подвергнутой формоупрочнению, служат, например, различные формовочные плиты для производства транспортных средств, сварные трубы, обручи для кегов, цепи, планки и опорные элементы.

2. Свойства при высоких температурах

Все эти значения относятся к 304 только. Для 304L значения не приводятся, потому что её прочность заметно уменьшается выше 425oC.

Предел прочности при повышенных температурах

Минимальные величины Предела Упругости при высокой температуре (деформация в 1 % за 10 000 часов)

Непрерывное воздействие 925 o C
прерывистые воздействия 850 o C

3. Свойства в низких Температурах (304 / 304L)

4. Сопротивление Коррозии

4.1 Кислотные среды

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

Код:
0 = высокая степень защиты - Скорость коррозии менее чем 100 mm/год
1 = частичная защита - Скорость коррозии от 100m до 1000 mm/год
2 = non resistant - Скорость коррозии более чем 1000 mm/год

4.2 Атмосферные воздействия

Сравнение 304-й марки с другими металлами в различных окружающих средах (Скорость коррозии рассчитана при 10-летнем подвергании).

5. Тепловая Обработка

1. Отжиг.

Высокая температура от 1010 o C до 1120 o C и быстрый отпуск (охлаждение) в воздухе или воде. Лучшее сопротивление коррозии получено, когда отжиг при 1070 o C, и быстром охлаждении

2.Отпуск (Снятие напряжения).

Для 304L - 450-600 o C в течение одного часа с небольшим риском сенситизации. Должна использоваться более низкая температура отпуска - 400 o C максимум.

3. Горячая обработка(интервал ковки)

Начальная температура: 1150 - 1260 o C
Конечная температура: 900 - 925 o C

Любая горячая обработка должна сопровождаться отжигом.

Обратите внимание: Время для достижения однородности прогрева дольше для нерж. сталей чем для углеродистых сталей - приблизительно в 12 раз.

6. Холодная Обработка

304 / 304L являясь чрезвычайно прочной, упругой и пластичной, с легкостью находит множество применений. Типичные действия включают изгиб, формовку растяжением, глубокую и ротационную вытяжку.

В процессе формовки можно использовать те же машины и чаще всего даже те же инструменты как 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.

1. О гибке

Приближенные пределы изгиба получают, когда s=толщина листа и r=радиус изгиба:

• s < 3мм, мин r = 0
• 3мм < s < 6мм, мин r = 0,5 х s, угол гибки 180º
• 6мм < s < 12мм, мин r = 0.5 х s, угол гибки 90º

Обратное распрямление больше, чем у углеродистой стали, ввиду чего.При загибе обычного прямого угла на 90º получаем следующие показатели по выправлению:

r = s обратное распрямление ок.2º
r = 6 х s обратное распрямление ок.4º
r = 20 x s обратное распрямление ок.15º

Для аустенитной нержавеющей стали минимальный рекомендуемый радиус гибки составляет r = 2 x s.

Следует заметить, что для ферритной нержавеющей стали рекомендуют следующие минимумы:
s < 6 мм → мин r = s, 180º
6 < s < 12мм → мин r = s, 90º

2. Глубокая вытяжка и ротационная вытяжка

При чистой глубокой вытяжке на прессе заготовку не подвергают, а материалу дают свободно течь в инструментах. На практике такое имеет место очень редко. Например, при вытяжке хозяйственной посуды всегда присутствует также элемент формовки с растяжением.

Материал, подвергаемый глубокой вытяжке, должен быть максимально стабильным, т.е. он должен обладать низкой степенью упрочнения при формовке, а показатель Md 30(N) должен явно быть. В отношении нержавеющих столовых приборов применяются обычно те же самые т.н. суб-анализы нержавеющего проката, как и при изготовлений кастрюль методом глубокой вытяжки.

Ротационная вытяжка на токарно-давильном станке, как говорит уже само название, представляет собой процесс формовки с точением. Типичными объектами применения являются ведра и аналогичные конусные изделия симметричного вращения, которые обычно не подвергают полировке.

3. О формовке с растяжением

В процессе формовки с растяжением заготовку подвергают во время вытяжки. Стенки становятся более тонкими и во избежание разрывов для стали желательно предусмотреть свойства повышенного упрочнения при формовке. При выполнении более сложных операций (например, из заготовки посудомоечного стола вытягивают одновременно по две чаши), показатель Md 30(N) стали должен явно быть.

7. Сварка

Свариваемость - очень хорошая, легко свариваемая.

Обычно тепловая обработка после сварки не требуется. Однако, где существует риск межкристаллитной коррозии, производят дополнительное отожжение при 1050-1150°С. Для марок 304L (низкий углерод) или 321 (стабилизация Ti) это условие - предпочтительно (Нагрев шва до 1150°С с последующим быстрым охлаждением). Сварочный шов механическим и химическим способом должен быть очищен от окалины и затем пассивирован травильной пастой

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

Стали марок AISI 304 и 304L (по американскому классификатору ASTM A240) и их прямые российские аналоги 08Х18Н10 и 03Х18Н11 (по ГОСТ) являются самыми распространёнными и наиболее универсальными хромоникелевыми высоколегированными коррозионностойкими аустенитными сталями, находящими применение практически во всех отраслях материального производства, как в государствах СНГ, так и по всему миру. Популярность и востребованность этой стали обусловлены, при демократичной цене, её отличной стойкостью к окислению и коррозии, хорошей свариваемостью, уникальным сочетанием механических свойств и особенностями химического состава. В связи с тем, что межкристаллическая коррозия AISI 304 идёт только при высокотемпературном нагреве, эту марку особо рекомендуется использовать в условиях пониженных и сверхнизких температур. Сталь AISI великолепно полируется и надолго сохраняет эстетичный вид, что очень важно при изготовлении из неё архитектурных, строительных и дизайнерских конструкций, предметов интерьера и металлической мебели.

Основные сферы применения стали AISI 304

Трудно найти современную область деятельности, где бы в той или иной степени не применялась сталь AISI 304 или 0818Н10. Из неё, в частности, повсеместно изготавливают:

• контейнеры, тару и резервуары для хранения и перевозки всевозможных сыпучих веществ и жидкостей;
• приёмники и оборудование для производства и транспортировки агрессивных химических реактивов и лекарственных препаратов;
• детали и элементы установок по производству жидких и пастообразных продуктов питания (кремов, кваса, вина, молока и пр.), а также для их транспортировки;
• оборудование для бурения скважин и укрепления шахтных выработок;
• варочное кухонное оборудования и бытовые столовые принадлежности.

Кроме того, AISI 304 служит основным материалом для многих единиц лабораторных научных приборов, криогенных агрегатов, формовочных плит, опорных элементов и т. п.

Химический состав и дифференциация стали марки AISI 304

Стандарт ASTM A240 регламентирует химический состав стали AISI 304 следующим образом:

• углерод - не более 0,08% (AISI 304L - 0,03%);
• марганец - не более 2%;
• фосфор - не более 0,45%;
• сера - не более 0,03%;
• кремний - не более 0,75%;
• хром - 18,0 - 20,0%;
• никель - 8,0 - 10,5% (AISI 304L - до 12%);
• азот - 0,1%.

Высокие антикоррозионные показатели AISI 304 связаны с присутствием на поверхности материала тонкой плёнки оксида хрома. А поскольку эта сталь имеет абсолютно однородную структуру по всей толщине, все детали и материалы из неё (листы, прутки,труба профильная, фасонные заготовки) даже при повреждениях верхнего слоя продолжают сохранять прежнюю устойчивость к коррозии. Разрушенная оксидная плёнка моментально восстанавливается, не допуская распространения повреждения. Аналогичный процесс идёт и в нержавеющих конструкциях, находящихся под атмосферным воздействием. Постоянные перепады температур ведут к появлению микротрещин, в которых тут же формируется защитный слой. Это свойство стали AISI 304 позволило изготавливать из неё надёжные ёмкости, перила наружных лестниц и балконов, плавательные бассейны и многое другое. Гарантированная долговечность таких изделий - не менее 150 лет.

Наличие в составе AISI 304 большого количества никеля даёт этой марке стали важное преимущество перед безникелевыми аналогами (AISI 430 и др.). Поскольку температура плавления никеля гораздо выше, чем хрома, он остаётся в структуре металла даже при термическом воздействии (например, в процессе сварки), тогда как хром почти полностью выгорает. Сохраняясь в сварном шве, никель обеспечивает его прочность и дополнительную коррозионную стойкость.

Сталь AISI 304 от многих других нержавеющих сталей отличается возможностью дифференциации. Это означает, что в процессе производства материала ему могут быть приданы некоторые специфические свойства, связанные с конкретной областью его последующего применения или требуемым характером обработки. Посредством варьирования состава стали (в пределах установленных норм) можно обеспечивать ей:

• более высокую свариваемость;
• способность к глубокой и ротационной вытяжке;
• способность к формовке растяжением;
• повышенную прочность, нагартовку;
• дополнительную жаростойкость;
• особую пригодность к отдельным видам механической обработки.

Как любая аустенитная сталь, AISI 304 может быть, при необходимости, дополнительно упрочнена либо добавлением в её состав азота (модификация 304LN), либо одним из заводских технологических методов формоупрочнения (нагартовкой, давлением, многократной дрессировочной прокаткой или растяжением).

Процесс азотирования наиболее приемлем к сталям, предназначенным для изготовления крупных объектов нефтегазовой и химической промышленности (транспортных контейнеров, колонн, резервуаров). В этом случае, при более высокой расчётной прочности металла, возможно уменьшение толщины стенок и тем самым - достижение существенной экономии затрат на материалы.

Аустенитые нержавеющие стали, прошедшие формоупрочнение, применяются для производства деталей и элементов, несущих механическую нагрузку - сварных труб, формовочных плит для автотракторной промышленности, обручей для кегов, строительной арматуры, планок, цепей, ограждений и т. д.

Сталь AISI 304 (08Х18Н10), в отличие от 400-й группы «нержавеек» (аналогов 12Х17), не обладает магнитными свойствами, что в определённых случаях бывает очень важным в её практическом применении. Однако, это качество - лишь следствие особой внутренней структуры металла, оно никоим образом не отражается на его химической и коррозионной стойкости, прочностных характеристиках и технологичности в обработке.

Важнейшие эксплуатационные свойства и технологичность AISI 304

К основным эксплуатационным качествам стали AISI 304, определяющим её применяемость и технологичность, относятся следующие её свойства:

1. Устойчивость к высоким и низким температурам.

С увеличением температуры предел прочности AISI 304 снижается. Особенно заметно это проявляется при нагреве материала свыше 425 град. С. Так, если при 600 град. С этот параметр равен 380 N/mm2, то при 800 град. С - уже 170 N/mm2, а при 1000 град. С - всего 50 N/mm2. По этому же алгоритму падает и предел упругости.

• при непрерывном воздействии - 925 град. С;
• при прерывистом воздействии - 850 град. С.

Снижение рабочей температуры до сверхнизких величин ведёт к серьёзному повышению прочности стали: при -78 град. С предел прочности равен 1100 N/mm2, при -161 град. С - 1450 N/mm2, а при -196 град. С - 1600 N/mm2. Несколько увеличивается, хотя и не в такой степени, и предел упругости материала, ударная вязкость при этом ухудшается.

2. Стойкость к коррозии.

Сталь AISI 340 показывает хорошую устойчивость к воздействию большинства кислот (за исключением серной). При атмосферном воздействии по коррозионностойкости она существенно превосходит алюминий и. тем более, обычную углеродистую сталь. Так, в сельских условиях десятилетняя скорость коррозии AISI 340 составляет 0,0025 (алюминия - 0,025, углеродистой стали - 5,8), а в индустриальных морских - 0,0076 (алюминия - 0,686, углеродистой стали - 46,2).

3. Тепловая обработка материала.

• Отжиг.

Оптимальная температура отжига AISI 304 - от 1010 до 1120 град. С. Наиболее идеальные условия для этой технологической операции - температура 1070 град. С и последующее быстрое охлаждение (или отпуск).

• Отпуск.

Отпуск стали 304 лучше всего вести 1 час при температуре от 450 до 600 град. С. Если имеется необходимость избежать сенситизации, рабочую температуру следует снизить до 400 градусов.

• Горячая обработка (ковка).

Ковку AISI 304 или её другую горячую обработку необходимо вести при начальной температуре 1150 - 1260 град. С и конечной - 900 - 925 град. С. При этом отжиг заготовки обязателен. Чтобы добиться однородности прогрева, следует учитывать, что такая однородность у стали AISI 304 достигается в 12 раз медленнее, чем при прогреве углеродистых сталей.

4. Холодная обработка.

Сталь AISI 304 и её модификация 304L, благодаря хорошей пластичности и высоким прочностным качествам, легко поддаются холодной обработке. К типичным видам такой обработки относятся изгиб, вытяжка (ротационная и глубокая) и формовка растяжением. Для операции формовки, в принципе, можно применять то же оборудование и тот же инструмент, что и для углеродистых сталей, однако поскольку аустенитные стали в ходе этого процесса дополнительно упрочняются, здесь необходимы механические усилия в полтора - два раза выше.

• Гибка.

Пределы изгиба при различной толщине листа AISI 304 различны. При толщине до 3 мм минимальный радиус изгиба может быть практически нулевым, при большей толщине - равным половине толщины листа. Угол гибки - 180 град. при толщине 3 - 6 мм и 90 град. при толщине 6 - 12 мм. Обратное распрямление у аустенитных сталей больше, чем у углеродистых. Поэтому, заготовку следует слегка «перегибать» (при загибе на прямой угол перегиб может составлять от 2 до 25 градусов, в зависимости от соотношения радиуса и толщины листа). Рекомендуемый минимальный радиус гибки стали 304 - двойная толщина листа.

• Глубокая и ротационная вытяжка.

Используя пресс, при глубокой вытяжке материалу позволяют свободно течь, не подвергая заготовку торможению. Но при вытяжке изделий с точными размерами чаще всего применяют формовку с растяжением (торможением), в этом случае желательно предусмотреть процесс упрочения, совмещённый с формовкой.

Ротационная вытяжка ведётся на токарно-давильном оборудовании и, по сути, является формовкой с точением. Этим методом обычно формуются изделия симметричного вращения (вёдра и т. п.), которые не требуют последующей полировки.

5. Свариваемость.

Сталь AISI 304 может легко свариваться любым современным методом. Последующая термическая обработка шва не нужна. Но во избежание риска межкристальной коррозии, полезно провести дополнительный отжиг при температуре 1050 - 1150 град. С с быстрым последующим охлаждением. Остывший сварочный шов следует очистить от окалины и пассировать (обработать травильной пастой).

Коррозионностойкая сталь является высокохромистой сталью: она легирована также никелем, титаном и другими примесями.

Высокохромистые стали коррозионностойки в менее агрессивных средах (например, атмосфера, растворы солей, слабые кислоты). Марки этой стали: 1Х13Н3, 1Х17Н2, 1Х11МФ и др.

Хромоникелевые легированы титаном, молибденом, ниобием и другими примесями. Она имеет очень высокую коррозионную стойкость в любой среде, включая кислоты: концентрированную серную и азотную. Она также относится к высокохромистой с большим содержанием никеля. Важнейшие марки этой стали: 0Х18Н11, 0Х18Н12Т, 00Х18Н10, Х15Н9Ю, Х17Н13М2Т и др.

В марках сталей, имеющих впереди нуль, содержание углерода не превышает 0,08%, а в марках сталей, имеющих впереди два нуля, содержание углерода не превышает 0,04%.

Области применения нержавеющей стали в промышленности

Современная прогрессивная техника, связанная с работой деталей и механизмов в условиях действия высоких температур, газов и больших нагрузок, базируется на применении жаропрочной и окалиностойкой стали и сплавов. Обычная углеродистая сталь при нагреве до 400-500°С, кроме того, что химически разрушается, еще и теряет прочность.

Окалиностойкостью называется способность металла сопротивляться окислению при действии высоких температур и небольших нагрузок.

Жаропрочностью называется способность металла сохранять прочность и не окисляться под действием высоких температур при повышенных нагрузках.

Жаропрочность и окалиностойкость связаны между собой. Жаропрочная сталь должна быть обязательно окалиностойкой. Камеры сгорания, чехлы к термопарам делают из окалиностойкой стали, а лопатки газовых и паровых турбин, детали реактивных двигателей - из жаропрочных сталей и сплавов.

Важнейшие легирующие примеси в окалиностойкой стали - алюминий, кремний, хром. При содержании 10-13% хрома сталь окалиностойка до 750°С, при 15-17% хрома окалиностойкость увеличивается до 800-900°С, а при 25% хрома - до 1000°С.

Кроме сталей широко применяются сплавы, обладающие наряду с высокой окалиностойкостью еще и высоким электросопротивлением. Эти сплавы получили широкое распространение в электротехнике, так как основой их является не никель, а железо, и поэтому они очень экономичны. Важнейшие из этих сплавов - фехраль и хромаль. Фехраль имеет следующий состав: 0,12% С, 4-5% Cr,4-5% Al, остальное - Fe. Хромаль содержит 26% Cr, 5% Al, остальное - Fe.

Стали 15Х11МФ, 13Х14Н3В2ФР, 09Х16Н15М3Б и другие применяют для изготовления пароперегревательных устройств, лопаток паровых турбин, трубопроводов высокого давления. Для изделий, работающих при более высоких температурах, используются стали 15Х5М, 16Х11Н2В2МФ, 12Х18Н12Т, 37Х12Н8Г8МБФ и др.

Жаростойкие стали способны сопротивляться окислению и окалинообразованию при температурах 1150 - 1250 °С. Для изготовления паровых котлов, теплообменников, термических печей, аппаратуры, работающей при высоких температурах в агрессивных средах используются стали марок 12Х13, 08Х18Н10Т, 15Х25Т, 10Х23Н18, 08Х20Н14C2, 1Х12МВСФБР, 06Х16Н15М2Г2ТФР-ИД, 12Х12М1БФР-Ш.

Теплоустойчивые стали предназначены для изготовления деталей, работающих в нагруженном состоянии при температуре 600°С в течение длительного времени. К ним относятся: 12Х1МФ, 20Х3МВФ, 15Х5ВФ, 12Х2МФСР.

Хладостойкие стали должны сохранять свои свойства при температурах минус 40 - минус 80°С. Наибольшее применение имеют стали: 20Х2Н4ВА, 12ХН3А, 15ХМ, 38Х2МЮА, 30ХГСН2А, 40ХН2МА и др.

Таблица соответствия EN, AISI, ГОСТ

Виды поверхностей