Сталь AISI 304
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.
Фланец воротниковый из стали 03Х18н11
Наличие именно такого процентного содержания добавок и соответствующая обработка придают этому металлу столь необходимые и полезные свойства.
К полезным свойствам относятся:
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 характеристики определяются следующими параметрами:
Физические свойства AISI 304
Эти характеристики определяют многие свойства этого металла.
Химические характеристики состоят из следующих показателей:
Химический состав AISI 304
К механическим характеристикам относятся:
Способы обработки
Сталь AISI 304 достаточно легко подвержена практически всем видам механической обработки: штамповке, формовке, прокату. Кроме этого она хорошо сверлится, режется, фрезеруется и шлифуется. Сталь хорошо подвергается глубокой вытяжке на прессе, а также холодной гибке и формовке. Для этого металла допустимый радиус изгиба зависит от толщины листа. Его вычисляют по формуле r=2×s. Где s — это толщина листа.
При термической обработке допускается: обжиг, отпуск. Для проведения обжига температура заготовки должна составлять 1050 °С. Допустимый интервал составляет 25 °С в обе стороны. После обжига производят быстрое охлаждение. Это позволяет придать металлу хорошие антикоррозийные свойства. После проведения процесса обжига обязательно проводят ещё два вида обработки: травление и пассивирование.
Процесс травления, то есть очистки поверхности, производится с помощью смеси двух кислот: азотной и фтористоводородной. Этот процесс производится при нагреве до 60 °С, а пассивация с помощью 20% раствора азотной кислоты с применением специальных паст, особенно для той зоны, где производилась сварка.
Отпуск производиться при более низкой температуре (450 — 600 °С) в течение 60 минут. Для сохранения технологии термической обработки необходимо помнить для нержавеющей стали время однородного прогревы в два раза выше, чем у углеродистой стали.
Детали или элементы конструкции, изготовленные из стали AISI 304 достаточно легко могут быть сварены. Это происходит благодаря хорошим показателям плавкости. Для этого можно использовать автогенную сварку без добавления присадочных материалов.
Область применения
Эта сталь применяется во многих отраслях промышленности: машиностроении и строительстве, в химической и пищевой промышленности, медицине и производстве бытовых инструментов. Иногда в обиходе эту сталь называют пищевой нержавейкой.
Резервуар из стали AISI 304
Металл выпускается в виде:
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.
Производство труб из стали AISI 304
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.
Лента монтажная из стали AISI 304
Из сортового проката изготавливают:
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.
Применение AISI 304 в пищевой промышленности
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).
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:
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:
Таблица зарубежных аналогов нержавеющей стали AISI 304
| Зарубежные аналоги марки стали AISI 304 (аналог 08Х18Н10) | ||
| США | AISI 304, 304H, S30400 | |
| Германия | 1.4301, 1.5301, X5CrNi18-10, X5CrNi18-9, X6CrNi18-9 | |
| Япония | SUS304 | |
| Франция | 304F00, X5CrNi18-10, Z4CN19-10FF, Z5CN17-08, Z6CN18-09, Z7CN18-09 | |
| Англия | 304S15, 304S11, 304S16, 304S17, 304S18, 304S25, 304S31 | |
| Евросоюз | 1.4301, X5CrNi18-10, X6CrNi18-10 | |
| Италия | X3CrNi18-10, X5CrNi18-10 | |
| Испания | F.3504, F.3551, X5CrNi18-10 | |
| Китай | 0Cr19Ni9, OCr18Ni9 | |
| Швеция | 2332, 2333 | |
| Польша | 0H18N9 | |
| Чехия | 17240 | |
| Австрия | X5CrNi18-10OS | |
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:
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.
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.
Нержавеющая сталь AISI 304, 304L, Deco
Нержавеющая сталь марки AISI 304, 304L широко используется при производстве различных видов металлопроката – из нее изготавливаются нержавеющие трубы, уголки, листы, ленты, шестигранники, круги и т.д. Повышенный спрос на нержавеющую сталь AISI 304, 304L обусловлен ее универсальностью, превосходными механическими свойствами и химическим составом, а также рядом других отличительных особенностей, в числе которых:
Аналоги aisi 304 и aisi 304L
Российскими аналогами aisi 304 являются марки стали 08Х18Н10 и 03Х18Н11 (по ГОСТ).
Область применения нержавеющей стали AISI 304, 304L.
Нержавеющая сталь AISI 304 используется во множестве областей деятельности человека, а ее отличная температурная стойкость и антикоррозийные свойства являются главными преимуществами перед другими марками стали. Перечислим лишь некоторые области применения нержавеющей стали марки AISI 304, 304L:
Дифференциация стали марки 304 AISI
В зависимости от сферы применения и необходимости последующей обработки при производстве нержавеющей стали марок AISI 304, 304L, Deco она может быть изготовлена в соответствии с определенными свойствами, например:
Сталь AISI 304 химический состав (ASTM A240)
Механические свойства при комнатной температуре
Для повышения механических свойств нержавеющей стали, в частности ее прочности, необходимо:
Нержавеющая сталь с повышенным содержанием азота в большинстве случаев используется при изготовлении транспортных контейнеров, больших резервуаров и других металлоконструкций, где требуется обеспечить высокую расчетную прочность при минимальной толщине стенок. Очень часто аустенитная сталь, отличающаяся повышенной прочностью, используется при производстве сварных нержавеющих труб, формовочных плит, опорных элементов металлических конструкций, цепей, планок и т.д.
Свойства нержавеющей стали AISI 304 при высоких температурах
Все значения, указанные в данной таблице, касаются только нержавеющей стали марки AISI 304. Прочность стали марок 304L, Deco при высоких температурах значительно отличается (при температуре более +425 °С).
| Rp m | 380 | 270 | 170 | 90 | 50 |
| Предел прочности (при растяжении), N/mm 2 | |||||
| Температура, °C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
Минимальные величины предела упругости при высокой температуре
| Rp1,0 | 120 | 80 | 50 | 30 | 10 |
| 1.0% пластичная деформация (текучесть), N/mm 2 | |||||
| Температура, °C | 550 | 600 | 650 | 700 | 800 |
Максимум рекомендованных температур обслуживания
Свойства нержавеющей стали 304 AISI, 304L AISI в низких температурах
| Температура, °C | Rp m | Предел прочности (при растяжении), N/mm 2 | Rp0,2 | Предел Упругости, (0.2 %), (условный предел текучести), N/mm 2 | Ударная вязкость, J |
| -78 | 1100/950 | 300/180 | 180/175 | ||
| -161 | 1450/1200 | 380/220 | 160/160 | ||
| -196 | 1600/1350 | 400/220 | 155/150 | ||
Сопротивление коррозии
В таблице приведены только общие значения сопротивления нержавеющей стали различным типам кислот. Точные показатели сопротивляемости зависят от конкретных свойств стали.
| Температура, °C | Концентрация, % к массе | Серная кислота | Азотная кислота | Фосфорная кислота | Муравьиная кислота |
| 20 | 10 | 2 | 0 | 0 | 0 |
| 20 | 2 | 0 | 0 | 0 | |
| 40 | 2 | 0 | 0 | 0 | |
| 60 | 2 | 0 | 0 | 0 | |
| 80 | 1 | 2 | 0 | 0 | |
| 100 | 0 | 0 | 2 | 0 | |
| 80 | 10 | 2 | 0 | 0 | 0 |
| 20 | 2 | 0 | 0 | 1 | |
| 40 | 2 | 0 | 0 | 2 | |
| 60 | 2 | 0 | 0 | 2 | |
| 80 | 2 | 1 | 1 | 1 | |
| 100 | 2 | 2 | 2 | 0 |
Код: 0 = высокая степень защиты (скорость коррозии не превышает 100 mm/год); 1 = частичная защита (скорость коррозии составляет от 100m до 1000 mm/год); 2 = non resistant – (скорость коррозии превышает 1000 mm/год).
Атмосферные воздействия
В таблице указаны значения коррозии для нержавеющей стали марки AISI 304, а также сравнение их с другими металлами при схожих атмосферных воздействиях за определенный период времени (в данном случае показатели указаны при атмосферных воздействиях на протяжении 10 лет).
| Окружающая среда | Сельская | Морская | Индустриальная Морская | |
| Скорость коррозии (mm/год) | AISI 304 | 0.0025 | 0.0076 | 0.0076 |
| Aлюминий-3S | 0.025 | 0.432 | 0.686 | |
| углеродистая сталь | 05.авг | 34.0 | 46.2 | |
Тепловая обработка нержавеющей стали:
Отжиг.
Отжиг нержавеющей стали, для обеспечения хороших антикоррозийных свойств, осуществляется при высоких температурах – от +1010 °C до +1120 °C, после чего сталь быстро охлаждается путем быстрого отпуска в воде или воздухе. Оптимальная температура обжига для достижения максимального сопротивления коррозии +1070 °C.
Отпуск (снятие напряжения).
Снятие напряжения для нержавеющей стали марки 304L AISI осуществляется на протяжении одного часа при температурах от +450 до +600 °С. Минимальная температура отпуска не должна снижаться до отметки в +400 °С.
Горячая обработка (интервал ковки).
Горячая обработка нержавеющей стали должна осуществляться при температуре от +1150–1260 °C и заканчиваться температурами в диапазоне от +900 до +925 °C. Отжиг нержавеющей стали при выполнении горячей обработки является обязательным. При выполнении горячей обработки нержавеющей стали важно помнить, что ее однородный прогрев до заданной температуры занимает значительно больше времени, чем прогрев углеродистых сталей.
Холодная обработка нержавеющей стали:
Нержавеющая сталь марок 304 AISI и 304L AISI является очень востребованной во многих областях промышленности, строительства и других сферах деятельности человека благодаря своей повышенной прочности, пластичности и упругости.
Существует несколько разновидностей холодной обработки нержавеющей стали – глубокая и ротационная вытяжка, формовка, растяжение и изгиб.
Для формовки нержавеющей стали возможно использование машин и инструментов, которые применяются при обработке углеродистой стали, но при этом важно помнить, что подобная сталь имеет повышенную степень упрочнения, поэтому требуется прикладывать значительно больше силы.
Гибка нержавеющей стали AISI 304.
Пределы изгиба листов нержавеющей стали зависят от толщины листов (S) и радиуса изгиба (R):
Использование декоративной стали позволяет существенно сэкономить на приобретении других отделочных материалов и при этом создать оригинальный дизайн интерьера или экстерьера на долгие годы.