Нержавеющая сталь AISI 304: характеристики, российский аналог

AISI 304 – универсальная и широко применяемая нержавеющая сталь с высокими антикоррозийными свойствами. Она обладает отличными характеристиками для штамповки и сварки. Сбалансированная аустенитная структура позволяет выдерживать высокие температуры без изменений свойств металла. Часто применяется в нефтехимии, для изготовления термостойкой посуды, элементов котлов и дымоходов, крепёжных и других изделий.

AISI 304: характеристики

Качество стали характеризуется её составом. В данном случае базовым элементом является железо (Fe), составляющее 66,3-74 % от общей массы. Содержание основных легирующих элементов хрома (Cr) и никеля (Ni) в минимальном количестве составляет 18-20 % и 8-10,5 % соответственно. Присадки обеспечивают её высокую коррозионную стойкость и кислотостойкость, в том числе при непродолжительном воздействии повышенных температур до 800-900 °C. Значительное содержание цветных сплавов придаёт немагнитные свойства стали AISI 304.

Механические характеристики:

• Деформация растяжения – минимум 45 %.
• Прочность на разрыв составляет 505 Мпа.
• Предел текучести – минимум 215 Мпа.
• Прочность на сжатие – в пределах 210 Мпа.

Применение

Благодаря широкому перечню полезных качеств – термической, кислотной и коррозионной стойкости – нержавеющая сталь AISI 304 стала невероятно популярной у производителей металлопродукции различного назначения. Материал хорошо поддаётся механической обработке, гибке и формовке. При сварке тонких срезов не требуется отжиг. Поэтому металл применяется для изготовления различных компонентов в промышленности, архитектуре, транспортной сфере.

Из AISI 304 изготавливают:

• Оборудование для пищевой промышленности, производства алкоголя, хранения и переработки молочных продуктов.
• Пищевые нержавеющие трубы.
• Термостойкую посуду (миски, сковороды, кастрюли), кухонные бытовые приборы, столовые приборы (вилки, ложки, ножы и т. д.), оборудование для предприятий общественного питания.
• Холодильное оборудование.
• Оснастку, узлы и агрегаты для предприятий химической, фармацевтической, косметической промышленности.
• Теплообменники.
• Строительные металлоконструкции. Например, из неё сделана 190-метровая арка в г. Сент-Луис (США).

Труба AISI 304 очень хорошо поддаётся сварке, что позволяет широко её применять в производстве сварных конструкций (баков, ёмкостей), а также для изготовления электросварных нержавеющих труб. Наибольший объём сталей этой марки используется в нефтехимии благодаря сопротивляемости агрессивным средам.

Аналоги

По составу и физико-химическим свойствам наиболее соответствует стали AISI 304 российский аналог 08Х18Н10 (прежнее обозначение 0Х18Н1). В нём допускается чуть меньшее содержание хрома (17-19 %), и чуть большее никеля (9-11 %). По классификации Евросоюза, фактическим аналогом является марка 1.4301 DIN (X5CrNi18-1).

Различают два подкласса марки AISI: 304 H и 304 L. У первого содержание углерода повышено, у второго – понижено. Сталь 304 L близка по характеристикам к российской 03Х18Н11.

Особенности

Марка стали AISI 304 представляет собой отличную комбинацию коррозионной стойкости и технологичности. Такое сочетание свойств является причиной широкого применения данного сплава. Например, в США на тип 304 приходится почти половина из общего производства нержавеющих сталей. Новая технология АОТ позволяет без существенных затрат получать сплав с пониженным содержанием углерода, что расширяет область применения материала.

Подтип 304 L используется для сварных изделий, которые могут подвергаться воздействию факторов, провоцирующих межкристаллитную коррозию. Также существует улучшенная модификация 304 Since, которая отличается повышенной прочностью при сохранении высокого уровня пластичности (относительное удлинение) по сравнению с типичным сплавом AISI 304. Российский аналог обладает теми же свойствами. Особенностями марки являются:

• Устойчивость к коррозии.
• Сопротивление к оксидации.
• Высокая прочность при малом весе.
• Хорошая прочность и твёрдость при криогенных температурах.
• Предотвращение загрязнения хранимых в ёмкостях продуктов.
• Внешняя красота изделий и лёгкость очистки.
• Широкая область применения.

Термические и коррозионные свойства

Одной из самых термически и коррозионностойких является сталь AISI 304. Характеристики состава позволяют длительно противостоять окислительным процессам при воздействии температур до 925 °C. По мере снижения температуры стойкость к коррозии понижается. Если при 870 °C она достаточно высокая, то уже в пределах 425-860 °C длительное пребывание в жидкостной среде нежелательно. В данном случае применяют подтип AISI 304L, так как он устойчив к выделению карбидов. Сталь AISI 304H применяют, когда необходимо достичь высокой прочности в диапазоне 500-800 °C.

В целом «нержавейка» хорошо противостоит агрессивным средам. Например, лист AISI 304 устойчив к щелевой и питтинговой (точечной) коррозии даже в высокоактивных средах, содержащих хлориды. Если металл находится под напряжением, то превышение температуры свыше 60 °C может спровоцировать образование микротрещин.

Сварка

Аустенитные нержавеющие стали, к которым относится AISI 304, считаются наиболее пригодными для сварки благодаря высокой плавкости. Однако при данной процедуре необходимо сохранить устойчивость к коррозии и предотвратить растрескивание.

В зависимости от метода сварки применяют различные технологии. При использовании автогена «нержавейка» хорошо сплавляется без использования дополнительных присадок. Если, например, сваривается труба AISI 304 электрическим способом, присадку и электрод желательно использовать из стали AISI 308. Присадочный материал можно делать из российской стали 04Х19Н9. Для марки 304 L соответственно применяется присадка 308 L с рутилово-кислотной оболочкой (AC/DC).

После сварки больших секций для повышения коррозийной стойкости шов рекомендуется подвергнуть отжигу (для подкласса 304 L это делать необязательно). Если в зоне монтажа невозможно организовать процедуру термообработки, от стали 308 лучше вообще отказаться, заменив её маркой AISI 321.

Термообработка

Особенность внутренней кристаллической решётки AISI 304 такова, что термообработка стали не улучшает её физических характеристик. Впрочем, обжиг всё равно проводят, чтобы снять поверхностное напряжение, провоцирующее образование трещин. Изделия нагревают до температурного порога 1010-1120 °C и быстро охлаждают при 816-427 °C чтобы избежать осаждения карбидов хрома.

Механическая обработка

Благодаря высокому коэффициенту текучести нержавеющая сталь AISI 304 прекрасно поддаётся различным способам обработки: штамповке, прокату, резанию, шлифовке и т. д. Однако, учитывая необходимость сохранения высоких защитных свойств, металлорежущий инструмент должен отвечать определённым требованиям.

Прежде всего, он должен быть чистым, чтобы не занести в микроструктуру коррозирующие вещества (процесс контаминирования). Также очищают поверхность заготовки. Для обработки «нержавейки» используются специально предназначенные резцы, фрезы, свёрла и т. д. Режущая кромка инструмента должна быть остро заточенной, в противном случае в зоне контакта образуется нежелательное избыточное уплотнение. По этой же причине резка проводится быстро, с глубоким шагом.

Чтобы не допускать деформацию обрабатываемого изделия, рекомендуется применять стружколомные устройства. Они не позволят стружке царапать поверхность заготовки. Учитывая, что аустенитные сплавы плохо проводят тепло, режущая кромка инструмента быстро перегревается. Для охлаждения необходимо использовать СОЖ.

AISI 304 отлично поддаётся методам пластической деформации. При горячей обработке (например, ковке) заготовку необходимо равномерно нагревать до 1149-1260 °С. После придания желаемой формы изделие быстро охлаждается (при относительно высоких температурах) – это защитит её от коррозии.

При холодной обработке давлением (например, штамповке) зачастую требуется промежуточная стадия отжига. Она облегчает процесс упрочнения поверхностного слоя, делая его более плотным и менее подверженным коррозии. Также процедура предупреждает развитие микротрещин и разрывов. После окончательной обработки проводится полный отжиг, устраняющий внутренние напряжения стали.