Основные технические сведения об AISI 304

Обозначение по международным стандартам

Международный стандарт Американский ASTM A240 Европейский ЕN 10088-2 Российский ГОСТ 5632-72
Обозначение марки AISI 304 1.4301 08Х18Н10, 12Х18Н9

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.
C Mn P S Si Cr Ni
304 0.08 max 2.0 max 0.045 max 0.030 max 1.0 max 18.0 до 20.0 8.0 до 10.50
304L 0.03 max 8.0 – 12.0

Типичные свойства в отожженном состоянии.

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

Свойства

Изначально марка стали AISI 304 и 430 обладают не одинаковыми свойствами.

//cdn.optipic.io/site-2279/articles/aisi-304-i-430-otlichiya/3.jpg

По умолчанию нержавеющая сталь AISI 430 считается «обладающей увеличенной устойчивостью в химически активных средах к образованию коррозии». Наличие в составе хрома обеспечивает способность металла к пассивации. Однако очень важно выбирать надлежащие условия эксплуатации для сохранения устойчивости этого пассивного состояния.

//cdn.optipic.io/site-2279/articles/aisi-304-i-430-otlichiya/4.jpg

По умолчанию пищевая нержавеющая сталь AISI 304 430 марку стали превосходит по нескольким параметрам. Хромоникелевые стали обладают высокими технологическими свойствами:

·         повышенное сопротивление ползучести;

·         увеличенная обрабатываемость;

·         высокий порог окалиностойкости +800°С … +900°С.

Поэтому пищевая нержавеющая сталь 304 легко полируется, что облегчает уборку и соблюдение максимально высоких гигиенических требований в пищевом производстве и медицине.

//cdn.optipic.io/site-2279/articles/aisi-304-i-430-otlichiya/5.jpg

Хромоникелевая коррозионно-стойкая жаропрочная сталь AISI 304 склонна к точечной коррозии. Эта болезнь присуща всей 300 серии аустенитных нержавеек по классификации американского стандарта. Недорогую ферритную сталь AISI 430 так же часто эксплуатируют при высоких температурах, о никогда при повышенном давлении.

Химический состав

Сталь AISI 304 относится к высоколегированным хромоникелевым нержавеющим сталям. Основным элементом стали, влияющим на ее коррозионную стойкость, является хром. Из-за высокого содержания хрома на поверхности стали формируется оксидная пленка, предохраняющая материал от воздействия агрессивной среды и позволяющая ему не окисляться в течении многих лет. Добавление никеля увеличивает технологичность стали. Дело в том, что никель – более тугоплавкий элемент чем хром и способен оставаться в составе стали даже при воздействии высоких температур. Таким образом никель обеспечивает стойкость сварного шва к окислению когда хром выгорает при сварке.

Массовая доля элементов, %

Углерод (C) Марганец (Mn) Фосфор (P) Сера (S) Кремний (Si) Хром (Cr) Никель (Ni) Азот (N)
≤0,08 ≤2,0 ≤0,045 ≤0,03 ≤0,75 18,0-20,0 8,0-10,5 ≤0,10

Механические свойства

Сталь AISI 304 легко поддается обработке в горячем и холодном состоянии, отлично сваривается различными способами.

Международный стандарт Сопротивление на разрыв (σB), Н/мм² Предел текучести (σ0,2), Н/мм² Предел текучести (σ1,0), Н/мм² Относительное удлинение (σ), % Твердость по Бринеллю (HB) Твердость по Роквеллу (HRB)
EN 10088-2 ≥520 ≥210 ≥250 ≥45
ASTM A 240 ≥515 ≥205 ≥40 202 85

Устойчивость к высоким и низким температурам

C повышением температуры у стали AISI 304 снижаются пределы прочности и упругости. Например, при 600 °С предел упругости равен 380 Н/мм², при 800 °С – уже 170 Н/мм², а при 1 000 °С – всего 50 Н/мм². Аналогично падает и предел упругости.

Максимальные рекомендуемые температуры обслуживания (образования окалины):

  • при непрерывном воздействии – 925 °С;
  • при прерывистом воздействии – 850 °С.

Снижение температуры до сверхнизких значений приводит к значительному увеличению прочности стали AISI 304. Так при 78 °С предел прочности равен 1 100 Н/мм², при -161 °С – 1 450 Н/мм², а при -196 °С – 1 600 Н/мм². Предел упругости тоже повышается, но в меньшей степени, а ударная вязкость уменьшается.

Физические свойства стали AISI 304

Наименование Условные обозначения Единица измерения Температура Значение
Плотность d 4 °C 7,93
Температура плавления °C 1 450
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
18,0
Электрическое удельное сопротивление ρ Ω mm²/m 20 °C 0,80
Магнитная проницаемость μ в 0.80 kA/m
DC или
в/ч AC
20 °C
ρ
ρ разряж.возд.
1,02
Модуль упругости E MPa x 10³ 20 °C 200

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

Нержавеющая сталь AISI 304 легко поддается холодной обработке: изгибу, ротационной и глубокой вытяжке, формовке растяжением. Так как аустенитные стали упрочняются в ходе формовки, то здесь необходимы механические усилия в 1,5-2 раза больше чем для сталей другого типа.

Гибка

Минимальный радиус изгиба листов AISI 304 при толщине до 3 мм может быть нулевым, а при большей толщине составляет половину толщины самого листа. Угол ибки – 180 град. при толщине 3-6 мм, 90 град. при толщине 6-12 мм. Заготовку необходимо немного перегибать, так как у аустенитных сталей присутствует значительное обратное распрямление. Рекомендуемый минимальный радиус гибки стали AISI 304 – двойная толщина листа.

Глубокая и ротационная вытяжка

При глубокой вытяжке на прессе материал обычно не подвергают торможению, за исключением обработки изделий с точными размерами. Для последних используют формовку с растяжением и, желательно, упрочнением. Ротационная вытяжка осуществляется на токарно-давильном оборудовании и, по сути, является формовкой с точением.

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/mm2
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/mm2
Температура, °C 550 600 650 700 800

Максимум рекомендованных температур обслуживания

  1. Непрерывное воздействие +925 °C.
  2. Прерывистое воздействие +850 °C.

Технические характеристики нержавеющей стали AISI 304

Прежде всего, она устойчива к вредному воздействию со стороны следующих веществ:

  • Вода, как получаемая из естественных источников, так и пресная, и прошедшая централизованную водоподготовку на уровне города;
  • Растворы химически активных веществ (например, уксусной, муравьиной или азотной кислот) в значительной концентрации. При этом допускается определенный нагрев.

Важным ограничением являются условия, способствующие возникновению межкристаллической коррозии – в этом случае предпочтительны другие марки.

С технологической точки зрения, серьезных противопоказаний нет. Материал обрабатывается резанием, сваркой, пластической деформацией. Для этого вполне подойдет универсальное оборудование, предназначенное и для углеродистой стали.

Наименование Толщина, мм Цена розница, руб/тн
Сталь AISI 304 (листы, рулоны, ленты) 0,4 259 990
0,5 251 990
0,6-0,8 244 990
0,9-1,5 239 990
2,0-6,0 229 990
3,0-14,0 219 990
15,0-130,0 249 990

Применение стали AISI 304

Основные качества, дающие преимущества именно AISI 304: устойчивость к окислению и к повышенной температуре. Данные факторы определяют область применения:

  • Оборудование и прочие изделия, контактирующие с продуктами питания. Кислотостойкость делает сплав оптимальным в плане гигиеничности. В посуде из 12X18H10 можно хранить даже активные вещества. Это касается пищевой и фармакологической промышленности;
  • Предметы быта;
  • Оборудование, эксплуатируемое в условиях постоянного химического воздействия и повышенных температур;
  • Сварные конструкции, для которых важно обеспечить прочность, качество и долгий срок службы.

Наиболее качественным сплавом считается такой, в котором содержание серы и фосфора минимально. Они влияют на образование трещин при нагреве и охлаждении. Посторонние примеси даже в номинальных долях нежелательны.

Стоит отметить хорошую пластичность сталей марки 304 (aisi), благодаря которой имеется возможность производить успешную формовку и гибку. Это свойство стали 304 позволяет проводить волочение, ротационную вытяжку, а также беспрепятственное формирования любого контура, а т.к. эти операции являются стандартными практически для всех машин обработчиков, то сталь aisi 304 по праву можно назвать универсальным и очень удобным сплавом, который охотно применяется в промышленном строительстве.

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

Температура, °С 600 700 800 900 1000
Rp m
Предел прочности (при растяжении), N/mm
380 270 170 90 50

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

Температура, °С 550 600 650 700 800
Rp1,0
1.0% пластичная деформация (текучесть), N/mm2
120 80 50 30 10

Максимум рекомендованных температур обслуживания (температура образования окалины)

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

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

Температура oC -78 -161 -196
Rp m
Предел прочности (при растяжении), N/mm2
N/mm2 1100/950 1450/1200 1600/1350
Rp0,2
Предел Упругости, (0.2 %), (условный предел текучести) N/mm2
N/mm2 300/180 380/220 400/220
Ударная вязкость J 180/175 160/160 155/150

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

    Код:

    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 воздействияВ 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).
    Окружающая среда Скорость коррозии(mm/год) AISI 304Aлюминий-3S Углеродистая сталь
    Сельская 0.0025 0.0025 5.8
    Морская 0.0076 0.432 34.0
    Индустриальная Морская 0.0076 0.686 46.2

Тепловая обработка

  1. ОтжигЭксперимент 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. ГибкаПримерные пределы изгиба (s = толщина листа, r = радиус изгиба):
    1. s < 3 мм, min r = 0;
    2. 3 мм < s < 6 мм, min r = 0,5 × s, угол гибки 180°;
    3. 6 мм < s < 12 мм, min r = 0,5 × s, угол гибки 90°.

    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.

    Рекомендованные минимальные показатели для ферритной нержавеющей стали:

    1. s < 6 мм, min r = s, 180°;
    2. 6 < s < 12 мм, min r = s, 90°.
  2. Глубокая и ротационная вытяжкаПри 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 растяжениемМетод 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.

Технологии обработки

Отжиг осуществляется при температуре +1010°C-1120°C, а охлаждаться сталь может водяным или воздушным методом. Для достижения оптимального уровня коррозионной стойкости металла необходима температура +1070°C и последующее моментальное охлаждение. После отжига наступает этап травления и пассивирования. Данные технологические процессы проводятся при температуре до +400°C и с применением раствора HNO3 (20-25%) при +20°C соответственно.

Для очистки поверхности используются:

  • кислотный раствор азотный + плавиковый или фтористоводородный в пропорции 10% + 2% (температура – комнатная или +60°C);
  • кислотный раствор серный + азотный в пропорции 10% + 0,5% (температура – +60°C).

Сталь AISI 304 подвергается начальной горячей обработке при +1150-1260°C, а затем конечной при +900-950°C. Важным нюансом является необходимость последующего отжига. Холодная обработка дает хороший результат благодаря прочности и упругости материала. Для получения готового продукта подходят методы изгиба, волочения, растяжения, ротационной и глубокой вытяжки. Формовка может проводиться при помощи станков и инструментов для углеродистой стали. Необходимо только увеличить силу на 50-100%.

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.
Источники
  • https://www.inoxpoint.ru/stal-aisi-304
  • https://standard-steel.ru/info/articles/osnovnye-tekhnicheskie-svedeniya-ob-aisi-304-304l/
  • https://asmeaisi.ru/articles/aisi-304-i-430-otlichiya/
  • https://mvsteel.ru/spravochnik/import-stali/aisi-304/
  • https://www.globus-stal.ru/standarts/aisi-304/
  • https://mv-steel.ru/aisi-304/
  • https://www.SuperBolt.ru/article/aisi-304/
Оцените статью
Tutsvarka.ru