Нержавеющая сталь AISI 304 относится к одной из самых востребованных на российском рынке серий 300. В сплаве от 17,5% хрома и от 8 % никеля, данные компоненты создают надёжный оксидный слой на поверхности и делают металл немагнитным. Из этого материала производятся сборные, сварные конструкции, части трубопроводов, различное оборудование. Характеристики этого металлопроката позволяют использовать его очень широко.
Возможное применение:
- емкости для перевозки и хранения пищевых жидкостей (молоко, пиво, вино);
- оборудование пищевых производств, организаций общественного питания;
- кухонные принадлежности, столовые приборы;
- теплообменники;
- муфтели, реторты, патрубки;
- вентиляционные системы, дымоходы;
- медицинское оборудование;
- декоративные элементы (наружного или внутреннего), мебели, архитектурные детали;
- трубы;
- установки на химических, текстильных, фармацевтических, бумажных фабриках;
- сварные металлоконструкции.
Характеристики марки стали AISI 304 / SS 304
| Стандарт | ASTM A182 — Стандартные спецификации на кованые или катаные фланцы для труб, кованые фитинги, клапаны и детали из легированной и нержавеющей стали, предназначенные для эксплуатации при высоких температурах ASTM A213 — Стандартные спецификации для бесшовных труб для котлов, пароперегревателей и труб теплообменников из ферритных и аустенитных сталей ASTM A240 — Стандартные спецификации на хром- и никель-хромовые, хром- и марганец-никелевые нержавеющие стали для пластин, листов, полос, служащих для изготовления сосудов, работающих под давлением, а также для общего применения ASTM A312 — Стандартные спецификации на бесшовные, сварные и прошедшие интенсивную холодную обработку трубы из аустенитной нержавеющей стали | ||||||
| Классификация | Нержавеющая сталь | ||||||
| Применение | Листовой прокат, трубы, профили | ||||||
| Другие наименования | UNS | S30400 | |||||
| США (ASTM A167) | Листовой прокат | A167 304 | |||||
| США (ASTM A182) | Кованые и катанные фланцы | A182 F304 | |||||
| США (ASTM A213) | Бесшовные трубы | A213 TP304 | |||||
| США (ASTM A240) | Плоский прокат | A240 Type 304 | |||||
| США (ASTM A271) | Бесшовные трубы перегонные | A271 304 | |||||
| США (ASTM A312) | Бесшовные трубы | A312 TP304 | |||||
| США (ASTM A851) | Сварные конденсаторные трубы | A851 TP304 | |||||
Сталь AISI 304 – самая востребованная марка стали из класса нержавеющих. Повышенный спрос и повсеместное применение обусловлено ее универсальностью. Сталь аиси 304 имеет высокие показатели устойчивости коррозии в агрессивных средах, высокое сопротивление окислению и отличные низкотемпературные свойства.
Стоит отметить, что нержавейка AISI 304 устойчива к негативному воздействию воды (соленая, пресная, водопроводная) и растворов кислот в высоких концентрациях (уксусная, муравьиная, азотная).
Цена aisi 304 вполне доступна, что является еще одним из ее преимуществ.
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.
Химический состав в % стали AISI 304
| C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Fe |
| <0,08 | <2,0 | <0,045 | <0,03 | <1,0 | 18,0-20,0 | 8,0-10,5 | Остальное |
Нержавеющая сталь ss304 легирована никелем, марганцем, медью и хромом, что обеспечивает ей аустенитную структуру, повышенную прочность и устойчивость в коррозионных средах. Краткое обозначение AISI 304 – 18 Cr-8 Ni
.
Соответсвие европейских стандартов на сталь
304 1.4301 X2CrNi18-10 304L 1.4306 X2CrNi19-11 304L 1.4307 X2CrNiTi18-10
316L 1.4404 X2CrNiMo17-12-2 316L 1.4435 X2CrNiMo18-14-3 316L 1.4571 X6CrNiMoTi17-12-2
Сталь A2 (AISI 304 = 1.4301 = 08Х18Н10) – нетоксичная, немагнитная, незакаливаемая, устойчивая к коррозии сталь. Легко поддается сварке и не становится при этом хрупкой. Может проявлять магнитные свойства в результате механической обработки (шайбы и некоторые виды шурупов). Это наиболее распространенная группа нержавеющих сталей. Ближайшие аналоги – 08Х18Н10 ГОСТ 5632, AISI 304 и AISI 304L (с пониженным содержанием углерода).
Характеристики при повышенных температурах
| Температура, °C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| Предел прочности, МПа | 380 | 270 | 170 | 90 | 50 |
| Температура, °C | 550 | 600 | 650 | 700 | 800 |
| Предел текучести, МПа | 120 | 80 | 50 | 30 | 10 |
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 |
| Фосфорная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Азотная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Муравьиная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 2 | 1 | 0 |
0
= высокая степень защиты (скорость коррозии не превышает 100 mm/год);
1
= частичная защита (скорость коррозии составляет от 100m до 1000 mm/год);
2
= нет защиты (скорость коррозии превышает 1000 mm/год).
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.
Сфера применения AISI 304
Нержавейка AISI 304 (18 Cr-8 Ni), благодаря своей высокой устойчивости к окислению и высоким температурам, нашла широкое применение:
- в химической и фармакологической промышленности;
- в пищевой, молочной и пивоваренной промышленности;
- в медицине (хирургическое оборудование, иглы для инъекций);
- в производстве судового оборудования и крепежа для атомных судов;
- в металлопрокате (трубы, уголки, листы, ленты, шестигранники);
- в нефтяной (сетки фильтра для скважин) и горнодобывающей промышленности;
- в производстве оборудования для работы в условиях химического воздействия;
- в возведении конструкций, для которых важны прочность и длительный срок эксплуатации;
- в текстильной и бумажной промышленности.
Кроме того, из-за своих отличных технических параметров, гигиенических показателей и приятному эстетичному виду, сталь 304 используют в изготовлении кухонной мебели и столовых приборов; емкостей и контейнеров для хранения жидких и сухих веществ.
Сталь нержавеющая aisi 304 участвует в производстве катушек охлаждения, криогенных сосудов, холодильного оборудования, сантехнической арматуры, емкостей под давлением и проч.
Сварка
Нержавеющая сталь aisi 304 / SS 304 / 18 Cr-8 Ni легко сваривается всеми методами. Последующая тепловая обработка необходима только в том случае, если есть вероятность межкристаллитной коррозии. Проводят ее при 1050-1150°С, шов обязательно зачищают от образовавшейся окалины и пассивируют специальной пастой.
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.
Основные области применения
Сталь такого типа используется в промышленности. Из неё создаются элементы для пищевой промышленности и химического машиностроения. Помимо этого удается создавать трубопроводы и котлы различного назначения и размеров. При хорошей свариваемости, такого типа материала подходит и для создания качественных сварных конструкций.
Одна из особенностей такого типа продукции – это хороший уровень защиты от межкристаллической коррозии. Потому материал используется, когда этот параметр выходит на первый план.
Физические свойства стали
| Характеристика | Значение | Примечание |
| Плотность | 7,8 г/см. куб | |
| Твердость, по Бринеллю | 123 | |
| Твердость, Кнупу | 138 | |
| Твердость, Rockwell B | 70 | |
| Твердость, по Виккерсу | 129 | |
| Прочность на разрыв, Ultimate | 505 МПа | |
| Прочность на растяжение, доходность | 215 МПа | |
| Пластичность | 70% | В 50 мм |
| Модуль упругости | 193 — 200 ГПа | |
| Коэффициент Пуассона | 0,29 | |
| Шарпи | 325 J | |
| Модуль сдвига | 86 ГПа | |
| Электрическое сопротивление | 7.2e-005 ом-см | при 20 °C; 1.16E-04 при температуре 650 °C |
| Магнитная проницаемость | 1,008 | при комнатной температуре |
| КТР, линейный 20 °C | 17,3 мкм/(м·К) | |
| КТР, линейный 250 °C | 17,8 мкм/(м·К) | |
| КТР, линейный 500° С | 18,7 мкм/(м·К) | |
| Удельная теплоёмкость | 0,5 Дж/(г·К) | |
| Теплопроводность | 16,2 Вт / (м·К) | |
| Температура плавления | 1400 — 1455 °C | |
| Солидус | 1400° С | |
| Ликвидус | 1455 °C |
Особенности коррозийного сопротивления материала
Сталь AISI 304L противостоит различным типам коррозии, в том числе, высокие показатели устойчивости проявляются к влажной коррозии и тем областям, где потенциально может развиться межкристаллическая разновидность коррозийного повреждения поверхности.
Гарантированная защита от порчи поверхности во многом определила область использования. К примеру, материал переносит взаимодействие со средами, часто создаваемыми пищевыми продуктами, он невосприимчив к разбавленным щелочным и органическим кислотам (при условии температуры окружающей среды). Помимо этого, сталь выдерживает воздействие различных органических сред, а также щелочные и нейтральных сольных растворов.
Если говорить про среды, в которых может без повреждения использоваться такой материал, то стоит отметить умеренно агрессивные органические. В условиях взаимодействия с фосфорной кислотой на поверхности стального листа не появляется повреждений. Не рекомендуется использовать продукцию такого типа в том случае, если придется периодически сталкиваться с кипящими растворами кислот, в том числе серной и соляной. Попадание разогретого до высоких температур раствора способно «смыть» с поверхности противостоящий коррозии слой и повредить материал.
Одна из особенностей использования материала является малое содержание углерода. Это дает ему целый список положительных свойств, одним из которых оказывается хорошее противостояние межкристаллической коррозии.
Слабым местом стали становится коррозийное растрескивание. Такая категория материала традиционно сильно ему подвержена. Причиной становится малая концентрация никеля. Таким образом, при высоком напряжении при растяжении, повышенных температурах и контакте с хлоридами увеличивается опасность появления коррозийного растрескивания.
При использовании такой разновидности стали стоит избегать повышенного напряжения и деформации. Особенно стоит сосредоточиться на таких показателях в том случае, если вы проводите процедуру формования, ротационную вытяжку или свариваете детали.
Ниже приведена таблица, в которой указывается уровень сопротивления материала коррозии при попадании различных кипящих химических растворов:
Устойчивость к коррозии в кипящих химикалиях
| Кипящая среда | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) |
| 20%-ая уксусная кислота | Обычный металл Сваренный | <0.01 <0.01 |
| 45%-ая муравьиная кислота | Обычный металл Сваренный | 0.4 0.5 |
| 10%-ая сульфаминовая кислота | Обычный металл Сваренный | 1.3 1.4 |
| 1%-ая соляная кислота | Обычный металл Сваренный | 2.2 3.6 |
| 20%-ая фосфорная кислота | Обычный металл Сваренный | — — |
| 65%-ая азотная кислота | Обычный металл Сваренный | 0.2 0.2 |
| 10%-ая серная кислота | Обычный металл Сваренный | 16.8 22.3 |
| 50%-ая гидроокись натрия | Обычный металл Сваренный | 1.8 2.2 |
Жаростойкость
AISI 304 имеет хорошую стойкость к окислению при температурах до 870 °C, а при длительной эксплуатации и до 925 °C.
Тем не менее, длительное пребывание при температуре 425-860 °C не рекомендуется если требуется коррозионная стойкость в водной среде. В этом случае больше подходит сталь марки AISI 304L из-за ее устойчивости к выделению карбидов.
В случаях, когда требуется высокая прочность при температурах от 500 °C до 800 °C, лучше применять сталь AISI 304H. Этот материал будет дольше сохранять коррозионную стойкость в воде.
