RUSОбозначение по международным стандартам
| Международный стандарт | Американский ASTM A240 | Европейский ЕN 10088-2 | Российский ГОСТ 5632-72 |
|---|---|---|---|
| Обозначение марки | AISI 304 | 1.4301 | 08Х18Н10 |
| 12Х18Н9 |
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)
| стандарт | марка | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM A240 | AISI 304 | ≤0.080 | ≤0.75 | ≤2.0 | ≤0.045 | ≤0.030 | 18.00 - 20.00 | 8.00 - 10.50 |
Механические свойства
| AISI 304 | Сопротивление на разрыв (σв), 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) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| В соответствии с EN 10088-2 | ≥520 | ≥210 | ≥250 | ≥45 | - | - |
| В соответствии с ASTM A 240 | ≥515 | ≥205 | - | ≥40 | 202 | 85 |
Механические свойства при высоких температурах
Все эти значения относятся к только AISI 304.
Физические свойства
| Физические свойства | Условные обозначения | Единица измерения | Температура | Значение |
|---|---|---|---|---|
| Плотность | d | - | 4°C | 7.93 |
| Температура плавления | °C | 1450 | ||
| 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 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ωmm2/m | 20°C | 0.80 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0.80 kA/m DC или в/ч AC | 20°C μ μ разряж.возд. | 1.02 |
| Модуль упругости | E | MPa x 103 | 20°C | 200 |
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.
Их рекомендуют для производства оборудования, контактирующего с холодными или горячими пищевыми продуктами: вино, пиво, молоко (кисломолочные продукты), спирт, натуральные плодовые соки, сиропы, патока, и т.д.
Кислотные среды
| 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: 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).
| Окружающая среда | Скорость коррозии (мкм/год) | ||
|---|---|---|---|
| AISI 304 | Алюминий-3S | Углеродистая сталь | |
| Сельская | 0.0025 | 0.025 | 5.8 |
| Морская | 0.0076 | 0.432 | 34.0 |
| Индустриальная Морская | 0.0076 | 0.686 | 46.2 |
Устойчивость к коррозии в кипящих химикалиях
| Кипящая среда | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) |
|---|---|---|
| 20%-ая уксусная кислота | Обычный металл Сваренный | <0.01 0.03 |
| 45%-ая муравьиная кислота | Обычный металл Сваренный | 1.4 1.3 |
| 10%-ая сульфаминовая кислота | Обычный металл Сваренный | 3.7 3.7 |
| 1%-ая соляная кислота | Обычный металл Сваренный | 2.5 2.8 |
| 20%-ая фосфорная кислота | Обычный металл Сваренный | <0.03 <0.03 |
| 65%-ая азотная кислота | Обычный металл Сваренный | 0.2 0.2 |
| 10%-ая серная кислота | Обычный металл Сваренный | 11.3 12.5 |
| 50%-ая гидроокись натрия | Обычный металл Сваренный | 3.0 3.3 |
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)
| ASTM A 262 Оценочные испытания | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) |
|---|---|---|
| Practice B (Метод B) (гептагидрат сульфата железа - Серная кислота) | Обычный | 0.5 |
| Сваренный | 0.6 | |
| Practice E (Метод E) (пентагидрат сульфата меди - Серная кислота) | Обычный | Без трещин на изгибе |
| Сваренный | Незначительные трещины на сварном шве (недопустимо) | |
| Practice A (Метод A) (Травление щавелевой кислотой) | Обычный | Ступенчатая структура |
| Сваренный | Глубокое растрескивание (недопустимо) |
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).
| Число Эриксена (Характеристика обрабатываемости листового металла давлением) | |
|---|---|
| AISI 430 | 8.7 мм |
| AISI 304 | 11.8 мм |
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
| LDR* (При толщине образца 0.8 мм и диаметре пресса равном 20 мм) | |
|---|---|
| AISI 430 | 2.05 мм |
| AISI 304 | 2.0 мм |
*Limiting drawing ratio - предельный коэффициент вытяжки
Оценка фестонообразования
| Фестонообразование (Относительный размер образующихся язычков) | |
|---|---|
| AISI 430 | 5-7% |
| AISI 304 | 3-5% |
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 % HNO3 + 2% HF) при комнатной температуре или 60°C
- Серно-азотная кислотная смесь (10 % H2SO4 + 0.5 % HNO3) при 60°C
- Паста для очистки от окалины в зоне сварки
Пассивация
- 20-25 % раствор HNO3 при 20°C
- Пассивирующие пасты для зоны сварки