AISI 316, 316L, 316Ti

Обозначение по международным стандартам

Международный стандарт	Американский ASTM A240	Европейский ЕN 10088-2, ЕN 10095	Российский ГОСТ 5632-72
Обозначение марки	AISI 316	1.4401	07Х18Н13М2
	AISI 316 L	1.4404	03Х17Н14М2
		1.4432	03Х17Н14М3
		1.4435	03Х17Н14М3
	AISI 316 Ti	1.4571	10Х17Н13М2Т

Применяемые стандарты и одобрения

AMS 5511
ASTM A 240
ASTM A 666
MIL-S-4043

Классификация

AISI 316 и L - сталь конструкционная криогенная
AISI 316 Ti - сталь коррозионно-стойкая обыкновенная

Применение

Специализированное промышленное оборудование в химической, продовольственной, бумажно-целлюлозной, горнодобывающей, фармацевтической и нефтехимической отраслях экономики в т.ч. резервуары (танки), трубы, насосы
Строительная промышленность: архитектурные компоненты, кровля, и т.д.
Теплообменники: бытовые и промышленные

Основные характеристики

хорошее сопротивление коррозии в кислотах хлоридах
низкая чувствительность к крекинговой коррозии
превосходное сопротивление межкристаллитной коррозии (даже после сварки - для AISI 316L)
отличная свариваемость
высокая податливость
превосходная обрабатываемость

Химический состав (% к массе)

стандарт	марка	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo
ASTM A240	AISI 316	≤0.080	≤0.75	≤2.0	≤0.045	≤0.030	16.00 - 18.00	10.00 - 14.00	2.00 - 3.00

стандарт	марка	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo
ASTM A240	AISI 316L	≤0.030	≤0.75	≤2.0	≤0.045	≤0.030	16.00 - 18.00	10.00 - 14.00	2.00 - 3.00

стандарт	марка	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Ti
ASTM A240	AISI 316Ti	≤0.080	≤0.75	≤2.0	≤0.045	≤0.030	16.00 - 18.00	10.00 - 14.00	2.00 - 2.50	5 x (C + N) - 0.7

Механические свойства

AISI 316	Сопротивление на разрыв (σ_в), Н/мм²	Предел текучести (σ_0,2), Н/мм²	Предел текучести (σ_1,0), Н/мм²	Относительное удлинение (σ), %	Твердость по Бринеллю (HB)	Твердость по Роквеллу (HRB)
В соответствии с EN 10088-2	≥520	≥220	≥260	≥45	-	-
В соответствии с ASTM A 240	≥515	≥205	-	≥40	217	85

AISI 316L	Сопротивление на разрыв (σ_в), Н/мм²	Предел текучести (σ_0,2), Н/мм²	Предел текучести (σ_1,0), Н/мм²	Относительное удлинение (σ), %	Твердость по Бринеллю (HB)	Твердость по Роквеллу (HRB)
В соответствии с EN 10088-2	≥520	≥220	≥260	≥45	-	-
В соответствии с ASTM A 240	≥485	≥170	-	≥40	217	88

AISI 316Ti	Сопротивление на разрыв (σ_в), Н/мм²	Предел текучести (σ_0,2), Н/мм²	Предел текучести (σ_1,0), Н/мм²	Относительное удлинение (σ), %	Твердость по Бринеллю (HB)	Твердость по Роквеллу (HRB)
В соответствии с EN 10088-2	≥520	≥220	≥260	≥45	-	-
В соответствии с ASTM A 240	≥485	≥170	-	≥40	217	88

Механические свойства при высоких температурах (AISI 316, AISI 316Ti)

Все эти значения относятся только к AISI 316 и AISI 316 Ti. Для AISI 316L значения не приводятся, т.к. её прочность заметно уменьшается при температуре выше 425 °C.

Сопротивление на разрыв при повышенных температурах (AISI 316, AISI 316Ti)

Температура (°C)	600	700	800	900	1000
Сопротивление на разрыв (при растяжении), Н/мм²	460	320	190	120	70

Максимальные рекомендуемые температуры эксплуатации

Температура образования окалины:

Непрерывное воздействие 925°C

Прерывистые воздействия 870°C

Физические свойства (AISI 316L)

Физические свойства	Условные обозначения	Единица измерения	Температура	Значение
Плотность	d	-	4°C	8.0
Температура плавления		°C		1440
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	20-100°C 20-300°C 20-500°C	16.0 17.0 18.0
Электрическое удельное сопротивление	ρ	Ωmm²/m	20°C	0.75
Магнитная проницаемость	μ	в 0.80 kA/m	20°C	1.005
Модуль упругости	E	MPa x 10³	20°C	200

Сопротивление коррозии

Общая Коррозия

Стали марок AISI 316, 316L являются наиболее стойкими из всех нержавеющих сталей 300-ой серии к атмосферным и другим умеренным типам коррозии. Все среды, в которых рекомендуется применять стали 300-ой серии, не представляют опасности для молибденсодержащих сортов. Одно известное исключение - азотная кислота, которая служит для них сильным окислителем.

AISI 316 является значительно более стойкими к серной кислоте, чем любые другие хром-никельсодержащие марки. При температурах около 50 °C AISI 316 стойка к этой кислоте в концентрации до 5 процентов. В температурах до 40°C и выше 60°C эта марка имеет превосходное сопротивление более высоким концентрациям. В местах конденсации сернистых газов она является намного более стойкой, чем другие типы. Однако следует тщательно следить за безопасной концентрацией.

Содержание молибдена в стали AISI 316 обеспечивает сопротивление окислению в большинстве применяемых окружающих средах. Как показывают лабораторные исследования, сплав обеспечивает превосходное сопротивление кипению 20%-ой фосфорной кислоты. Он также широко используется в горячих органических и жирных кислотах, поэтому часто применяется в изготовлении и обработке некоторых продуктов и фармацевтических изделий.

AISI 316 и AISI 316L могут одинаково хорошо применяться в средах, где существует риск возникновения межкристаллитной коррозии. Использование низкоуглеродистой AISI 316L предпочтительно в деталях, при изготовлении которых применяется сварка.

Степень защиты металла в кислотных средах

Температура, °C	20						80
Концентрация, % к массе	10	20	40	60	80	100	10	20	40	60	80	100
Серная кислота	0	1	2	2	1	0	2	2	2	2	2	2
Азотная кислота	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	2
Фосфорная кислота	0	0	0	0	1	2	0	0	0	0	1	2
Муравьиная кислота	0	0	0	1	1	0	0	0	1	1	1	0

0 - высокая степень защиты - Скорость коррозии менее чем 100 мкм/год

1 - частичная защита - Скорость коррозии от 100 до 1000 мкм/год

2 - нет защиты - Скорость коррозии более чем 1000 мкм/год

Атмосферные воздействия

Сравнение AISI 316 с другими металлами в различных атмосферах
(Скорость коррозии рассчитана при 5-летнем воздействии).

Окружающая среда	Скорость коррозии (мкм/год)
	AISI 316	Алюминий-3S	Углеродистая сталь
Сельская	0.0025	0.025	5.8
Морская	0.0076	0.432	34.0
Индустриальная Морская	0.0051	0.686	46.2

Коррозионностойкость в кипящих химикалиях для AISI 316L

Кипящая среда	Скорость коррозии (мм/год)
20%-ая уксусная кислота	0.003
45%-ая муравьиная кислота	0.531 - 0.594
1%-ая соляная кислота	0.024 - 1.615
10%-ая щавелевая кислота	1.130 - 1.224
20%-ая фосфорная кислота	0.015 - 0.027
10%-ая сульфаминовая кислота	3.030 - 3.155
10%-ая серная кислота	16.137 - 16.718
10%-й бисульфат натрия	1.427 - 1.816
50%-ая гидроокись натрия	1.971 - 2.169

Питтинговая коррозия

Сопротивление 316 сталей к питтинговой коррозии в присутствии хлорида увеличено более высоким содержанием хрома(Сr), молибдена(Мо), и азота (N). Относительная мера питтингостойкости определяется параметром, вычисляемым как PREN = Cr+3.3Mo+16N. PREN для сталей AISI 316 и AISI 316L(PREN=24.2) выше, чем для AISI 304 (PREN=19.0), что отражает лучшую питтингостойкость за счет присутствия молибдена.

Как показано в таблице ниже, лучшую стойкость к питтинговой коррозии обеспечивает более высокое содержание молибдена в сплаве.

CCCT (Критическая Температура Щелевой Коррозии) и CPT (Критическая Температура Питтинговой Коррозии) скоррелированы с PREN.

Сталь марки AISI 304 может сопротивляться питтинговой (щелевой) коррозии в воде, содержащей приблизительно до 100 ppm хлоридов, в то время как для AISI 316 и AISI 317 этот показатель составляет до 2000 и 5000 ppm хлоридов, соответственно.

Хотя эти сплавы использовались в морской воде (19 000 ppm хлоридов), они не рекомендуются для такого использования. Для применения в морской воде разработан сплав с 6.2 % Мо и 0.22 % N. Однако применение этих марок в аэрозольной морской среде (фасады зданий около океана) и загрязненной городской среде (крыши, дымоходы) возможно.

Марка	Композиция			PREN¹	CCCT² (°C)	CPT³ (°C)
Марка	Cr	Mo	N	PREN¹	CCCT² (°C)	CPT³ (°C)
AISI 304	18.0	-	0.06	19.0	<-2.5	-
AISI 316	16.5	2.1	0.05	24.2	<-2.5	15
AISI 904L	20.5	4.5	0.05	36.2	20	40

¹ Pitting Resistance Equivalent — Эквивалент Сопротивления питтинговой коррозии, включая азот, PREN =Cr+3.3Mo+16N
² Critical Crevice Corrosion Temperature — Критическая Температура Щелевой Коррозии, CCCT, в соответствии с ASTM G-48B (6%FeCl₃ в течение 72 часов, с щелями)
³ Critical Pitting Temperature — Критическая Температура Питтинговой Коррозии, CPT, в соответствии с ASTM G-48A (6%FeCl₃ в течение 72 часов)

Межкристаллитная коррозия

Содержание углерода в AISI 316 может вызвать сенсибилизацию от теплового режима в местах сварных швов и зонах их термического влияния. По этой причине использование низкоуглеродистой стали AISI 316L предпочтительно в деталях, при изготовлении которых применяется сварка. «Низкий углерод» увеличивает время, необходимое для осаждения «вредных» карбидов хрома, но не прекращает реакцию их осаждения на длительное время в данном диапазоне температур.

Тест на МКК (Межкристаллитную коррозию)

ASTM A 262 Оценочные испытания	Состояние металла	Скорость коррозии (мм/год)
ASTM A 262 Оценочные испытания	Состояние металла	AISI 316	AISI 316 L
Practice B (Метод B) (гептагидрат сульфата железа - Серная кислота)	Обычный	0.9	0.7
	Сваренный	1.0	0.6
Practice E (Метод E) (пентагидрат сульфата меди - Серная кислота)	Обычный	Без трещин на изгибе	Без трещин
	Сваренный	Незначительные трещины на сварном шве (недопустимо)	Без трещин
Practice A (Метод A) (Травление щавелевой кислотой)	Обычный	Расслоение ступенчатое	Расслоение ступенчатое
Practice A (Метод A) (Травление щавелевой кислотой)	Сваренный	Глубокое растрескивание (недопустимо)	Расслоение ступенчатое

Растрескивание (Крекинговая коррозия) под напряжением

Аустенитные сплавы под воздействием напряжения восприимчивы коррозионному растрескиванию (SCC) в галоидных соединениях. Хотя 316-е сплавы несколько более стойкие к SCC из-за содержания молибдена, они все равно являются весьма восприимчивыми.

Причины SCC:

присутствие ионов галоидного соединения (вообще хлоридов);
остаточные напряжения при растяжении;
температуры свыше 50 °C.

Напряжения могут возникнуть из-за деформации сплава в холодном состоянии во время формования, или ротационной вытяжки, или в процессе сварки, из-за возникновения напряжения от смены тепловых циклов.

Уровни напряжения могут быть снижены путем отжига или термической обработкой после деформации в холодном состоянии.

Низкоуглеродистый материал AISI 316L - лучший выбор при эксплуатации при воздействии напряжений, которые способствуют возникновению межкристаллитной коррозии.

Скорость растрескивания в зависимости от условий окружающей среды

Окружающая среда	AISI 316	AISI 316L
42%-ый Хлорид Магния, Кипение	Растрескивание 4-24 часа	Растрескивание 21-45 часа
33%-ый Хлорид Лития, Кипение	Растрескивание 48-569 часов	Растрескивание 21-333 часа
26%-ый Хлорид Натрия, Кипение	Растрескивание 530-940 часов	Без изменений 1002 часа
40%-ый Хлорид Кальция, Кипение	Растрескивание 144-1000 часов	-
Морское побережье, Окружающая Температура	Без изменений	Без изменений

Сварка

Сталь легко свариваемая
После сварки термическая обработка не требуется
Сварные швы должны быть механически или химически очищены от окалины, затем пассивированы

Формовка

AISI 316/316L, 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.

число Эриксена характеристика обрабатываемости листового металла давлением	LDR предельный коэффициент вытяжки
11.0-11.5 (мм)	2.00-2.05 (мм)

Обработка

Отжиг

Диапазон температуры отжига 1050°C ± 25°C сопровождается последующим быстрым охлаждением на воздухе или в воде. После отжига необходимо травление и пассивирование.

Отпуск

200-400°C с последующим воздушным охлаждением

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