AISI 304, AISI 304L: аналоги и характеристики

Нержавеющая сталь AISI 304 и сталь AISI 304L относятся к большой подгруппе низкоуглеродистых легированных аустенитных сталей. Аустенитная сталь – это особый подвид нержавеющих сталей, которые обладают специфической кристаллической структурой. Сталь марки AISI 304 и AISI 304L достигают аустенитной структуры за счёт содержания никеля (от 9% до 12%). Технологические свойства сталей марок AISI 304 и AISI 304L практически идентичны. Сталь AISI 304L несколько уступает по пределу прочности на растяжение. Особенностью стали AISI 304 является низкая теплопроводность и более низкий предел плавления (в сравнении с углеродистыми марками).

Расшифровка аббревиатуры AISI 304

Сталь AISI классифицируется согласно номенклатуре Американского института железа и стали. Аббревиатура стали AISI расшифровывается как - The American Iron and Steel Institute. Число 304 согласно спецификации ASTM A240 означает, что сталь принадлежит к аустенитным нержавеющим сталям. По маркировке AISI невозможно понять состав и количество легирующих добавок. Подробное описание характеристик можно найти на в соответствующем реестре американского института металлов. Данная информация также содержится в спецификации. Сплав AISI 304 содержит 17% -19% хрома и 9% -11% никеля. Хром обеспечивает формирование на поверхности стали пассивирующего оксидного слоя, что придаёт стали повышенную устойчивость к воздействию многих агрессивных сред. Никель стабилизирует аустенитную структуру и придаёт немагнитные свойства. Марка AISI 304 иногда маркируется числами 18/10 или 18/8. Первое число указывает на содержание хрома, второе на содержание никеля. Ещё один вариант маркировки стали AISI 304 – A2, где A обозначает аустенитный класс.

Характеристики AISI 304

Сталь AISI 304 применяется для большого спектра производственных задач. Данная марка наиболее востребованной среди многих других видов нержавеек. Технологические и эксплуатационные параметры делают нержавейку AISI 304 востребованной для широкого спектра целей. Из данного нержавеющего сплава выпускают огромный ассортимент различного металлопроката.

Сталь AISI 304 характеристики:

высокая коррозионная стойкость;
способность к работе во влажной среде (в том числе при воздействии морской воды);
повышенная сопротивляемость большинству окислительных процессов (в том числе в щелочных растворах);
пластичность;
высокая технологичность;
устойчивость при больших колебаниях температуры. Это позволяет эксплуатировать нержавеющую сталь марки AISI 304 в большом температурном режиме (от минус 200℃ до плюс 600℃);
стойкость ко многим высококонцентрированным кислотам, таким, как: уксусная, азотная, муравьиная и многие другие;
экологическая и биологическая безвредность;
долгий срок службы.

У стали AISI 304 предел текучести при растяжении составляет 215 МПа. Предел прочности при растяжении составляет 505 МПа. Плотность AISI 304 (вес) составляет 7,78 - 7,93 г/см³. Температура плавления AISI 304 составляет 1400˚С -1455˚С.

AISI 304 твердость:

По Бринелю – 123.
По Кнупу – 138.
По Виккерсу – 129.
По Роквеллу- 70.

Отличия AISI 304 и 304l

Свою аустенитную структуру нержавеющий сплав AISI 304 приобретает благодаря легированию такими элементами как: хром, никель, медь и марганец. Данные элементы оказывают влияние на коррозионную устойчивость стали и ее прочностные характеристики. Хром в сплаве AISI 304 обеспечивает образование оксидной пленки на поверхности металла, что способствует повышенной устойчивости к воздействию агрессивных сред. При увеличении процентного содержания хрома образуются карбидные соединения (хром-железистые), повышающие износостойкость металла и его способность к упрочнению различными термическими методами. Никель в составе сплава увеличивает ударную вязкость, устойчивость к усталостному напряжению, а также стойкость к воздействию кислотных растворов. По своему химическому составу марка AISI 304 и марка AISI 304L похожи. Нержавеющий сплав марки AISI 304 является базовым для создания стали с более малым количеством углерода - марки AISI 304L. Различия также заключаются в процентном содержании никеля и кремния. В марке AISI 304 углерода содержится до 0,08% состава, в марке AISI 304L до 0,03%. Содержание никеля в стали марки AISI 304 от 8% до 10%, в марке AISI 304L до 12%. Кремния в составе AISI 304 до 1%, в марке AISI 304L менее 0,75%. Нержавеющий сплав марки AISI 304L наиболее устойчив к воздействию коррозионных процессов (в том числе и к межкристаллической коррозии, которая возникает при воздействии высоких температур и агрессивных сред). Структурно марка AISI 304L слабее, чем первоначальный сплав AISI 304. Но сварка данного сплава выполняется легче (в связи с меньшим осаждением карбида). Данный сплав имеет лучшее сопротивление процессам окисления в сварном шве. Сварочный шов менее подвержен процессам коррозии и сохраняет свою целостность на протяжении длительного времени.

Химический состав

Основной химический состав AISI 304:

(С) углерод 0,03% - 0,08%;
(Si) кремний 0,75% - 1%;
(Mn) марганец около 0,2%;
(Ni) никель 9% -12%;
(S) сера приблизительно - 0,02%;
(P) фосфор - 0,035%;
(Cr) хром 17-19%;
(Ti) титан около - 0,5%;
(Cu) медь - 0,3%;
(Fe) железо приблизительно - 69%.

Российский аналог стали

Российским аналогом стали марки AISI 304 является сплав 08Х18Н10. Российским аналогом стали марки AISI 304L является сплав 03Х18Н11. На основе стали AISI 304 (08Х16Н11М3) производится также марка стали 316, обогащенная молибденом (объемом 2,5%). Марка нержавеющей стали AISI 304Н предназначена для высокотемпературного производства.

AISI 304: российский аналог

AISI 304 аналог российской нержавейки марки 08х18н10. Данные стали обладают похожим химическим составом:

08 обозначает процентное содержание углерода в сплаве (примерно 0,08%);
Х18 указывает на процентное содержание хрома 18%;
Н10 обозначает процентное содержание никеля 10%.

AISI 304L: российский аналог

AISI 304L аналог российской нержавеющей стали марки 03х18н11. Данные стали также обладают похожим химический состав. Сплав стали марки AISI 304 является базовым. Различия заключаются в процентном содержании углерода (С), никеля (Ni) и кремния (Si).

Международные аналоги AISI 304

Страна	Маркировка стали
США	AISI 304, 304H, S30400
Германия	1.4301, 1.5301, X5CrNi18-10, X5CrNi18-9, X6CrNi18-9
Япония	SUS304
Франция	304F00, X5CrNi18-10, Z4CN19-10FF, Z5CN17-08, Z6CN18-09, Z7CN18-09
Англия	304S15, 304S11, 304S16, 304S17, 304S18, 304S25, 304S31
Евросоюз	1.4301, X5CrNi18-10, X6CrNi18-10
Италия	X3CrNi18-10, X5CrNi18-10
Испания	F.3504, F.3551, X5CrNi18-10
Китай	0Cr19Ni9, OCr18Ni9
Швеция	2332, 2333
Польша	0H18N9
Чехия	17240
Австрия	X5CrNi18-10OS

Дифференциация стали марки AISI 304

Нержавеющие стали классифицируют по множеству параметров:

по специальным свойствам: особо прочная, жаростойкая, химически устойчивая и так далее;
по толщине листа: толстолистовая сталь, тонколистовая сталь;
по способу обработки поверхности: термообработанная, полированная, шлифованная.

Встречаются листы стали AISI 304 с маркировкой DECO. Этот материал имеет рифленую поверхность. С помощью специальной механической обработки на листе создают рифление в виде: чечевица, ромб, круги, решетки и др. В зависимости от содержания углерода нержавеющий сплав AISI делят на: базовый, марки AISI 304 и низкоуглеродистый марки AISI 304L (low). В стали AISI 304L примерно на 10% больше содержание никеля и почти в 2 раза меньше углерода, чем в AISI 304. Низкоуглеродистая марка AISI 304L лучше сваривается и проявляет большую устойчивость в агрессивных средах.

Особенности нержавеющих металлов

Нержавеющая сталь является сплавом железа, хрома, никеля, кремния, углерода с добавлением легирующих веществ, необходимых для придания металлу дополнительных свойств. В качестве основных добавок в сплаве используется титан, фосфор, сера, медь, марганец. Данные элементы позволяют регулировать заданные технологические и эксплуатационные характеристики материала. Основным преимуществом нержавеющих металлов является сочетание хорошей прочности и повышенной устойчивости к воздействию различных агрессивных сред. Выпускается огромный ассортимент нержавеющих сталей. Характеристики нержавеющей стали изменяются в зависимости от количества и типа вводимых в состав примесей.

Достижение необходимых заданных технологических и эксплуатационных характеристик зависит от процентного состава легирующих добавок:

хром способствует образованию на поверхности стали защитного оксидного слоя, предохраняющего металл от воздействия различных агрессивных сред. Помогает увеличить глубину закаливания при воздействии высоких температур и при температурных перепадах. Нержавеющая сталь, содержащая хром обладает также повышенной устойчивостью к окислению при воздействии высоких температур. Такие стали широко используются в производстве печей, нагревательных элементов и разнообразного оборудования для нужд химической промышленности;
никель стабилизирует аустенитную структуру стали. Придает сплаву повышенную пластичность и вязкость. Значительно повышает устойчивость к воздействию кислот и стойкость к воздействию экстремальных температур;
медь повышает стойкость металла к воздействию кислорода;
кобальт увеличивает сопротивление металла к воздействию ударных нагрузок и повышает устойчивость к высоким температурам;
углерод повышает твердость стали и ее прочностные параметры. Даже небольшие изменения содержания углерода значительно влияют на ее параметры, так как значительно усиливается матрица железа (в связи с образованием карбидов). Но слишком высокое содержание углерода может снижать пластичные свойства стали и ударную вязкость, делая её хрупкой;
марганец (в комплексе с никелем) усиливает износостойкость сплава, а также ускоряет процесс прокаливания необходимый для удаления нежелательных примесей из сплава;
титан улучшает структуру металла, значительно повышает жаропрочность, плотность и устойчивость к воздействию коррозии;
вольфрам позволяет повышать твердость материала;
ванадий улучшает прочность и устойчивость к физическому воздействию;
кремний повышает прочность и твердость стали, увеличивает термическую стойкость. Повышает электропроводность и улучшает магнитные свойства стали. Способствует повышению коррозионной стойкости стали в кислых и окислительных средах при нагреве;
молибден повышает сопротивляемость к деформации и увеличивает термическую стойкость стали

Благодаря уникальным антикоррозийным свойствам и способности противостоять воздействию агрессивных сред, нержавеющая сталь широко используются в разных отраслях промышленности от машиностроения до пищевой индустрии.

Технологии обработки

Сталь AISI 304 хорошо поддается многим технологическим процессам. Возможна как холодная, так и тепловая обработка.

К холодной обработке относится гибка (деформация). Гибка производится или на механизированных станах или вручную. С помощью технологии гибки производят различные изделия сложной формы: детали корпусов машин и механизмов, воздуховоды и многое другое. Параметры данного процесса зависят от множества факторов: толщины металла, сложности контуров и других. Основными технологиями гибки нержавеющей стали являются:

ротационная глубокая вытяжка (на валковых станах);
прессовая (выполняется с помощью матрицы);
поворотная (на станках с подвижной траверсой).

К тепловым видам обработки относятся отжиг с последующим отпуском и ковка. При выполнении технологической операции ковки заготовку разогревают до температуры пластичности (1150˚С -1250˚С) и в разогретом состоянии придают нужную форму. Затем изделие подвергается быстрому охлаждению до температуры 400˚С.

Отжиг производят при температуре около 1050˚С. Далее сталь подвергается быстрому охлаждению проходит этап быстрого охлаждения отпуска при температуре около 450˚С -600˚С в течение 1 часа. Температурная обработка повышает устойчивость металла к коррозии, снимает внутренние напряжения. После отжига сталь подвергается обязательному травлению при помощи смеси фтороводородной и азотной кислот. Данный процесс производится для очищения поверхности от окислов и окалины. Затем производится пассивация (если необходимо). Поверхность металла обрабатывают составами на высококонцентрированных кислот. Далее поверхность шлифуют.

Чем варить нержавейку AISI 304:

MIG/MAG сварка. Выполняется полуавтоматами в инертной атмосфере защитного газа (аргона). Эффективна для массового производства. так как позволяет проводить сварочные работы с высокой скоростью и обеспечивает получение качественного и прочного шва.
TIG сварка. Выполняется вольфрамовым электродом в полностью аргоновой или аргонно-гелиевой атмосфере. TIG сварочный аппарат – это универсальный аппарат, который имеет широкий диапазон регулировки тока, что дает возможность подбирать оптимальные параметры для различных видов сварки. TIG сварка позволяет работать с деталями сложной формы и тонкостенными материалами.
Промышленная лазерная сварка на специальном оборудовании. Сварка лазером нержавеющей стали может производится как точечным методом, так и шовным. Технология лазерной сварки позволяет получить очень прочное соединение.

Область применения

Нержавеющая сталь используется для изготовления металлопроката различного типа и назначения. AISI 304 и AISI 304L производятся следующие виды металлопроката:

листовой (лист, полоса, лента и т. д.);
фасонный (уголок, швеллер, двутавр);
сортовой (круг, квадрат, пруток, полоса, шестигранник);
трубный прокат (бесшовные и электросварные трубы, капиллярные трубки);
проволока;
сетки различного плетения.

Данные заготовки из нержавейки используются в промышленном и гражданском строительстве, в различных отраслях промышленности, в медицинской отрасли и многих других. Трубы из различной нержавеющей стали нашли широкое применение в технологических трубопроводах на предприятиях химической и пищевой промышленности. AISI 304L и AISI 304 применение: изготовление панелей оборудования, различных резервуаров и емкостей для жидких и сыпучих веществ, производство промышленной мебели, изготовление сеток фильтров для нужд нефтяной и горнодобывающей промышленности и многое другое.