Технические характеристики нержавеющей стали Aisi 304

Характеристики стали AISI 304 и ее аналогов относят ее к обширному  семейству нержавеющих сплавов. Высокое содержание в качестве легирующих добавок хрома и никеля обеспечивает ей устойчивость к длительному воздействию экстремальных температур и агрессивных сред. Благодаря уникальным свойствам сталь широко востребована практически во всех областях хозяйства.

Спектр применения

Нержавеющая сталь марки AISI 304 по ГОСТу определяется как низкоуглеродистая, обладающая аустенитной структурой. Отсутствие токсичных веществ обеспечивает ей самый широкий спектр применения.

В строительстве она используется для изготовления:

• сборных металлоконструкций;
• отделки эскалаторов и кабин в лифтах;
• поручней и ограждений;
• дымоходов и вентиляционных вытяжек.

В химической и нефтегазовой отрасли – для производства:

• резервуаров для транспортировки и хранения химических веществ агрессивной природы;
• трубопроводов и сопутствующего оборудования.

Характеристики нержавеющей стали 304 делают ее особенно востребованной в пищевой промышленности – при изготовлении:

• контейнеров для холодильных и моющих машин;
• стеллажей и шкафов;
• рабочих столов;
• различных элементов для печей;
• фитингов и деталей запорной арматуры;
• термостойкой посуды;
• столовых приборов;
• электрических агрегатов для кухни;
• оборудования для молочной и пивоваренной отраслей.

В  медицине для производства:

• инструментов и оборудования;
• разного рода имплантов;
• специальных видов мебели;
• лабораторной аппаратуры.

Химический состав

Характеристики и применение стали AISI 304 обусловлены ее химическим составом. Данный материал разработан в американском институте чугуна и сплавов, что и обозначает аббревиатура AISI. Значение цифр:

• «3» свидетельствует об аустенитной структуре;
• «0» и «4» указывают на сорт стали.

После цифр могут стоять буквы, свидетельствующие об особенностях сплава. Например, на основе марки стали AISI 304 разработаны и другие  разновидности:

• AISI 304L, в которой содержание углерода снижено до 0,03%;
• AISI 304H – с увеличенной его концентрацией, ее свойства оптимальны для использования в высокотемпературных производствах.

В качестве российских аналогов марки стали AISI 304 в рамках ГОСТа  используются:

• 08Х18Н9;
• 08Х18Н10;
• 08Х18Н11;
• 12Х18Н9;
• 03Х18Н11.

Среди зарубежных аналогов можно назвать:

• Х2CrNi1911 – В Германии;
• SUS 304 – Японии;
• В Евросоюзе  – 1.4301.

Состав сплава регламентируется американским стандартом ASTM A240, который определяет его, как низкоуглеродистый и антикоррозийный. Содержание железа составляет 66-74%. Концентрации легирующих компонентов:

• хрома – 18,0-20,0%;
• никеля – 8,0-10,5%;
• марганца – до 2%;
• меди – не более 1%;
• углерода и кремния – по 0,8%;
• серы – не более 0,03%;
• фосфора – до 0,045%.

Сортамент стали представлен:

• листовым и сортовым  прокатом;
• в виде полос и прутков;
• плитой;
• бесшовными или профильными трубами;
• фитингами и фланцами.

Свойства сплава

Характеристики стали свидетельствуют о ее высоких механических свойствах:

• плотности – от 7,78 до 7,93 г/см3;
• Тплавления – 1450 градусов;
• пределе текучести – 210 МПа;
• удельной теплоемкости – 500 Дж/кг*К;
• коэффициенте теплового расширения – 15 Вт/м*К;
• удельном электросопротивлении – 0,8 Ом*м;
• предельном показателе прочности на сжатие – 210 МПа и разрыв – 520-720 МПа;
• величине удлинения – до 45%;
• твердости по Роквеллу – до 70 единиц.

Высокую антикоррозийную стойкость металла обеспечивает хром. Он образует на поверхности сплава тончайшую пленку оксида хрома, предохраняющую от процессов разрушения. При повреждении пленки она мгновенно восстанавливается. Аналогичные процессы происходят при появлении микротрещин внутри стальных конструкций, что гарантирует их долговечность. Но не рекомендуется использовать сплав в условиях, где существует риск возникновения межкристаллитной коррозии.

В то же время сравнение антикоррозийных характеристик стали 304 при применении в естественных условиях показывает, что они намного выше  показателей других материалов. Например, в обычных условиях 10-летняя скорость протекания коррозийного процесса составляет:

• для стали 304 – 0,0025 единицы;
• алюминиевых изделий – 0,025;
• углеродистой стали – 5,8 единиц.

Сплав отличается также:

• хорошей свариваемостью и отсутствием необходимости в термической обработке соединительных швов;
• устойчивостью к действию кислот, кроме серной;
• стойкостью к температурным перепадам.

Термическая обработка

Для улучшения основных свойств пищевую нержавеющую сталь марки AISI 304 подвергают процессам термообработки. Отжиг необходим при любой тепловой обработке сплава.  Допустимый интервал температур составляет 1050, с возможностью отклонения в обе стороны на 25 градусов. Для отжига оптимален режим быстрого охлаждения в воде или на воздухе. При этом сталь приобретает более высокую сопротивляемость коррозии.

После процесса отжига необходимы травление и пассивация сплава. Травление, то есть очистку поверхности металла проводят при температуре 60 градусов смесью кислот:

• азотной и фтористоводородной;
• азотной и серной.

Для пассивации – получения на поверхности металла оксидной пленки, применяют 20%-ный раствор азотной кислоты и специальные пасты.

Отпуск производится в течение 1 часа в температурном режиме:

• 450-600 градусов – для стали 304L;
• не более 400 градусов – для стали 304.

Температурный режим ковки:

• в начале процесса – 1150-1260 градусов;
• в конце – 900-925 градусов.

Сталь обладает достаточной пластичностью и отлично поддается разным видам холодной обработки – формовке, изгибу или вытяжке.

Преимущества и недостатки

Как и любой сплав, пищевая нержавейка – марка стали AISI 304, обладает своими плюсами и минусами. Несомненные достоинства металла очевидны:

• длительная устойчивость к перепадам температур в интервале от минус 200 до 650 градусов;
• низкая степень намагниченности;
• хорошая экологичность;
• подверженность всем видам обработки;
• высокая стойкость к коррозии;
• сочетание высокой прочности с небольшой плотностью;
• эстетичность изделий и легкая очистка после применения;
• доступная стоимость;
• долговечность конструкций, изготовленных из стали.

Несмотря на отсутствие серьезных недостатков, характеристики стали AISI AISI 304 и ее аналогов указывают на определенные проблемы при эксплуатации в высокотемпературном режиме.

В диапазоне 425-820 градусов снижаются показатели прочности и упругости металла. Происходит осаждение карбидов хрома, что сопровождается обеднением прилегающих объемов этим элементом. Начинается процесс внутренней коррозии, проходящий по границам зерен. Его следствием становятся глубокие  трещины в структуре стали. Подобный процесс возможен в местах сварочных швов.

Чтобы повысить сопротивляемость металла к межкристаллитной коррозии, используют разнообразные методы, например, нагрев изделия до 1000 градусов с закалкой в воде. Можно вместо базовой стали использовать ее разновидность AISI 304L, которая более устойчива к процессам межкристаллитной коррозии.