Сталь AISI 304

Многообразие стальных сплавов поражает. Ежегодно появляется новая марка, не имевшая аналогов в мире. Но несмотря на это существует «костяк» зарекомендовавших себя сталей, на которых приходится 80% всей выпускаемой продукции. К одним из таких сплавов относится нержавеющая сталь AISI 304. О том, что это за материал и каковы его особенности в статье.

Особенности химического состава

Сталь 304 входит в группу коррозионностойких сталей аустенитного класса. Внешне ее легко узнать по металлическому блеску и характерному зеленоватому оттенку. Сталь является продуктом американского производства.

AISI расшифровывается как American Iron and Steele Institute, что переводится как институт стали и железа Америки.

Химический состав регулируется государственными стандартами США. Согласно им, помимо основного компонента железа, сталь должна включать в себя следующие компоненты:

• Углерод – 0,08%. Незаменимый элемент всех марок стальных сплавов. Именно он отвечает за способность стали упрочняться под воздействием термической обработки. Чем больше его в составе, тем выше твердость сплава. Но бесконтрольное увеличение углерода отрицательно сказывается на технологических характеристиках материала. В частности, пластичности и свариваемости. В AISI 304 проблема решается частичным замещением углерода никелем. Благодаря этому прочность стали повышается, никак не влияя при этом на пластичные свойства.
• Кремний – до 1%. Задача кремния, как легирующего элемента, - удалить из частицы растворенного кислорода, который попадает в сталь во время выплавки. Благодаря этому значительно снижается процент ликвации (неоднородности химического состава), что положительно сказывается на механических характеристиках сплава. Увеличение прочности при этом происходит без снижения вязкости и упругости. Также это открывает возможность применения для стали в работе в условиях воздействия ударных нагрузок.
• Марганец – до 2%. По своему назначению схож с вышеописанным элементом. Он также относится к группе раскислителей стали. Такой высокий процент содержания марганца способствует увеличению твердости и износостойкости AISI 304 без уменьшения значения ее пластичности. Также добавление марганца снижает риск образования окалин во время работы металла при повышенных температурах.
• Хром – 18%. Под воздействием атмосферных газов частицы хрома, расположенные на поверхности металла, окисляются, образуя тем самым износо- и коррозионностойкий слой на основе оксидов хрома. Он существенно повышает сопротивление AISI 304 абразивному истиранию с одной стороны, а с другой делает сплав более устойчивым к образованию разного рода вида коррозии. Также хром благоприятно влияет на прокаливаемость стали. Толщина закаленного слоя при добавлении данного легирующего элемента увеличивается на 20-30%.
• Никель – 10%. Его присутствие в составе делает сталь более прочной и коррозионностойкой. Сопротивление ударам также растет пропорционально увеличению никеля в составе сплава. Помимо этого никель повышает эффект от легирования хромом, увеличивая толщину его оксидной пленки.
• Фосфор – до 0,045%. Фосфор обладает более крупным размером молекул по сравнению с железом и углеродом. Встраиваясь в межкристаллическую структуру, он делает металл менее устойчивым к механическим нагрузкам, снижает пластичность и увеличивает вероятность образования трещин.
• Сера – до 0,03%. Так же как и фосфор, сера относится к группе нежелательных примесей. Она снижает прочностные свойства сталей и вдобавок значительно повышает риск появления окалин. Ее присутствие в сплаве обусловлено технологическими погрешностями при выплавке. А именно, неточностью содержания тех или иных компонентов шихты.

Аналоги

Химический состав AISI 304 не уникален. Он имеет множество аналогов, самыми популярными из которых являются:

• По ГОСТ - отечественная 08Х18Н10. От стали 304 ее отличает меньшее количество вредных примесей в составе.
• Немецкая 1.4301.
• Японская SUS304.
• Китайская 0Cr18Ni10.

Характеристики и свойства

Плотность AISI 304 составляет 7850 кг\м3. Плавиться сталь начинает при температуре 1500 ºС. Полный переход из твердого состояния в жидкое происходит при 1600 ºС. Данный сплав не пригоден в качестве проводника электрического тока. Коэффициент удельного сопротивления равняется 800 мкОм*мм. Не поддается намагничиванию.

Механические свойства AISI 304 находятся на высоком уровне и сопоставимы с аналогичными параметрами конструкционных сталей повышенного качества. Предел ее прочности на растяжение при комнатной температуре колеблется в пределах 515-600 МПа в зависимости от размера металлопроката. Процессы деформации начинаются при напряжении в 310 МПа. Твердость в «сыром» состоянии не превышает 70 HB, а пластичность – 40%.

Сталь 304 относится к группе криогенных, т.е. способно упрочняться при уменьшении температуры. Так, при -196 ºС предел прочности на разрыв уже равняется 1350 МПа. Но стоит отметить, что вместе с этим падает способность стали сопротивляться ударным нагрузкам. Касаемо жаростойкости, механические характеристики стали не изменяют своего значения при температурах до 600 ºС. После перехода этого порога идет значительный спад, как в прочности, так и износостойкости.

Сталь AISI 304 обладает повышенной коррозионностойкостью. Не окислятся при температуре до 500 ºС. При 20 ºС инертна к азотной, серной и муравьиной кислотам. При повышении температуры стойкость к кислотным средам, естественно, снижается. Скорость протекания коррозии в морской воде меньше по сравнению с конструкционными сталями почти в 4500 раз и составляет 0,0076 мм в год.

Технологические свойства стали 304 также на высоте. Ее пластичность позволяет производить всевозможные виды проката. Хорошо поддается токарной обработке. Правда, режим резки AISI 304 существенно отличается от режима резки сталей обычного качества. Причина этому – повышенная вязкость нержавейки.

Сталь AISI 304 относится к первой группе свариваемости. Сварка не требует проведения подготовительных операций. Сварной шов получается плотный. По своей прочности мало чем уступает цельному металлу.

Для улучшения механических и антикоррозионных характеристик сталь AISI 304 подвергают дополнительной термической обработке. Обычно она заключается или в отжиге при температуре 1100 ºС, или низком отпуске (450-600 ºС). Это позволяет снять остаток внутренних напряжений, которые появляются во время обработки стали давлением.

Применение стали 304

Наибольшего использования марка  добилась в следующих сферах:

• Строительство. Свариваемость и возможность получения разного рода проката стали причиной использования AISI 304 в изготовлении металлоконструкций. Сюда входят всевозможные ограждения, лестницы, опоры перекрытия и т.д.
• Автомобилестроение. Служит материалом для кузова и системы выхлопа. Трубы из данной нержавейки применяют в качестве транспортера тормозной жидкости.
• Пищевая промышленность. Инертность AISI 304 к органическим соединениям позволили ее использовать при изготовлении кухонного оборудования.