Содержание
Аустенитная нержавеющая сталь: определение, состав, свойства, марки, применение и многое другое
- Джон
Что такое аустенитная нержавеющая сталь?
Аустенитная нержавеющая сталь — один из пяти основных классов нержавеющей стали, определяемых кристаллической структурой с гранецентрированной кубической (ГЦК) кристаллической структурой, в основном состоящей из хрома 15-32% и никеля 8-37%, с балансом других элементов, таких как марганец и азот. Аустенитная нержавеющая сталь обладает превосходной коррозионной стойкостью и формуемостью, высокой прочностью и пластичностью, а также немагнитна. Распространенные марки включают 304, 316 и 310. Аустенитная нержавеющая сталь широко используется в пищевой, химической и медицинской промышленности.
Кристаллическая структура аустенитной нержавеющей стали
Аустенитная нержавеющая сталь имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру. Это тип кристаллической структуры. Представьте себе куб с атомом в каждом из восьми углов и дополнительным атомом в центре каждой грани. Такая структура очень компактна, атомы расположены близко друг к другу, что делает материал более стабильным и менее склонным к разрушению при деформации.
Такая структура обеспечивает аустенитной нержавеющей стали:
- Высокая пластичность, вязкость и ковкость
- Хорошие механические свойства при высоких и низких температурах
- Высокая коррозионная стойкость и стойкость к окислению
- Немагнитные свойства
Как формируется аустенитная структура в нержавеющей стали?
Аустенитные нержавеющие стали достигают своей уникальной структуры за счет добавления легирующих элементов, таких как никель и хром.
В чистое железо или углеродистая сталь, аустенитная (гранецентрированная кубическая) структура стабильна только при высоких температурах— около 1340°F (727°C) или выше. Однако, когда приблизительно 18% хром и 8% никель добавляются к стали, эта аустенитная структура становится стабильный через весь диапазон температур, от комнатной температуры до точки плавления.
Никель действует как стабилизатор аустенита, что позволяет сохранять гранецентрированную кубическую решетку даже при более низких температурах. Хром не только повышает коррозионную стойкость, но и способствует стабильность аустенитной фазы. Такое сочетание элементов помогает поддерживать аустенитную структуру, обеспечивая такие преимущества, как улучшенная пластичность и отличная коррозионная стойкость.
Химический состав аустенитной нержавеющей стали
Аустенитная нержавеющая сталь в основном состоит из хрома, никеля и углерода, а также других элементов, улучшающих определенные свойства.
- Хром (Кр) (15-32%) обеспечивает коррозионную стойкость за счет образования пассивного слоя оксида хрома, который самовосстанавливается при воздействии воздуха или влаги.
- никель (Ни) (8-37%) стабилизирует аустенитную структуру, улучшая прочность, пластичность, формуемость и коррозионную стойкость.
- Углерод (С) поддерживается на очень низком уровне, как правило ниже 0,08%, особенно в низкоуглеродистых марках, таких как 304L и 316L (ниже 0,03%), чтобы свести к минимуму выделение карбидов во время сварки, тем самым снижая риск межкристаллитной коррозии.
Кроме того,
- Марганец (Мн) может частично заменить никель в некоторых сплавах, особенно в серии 200, действует как стабилизатор аустенита и повышает растворимость азота и предел прочности при растяжении, а также снижает производственные затраты.
- Молибден (Мо) (2%-3%) добавляется для повышения устойчивости к точечной и щелевой коррозии, особенно в средах с высоким содержанием хлоридов, таких как морская вода.
- Азот (N) увеличивает прочность и повышает устойчивость к локальной коррозии, особенно в сплавах с высокими эксплуатационными характеристиками.
- Медь (Ку) иногда добавляется, особенно в специализированных сплавах, для повышения стойкости к коррозии в определенных кислых средах, таких как серная и фосфорная кислота.
*Аустенитная нержавеющая сталь может также содержать следы таких элементов, как кремний (Си), фосфор (П), сера (С), титан (Ти), ниобий (Нб), и кобальт (Co), но мы не будем обсуждать их здесь подробно.
Свойства аустенитной нержавеющей стали
Вот три основные причины, которые делают аустенитную нержавеющую сталь уникальной:
- Отличная коррозионная стойкость во многих средах.
- Высокая прочность и пластичность даже при низких температурах.
- Немагнитен и может быть закален только холодной обработкой.
Ознакомьтесь с таблицей ниже, чтобы ознакомиться с основными свойствами аустенитной нержавеющей стали:
| Свойство | Описание | Производительность | Замечания |
| Коррозионная стойкость | Способность противостоять коррозии и окислению. | Отлично подходит для работы в окислительных средах благодаря высокому содержанию хрома и никеля. | Молибден повышает коррозионную стойкость в средах с высоким содержанием хлоридов. |
| Механические свойства | Включает прочность, ударную вязкость, твердость и пластичность. | Прочный, вязкий, с хорошей пластичностью и умеренной твердостью. | Высокая прочность и вязкость помогают противостоять деформации под действием высоких напряжений, а хорошая пластичность предотвращает растрескивание под действием напряжений. |
| Теплостойкость | Способность выдерживать высокие температуры без ухудшения свойств. | Хорошая стойкость к окислению при высоких температурах. | Длительное воздействие высоких температур может привести к образованию шелушения. |
| Эффективность при низких температурах | Эксплуатационные характеристики материала в холодных условиях. | Исключительная прочность, устойчивость к хрупким разрушениям. | Подходит для криогенных применений, где предотвращение хрупкости имеет решающее значение. |
| Формуемость | Легкость формования посредством механических процессов. | Отличная формуемость, подходит как для холодной, так и для горячей обработки. | Высокая пластичность делает его идеальным для изготовления сложных форм. |
| Свариваемость | Возможность сварки без потери прочности. | Высокая свариваемость при сохранении коррозионной стойкости. | Послесварочная термическая обработка обычно не требуется, что делает этот материал идеальным для применения в строительстве и автомобильной промышленности. |
| Обрабатываемость | Легкость резки, формовки и отделки материала. | Умеренная; упрочнение и износ инструмента можно контролировать путем оптимизации. | Использование острых инструментов и более низких скоростей резания может улучшить обрабатываемость. Холодная обработка может повысить твердость. |
| Магнитные свойства | Склонность проявлять магнитное поведение. | Немагнитен, но после холодной обработки может проявиться слабая магнитность. | Холодная обработка может вызывать небольшой магнетизм, который может повлиять на немагнитные применения. |
Преимущества и недостатки аустенитной нержавеющей стали
Аустенитная нержавеющая сталь обеспечивает следующие преимущества:
- Отличная коррозионная стойкость в широком диапазоне сред.
- Высокая пластичность, что облегчает формовку и сварку.
- Сохраняет прочность при высоких температурах.
- Устойчив к окислению даже во влажном воздухе.
- В отожженном состоянии немагнитен.
Он также сталкивается с проблемами и недостатками, перечисленными ниже:
- Более высокая стоимость из-за использования легирующих элементов, таких как никель.
- В определенных условиях подвержен коррозионному растрескиванию под напряжением.
- Трудно поддается механической обработке из-за свойств упрочнения.
- Более низкая прочность по сравнению с другими типами нержавеющей стали.
- Плохая устойчивость к износу и истиранию.
Подгруппы аустенитной нержавеющей стали
Аустенитная нержавеющая сталь делится на две подгруппы AISI Серия 200 и АИСИ Серия 300. Обе серии признаны Американским институтом чугуна и стали (AISI), Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM) и другими организациями по всему миру. Главное отличие заключается в том, что в серии 200 используются марганец и азот с меньшим содержанием никеля, тогда как в серии 300 используются более высокие уровни хрома и никеля.
Серия AISI 200
Нержавеющая сталь серии AISI 200 формирует свою аустенитную структуру путем добавления марганца и азота с уменьшенным количеством никеля. Марганец и азот поддерживают аустенитную структуру и повышают прочность. Распространенные марки включают 201 и 202. Она обычно используется в кухонной утвари, автомобильной отделке и оборудовании для обработки пищевых продуктов из-за своей экономической эффективности.
Серия AISI 300
Нержавеющая сталь серии AISI 300 формирует аустенитную структуру путем добавления большего количества хрома и никеля. Хром противостоит коррозии, а никель добавляет пластичности и прочности. Широко используются такие распространенные марки, как 304 (18/8 или A2) и 316 (A4). Серия 300 обычно используется в строительстве, химической обработке и медицинском оборудовании из-за своей прочности и коррозионной стойкости.
Марки аустенитной нержавеющей стали
Взгляните на распространенные марки аустенитной нержавеющей стали:
| Оценка | Эквивалентный класс (UNS/EN) | Описание | Распространенные приложения |
| 302 | S30200 / 1.4300 | Общего назначения 18-8 | Пружины, шайбы, гайки, болты, автомобильная отделка |
| 202 | С20200 / 1.4373 | N и Mn частично заменяют Ni | Кухонная утварь, автомобильные детали, железнодорожные вагоны, мойки |
| 201 | С20100 / 1.4372 | N и Mn частично заменяют Ni | Кухонная утварь, конструкции приборов, железнодорожные вагоны, шланги |
| 305 | S30500 / 1.4303 | Увеличено содержание Ni для снижения упрочнения | Детали глубокой вытяжки, электронные компоненты, кухонные мойки, пружины |
| 304 | S30400 / 1.4301 | Более низкий C для лучшей коррозионной стойкости сварных конструкций | Химические контейнеры, кухонное оборудование, архитектурные панели, резервуары |
| 304L | S30403 / 1.4306, 1.4307 | Снижение содержания С для обеспечения коррозионной стойкости после сварки | Конструкционные элементы в условиях высоких температур, теплообменники, детали нефтеперерабатывающих заводов, оборудование для химической переработки |
| 304Н | S30451 / 1.4315 | Добавлен азот для увеличения прочности | Конструкционные элементы, автомобильные выхлопные системы, химические резервуары, судовое оборудование |
| 304NL | S30453 / 1.4311 | Добавлен азот для увеличения прочности | Конструкционные элементы в коррозионных средах, сварные элементы, детали морского назначения, сосуды под давлением |
| 303 | S30300 / 1.4305 | S добавлено для обрабатываемости | Винты, гайки, болты, валы, клапаны |
| 303Se | S30323 / 1.4300 | Se добавлен для лучшей обрабатываемости | Высокоточная обработка деталей, электрораспределительная аппаратура, клапаны, разъемы |
| S30430 | S30430 / 1.4567 | Добавлена медь для улучшения холодной обработки | Автомобильные теплообменники, сосуды высокого давления, трубы, архитектурные приложения |
| 316 | S31600 / 1.4401 | Добавлен Mo для повышения коррозионной стойкости | Медицинские инструменты, судовое оборудование, химические контейнеры, оборудование для переработки пищевых продуктов |
| 316L | S31603 / 1.4404, 1.4435 | Снижение содержания С для обеспечения коррозионной стойкости после сварки | Фармацевтическое оборудование, морское применение, резервуары для химической обработки, поверхности для приготовления пищи |
| 316Н | S31651 / 1.4429 | Добавлен азот для увеличения прочности | Высокопрочные детали в коррозионных средах, сосуды под давлением, морские компоненты, медицинские приборы |
| 316ЛН | S31653 / 1.4429 | Содержание углерода уменьшено, для повышения прочности добавлен азот | Компоненты ядерного реактора, криогенные сосуды, химическое технологическое оборудование, трубопроводы высокого давления |
| 316Ф | S31620 / 1.4436 | Добавлены S и P для улучшения обрабатываемости | Детали насосов, компоненты клапанов, валы, прецизионные фитинги |
| 317 | S31700 / 1.4449 | Добавлено больше Mo и Cr для лучшей коррозионной стойкости | Химическое технологическое оборудование, морское применение, фармацевтическое оборудование, нефтехимические заводы |
| 317L | S31703 / 1.4438 | Снижение содержания С для улучшения сварочных характеристик | Оборудование для целлюлозно-бумажной промышленности, химические резервуары, морские сооружения, системы десульфурации дымовых газов |
| 310, 310С | S31000, S31008 / 1.4840, 1.4845 | Больше Cr и Ni для еще лучшей термостойкости | Футеровка печей, компоненты печей, камеры сгорания, теплообменники |
| 309, 309С | С30900, С30908/1.4828, 1.4833 | Увеличено содержание Cr и Ni для повышения термостойкости | Детали печей, теплообменники, футеровка печей, оборудование для нефтеперерабатывающих заводов |
| 314 | S31400 / 1.4841 | Увеличено содержание Si для максимальной термостойкости | Детали печей, газовые горелки, камеры сгорания, теплообменники |
| 330 | N08330 / 1.4886 | Добавлен Ni для устойчивости к науглероживанию и термическому удару | Детали печей, компоненты газовых турбин, теплообменники, оборудование для химических процессов |
| 302Б | С30215 / – | Добавлен кремний для повышения устойчивости к образованию накипи | Компоненты печей, теплообменники, автомобильные коллекторы |
| 308 | S30800 / 1.4332 | Более высокое содержание Cr и Ni, используется в основном для сварки | Сварочные прутки, присадочные материалы, высокотемпературные выхлопные системы, футеровка печей |
| 321 | S32100 / 1.4541 | Добавлен Ti для предотвращения осаждения карбидов | Выхлопные системы самолетов, термоокислители, детали печей, теплообменники |
| 347 | S34700 / 1.4550 | Добавлены Nb и Ta для предотвращения осаждения карбидов | Аэрокосмические компоненты, высокотемпературное оборудование, сварные детали котлов, газотурбинные двигатели |
| 348 | S34800 / 1.4551 | Ta и Co ограничены для использования в ядерной области | Детали ядерных реакторов, высокотемпературные компоненты самолетов, компоненты для генерации электроэнергии, теплообменники |
| 205 | С20500 / – | N и Mn частично заменяют Ni | Коммерческое пищевое оборудование, кухонная техника, резервуары для хранения, сварные конструкции |
| 384 | С38400 / – | Больше Ni для снижения упрочнения | Детали глубокой вытяжки, винты, болты, пружины, крепежи |
| 329 | S32900 / 1.4460 | (Дуплекс: аустенит + феррит) Увеличено содержание Cr и уменьшено содержание Ni для повышения стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением | Нефтегазопроводы, судовое оборудование, химические резервуары, сосуды под давлением |
Какая марка аустенитной нержавеющей стали является лучшей?
Не существует универсальной «лучшей» марки аустенитной нержавеющей стали. Это зависит от различных факторов. Для общих целей распространена нержавеющая сталь 304 из-за ее хорошей коррозионной стойкости и простоты изготовления. Для более высокой коррозионной стойкости, например, в морской среде, лучше подойдет нержавеющая сталь 316, поскольку она содержит молибден. Для высокотемпературных применений подходит нержавеющая сталь 310 из-за ее превосходной термостойкости. Каждая марка имеет свои собственные сильные стороны, поэтому лучший выбор зависит от конкретных потребностей.
Применение аустенитной нержавеющей стали
Ознакомьтесь с таблицей ниже, чтобы узнать об основных отраслях и областях применения, где аустенитная нержавеющая сталь используется чаще всего:
| Промышленность | Приложение |
| Еда и напитки | Резервуары, трубопроводы, емкости для хранения, технологическое оборудование |
| Медицина и фармацевтика | Хирургические инструменты, имплантируемые устройства, стерилизационные лотки, диагностическое оборудование |
| Химическая обработка | Теплообменники, Реакторы, Насосы, Клапаны |
| Нефть и газ | Трубопроводы, морские платформы, сосуды под давлением, теплообменники |
| Автомобильный | Выхлопные системы, топливные баки, элементы отделки, датчики |
| Аэрокосмическая промышленность | Компоненты двигателя, крепеж, конструктивные элементы, выхлопные системы |
| Строительство | Кровля, Фасадные панели, Перила, Конструкционные опоры |
| Генерация электроэнергии | Котлы, турбины, установки десульфурации дымовых газов, компоненты ядерных реакторов |
Аустенитная, мартенситная, ферритная, дуплексная и упрочненная дисперсионным твердением нержавеющая сталь
Сравните пять классов нержавеющей стали в таблице ниже:
| Свойство | Аустенитная нержавеющая сталь | Мартенситная нержавеющая сталь | Ферритная нержавеющая сталь | Дуплексная нержавеющая сталь | Дисперсионно-твердеющий |
| Кристаллическая структура | Аустенитный (ГЦК) | Мартенситный (BCT) | Ферритный (ОЦК) | Аустенитный + ферритный, обычно 50% + 50% | Мартенситный или аустенитный + дисперсионно-твердеющий |
| Механическая прочность | Высокая прочность, хорошая пластичность | Высокая прочность, высокая твердость | Умеренная прочность, хорошая вязкость | Высокая прочность, превосходное сопротивление разрушению | Очень высокая прочность после термообработки |
| Коррозионная стойкость | Превосходно, особенно в кислых и хлоридных средах | Умеренная, подвержена коррозии в суровых условиях | Хорошо, особенно в окислительных средах | Превосходно, особенно в хлоридной и морской среде | Хорошо, но хуже, чем у аустенитных или дуплексных типов |
| Свариваемость | Отлично, минимальное воздействие сварки | Плохо, требуется предварительная и последующая термическая обработка | Требуется умеренная послесварочная термообработка | Хорошо, но скорость охлаждения необходимо контролировать | Хорошо, но после сварки требуется термообработка |
| Термическая обработка | Невозможно закалить термической обработкой, можно упрочнить холодной обработкой | Закалка и отпуск для регулирования твердости | Не подлежит термической обработке, может быть упрочнен холодной обработкой | Сохраняет хорошие свойства после термической обработки | Упрочнение методом дисперсионного твердения |
| Типичные применения | Пищевая промышленность, химическое оборудование, медицинские приборы | Лопасти, валы, механические компоненты | Автомобильные выхлопные системы, теплообменники | Морское машиностроение, нефте- и газопроводы | Аэрокосмическая, ядерная, высокопрочная промышленность |
Что вас также может беспокоить
Теперь, когда вы имеете более глубокое представление об аустенитной нержавеющей стали, есть еще несколько общих вопросов, которые заслуживают вашего внимания：
В чем разница между нержавеющей сталью и аустенитной нержавеющей сталью?
Нержавеющая сталь относится к семейству сплавов на основе железа, известных своей коррозионной стойкостью. Аустенитная нержавеющая сталь — это особый тип в этой группе, известный своим высоким содержанием хрома и никеля, что повышает коррозионную стойкость и прочность. Это также наиболее часто используемый тип нержавеющей стали, составляющий около 70% всего производства нержавеющей стали.
Какие еще виды нержавеющей стали существуют помимо аустенитной нержавеющей стали?
Другие типы нержавеющей стали включают ферритную нержавеющую сталь, мартенситную нержавеющую сталь, дуплексную нержавеющую сталь и дисперсионно-твердеющую нержавеющую сталь.
Будет ли ржаветь аустенитная нержавеющая сталь?
Аустенитная нержавеющая сталь обладает высокой устойчивостью к ржавчине. Однако она все равно может ржаветь в экстремальных условиях, например, при длительном воздействии соленой воды или едких химикатов, или если защитный слой поврежден или изношен.
Связанное чтение
Будет ли нержавеющая сталь ржаветь и как с этим справиться?
Магнитна ли аустенитная нержавеющая сталь?
Аустенитная нержавеющая сталь, как правило, немагнитна. Однако она может стать слегка магнитной после холодной обработки, такой как гибка или формовка, из-за превращения части аустенита в мартенсит.
Связанное чтение
Магнитится ли нержавеющая сталь?
Безопасна ли аустенитная нержавеющая сталь для приготовления пищи?
Да, аустенитная нержавеющая сталь безопасна для приготовления пищи и широко используется в кухонных принадлежностях и оборудовании для обработки пищевых продуктов. Ее коррозионная стойкость и нереактивность делают ее идеальной для использования с продуктами питания и напитками, предотвращая загрязнение и сохраняя вкус.
Резюме и далее
В этой статье кратко объясняется определение, состав, свойства, марки, области применения и другие важные аспекты аустенитной нержавеющей стали. Чтобы узнать больше о нержавеющей стали или других типах стали, посетите наш блог или свяжитесь с нашими экспертами по металлу.
Как ведущий производитель и поставщик решений для специальной стали, SteelPRO предоставляет многоотраслевые прикладные решения и индивидуальные услуги. Мы гарантируем качество продукции 100% и стремимся расти вместе с нашими клиентами. Посетить наш сайт чтобы узнать больше, или отправьте нам запрос. Мы свяжемся с вами в ближайшее время!
