Вы когда-нибудь задумывались о различиях между разными сортами нержавеющей стали? В этой статье блога мы погрузимся в мир нержавеющих сталей 304, 304L, 316 и 316L. Наш эксперт, инженер-механик, расскажет об их уникальных свойствах, составах и областях применения, помогая вам выбрать идеальную марку для вашего проекта. Приготовьтесь расширить свои знания и принимать взвешенные решения относительно этих важнейших материалов.
Нержавеющая сталь - это универсальный сплав, отличающийся исключительной коррозионной стойкостью и уникальным составом. В основном она состоит из железа, с минимальным содержанием хрома 10,5% и, как правило, менее 1,2% углерода. Хром образует на поверхности пассивный оксидный слой, который придает стали характерное "нержавеющее" качество, защищая ее от дальнейшего окисления.
Состав нержавеющей стали может быть дополнительно усилен добавлением различных легирующих элементов, каждый из которых придает ей особые свойства:
Хотя сталь и железо связаны между собой, это разные материалы. Сталь - это сплав железа и углерода, основным компонентом которого является железо. Нержавеющая сталь - это особый вид стали, который обладает повышенной коррозионной стойкостью по сравнению с обычной углеродистой сталью.
Термины "304", "304L", "316" и "316L" относятся к конкретным сортам аустенитной нержавеющей стали, каждый из которых предназначен для различных областей применения:
Понимание этих марок крайне важно для выбора наиболее подходящей нержавеющей стали для конкретных производственных требований, учитывая такие факторы, как условия окружающей среды, механические свойства и методы изготовления.
Сталь:
Универсальный сплав, состоящий в основном из железа с содержанием углерода, как правило, менее 2%, и других легирующих элементов. Такой состав позволяет получить материал, обладающий повышенной прочностью, пластичностью и долговечностью по сравнению с чистым железом.
-GB/T 13304-91 Классификация стали; ASTM A941
Железо:
Фундаментальный металлический элемент с атомным номером 26 и символом Fe. Он составляет основу стали и чугунных сплавов.
Железо обладает сильными ферромагнитными свойствами, отличной пластичностью и высокой теплопроводностью. Его способность образовывать различные кристаллические структуры (аллотропы) при разных температурах обусловливает разнообразные свойства стали.
Нержавеющая сталь:
Коррозионностойкий стальной сплав, содержащий минимум 10,5% хрома, который при контакте с кислородом образует защитный слой оксида хрома. Этот пассивный слой обеспечивает устойчивость к воздействию воздуха, пара, воды и других слабоагрессивных сред.
Наиболее широко используются аустенитные нержавеющие стали серии 300, включая:
Эти марки обладают превосходным сочетанием коррозионной стойкости, пластичности и механических свойств, что делает их пригодными для широкого спектра применений в различных отраслях промышленности.
При производстве нержавеющей стали в нее добавляют различные сплавы, что приводит к различиям в ее характеристиках. Чтобы их различать, им присваивают разные стальные номера. Следующая таблица легирующих элементов является общей ссылкой для различных стальные номера из декоративной нержавеющей стали.
Химический состав (массовая доля, %)
Марка стали | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni |
304 | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.03 | 18-20 | 8-10 |
301 | ≤0.15 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.03 | 16-18 | 6-8 |
202 | ≤0.15 | ≤1.00 | 7.5-10 | ≤0.05 | ≤0.03 | 17-19 | 4-6 |
201 | ≤0.15 | ≤1.00 | 5.5-7.5 | ≤0.05 | ≤0.03 | 16-18 | 3.5-5.5 |
Производительность введение
Нержавеющая сталь 304 является широко используемой и распространенной тип стали обладает хорошей коррозионной стойкостью, жаростойкостью, прочностью при низких температурах и механическими свойствами. Он идеально подходит для процессов штамповки и гибки, поскольку не подвергается закалке при термообработке и остается немагнитным. Он может использоваться при температурах от -196°C до 800°C.
Применяемый диапазон
Нержавеющая сталь 304 обычно используется в бытовых товарах, таких как посуда класса I и II, шкафы, внутренняя сантехника, водонагреватели, бойлеры и ванны. Она также используется в автомобильных деталях, таких как стеклоочистители и глушители, а также в медицинских приборах, строительных материалах, химической промышленности, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и компонентах судов.
Производительность введение
Будучи низкоуглеродистой сталью, 304L обладает такой же коррозионной стойкостью, как и 304 в целом состоянии. Однако после сварки или снятия напряжения она обладает превосходной устойчивостью к зернограничной коррозии. Она также может сохранять хорошую коррозионную стойкость без термообработки в диапазоне температур от 196°C до 800°C.
Применяемый диапазон
304L широко используется в наружном оборудовании в химической, угольной и нефтяной промышленности, где требуется высокая устойчивость к коррозии по границам зерен, а также в жаропрочных деталях строительных материалов и компонентов, которые сложно подвергать термической обработке.
Производительность введение
Благодаря добавлению молибдена нержавеющая сталь 316 обладает превосходной коррозионной стойкостью, устойчивостью к атмосферной коррозии и высокотемпературной прочностью, что делает ее пригодной для использования в суровых условиях. Кроме того, она обладает превосходными свойствами упрочнения при работе (немагнитная).
Применяемый диапазон
Морское оборудование, химическое, красильное, бумажное, оборудование для производства щавелевой кислоты, удобрений и прочего; фотоаппараты, пищевая промышленность, объекты прибрежной зоны, канаты, CD стержни, болты, гайки.
Производительность введение
Являясь низкоуглеродистой серией нержавеющей стали 316, она обладает теми же характеристиками, что и 316, но имеет превосходную устойчивость к зернограничной коррозии.
Применяемый диапазон
Изделия с особыми требованиями к устойчивости к зернограничной коррозии.
Обогащенный Mo (2-3%), он демонстрирует исключительную стойкость к точечной коррозии и превосходную высокотемпературную прочность при ползучести.
Характеристики и практическое применение:
Разница | SUS316(L) |
Характеристики | -Отличная устойчивость к кристаллической коррозии |
Использование | -Трубопроводы для котлов, морских сооружений |
Химический состав: (Единицы измерения: wt%)
Технические характеристики | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Другие |
SUS316 | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 16.0~18.0 | 10.0~14.0 | Mo:2~3 |
SUS316L | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 16.0~18.0 | 12.0~15.0 | Mo:2~3 |
Механические свойства:
Технические характеристики | YS(Mpa) | TS(Mpa) | EL(%) | Hv |
SUS316 | ≥205 | ≥520 | ≥40 | ≤200 |
SUS316L | ≥175 | ≥480 | ≥40 | ≤200 |
Благодаря наличию молибдена нержавеющие стали 316 и 316L обладают превосходной коррозионной стойкостью и высокотемпературной прочностью. Благодаря своим превосходным характеристикам по сравнению с нержавеющими сталями 310 и 304, нержавеющая сталь 316 широко используется в суровых условиях, включая высокие температуры и концентрацию серной кислоты от 15% до 85%.
Кроме того, устойчивость к воздействию хлоридов делает его популярным выбором для морской среды. Максимальное содержание углерода составляет 0,03, 316L нержавеющая сталь идеально подходит для применения в тех случаях, когда не требуется отжиг после сварки и требуется максимальная коррозионная стойкость.
Химические состав нержавеющей стали 316L
Марка: 00Cr17Ni14Mo2
Название материала | Химический состав (массовая доля %) | |||||||
C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Мо | |
316L | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.035 | ≤0.03 | 12.0-15.0 | 16.0-18.0 | 2.0-3.0 |
Химические состав нержавеющей стали 304
Марка: 0Cr18Ni9
Название материала | Химический состав (массовая доля %) | |||||||
C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | N | |
≤ | ≤ | |||||||
SUS304 | 0.07 | 0.75 | 2.00 | 0.035 | 0.030 | 8.0-11.0 | 18.0-20.0 | 0.10 |
1. Коррозионная стойкость 316L
Нержавеющая сталь 316L относится к молибденсодержащим видам. Ее коррозионная стойкость превосходит таковую у нержавеющей стали 304, демонстрируя надежную устойчивость при производстве целлюлозы и бумаги. Кроме того, нержавеющая сталь 316 устойчива к воздействию морской и агрессивной промышленной атмосферы.
С точки зрения жаропрочности, нержавеющая сталь 316L демонстрирует хорошую устойчивость к окислению при периодическом использовании при температуре 1600 градусов и непрерывном использовании при температуре 1700 градусов.
В диапазоне 800-1575 градусов рекомендуется не использовать нержавеющую сталь 316L постоянно; однако эта сталь демонстрирует замечательную жаропрочность при длительной эксплуатации вне этого температурного диапазона.
Устойчивость нержавеющей стали 316L к выпадению карбидов выше, чем у нержавеющей стали 316, что позволяет использовать ее в вышеупомянутом температурном диапазоне.
Будучи низкоуглеродистой версией стали 316, 316L не только сохраняет те же характеристики, что и сталь 316, но и обладает повышенной стойкостью к межкристаллитной коррозии.
Это делает 316L особенно подходящей для применения в диапазоне сталей 316, где требуется особая устойчивость к межкристаллитной коррозии.
2. Коррозионная стойкость 304
Нержавеющая сталь 304 демонстрирует отличную устойчивость к коррозии и хорошую сопротивляемость межкристаллитной коррозии.
В случае с окислительными кислотами эксперименты показали, что нержавеющая сталь 304 демонстрирует сильную коррозионную стойкость в растворах азотной кислоты с концентрацией ≤65% ниже температуры кипения.
Он также демонстрирует хорошую коррозионную стойкость к растворам щелочей и большинству органических и неорганических кислот.
Высоколегированная сталь, способная противостоять коррозии на воздухе или в химически агрессивных средах, имеет привлекательную поверхность и хорошую коррозионную стойкость.
Не требуя обработки поверхности, например, нанесения покрытия, она использует свойства поверхности, присущие нержавеющей стали. Этот универсальный тип стали, обычно называемый нержавеющей, используется во многих областях.
Механизм предотвращения ржавчины в нержавеющей стали заключается в том, что элементы сплава образуют плотную оксидную пленку, изолирующую контакт с кислородом и препятствующую дальнейшему окислению. Однако нержавеющая сталь не является "нержавеющей" в абсолютном смысле этого слова.
Появление ржавчины на материале 304 может быть вызвано несколькими причинами:
(1) Наличие хлорид-ионов в окружающей среде.
Хлорид-ионы широко распространены, например, в поваренной соли, поте, морской воде, морском бризе, почве и т. д. Нержавеющая сталь быстро корродирует в среде с хлорид-ионами, иногда даже быстрее, чем обычная низкоуглеродистая сталь.
Поэтому необходимо учитывать условия, в которых используется нержавеющая сталь, и регулярно проводить очистку для удаления пыли и поддержания чистоты и сухости.
(2) Отсутствие обработки раствора.
Если элементы сплава не растворяются в матрице, базовая структура имеет низкое содержание сплава, что приводит к низкой коррозионной стойкости.
(3) Этот тип материала, в котором отсутствуют титан и ниобий, имеет присущую ему склонность к межкристаллитной коррозии.
Добавление титана и ниобия в сочетании со стабилизирующей обработкой позволяет уменьшить межкристаллитную коррозию.
При производстве целлюлозы и бумаги нержавеющая сталь 316 обладает лучшей коррозионной стойкостью по сравнению с нержавеющей сталью 304. Она также устойчива к морской и агрессивной промышленной атмосфере.
В целом, разница в химической стойкости между нержавеющей сталью 304 и 316 невелика, хотя в некоторых специфических средах различия есть.
Нержавеющая сталь 304, будучи первой разработанной нержавеющей сталью, в определенных условиях более восприимчива к питтинговой коррозии (ПК).
Добавление молибдена 2-3% снижает эту чувствительность, что приводит к созданию сплава 316. Более того, дополнительный молибден также снижает коррозию под действием определенных горячих органических кислот.
Нержавеющая сталь 316 стала стандартным материалом для пищевой промышленности и производства напитков, однако из-за дефицита молибдена во всем мире и более высокого содержания никеля в 316-й стали она стоит дороже, чем 304-я нержавеющая сталь.
Питтинговая коррозия возникает в основном из-за отложения коррозии на поверхности нержавеющей стали, возникающей в результате невозможности образования защитного слоя оксида хрома из-за недостатка кислорода.
В большинстве типов водных сред (дистиллированная вода, питьевая вода, речная вода, котловая вода, морская вода и т.д.) коррозионная стойкость нержавеющей стали 304 и 316 практически одинакова, за исключением случаев, когда содержание хлорид-ионов в среде очень высоко, в этом случае нержавеющая сталь 316 подходит больше.
В большинстве случаев показатели коррозионной стойкости нержавеющей стали 304 и 316 существенно не отличаются, но в некоторых случаях разница может быть значительной, что требует специального анализа каждого конкретного случая.
Пользователи арматуры должны четко понимать свои требования, так как они будут выбирать материал для своих сосудов и труб, исходя из среды. Рекомендовать материалы пользователям не рекомендуется.
См. также:
Нержавеющая сталь 316 обладает хорошей стойкостью к окислению при периодическом использовании при температуре ниже 1600°C и постоянном использовании при температуре ниже 1700°C.
Лучше не использовать нержавеющую сталь 316 постоянно в диапазоне температур 800-1575°C, но она обладает хорошей жаропрочностью при постоянном использовании вне этого диапазона.
316L нержавеющая сталь обладает большей устойчивостью к выпадению карбидов, чем нержавеющая сталь 316, и может использоваться в более высоких температурных диапазонах.
Нержавеющую сталь 316 необходимо отжигать в диапазоне температур 1850-2050oC, затем отжиг и быстрое охлаждение, поскольку он не может быть закален при перегреве.
Нержавеющая сталь 316 обладает хорошими сварочными свойствами и может быть сварена с использованием всех стандартных методы сварки. В зависимости от области применения для сварки можно использовать присадочный пруток или электрод из нержавеющей стали 316Cb, 316L или 309Cb.
Для обеспечения оптимальной коррозионной стойкости после сварки отжиг требуется для сварного сечения нержавеющей стали 316. Однако после сварки отжиг не требуется, если используется нержавеющая сталь 316L.
1. Свариваемость из 316L
Нержавеющая сталь 316L - это чистая аустенитная нержавеющая сталь с ультранизким содержанием углерода, обладающая хорошей свариваемостью и устойчивостью к межкристаллитной коррозии.
Однако из-за низкой теплопроводности и высокого коэффициента линейного расширения нержавеющей стали в сварном соединении при охлаждении могут образовываться значительные растягивающие напряжения.
Это, в сочетании с высокой теплоотдачей и медленной скоростью охлаждения, может привести к термическому растрескиванию, коррозионному растрескиванию и деформации.
Нержавеющая сталь 316L может быть сварена всеми стандартными методами. В зависимости от условий применения для сварки могут использоваться присадочные прутки или электроды из нержавеющей стали 316Cb, 316L или 309Cb.
Среди широко используемых методов сварки - MIG и Сварка TIG имеют меньшую теплоотдачу.
Поток аргонового газа не только защищает высокотемпературный металл, но и оказывает охлаждающее действие, повышая трещиностойкость сварного шва и уменьшая сварочные деформации.
Для нержавеющей стали 316L послесварочный отжиг не требуется (аустенитная нержавеющая сталь обычно не подвергается отжигу для снятия напряжения после сварки). Основными причинами этого являются:
1) Аустенитная нержавеющая сталь обладает превосходной пластичностью и вязкостью, поэтому нет необходимости восстанавливать ее свойства путем отжига для снятия напряжения после сварки.
2) Температурный диапазон 450~850°C является температурой сенсибилизации для аустенитной нержавеющей стали.
Длительный нагрев в этом диапазоне может ухудшить коррозионную стойкость. Если сварной шов содержит феррит, это также может привести к хрупкости при температуре 475°C и хрупкости сигма-фазы.
Обработка отжига для снятия напряжения после сварки находится в этом температурном диапазоне (за исключением обработки твердым раствором и стабилизации).
В особых случаях требуется обработка отжигом для снятия напряжения после сварки:
1) Чтобы стабилизировать геометрию деталей оборудования, необходимо устранить сварочное остаточное напряжение.
2) Если оборудование работает в среде, склонной к коррозии под напряжением, необходимо устранить растяжение остаточное напряжение.
2. Свариваемость нержавеющей стали 304
Аустенитная нержавеющая сталь, представленная сталью 18%Cr-8%Ni или нержавеющей сталью 304, обычно не требует предварительного нагрева или послесварочной термообработки. Она демонстрирует хорошие сварочные характеристики.
Однако высоколегированная нержавеющая сталь с высоким содержанием никеля и молибдена склонна к образованию трещин во время сварки.
Другие проблемы включают охрупчивание σ-фазы (интерметаллическое соединение Fe-Cr), низкотемпературную хрупкость, вызванную ферритом, снижение коррозионной стойкости и коррозионное растрескивание под напряжением.
После сварки соединение обычно демонстрирует хорошие механические свойства, но карбиды хрома на границах зерен в зоне термического влияния могут привести к образованию обедненного хромом слоя, который подвержен межкристаллитной коррозии.
Чтобы избежать этих проблем, используйте марки с низким содержанием углерода (C≤0,03%) или марки с добавлением титана или ниобия.
Для предотвращения высокотемпературного растрескивания металла сварного шва обычно считается эффективным контролировать содержание δ-феррита в аустените, при этом обычно рекомендуется поддерживать δ-феррит не менее 5% при комнатной температуре.
Для стали, используемой в основном для защиты от коррозии, выбирайте низкоуглеродистые и стабилизированные марки, а также применяйте соответствующую послесварочную термообработку.
Для стали, используемой в основном для обеспечения конструкционной прочности, следует избегать послесварочной термической обработки, чтобы предотвратить деформацию и охрупчивание из-за выпавших карбидов и появления δ-фазы.
Тип | UTS Н/мм | Урожайность Н/мм | Элогизация % | Твердость HRB | Сопоставимый номер DIN | |
---|---|---|---|---|---|---|
кованые | литье | |||||
304 | 600 | 210 | 60 | 80 | 1.4301 | 1.4308 |
304L | 530 | 200 | 50 | 70 | 1.4306 | 1.4552 |
316 | 560 | 210 | 60 | 78 | 1.4401 | 1.4408 |
316L | 530 | 200 | 50 | 75 | 1.4406 | 1.4581 |
Во всех типах сталей, аустенит имеет самый низкий предел текучести. Таким образом, с точки зрения механических свойств аустенит не является наиболее подходящим материалом для использования в штоках клапанов.
Это связано с тем, что для обеспечения определенной прочности диаметр стержня должен быть увеличен. Сайт предел текучести не может быть увеличена за счет термической обработки, но может быть увеличена за счет холодной деформации.
Сравнение механических свойств нержавеющих сталей 316L и 304
Класс | Прочность на разрыв (Мпа) | Предел текучести (Мпа) | Скорость удлинения (%) |
≥ | |||
0Cr18Ni9 (304) | 520 | 205 | 35 |
00Cr17Ni14Mo2 (316L) | 480 | 175 | 35 |
1. Основное химическое различие между 316L и 304 заключается в том, что 316L содержит молибден (Mo).
Добавление молибдена в аустенитную нержавеющую сталь повышает ее жаропрочность и прочность при ползучести, улучшает устойчивость к точечной и межкристаллитной коррозии.
Молибден может пассивировать стальную поверхность как в восстановительных, так и в высокоокислительных солевых растворах, повышая коррозионную стойкость стали и предотвращая питтинг в хлоридных растворах.
Включение молибдена повышает устойчивость к восстановительным кислотам и питтингу, а снижение содержания углерода повышает устойчивость к межкристаллитной коррозии и улучшает свариваемость. Добавление молибдена лучше предотвращает точечную коррозию.
304 относится к низкоуглеродистой нержавеющей стали, а 316L - к сверхнизкоуглеродистой.
Более низкое содержание углерода может уменьшить проявление межкристаллитной коррозии. Однако и 304, и 316L чувствительны к хлорид-ионам.
Устойчивость 304 к воздействию хлорид-ионов значительно слабее, чем у 316L, поэтому 316L обычно выбирают для сред с высоким содержанием хлоридов.
2. Разница между 316L и 304 существенна, в первую очередь она касается межкристаллитной коррозии.
304 относится к категории низкоуглеродистых нержавеющих сталей, а 316L - к ультранизкоуглеродистым. Чем выше содержание углерода, тем слабее устойчивость стали к межкристаллитной коррозии. Поэтому 316L превосходит 304 по устойчивости к межкристаллитной коррозии.
3. Нержавеющая сталь 316L имеет максимальное содержание углерода 0,03, что делает ее пригодной для применения в условиях, требующих отжига после сварки и максимальной коррозионной стойкости.
В целом, 316L обладает лучшей коррозионной стойкостью и стойкостью к межкристаллитной коррозии, чем 304. С точки зрения свариваемости, благодаря низкому содержанию углерода и другим совокупным факторам, 316L превосходит 304.
Что касается механических свойств, то прочность 304 выше, чем 316L. По способности к механической обработке 316L превосходит 316L.
Из-за широкого использования аустенита сложилось ложное представление о том, что все нержавеющие стали немагнитны.
Принято считать, что аустенит немагнитен, и закаленные кованые стали действительно таковыми являются.
Однако 304, прошедшие холодная штамповка может быть в некоторой степени магнитной. С другой стороны, аустенитная литая сталь 100% является немагнитной.
Коррозионная стойкость аустенита обусловлена защитным слоем оксида хрома, который образуется на поверхности металла.
При нагревании материала до высоких температур от 450°C до 900°C структура материала изменяется, и вдоль края кристалла образуется карбид хрома, препятствующий образованию защитного слоя оксида хрома на краю кристалла и приводящий к снижению коррозионной стойкости.
Эта коррозия называется 'межкристаллитная коррозия.’
Для борьбы с этой коррозией были разработаны нержавеющие стали 304L и 316L с пониженным содержанием углерода, что означает отсутствие карбида хрома и межкристаллитной коррозии.
Следует отметить, что более высокая чувствительность к межкристаллитной коррозии не означает, что низкоуглеродистые материалы более подвержены коррозии, и эта чувствительность также выше в средах с высоким содержанием хлора.
Обратите внимание, что это явление связано с высокими температурами (450°C - 900°C), часто возникающими при сварке.
Для обычных поворотных затворов с мягким седлом нет необходимости использовать низкоуглеродистую нержавеющую сталь, поскольку мы не свариваем тарелку клапана, хотя большинство спецификаций предусматривает использование нержавеющей стали 304L или 316L.
Вопреки распространенному мнению, нержавеющая сталь действительно может ржаветь в определенных условиях, что опровергает ошибочное представление о ее абсолютной коррозионной стойкости. Это явление возникает из-за сложного взаимодействия между составом материала и факторами окружающей среды.
Коррозионная стойкость нержавеющей стали обусловлена содержанием в ней хрома, который образует на поверхности защитный оксидный слой. Однако в определенных условиях эта пассивная пленка может быть нарушена, что приводит к локальной коррозии. Восприимчивость нержавеющей стали к коррозии зависит от нескольких факторов:
Например, трубы из нержавеющей стали 304 демонстрируют отличные характеристики в сухой, чистой атмосфере, но могут быстро разрушаться в прибрежной среде из-за воздействия хлоридов. Напротив, нержавеющая сталь 316 с повышенным содержанием молибдена обеспечивает повышенную устойчивость к точечной и щелевой коррозии в средах, богатых хлоридами.
Важно понимать, что ни одна марка нержавеющей стали не обладает универсальной коррозионной стойкостью. Правильный выбор материала с учетом конкретных условий окружающей среды, а также соответствующая обработка поверхности и практика технического обслуживания необходимы для обеспечения максимальной коррозионной стойкости компонентов из нержавеющей стали в различных областях применения.