Аустенитные нержавеющие стали: подробное руководство

Металлургам и инженерам-механикам необходимо хорошо понимать преимущества и ограничения аустенитных нержавеющих сталей, прежде чем выбирать их для своих задач. Выбор таких сталей без необходимых знаний может привести к увеличению стоимости материалов, не соответствующих потребностям вашего производства. В этой статье мы расскажем, как решить эти проблемы, объяснив, что такое аустенитные нержавеющие стали, каковы их области применения и уникальные свойства.

Что такое аустенитная нержавеющая сталь?

Аустенитная нержавеющая сталь является одним из наиболее популярных типов нержавеющих сталей, наряду с ферритной, мартенситной и дуплексной классификациями. Эти стали состоят из нескольких материалов, включая железо, хром, никель, марганец и углерод. Аустенитная нержавеющая сталь выпускается в различных марках; наиболее популярными являются марки 304 и 316. Уникальные свойства этих сталей обуславливают их превосходную структуру — гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую решетку. В основном аустенитные нержавеющие стали состоят из железа и хрома, но их структура также делает их немагнитными.

История аустенитной нержавеющей стали

В 1913 году английский металлург Гарри Бреарли приписал себе открытие нержавеющей стали. В то время он, работая в лабораториях Фирта Брауна в Шеффилде, Англия, разрабатывал способы повышения устойчивости стали к коррозии. В ходе различных экспериментов с разными составами он обнаружил, что стали с содержанием хрома около 12,81 TP3T обладают высокой устойчивостью к ржавчине и пятнам. Именно так нержавеющая сталь со временем стала популярной.

Состав аустенитной нержавеющей стали

В основном, это аустенитная нержавеющая сталь, состоящая из железа (Fe), которая обычно обогащена высокими пропорциями ключевых элементов. Содержание хрома в этих сталях, являющегося основным легирующим элементом, составляет от 161Т3Т до 261Т3Т. Никель также является важным легирующим элементом, его содержание колеблется от 61Т3Т до 221Т3Т. Обычно добавляется от 21Т3Т до 101Т3Т марганца. Сталь также имеет низкое содержание углерода, обычно ниже 0,081Т3Т. В зависимости от желаемого результата можно добавить молибден, азот, кремний, фосфор и серу в меньших количествах.

Как производится аустенитная нержавеющая сталь?

Производство аустенитной нержавеющей стали включает в себя множество процессов. Выбор оптимального производственного процесса зависит от типа производимой аустенитной нержавеющей стали и используемого оборудования.

• Плавка и рафинированиеЭтот процесс включает в себя плавку железа с хромом, никелем и другими элементами в печи. Процесс рафинирования помогает удалить примеси и скорректировать состав для получения необходимой коррозионной стойкости, прочности и однородных химических свойств.
• Непрерывное литьеЭтот процесс включает в себя заливку расплавленной аустенитной нержавеющей стали в охлажденную форму и ее затвердевание в слябы или заготовки. Он способствует улучшению однородности материалов, уменьшает количество отходов, экономит энергию и подготавливает сталь к дальнейшим операциям формовки.
• Горячая прокаткаЗдесь используется высокая температура, обычно выше точки рекристаллизации, для придания формы литой стали. Этот процесс уменьшает толщину, измельчает зернистую структуру и улучшает механические свойства. Кроме того, с помощью этого процесса можно легко придать стали форму плит, листов или рулонов.
• Холодная прокаткаЭтот процесс обычно проводится при комнатной температуре после горячей прокатки. Холодная прокатка Уменьшает толщину, улучшает качество поверхности, повышает прочность за счет упрочнения при обработке и обеспечивает необходимую точность размеров для высококачественных изделий из аустенитной нержавеющей стали.

Характеристики аустенитной нержавеющей стали?

Аустенитная нержавеющая сталь обладает такими отличительными характеристиками, как:

• Обладает высокой коррозионной стойкостью в кислых, щелочных и хлорсодержащих средах.
• Немагнитные свойства при отжиге.
• Они обладают высокой пластичностью и хорошо поддаются различным процессам металлообработки.
• Обладает хорошими криогенными свойствами, благодаря чему сохраняет прочность и пластичность при очень низких температурах.
• Некоторые марки стали обладают хорошей прочностью при высоких температурах, что позволяет им сохранять хорошие механические свойства, такие как прочность и сопротивление ползучести при высоких температурах.
• Гигиеничность и способность отталкивать загрязнения обусловлены их гладкой, непористой и не вступающей в реакцию с веществами поверхностью, что облегчает их чистку и уход.
• Низкое содержание углерода в аустенитных нержавеющих сталях, таких как марки 304L и 316L, обеспечивает хорошую свариваемость, благодаря чему они демонстрируют низкую сенсибилизацию (образование карбидов на границах зерен).
• Аустенитные нержавеющие стали обладают высокой степенью перерабатываемости без потери каких-либо свойств.

Свойства аустенитной нержавеющей стали

Все типы аустенитных нержавеющих сталей подразделяются на серии 200 и 300. Серия 300 — это марка с самым высоким содержанием никеля (плюс 904L в качестве исключения). Как правило, они обладают следующими свойствами:

• Немагнитный.
• Отличная коррозионная стойкость.
• Легко сваривается.
• Высокая прочность при повышенной температуре.
• Улучшенная обрабатываемость.

Физические свойства аустенитной нержавеющей стали?

В целом, все марки аустенитных нержавеющих сталей обладают широким спектром полезных свойств. Некоторые из этих свойств включают:

• Как правило, их можно сваривать всеми стандартными методами, при этом некоторые сплавы обладают меньшей сенсибилизацией карбидами.
• В отожженном состоянии они демонстрируют превосходные характеристики. формуемость, производственные возможности и пластичность.
• Обладает отличными гигиеническими свойствами и устойчивостью к загрязнениям/пятнам.
• Сохраняют свои свойства при высоких температурах, а иногда демонстрируют выдающиеся характеристики при криогенных температурах.
• В отожженном состоянии немагнитны.
• Закаляется только холодной обработкой, в закаленном состоянии обладает некоторой магнитной восприимчивостью.

Химические свойства аустенитной нержавеющей стали?

Ниже приведён список некоторых привлекательных химических свойств аустенитной нержавеющей стали:

• Гранецентрированная кубическая микроструктура.
• Инертность, или отсутствие химического взаимодействия, с широким спектром сред.
• Обладает высокой коррозионной стойкостью в нейтральных, слабокислых/щелочных и влажных средах.
• Некоторые марки стали обладают исключительной коррозионной стойкостью в сильнокислотных/щелочных средах и средах с высоким содержанием хлоридов.
• Склонность некоторых сплавов к образованию карбидов на границах кристаллов ослабляет коррозионную стойкость. Этому противодействует добавление стабилизирующих металлов, которые препятствуют этому химическому процессу.

Какие существуют марки аустенитной нержавеющей стали?

Ниже представлен список различных марок аустенитной нержавеющей стали с разными свойствами.

304 нержавеющая сталь

Их также называют нержавеющей сталью “18-8”, поскольку их основными легирующими компонентами являются 18% хром и 8% никель. нержавеющая сталь 304 В состав нержавеющей стали входят хром и никель, а также до 21Т3Т марганца и небольшое количество углерода, кремния, фосфора и серы. Нержавеющая сталь 304 может использоваться для изготовления промышленных изделий, таких как резервуары для хранения, столешницы, мойки, посуда, баки, трубопроводы, хирургические инструменты и имплантационные материалы.

Нержавеющая сталь 316

Они состоят из 16-181Т3Т хрома, 10-141Т3Т никеля и 2-31Т3Т молибдена. Эти свойства делают эту нержавеющую сталь подходящей для сред с высоким содержанием хлоридов, таких как морское оборудование и оборудование для бассейнов. При низких температурах нержавеющая сталь 316 Сохраняет свою пластичность и прочность. Может использоваться в таких областях, как морское оборудование, судовая арматура, морские сооружения, реакторы и т. д.

Нержавеющая сталь 303

Эти нержавеющие стали являются легкообрабатываемыми. Содержание серы в них составляет от 0,15 до 0,351 TP3T. Нержавеющая сталь 303 состоит не только из серы, но и из 17–191 TP3T хрома, 8–101 TP3T никеля, 11 TP3T кремния, а также небольших количеств углерода, марганца и фосфора. Нержавеющую сталь 303 можно использовать в таких областях, как винторезная обработка, валы и штифты, компоненты клапанов и насосов, втулки и подшипники, а также в других областях, где обрабатываемость имеет первостепенное значение.

Нержавеющая сталь 321

Эти марки нержавеющей стали содержат от 0,4 до 0,71 TP3T титана. Добавление дополнительного титана улучшает свариваемость, устойчивость к сенсибилизации и межкристаллитной коррозии при высоких температурах. Их можно сваривать популярными методами, такими как TIG или MIG сварка. Нержавеющую сталь 321 можно использовать для компонентов авиационных выхлопных систем, деталей реактивных двигателей, форсажных камер, теплообменников, труб, фитингов и других применений, где необходимо обеспечить высокую термостойкость и коррозионную стойкость.

Нержавеющая сталь 310

Эти марки аустенитной нержавеющей стали специально предназначены для применения при высоких температурах. Они состоят из 24–26% с высокой долей хром и никелевой сплав 19–22%. Благодаря высокой иммуночувствительности, их легко сваривать по сравнению с другими типами аустенитных нержавеющих сталей. Эти стали можно использовать в областях применения, связанных с воздействием периодических или непрерывных высокотемпературных сред и повышенным риском окисления. К таким областям относятся компоненты печей, поддоны, корзины, излучающие трубки в печах для термообработки, трубы и сосуды в горячих процессах на химических заводах.

Нержавеющая сталь 904L

Эти марки нержавеющей стали идеально подходят для агрессивных сред, таких как серная кислота, хлориды и другие коррозионные среды. Они содержат 19–23% хрома, 23–28% никеля и 4–5% молибдена. Нержавеющую сталь 904L можно использовать для оборудования, труб и резервуаров, подверженных воздействию коррозионных химикатов и кислот, на морских платформах, теплообменниках и трубах, контактирующих с морской водой и коррозионными средами и т. д.

Нержавеющая сталь 347

Это стабилизированные нержавеющие стали, содержащие до 0,61 TP3T ниобия и тантала. В их состав входят 17–191 TP3T хрома, 9–131 TP3T никеля, 21 TP3T марганца, а также небольшие количества углерода, фосфора, кремния и серы. Даже при высоких температурах эти нержавеющие стали сохраняют хорошие механические свойства и прочность. Их можно сваривать обычными методами сварки. Нержавеющую сталь 347 можно использовать для теплообменников, компонентов печей, труб для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а также выпускных коллекторов.

Почему следует использовать аустенитную нержавеющую сталь?

Использование аустенитных нержавеющих сталей в конкретных областях применения обусловлено их идеальным балансом между прочностью, коррозионной стойкостью, технологичностью, внешним видом и стоимостью. Другие типы нержавеющих сталей можно использовать, когда стоимость или требования к внешнему виду менее важны, или когда прочность или вес компонента имеют большее значение. В то же время, если вам нужны нержавеющие стали для применения в условиях умеренных высоких температур, криогенных процессов или при высоком риске коррозии, аустенитные нержавеющие стали — идеальный выбор.

Области применения аустенитной нержавеющей стали?

• Медицинское оборудованиеВ секторе медицинского оборудования аустенитные нержавеющие стали можно использовать благодаря их способности выдерживать постоянные циклы стерилизации, агрессивные дезинфицирующие средства и биологические жидкости без разрушения поверхности. Они совместимы с тканями человека, что обеспечивает минимизацию риска загрязнения или отторжения имплантата. Кроме того, они обладают долговременной стабильностью размеров. Их можно использовать для имплантатов тазобедренного и коленного суставов, пластин, винтов, эндоскопов, катетеров, шприцев, хирургических столов, стульев, подносов, шкафов и медицинских тележек.
• Выработка энергииСвойства аустенитных нержавеющих сталей делают их идеальным вариантом для энергетики и смежных областей применения. Например, нержавеющие стали марок 304 и 316 можно использовать для паровых турбин и вспомогательного оборудования. В то же время, сплавы марок 304, 316 и 321 идеально подходят для труб котлов, теплообменников и других областей, где компоненты подвергаются воздействию пара под давлением, термическим циклам и окислительным средам. Их также можно использовать для конденсаторов на электростанциях, газовых турбин, выхлопных систем, систем десульфуризации дымовых газов (FGD) и на водоочистных сооружениях.
• Архитектурные сооруженияБлагодаря своим полезным свойствам аустенитные нержавеющие стали могут использоваться в различных архитектурных конструкциях. Аустенитные нержавеющие стали идеально подходят для применений, требующих длительного воздействия окружающей среды, минимального технического обслуживания и где внешний вид поверхности имеет решающее значение. Их можно использовать для внутренних и наружных работ, таких как наружная облицовка, перила и балюстрады, архитектурная сетка из перфорированного листа и просеянной стали, а также скульптуры и художественные инсталляции.
• Оборудование для химической промышленностиВ химической промышленности аустенитные нержавеющие стали идеально подходят для работы в кислых средах, при высоких температурах и в условиях непрерывного потока. Для резервуаров для хранения, сосудов под давлением, труб, теплообменников и других областей, где локальная коррозия может привести к утечкам, загрязнению или незапланированным остановкам, можно использовать марки стали, содержащие молибден, такие как 316 и 904L, что снижает частоту технического обслуживания и продлевает срок службы.
• Кухонная утварь и бытовая техникаАустенитные нержавеющие стали — отличный вариант для кухонной утвари и бытовой техники, а также для других кулинарных применений. Нержавеющие стали марок 304 и 316 можно использовать для столовых приборов, кухонных моек, холодильников, посудомоечных машин, духовок, кастрюль, мисок для смешивания и мерных стаканчиков благодаря их прочности, позволяющей выдерживать частое мытье, воздействие пищевых кислот, термические удары и механический износ без изменения вкуса или целостности поверхности.
• Аэрокосмические и автомобильные компонентыАустенитные нержавеющие стали гарантируют оптимальную производительность в высоконагруженных, высокотемпературных и критически важных компонентах самолетов и космических аппаратов. Например, марки 304 и 321 можно использовать в выхлопных системах самолетов. Они также применяются в других областях, таких как компоненты гидравлических, пневматических и топливных систем, лопатки турбин, диски компрессоров, выхлопные сопла, болты, гайки, трубки и клапаны системы охлаждения, каркасы и конструкции самолетов, передние кромки крыльев, приводы закрылков и компоненты шасси.

Преимущества аустенитной нержавеющей стали?

Аустенитные нержавеющие стали обладают множеством преимуществ, которые делают их незаменимыми в различных отраслях промышленности. К таким преимуществам относятся, например:

• Как правило, сплавы этих марок обладают хорошей или превосходной коррозионной стойкостью.
• Они сохраняют высокую прочность при повышенных температурах, а некоторые сплавы демонстрируют замечательные характеристики.
• Они обладают очень привлекательной текстурированной или полированной поверхностью, что обеспечивает их долговечность при интенсивном использовании.
• Аустенитные нержавеющие стали, как правило, немагнитны после отжига; однако, после полного упрочнения они становятся слабомагнитными. Это делает их перспективными для химической, медицинской, автомобильной и пищевой промышленности.
• Гигиеническую поверхность этих сплавов можно использовать во всех отраслях.
• Аустенитные нержавеющие стали обладают пластичностью и ковкостью.
• Некоторые низкоуглеродистые сплавы с высоким содержанием никеля обладают высокой биосовместимостью.

Ограничения использования аустенитной нержавеющей стали?

Несмотря на многочисленные преимущества аустенитных нержавеющих сталей, их эксплуатационные характеристики ограничены в некоторых областях применения.

• Аустенитные нержавеющие стали состоят из дорогостоящих металлов, таких как никель, марганец, тантал и титан, что и делает их дорогими.
• Хотя некоторые типы сплавов в аустенитных нержавеющих сталях обладают хорошими высокотемпературными характеристиками, некоторые конкурирующие материалы превосходят их в этом отношении.
• Некоторые из этих сплавов сталкиваются с проблемами сенсибилизации и сенсибилизации при сварке.
• В некоторых областях применения их нельзя использовать из-за невозможности термообработки.
• Для вас это дополнительная нагрузка — проводить их отжиг, чтобы минимизировать их магнитную чувствительность.
• Они не идеально подходят в качестве подшипниковых материалов, поскольку легко подвергаются адгезионному износу или заеданию.

Вывод

Как вам, возможно, известно, многие отрасли промышленности предпочитают аустенитную нержавеющую сталь благодаря ее коррозионной стойкости, прочности и универсальности. Правильный выбор типа стали для ваших нужд обеспечит улучшенные характеристики, увеличенный срок службы и снижение затрат на техническое обслуживание.

Часто задаваемые вопросы

Как долго служит аустенитная сталь?

Срок службы аустенитной нержавеющей стали зависит от многих факторов. В целом, аустенитные нержавеющие стали — это прочные материалы, которые служат долго, если использовать правильный сорт для правильного применения.

Что лучше: аустенитная нержавеющая сталь или обычная нержавеющая сталь?

Аустенитная нержавеющая сталь — это разновидность нержавеющей стали. Она, как правило, лучше по коррозионной стойкости, долговечности и свариваемости, в то время как другие виды нержавеющей стали могут быть лучше или дешевле в зависимости от области применения.

Может ли аустенитная нержавеющая сталь ржаветь?

Да, аустенитные нержавеющие стали могут ржаветь, но они обладают высокой устойчивостью благодаря самовосстанавливающемуся слою оксида хрома. Ржавчина появляется, когда этот защитный слой повреждается или разрушается под воздействием агрессивных условий, таких как хлориды (соли), сильные кислоты, высокие температуры или загрязнение поверхности.

Обладает ли аустенитная нержавеющая сталь магнитными свойствами?

Нет, аустенитные нержавеющие стали, такие как марки 304 и 316, как правило, немагнитны в отожженном состоянии, поскольку их кристаллическая структура не является ферромагнитной. Однако они могут стать слегка магнитными после холодной обработки, гибки или сварки, что приводит к образованию некоторого количества магнитного феррита.