18-10 Нержавеющая сталь: свойства и ключевые применения

Нержавеющая сталь 18-10, также известная как AISI 304, является широко используемым аустенитным сортом нержавеющей стали, характеризующейся отличной устойчивостью к коррозии и хорошей формуемостью. Она в основном состоит из железа, хрома (18%) и никеля (10%), которые способствуют ее уникальным свойствам. Содержание хрома улучшает устойчивость к коррозии, образуя пассивный оксидный слой на поверхности, в то время как никель улучшает пластичность и прочность, что делает ее подходящей для различных применений.

Полный обзор

Нержавеющая сталь 18-10 принадлежит к аустенитному семейству нержавеющих сталей, которые известны своими немагнитными свойствами и высокой коррозионной стойкостью. Основные легирующие элементы, хром и никель, играют ключевую роль в определении ее характеристик. Хром обеспечивает устойчивость к окислению и коррозии, тогда как никель стабилизирует аустенитную структуру, улучшая прочность и пластичность материала.

Ключевые характеристики:
- Отличная устойчивость к коррозии в различных средах.
- Хорошие механические свойства, включая высокую прочность на растяжение и пластичность.
- Немагнитная в отожжённом состоянии.
- Легко сваривается и формуется.

Преимущества:
- Высокая устойчивость к коррозии точечной и зазоровой.
- Подходит для широкого диапазона температур и условий.
- Универсальные применения в различных отраслях, включая переработку пищевых продуктов, фармацевтику и строительство.

Недостатки:
- Подвержена коррозионному растрескиванию при напряжении в хлоридной среде.
- Более низкая прочность по сравнению с некоторыми другими сортами нержавеющей стали, такими как мартенситные нержавеющие стали.
- Не подходит для применения при высоких температурах выше 870°C (1600°F).

Исторически нержавеющая сталь 18-10 является краеугольным камнем в развитии применения нержавеющей стали с момента своего введения в начале 20 века. Ее широкое использование и доступность делают ее общим выбором для инженеров и дизайнеров.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Организация по стандартизации	Обозначение/Сорт	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	S30400	США	Ближайший эквивалент AISI 304
AISI/SAE	304	США	Общепринятое обозначение
ASTM	A240	США	Стандартная спецификация для нержавеющих стальных листов
EN	1.4301	Европа	Эквивалентное обозначение в Европе
DIN	X5CrNi18-10	Германия	Похожий состав с небольшими отличиями
JIS	SUS304	Япония	Эквивалент японского промышленного стандарта
GB	06Cr19Ni10	Китай	Эквивалентное китайское обозначение
ISO	304	Международная	Международное стандартное обозначение

Примечания/Замечания: Хотя нержавеющая сталь 18-10 часто рассматривается как эквивалент других сортов, таких как AISI 316, важно отметить, что 316 содержит молибден, который значительно улучшает ее устойчивость к коррозии, особенно в условиях хлористых сред. Эта разница может повлиять на выбор в зависимости от конкретных требований применения.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Процентный диапазон (%)
Fe (Железо)	Остальное
Cr (Хром)	18.0 - 20.0
Ni (Никель)	8.0 - 12.0
C (Углерод)	≤ 0.08
Mn (Марганец)	≤ 2.0
Si (Кремний)	≤ 1.0
P (Фосфор)	≤ 0.045
S (Сера)	≤ 0.03

Роль ключевых легирующих элементов:
- Хром (Cr): Увеличивает устойчивость к коррозии и образует защитный оксидный слой.
- Никель (Ni): Улучшает прочность и пластичность, стабилизируя аустенитную структуру.
- Углерод (C): Влияет на твердость и прочность; более низкое содержание углерода снижает восприимчивость к межкристаллитной коррозии.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Типичное значение/Диапазон (Метрические - SI единицы)	Типичное значение/Диапазон (Имперские единицы)	Ссылочный стандарт для метода испытания
Прочность на сжатие	Отожженное	520 - 750 МПа	75 - 110 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (0.2% смещение)	Отожженное	215 - 310 МПа	31 - 45 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженное	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Сокращение площади	Отожженное	60 - 70%	60 - 70%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу B)	Отожженное	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
Ударная прочность (Шарпи)	-20°C (-4°F)	40 Дж	30 ft-lbf	ASTM E23

Интерпретация механических свойств: Механические свойства нержавеющей стали 18-10 делают ее пригодной для применения там, где требуются хорошая прочность и пластичность. Высокий процент удлинения указывает на отличную формуемость, что позволяет формировать ее в различные формы без разрушения. Предельная прочность обеспечивает возможность выдерживать значительные нагрузки без постоянной деформации, что делает ее идеальной для структурных применений.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (Метрические - SI единицы)	Значение (Имперские единицы)
Плотность	Комнатная температура	7.93 г/см³	0.286 фунт/дюйм³
Температура/Диапазон плавления	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	16 Вт/м·К	9.3 BTU·in/ч·фут²·°F
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 Дж/кг·К	0.12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.72 мкΩ·м	0.0000013 Ω·дюйм
Коэффициент теплового расширения	20 - 100 °C	16.0 x 10⁻⁶ /K	8.9 x 10⁻⁶ /°F
Магнитная проницаемость	Комнатная температура	Немагнитная	Немагнитная

Значимость физических свойств: Плотность нержавеющей стали 18-10 делает ее относительно легкой, что является преимуществом в приложениях, где вес имеет значение. Ее теплопроводность позволяет эффективно рассеивать тепло, что делает ее подходящей для теплообменников. Немагнитное свойство важно в приложениях, где необходимо минимизировать магнитные помехи, такие как в электронной аппаратуре.

Устойчивость к коррозии

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг устойчивости	Примечания
Хлориды	3-10	20-60 °C (68-140 °F)	Умеренная	Подвержена точечной коррозии
Серная кислота	10-30	20-40 °C (68-104 °F)	Хорошая	Требует пассивации
Уксусная кислота	5-20	20-60 °C (68-140 °F)	Хорошая	Как правило, устойчива
Морская вода	-	Окружающая	Отличная	Высоко устойчивая
Атмосферная	-	Окружающая	Отличная	Образует защитный оксидный слой

Нарратив о коррозионной устойчивости: Нержавеющая сталь 18-10 демонстрирует отличную устойчивость к широкому спектру коррозионных сред, что делает ее предпочтительным выбором для применения в переработке пищи, химической обработке и морских условиях. Однако она подвержена точечной коррозии в условиях, богатых хлоридами, особенно при повышенных температурах. В сравнении с AISI 316, который содержит молибден для улучшенной устойчивости к хлоридам, 18-10 может не показывать таких же хороших результатов в высококоррозионных условиях. В то же время она превосходит углеродные стали и некоторые низкосортные нержавеющие стали в большинстве сред.

Устойчивость к высоким температурам

Свойство/Граница	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	870 °C	1600 °F	Подходит для высокотемпературных применений
Максимальная температура прерывистой эксплуатации	925 °C	1700 °F	Только для краткосрочного воздействия
Температура образованию окалины	600 °C	1112 °F	Риск окисления выше этой температуры
Начало учета прочности на ползучесть	600 °C	1112 °F	Ползучесть может стать значительной

Нарратив о устойчивости к высоким температурам: Нержавеющая сталь 18-10 сохраняет свои механические свойства при повышенных температурах, что делает ее подходящей для применения, такого как теплообменники и компоненты печей. Однако длительное воздействие температур выше 870 °C (1600 °F) может привести к окислению и образованию окалины, что может нарушить ее целостность. Важно учитывать эти факторы в высокотемпературных приложениях, чтобы избежать преждевременного выхода из строя.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый сварочный металл (Классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
Сварка TIG	ER308L	Аргон	Хорошие результаты при правильной технике
Сварка MIG	ER308L	Смесь аргона/CO2	Требует тщательного контроля за теплом
Сварка с электродом	E308L	-	Подходит для толстых секций

Сварка нержавеющей стали 18-10 в целом проста благодаря хорошей свариваемости. Предварительный подогрев обычно не требуется, но контроль теплового ввода имеет решающее значение для предотвращения выгибания и обеспечения крепкой сварки. После сварки может потребоваться термообработка для снятия напряжений и улучшения коррозионной устойчивости.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Нержавеющая сталь 18-10	AISI 1212 (Эталонная сталь)	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	30%	100%	Требует более медленных скоростей и больших подач
Типичная скорость резания (Токарная)	30-50 м/мин	100-150 м/мин	Используйте карбидные инструменты для лучших результатов

Обработка нержавеющей стали 18-10 может быть сложной из-за ее характеристики упрочнения при работе. Рекомендуется использовать острые инструменты и подходящие скорости резания, чтобы минимизировать износ инструмента и достичь хорошей поверхности.

Формуемость

Нержавеющая сталь 18-10 обладает отличной формуемостью, позволяя проводить процессы холодного и горячего формования. Ее высокая пластичность позволяет сгибать и формировать ее без трещин, что делает ее подходящей для приложений, требующих сложных геометрий. Однако необходимо проявлять осторожность, чтобы избежать чрезмерного упрочнения при работе, что может привести к трудностям в дальнейшей обработке.

Термообработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	1010 - 1120 °C (1850 - 2050 °F)	1-2 часа	Воздух или вода	Снятие напряжений, улучшение пластичности
Растворная обработка	1000 - 1100 °C (1832 - 2012 °F)	30 минут	Быстрое охлаждение	Стабилизация аустенитной структуры

Металлургические преобразования: При отжиге нержавеющая сталь 18-10 проходит трансформацию, которая снимает внутренние напряжения и улучшает пластичность. Растворная обработка растворяет карбиды и другие осадки, способствуя равномерной микроструктуре, что улучшает коррозионную стойкость и механические свойства.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в данном применении	Причина выбора (кратко)
Пищевая промышленность	Кухонное оборудование	Устойчивость к коррозии, легкость очистки	Гигиена и долговечность
Фармацевтика	Оборудование и трубопроводы	Устойчивость к коррозии, не реактивность	Безопасность и соблюдение норм
Строительство	Архитектурные фасады	Эстетическая привлекательность, устойчивость к погодным условиям	Долговечность и внешний вид
Химическая обработка	Накопительные баки	Устойчивость к коррозии, прочность	Безопасность при обращении с химическими веществами
Морские приложения	Компоненты лодок	Устойчивость к коррозии в морской воде	Долговечность в жестких условиях

• Другие применения включают:
• Автомобильные компоненты
• Медицинские устройства
• Теплообменники
• Сосуды под давлением

Объяснение применения: Нержавеющая сталь 18-10 выбирается для пищевого оборудования из-за своей отличной устойчивости к коррозии и легкости очистки, что является критически важным для соблюдения стандартов гигиены. В фармацевтических приложениях ее не реактивность обеспечивает, что она не загрязняет чувствительные продукты. Эстетическая привлекательность и долговечность этой стали делают ее популярным выбором для архитектурных приложений, в то время как ее прочность и устойчивость к коррозии крайне важны в химической обработке и морской среде.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие аспекты

Особенность/Свойство	Нержавеющая сталь 18-10	Нержавеющая сталь AISI 316	Углеродная сталь	Краткая примечание о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Хорошая пластичность	Более высокая прочность	Переменная	316 предлагает лучшую устойчивость к коррозии
Ключевой аспект коррозии	Умеренная в хлоридах	Отличная в хлоридах	Слабая	316 предпочтительна в морской среде
Свариваемость	Хорошая	Хорошая	Отличная	18-10 легче сваривать в тонких секциях
Обрабатываемость	Умеренная	Умеренная	Высокая	Углеродные стали легче обрабатываются
Формуемость	Отличная	Хорошая	Переменная	18-10 более пластична, чем многие углеродные стали
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Выше	Ниже	18-10 экономически эффективна для многих применений
Типичное наличие	Высокое	Умеренное	Высокое	18-10 широко доступна в различных формах

Обсуждение: При выборе нержавеющей стали 18-10 следует учитывать ее баланс коррозионной устойчивости, механических свойств и экономичности. Хотя она подходит для многих применений, для высококоррозионных сред могут потребоваться альтернативы, такие как AISI 316. Доступность нержавеющей стали 18-10 в различных формах делает ее практичным выбором для инженеров и дизайнеров. Кроме того, ее немагнитные свойства и эстетическая привлекательность еще больше повышают ее привлекательность в специализированных приложениях.

В заключение, нержавеющая сталь 18-10 остается универсальным и широко используемым материалом в различных отраслях благодаря уникальному сочетанию свойств, которые соответствуют требованиям современных инженерных приложений.