18-8 Нержавеющая сталь: свойства и основные применения

Нержавеющая сталь 18-8, также известная как AISI 304, является широко используемым аустенитным сортом нержавеющей стали, характеризующимся высоким содержанием хрома и никеля. Этот сорт стали обычно содержит около 18% хрома и 8% никеля, что способствует его отличной коррозионной стойкости, формуемости и свариваемости. Будучи аустенитной нержавеющей сталью, она сохраняет гранецентрованную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру, что обеспечивает ей хорошую прочность и пластичность как при комнатной, так и при повышенной температуре.

Обширный обзор

Нержавеющая сталь 18-8 в первую очередь классифицируется как аустенитная нержавеющая сталь, известная своими немагнитными свойствами и превосходной коррозионной стойкостью. Основными легирующими элементами в нержавеющей стали 18-8 являются хром (Cr) и никель (Ni), при этом хром обеспечивает стойкость к окислению, а никель улучшает прочность и пластичность. Наличие этих элементов значительно влияет на общие характеристики стали в различных условиях.

Ключевые характеристики и свойства

• Коррозионная стойкость: Отличная стойкость к широкому спектру коррозионных сред, включая атмосферные условия, пищевую промышленность и химические приложения.
• Механические свойства: Хорошая прочность на растяжение и предел текучести, что делает ее подходящей для строительных приложений.
• Формуемость: Высокая пластичность позволяет легко подвергать формованию и обработке.
• Свариваемость: Легко сваривается с использованием стандартных методов, хотя необходимо осторожно обращаться, чтобы избежать сенсибилизации.

Преимущества и ограничения

Преимущества (плюсы)	Ограничения (минусы)
Отличная коррозионная стойкость	Уязвимость к точечной коррозии в хлоридных средах
Хорошие механические свойства	Ниже прочности по сравнению с некоторыми другими нержавеющими сталями
Высокая пластичность и формуемость	Не подходит для высокотемпературных приложений выше 870°C (1600°F)
Легкость в сварке	Может быть подвержена коррозионному растрескиванию в некоторых средах

Нержавеющая сталь 18-8 занимает значительное место на рынке благодаря своей универсальности и широкому применению в различных отраслях, включая переработку пищи, химическую обработку и строительство. Ее историческое значение восходит к началу 20 века, когда она была разработана как общепромышленная нержавеющая сталь.

Альтернативные названия, стандарты и аналоги

Стандартная организация	Обозначение/Сорт	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	S30400	США	Ближайший аналог AISI 304
AISI/SAE	304	США	Широко используемое обозначение
ASTM	A240	США	Стандартная спецификация для нержавеющих стальных пластин
EN	1.4301	Европа	Эквивалентное обозначение в европейских стандартах
DIN	X5CrNi18-10	Германия	Похожий состав, небольшие отличия
JIS	SUS304	Япония	Эквивалент японского промышленного стандарта
GB	06Cr19Ni10	Китай	Китайское эквивалентное обозначение
ISO	304	Международный	Международное стандартное обозначение

Тонкие различия между этими эквивалентными сортами часто связаны со спецификациями по составу и механическими свойствами, которые могут повлиять на характеристики в конкретных приложениях. Например, хотя AISI 304 и EN 1.4301 обычно эквивалентны, у последнего могут быть более строгие ограничения по определенным примесям.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (символ и название)	Процентный диапазон (%)
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

Основная роль хрома в нержавеющей стали 18-8 заключается в улучшении коррозионной стойкости за счет образования пассивного оксидного слоя на поверхности. Никель способствует прочности и пластичности стали, позволяя ей выдерживать деформацию без разрушения. Марганец и кремний помогают улучшить прочность и ударную вязкость стали, в то время как фосфор и сера контролируются для минимизации их негативного влияния на пластичность.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Типичное значение/диапазон (метрические - SI единицы)	Типичное значение/диапазон (дюймовые единицы)	Справочная стандарта для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожженная	520 - 750 МПа	75 - 109 ksi	ASTM E8
Предел текучести (0.2% смещения)	Отожженная	210 - 310 МПа	30 - 45 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Снижение площади	Отожженная	60 - 70%	60 - 70%	ASTM E8
Твердость (Роквелл B)	Отожженная	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
Ударная вязкость	-20°C (-4°F)	40 - 60 Дж	30 - 45 ft-lbf	ASTM E23

Сочетание этих механических свойств делает нержавеющую сталь 18-8 подходящей для приложений, требующих хорошей прочности и пластичности, таких как структурные компоненты и трубопроводные системы. Ее относительно высокая прочность на текучесть позволяет выдерживать значительные нагрузки, в то время как удлинение указывает на хорошую формуемость.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрические - SI единицы)	Значение (дюймовые единицы)
Плотность	Комнатная температура	8.0 г/см³	0.289 фунт/дюйм³
Температура/диапазон плавления	-	1400 - 1450 °C	2550 - 2642 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	16 Вт/м·К	92 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 Дж/кг·К	0.12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.72 µΩ·м	0.0000013 Ω·дюйм
Коэффициент теплового расширения	20 - 100 °C	16.0 x 10⁻⁶ /К	9.0 x 10⁻⁶ /°F
Магнитная проницаемость	Комнатная температура	Немагнитная	Немагнитная

Плотность нержавеющей стали 18-8 указывает на то, что она относительно тяжелая по сравнению с другими материалами, что является важным соображением в приложениях, где вес имеет значение. Ее теплопроводность умеренная, что делает ее подходящей для приложений, требующих теплоустойчивости без чрезмерной теплопередачи. Немагнитные свойства особенно выгодны в приложениях, где необходимо минимизировать магнитные помехи.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг устойчивости	Примечания
Хлориды	3-10	20-60 (68-140)	Удовлетворительно	Риск точечной коррозии
Серная кислота	10-30	20-40 (68-104)	Хорошо	Умеренная стойкость
Уксусная кислота	10-50	20-60 (68-140)	Хорошо	Уязвимость к коррозионному растрескиванию
Гидроксид натрия	10-50	20-60 (68-140)	Отлично	Устойчивость к щелочам
Атмосферные	-	-	Отлично	Общая коррозионная стойкость

Нержавеющая сталь 18-8 демонстрирует отличную стойкость к атмосферной коррозии, что делает ее подходящей для использования на открытом воздухе. Однако она подвержена точечной коррозии в хлоридных средах, таких как прибрежные районы или в химической переработке с участием хлоридов. По сравнению с другими сортами нержавеющей стали, такими как 316, которая содержит молибден для улучшенной стойкости к точечной коррозии, 18-8 может не показывать таких же результатов в высококоррозионных средах.

Тепловая стойкость

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	870	1600	Подходит для высокотемпературных приложений
Максимальная температура временной эксплуатации	925	1700	Может выдерживать краткосрочное воздействие
Температура начала обгорания	600	1112	Риск окисления выше этой температуры
Начало учета силы ползучести	600	1112	Устойчивость к ползучести значительно снижается

При повышенных температурах нержавеющая сталь 18-8 сохраняет свою прочность и пластичность, что делает ее подходящей для использования в высокотемпературных условиях. Однако длительное воздействие температур выше 870°C (1600°F) может привести к окислению и образованию нагара, что может компрометировать ее структурную целостность. Необходима тщательная оценка условий эксплуатации для предотвращения деградации.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнительный металл (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
TIG	ER308L	Аргон	Хорошо для тонких деталей
MIG	ER308L	Смесь аргону и CO2	Подходит для более толстых деталей
Электродная сварка (SMAW)	E308L	-	Требует предварительного нагрева для толстых деталей

Нержавеющая сталь 18-8 известна своей отличной свариваемостью, что делает ее подходящей для различных процессов сварки. Однако важно избегать сенсибилизации во время сварки, что может привести к межкристаллической коррозии. Предварительный нагрев и термическая обработка после сварки могут быть необходимы для толстых деталей, чтобы уменьшить риск образования трещин.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Нержавеющая сталь 18-8	AISI 1212 (эталонная сталь)	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	30%	100%	Требует более медленных скоростей резания
Типичная скорость резания	30-50 м/мин	60-90 м/мин	Используйте инструменты из быстрорежущей стали

Обработка нержавеющей стали 18-8 может быть сложной из-за ее свойств упрочнения при обработке. Рекомендуется использовать инструменты из быстрорежущей стали или карбида и поддерживать более низкие скорости резания для достижения оптимальных результатов. Правильное смазывание также может улучшить срок службы инструмента и качество поверхности.

Формуемость

Нержавеющая сталь 18-8 обладает отличной формуемостью, позволяя легко придавать ей форму и формовать в различные компоненты. Она может подвергаться холодной обработке для достижения желаемых форм, но нужно быть осторожным, чтобы избежать чрезмерного упрочнения, что может привести к трещинам. Минимальный радиус изгиба для холодной формовки обычно составляет 1.5 радиуса толщины материала.

Термическая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	1010 - 1120 / 1850 - 2050	1-2 часа	Воздух или вода	Снять напряжение, улучшить пластичность
Решение	1000 - 1100 / 1830 - 2010	30 минут	Вода	Растворить карбиды, улучшить коррозионную стойкость

Процессы тепловой обработки, такие как отжиг и решение, имеют решающее значение для оптимизации микроструктуры нержавеющей стали 18-8. Отжиг снимает внутренние напряжения и улучшает пластичность, в то время как решение помогает растворить карбиды и улучшить коррозионную стойкость.

Типичные приложения и конечное использование

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (кратко)
Пищевая промышленность	Кухонное оборудование	Коррозионная стойкость, легкость в очистке	Гигиеничность и долговечность
Химическая промышленность	Бак для хранения	Коррозионная стойкость, прочность	Долговечность
Строительство	Структурные компоненты	Прочность, свариваемость	Универсальность и прочность
Автомобильная промышленность	Выпускные системы	Устойчивость к высокой температуре, формуемость	Производительность и долговечность
Медицинские устройства	Хирургические инструменты	Биосовместимость, коррозионная стойкость	Безопасность и надежность

В пищевой промышленности нержавеющая сталь 18-8 предпочитается за свою коррозионную стойкость и легкость в очистке, что делает ее идеальной для кухонного оборудования и хранения продуктов. В химической промышленности ее прочность и долговечность делают ее подходящей для баков для хранения и трубопроводных систем. Автомобильная промышленность использует эту сталь для выпускных систем благодаря ее способности выдерживать высокие температуры.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	Нержавеющая сталь 18-8	Нержавеющая сталь 316	Нержавеющая сталь 430	Краткая заметка о плюсах и минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Хорошая пластичность	Более высокая прочность	Умеренная прочность	316 предлагает лучшую коррозионную стойкость
Ключевой аспект коррозии	Удовлетворительно в хлоридах	Отлично	Хорошо в умеренных средах	316 предпочтительнее для морских приложений
Свариваемость	Отлично	Хорошо	Удовлетворительно	18-8 легче сваривать, чем 430
Обрабатываемость	Умеренная	Умеренная	Хорошо	430 легче обрабатывается из-за более низкого содержания легирующих веществ
Формуемость	Отлично	Хорошо	Удовлетворительно	18-8 более универсальна для формования
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Более высокая	Нижняя	18-8 экономически эффективна для многих приложений
Типичная доступность	Широко доступна	Распространена	Легко доступна	18-8 является стандартным выбором во многих отраслях

При выборе нержавеющей стали 18-8 следует учитывать ее экономическую эффективность, доступность и пригодность для конкретных приложений. Хотя она предлагает отличную коррозионную стойкость и механические свойства, альтернативы, такие как нержавеющая сталь 316, могут быть предпочтительными в высококоррозионных средах. Кроме того, нержавеющая сталь 430 может быть выбрана для приложений, где требуются магнитные свойства, несмотря на ее более низкую коррозионную стойкость.

В заключение, нержавеющая сталь 18-8 является универсальным и широко используемым материалом, который предлагает баланс прочности, коррозионной стойкости и формуемости. Ее применения охватывают различные отрасли, делая ее критически важным материалом в современном машиностроении и производстве.