304 Нержавеющая сталь: свойства и ключевые применения

304 нержавеющая сталь классифицируется как аустенитная нержавеющая сталь, которая известна своей высокой коррозийной стойкостью и отличной формуемостью. Основные легирующие элементы в 304 нержавеющей стали — это хром (18-20%) и никель (8-10.5%), которые значительно влияют на ее свойства. Наличие хрома улучшает стойкость стали к окислению и коррозии, в то время как никель способствует ее прочности и пластичности.

Комплексный обзор

304 нержавеющая сталь является одной из самых широко используемых марок нержавеющей стали, известной своей универсальностью и сбалансированными свойствами. Ее врожденные характеристики включают отличную коррозийную стойкость, хорошая свариваемость и способность выдерживать высокие температуры. Эти свойства делают ее подходящей для различных применений, от кухонного оборудования до химической обработки.

Преимущества и ограничения

Преимущества	Ограничения
Отличная коррозийная стойкость в различных условиях	Подвержена коррозионному поражению в хлористых средах
Хорошая формуемость и свариваемость	Низкая прочность при повышенных температурах по сравнению с некоторыми другими марками
Не магнитная в отожженном состоянии	Не подходит для высокотемпературных применений выше 870°C (1600°F)
Экономически эффективна и широко доступна	Может подвергаться коррозионному растрескиванию под напряжением при определенных условиях

Исторически 304 нержавеющая сталь сыграла значительную роль в развитии современных приложений нержавеющей стали, став стандартным выбором в таких отраслях, как переработка пищевых продуктов, фармацевтика и строительство. Ее распространенность на рынке объясняется ее благоприятным балансом свойств, что делает ее предпочтительным материалом для инженеров и дизайнеров.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Марка	Страна/Регион происхождения	Примечания
UNS	S30400	США	Ближайший эквивалент AISI 304
AISI/SAE	304	США	Широко признанное обозначение
ASTM	A240	США	Стандартная спецификация для листов нержавеющей стали
EN	1.4301	Европа	Эквивалент AISI 304
DIN	X5CrNi18-10	Германия	Незначительные составные различия
JIS	SUS304	Япония	Широко используется в японских стандартах
GB	06Cr19Ni10	Китай	Эквивалентное обозначение в Китае
ISO	304	Международный	Стандартное обозначение

Тонкие различия между эквивалентными марками, такие как вариации в содержании никеля и хрома, могут влиять на производительность стали в определенных условиях. Например, хотя 304 и 1.4301 похожи, последний может иметь несколько иные механические свойства из-за специфических процессов производства.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
Cr (Хром)	18.0 - 20.0
Ni (Никель)	8.0 - 10.5
C (Углерод)	0.08 макс.
Mn (Марганец)	2.0 макс.
Si (Кремний)	1.0 макс.
P (Фосфор)	0.045 макс.
S (Сера)	0.03 макс.

Хром имеет решающее значение для формирования пассивного оксидного слоя, который защищает сталь от коррозии. Никель улучшает прочность и пластичность, что облегчает формование и сварку. Марганец и кремний способствуют общей прочности и стабильности сплава.

Механические свойства

Свойство	Условие/Способ термообработки	Типичное значение/Диапазон (Метрические единицы)	Типичное значение/Диапазон (Имперские единицы)	Справочный стандарт для метода испытаний
Предельная прочность	Отожженное состояние	520 - 720 МПа	75 - 104 ksi	ASTM E8
Упругость (0.2% сдвиг)	Отожженное состояние	215 - 505 МПа	31 - 73 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженное состояние	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Твердость (Роквелл B)	Отожженное состояние	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
Ударная прочность (Шарпи)	-20°C (-4°F)	40 Дж	29.5 ft-lbf	ASTM E23

Комбинация этих механических свойств делает 304 нержавеющую сталь подходящей для применений, требующих хорошей прочности и пластичности, таких как конструкционные элементы и сосуды под давлением.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (Метрические единицы)	Значение (Имперские единицы)
Плотность	Комнатная температура	8.0 г/см³	0.289 фунт/дюйм³
Температура/Диапазон плавления	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	16 Вт/м·К	92 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Специальная теплоемкость	Комнатная температура	500 Дж/кг·К	0.12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.72 мкΩ·м	0.000014 Ом·см
Коэффициент теплового расширения	20 - 100 °C	16.0 x 10⁻⁶ /K	8.9 x 10⁻⁶ /°F
Магнитная проницаемость	Комнатная температура	Не магнитный	Не магнитный

Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, важны для применений в теплообменниках и кухонном оборудовании, где эффективный теплопередача имеет решающее значение.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлориды	0 - 3%	20 - 60 °C (68 - 140 °F)	Умеренная	Риск коррозионного поражения
Серная кислота	10 - 30%	20 - 50 °C (68 - 122 °F)	Хорошая	Подвержена коррозионному растрескиванию
Уксусная кислота	10 - 50%	20 - 60 °C (68 - 140 °F)	Хорошая	Как правило, устойчива
Морская вода	-	При комнатной температуре	Отличная	Высокая стойкость
Атмосферная	-	При комнатной температуре	Отличная	Хорошая стойкость

304 нержавеющая сталь обладает отличной стойкостью к широкому спектру коррозионных сред, что делает ее подходящей для применений в переработке пищевых продуктов, морских условиях и химическом обращении. Однако она подвержена коррозионному поражению в хлористых средах, что может быть критически важным при применениях в прибрежных условиях или в присутствии противогололедных солей.

По сравнению с другими марками нержавеющей стали, такими как 316 нержавеющая сталь, содержащая молибден для улучшенной коррозионной стойкости, 304 может не показывать таких же хороших результатов в высококоррозионных условиях. Однако она часто выбирается за свою экономическую эффективность и доступность.

Тепловая стойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	870 °C	1600 °F	-
Максимальная температура прерывистой эксплуатации	925 °C	1700 °F	-
Температура обжига	800 °C	1470 °F	Риск окисления
Учет прочности на ползучесть начинается около	500 °C	932 °F	-

При повышенных температурах 304 нержавеющая сталь сохраняет хорошую стойкость к окислению, но длительное воздействие может привести к обжиганию и утрате механических свойств. Ее не рекомендуется использовать в приложениях, превышающих 870 °C (1600 °F), из-за потенциального ухудшения прочности.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый сварочный материал (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
TIG	ER308L	Аргон	Хорошо для тонких секций
MIG	ER308L	Аргон + CO2 смесь	Подходит для более толстых секций
Электродная	E308L	-	Хорошо для полевых ремонтов

304 нержавеющая сталь известна своей отличной свариваемостью, что делает ее подходящей для различных сварочных процессов. Премиальная и постсварочная термообработка обычно не требуется, но контролирование теплового ввода имеет важное значение для избегания искажений и поддержания механических свойств. Потенциальные дефекты, такие как пористость и трещины, могут возникнуть, если не соблюдать правильные техники.

Обрабатываемость

Параметр обработки	304 нержавеющая сталь	AISI 1212 (Эталонная сталь)	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	60%	100%	-
Типичная скорость реза (Токарная обработка)	30-50 м/мин	80-120 м/мин	Используйте карбидные инструменты

304 нержавеющая сталь обладает умеренной обрабатываемостью по сравнению с углеродными сталями. Оптимальные условия включают использование острых инструментов и подходящих охлаждающих жидкостей для снижения упрочнения и улучшения качества поверхности.

Формуемость

304 нержавеющая сталь обладает хорошей формуемостью, что позволяет применять холодные и горячие процессы формовки. Ее можно легко изгибать, вытягивать и формировать в различные формы. Однако важно учитывать упрочнение, которое может повлиять на пластичность материала во время обширных операций формовки.

Термическая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	1010 - 1120 °C (1850 - 2050 °F)	30 минут на дюйм толщины	Воздух или вода	Снизить напряжения, улучшить пластичность
Растворная обработка	1010 - 1120 °C (1850 - 2050 °F)	30 минут	Быстрое охлаждение	Растворить карбиды, стабилизировать аустенит

Процессы термической обработки, такие как отжиг, используются для снижения внутренних напряжений и повышения пластичности. Процесс растворной обработки помогает растворять карбиды, обеспечивая однородную микроструктуру и улучшая коррозионную стойкость.

Типичные применения и конечные цели

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, использованные в этом применении	Причина выбора (кратко)
Переработка пищевых продуктов	Кухонное оборудование	Коррозийная стойкость, формуемость	Гигиена и долговечность
Химическая переработка	Хранилища	Коррозийная стойкость, свариваемость	Безопасность и долговечность
Строительство	Архитектурные фасады	Эстетическая привлекательность, прочность	Визуальная и структурная целостность
Автомобилестроение	Выпускные системы	Теплостойкость, коррозионная стойкость	Производительность и долговечность
Медицинские устройства	Хирургические инструменты	Биосовместимость, коррозионная стойкость	Безопасность и надежность

В переработке пищевых продуктов 304 нержавеющая сталь предпочитается за свою способность выдерживать химикаты для очистки и поддерживать гигиену. В химической переработке ее стойкость к коррозии обеспечивает безопасность хранимых материалов.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	304 нержавеющая сталь	316 нержавеющая сталь	430 нержавеющая сталь	Краткая запись о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Умеренная прочность	Более высокая прочность	Низкая прочность	316 лучше подходит для высоконагруженных приложений
Ключевой аспект коррозии	Хорошая стойкость	Отличная стойкость	Умеренная стойкость	316 предпочтительнее в хлорных средах
Свариваемость	Отличная	Хорошая	Умеренная	304 легче сваривать, чем 430
Обрабатываемость	Умеренная	Умеренная	Хорошая	430 легче обрабатывать
Формуемость	Хорошая	Хорошая	Отличная	430 имеет лучшую формуемость
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Более высокая	Низкая	304 экономически эффективна для многих приложений
Типичная доступность	Высокая	Умеренная	Высокая	304 широко доступна

При выборе 304 нержавеющей стали следует учитывать экономическую эффективность, доступность и конкретные требования применения. Ее баланс свойств делает ее подходящей для широкого спектра приложений, хотя альтернативы, такие как 316, могут быть необходимы для более коррозионных сред. Кроме того, 304 нержавеющая сталь не магнитная, что может быть полезным в определенных приложениях, таких как в пищевой и медицинской индустрии.

В заключение, 304 нержавеющая сталь является универсальным и широко используемым материалом, который предлагает баланс коррозийной стойкости, механических свойств и легкости обработки, что делает его отличным выбором для различных инженерных приложений.