316L нержавеющая сталь: свойства и ключевые применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
316L нержавеющая сталь классифицируется как аустенитная нержавеющая сталь, которая характеризуется своей кубической кристаллической структурой с центрированными гранями. Этот низкоуглеродный вариант 316 нержавеющей стали в основном легирован хромом (16-18%), никелем (10-14%) и молибденом (2-3%). Добавление молибдена улучшает ее коррозионную стойкость, особенно к хлористым соединениям, что делает ее подходящей для морских и химических условий. Низкое содержание углерода (максимум 0,03%) минимизирует риск выделения карбидов во время сварки, что может привести к межкристаллитной коррозии.
Всеобъемлющий обзор
316L нержавеющая сталь славится своей отличной коррозионной стойкостью, высокой прочностью и хорошей свариваемостью. Она особенно эффективна в коррозионных условиях или при высоких температурах. Основные характеристики 316L включают:
- Коррозионная стойкость: Исключительная стойкость к питтингу и межсварочной коррозии в хлоридных средах.
- Механические свойства: Высокая прочность на растяжение и предел текучести, в сочетании с хорошей пластичностью.
- Свариваемость: Легко сваривается без необходимости последующей термической обработки, что делает ее универсальной для различных применений.
Преимущества и ограничения
Преимущества:
- Отличная стойкость к коррозии и окислению.
- Хорошие механические свойства как при комнатной, так и при повышенной температуре.
- Низкое содержание углерода снижает риск сенсибилизации во время сварки.
Ограничения:
- Более высокая стоимость по сравнению с другими нержавеющими сталями, такими как 304.
- Не подходит для применения при высоких температурах, превышающих 870°C (1600°F) из-за снижения прочности.
Исторически 316L была предпочтительным выбором в таких отраслях, как фармацевтика, пищевая переработка и морские приложения благодаря своей прочности и стойкости к жестким условиям. Ее рыночная позиция остается сильной, с широким использованием в различных секторах.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/Класс | Страна/Регион происхождения | Примечания |
|---|---|---|---|
| UNS | S31603 | США | Низкоуглеродная версия 316 |
| AISI/SAE | 316L | США | Общее обозначение |
| ASTM | A240/A240M | США | Стандартная спецификация для нержавеющих стальных листов |
| EN | 1.4404 | Европа | Эквивалент 316L, незначительные изменения в составе |
| JIS | SUS316L | Япония | Ближайший эквивалент, аналогичные свойства |
| GB | 00Cr17Ni14Mo2 | Китай | Эквивалентный класс с небольшими вариациями |
Различия между этими классами, особенно между 316 и 316L, важны для приложений, где используется сварка. Более низкое содержание углерода в 316L уменьшает риск выделения карбидов, что может привести к межкристаллитной коррозии, что делает его более предпочтительным выбором для сварных конструкций.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (Символ и название) | Диапазон процентного содержания (%) |
|---|---|
| Cr (Хром) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (Никель) | 10.0 - 14.0 |
| Mo (Молибден) | 2.0 - 3.0 |
| C (Углерод) | Макс 0.03 |
| Mn (Марганец) | Макс 2.0 |
| Si (Силикон) | Макс 1.0 |
| P (Фосфор) | Макс 0.045 |
| S (Сера) | Макс 0.03 |
Ключевые легирующие элементы в 316L играют важную роль:
- Хром: Увеличивает коррозионную стойкость и образует пассивный оксидный слой.
- Никель: Улучшает прочность и пластичность, особенно при низких температурах.
- Молибден: Обеспечивает дополнительную стойкость к питтингу и межсварочной коррозии.
Механические свойства
| Свойство | Условие/Способ закалки | Типичное значение/Диапазон (метрическая система) | Типичное значение/Диапазон (имперская система) | Справочный стандарт для метода испытания |
|---|---|---|---|---|
| Прочность на растяжение | Отожженная | 480 - 620 МПа | 70 - 90 ksi | ASTM E8 |
| Предел текучести (0.2% сдвиг) | Отожженная | 170 - 310 МПа | 25 - 45 ksi | ASTM E8 |
| Удлинение | Отожженная | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
| Твердость (по Роквеллу B) | Отожженная | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | ASTM E18 |
| Ударная прочность (по Шарпи) | -20°C | 40 Дж | 30 фут-фунтов | ASTM E23 |
Сочетание высокой прочности на растяжение и предела текучести, вместе с хорошим удлинением, делает 316L подходящей для приложений, требующих структурной прочности под механическими нагрузками. Ее прочность при низких температурах также позволяет использовать ее в криогенных приложениях.
Физические свойства
| Свойство | Условие/Температура | Значение (метрическая система) | Значение (имперская система) |
|---|---|---|---|
| Плотность | Комнатная температура | 8.0 г/см³ | 0.289 фунт/дюйм³ |
| Температура/Диапазон плавления | - | 1375 - 1400 °C | 2500 - 2550 °F |
| Теплопроводность | Комнатная температура | 16 Вт/м·K | 9.3 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F) |
| Удельная теплотворная способность | Комнатная температура | 500 Дж/кг·K | 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 мкм/м·K | 9.0 мк-дюйм/дюйм·°F |
Плотность и температура плавления 316L указывают на ее пригодность для высокотемпературных приложений, тогда как теплопроводность и удельная теплоемкость критичны для процессов, связанных с теплопередачей. Низкое электрическое сопротивление делает ее плохим проводником, что является преимуществом в определенных приложениях, где требуется электрическая изоляция.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C/°F) | Рейтинг устойчивости | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Хлориды | 3-10 | 20-60 / 68-140 | Отличная | Риск питтинга |
| Серная кислота | 10-30 | 20-60 / 68-140 | Хорошая | Ограниченная стойкость |
| Соляная кислота | 5-20 | 20-60 / 68-140 | Умеренная | Не рекомендуется |
| Морская вода | - | 20-60 / 68-140 | Отличная | Устойчива к питтингу |
| Аммиак | - | 20-60 / 68-140 | Хорошая | Подвержена стрессовой коррозии |
316L нержавеющая сталь проявляет отличную стойкость к различным коррозионным условиям, особенно в условиях, богатых хлоридами, которые распространены в морских приложениях. Однако важно отметить, что хотя она хорошо справляется с хлоридами, она может быть подвержена стрессовой коррозии в присутствии аммиака и при повышенных температурах.
В сравнении с другими нержавеющими сталями, такими как 304 и 317L, 316L выделяется своей превосходной стойкостью к питтингу и межсварочной коррозии, особенно в соленой среде. 317L, хотя и предлагает лучшую стойкость к хлоридам благодаря более высокому содержанию молибдена, часто является более дорогой и менее распространенной.
Термостойкость
| Свойство/Лимит | Температура (°C) | Температура (°F) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Максимальная температура непрерывной службы | 870 | 1600 | Выше этого прочность значительно снижается |
| Максимальная температура прерывистого обслуживания | 925 | 1700 | Подходит для краткосрочного воздействия |
| Температура образования оксидов | 800 | 1470 | Риск окисления выше этой температуры |
| Учет прочности на сдвиг | 600 | 1112 | Устойчивость к ползучести начинает снижаться |
При повышенных температурах 316L сохраняет свою прочность и коррозионную стойкость до примерно 870°C (1600°F). За этой точкой материал может испытывать значительное ухудшение механических свойств. Важно учитывать условия применения, так как длительное воздействие высоких температур может привести к образованию оксидов и коррозии.
Свойства обработки
Свариваемость
| Процесс сварки | Рекомендуемый сварочный материал (классификация AWS) | Типич газ/флюс | Примечания |
|---|---|---|---|
| TIG | ER316L | Аргон | Отличные результаты при правильной технике |
| MIG | ER316L | Смесь аргона/CO2 | Хорошо для более толстых секций |
| SMAW | E316L | - | Требует тщательного контроля для предотвращения дефектов |
316L имеет высокую свариваемость, с минимальным риском трещинистости или деформации во время сварки. Предварительная очистка и термическая обработка после сварки обычно не требуются, хотя могут улучшить характеристики в критических применениях. Общие дефекты включают пористость и подсечку, которые могут быть уменьшены с помощью правильной техники.
Обрабатываемость
| Параметр обработки | 316L | AISI 1212 | Примечания/Советы |
|---|---|---|---|
| Относительный индекс обрабатываемости | 50 | 100 | 316L труднее обрабатывать |
| Типичная скорость резания (Торцовка) | 30-50 м/мин | 80-100 м/мин | Используйте острые инструменты и охлаждающую жидкость |
316L имеет более низкий индекс обрабатываемости по сравнению с углеродными сталями, требует более медленных скоростей резания и специализированного инструмента. Рекомендуется использовать быстрорежущие или карбидные инструменты для достижения наилучших результатов.
Формуемость
316L проявляет хорошую формуемость, что позволяет проводить холодные и горячие процессы обработки. Однако она подвержена упрочнению, что может ограничить ее формуемость в определенных применениях. Рекомендуемые радиусы изгиба должны соблюдаться для предотвращения трещинообразования.
Тепловая обработка
| Процесс обработки | Температурный диапазон (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
|---|---|---|---|---|
| Решение отжима | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 30 минут | Воздух или вода | Растворить карбиды, улучшить коррозионную стойкость |
| Снятие напряжения | 400 - 600 / 750 - 1110 | 1 час | Воздух | Снизить остаточные напряжения |
Тепловая обработка 316L обычно включает решение отжима для растворения любых выпавших карбидов и повышения коррозионной стойкости. Металлургические преобразования в процессе приводят к более однородной микроструктуре, улучшая общие свойства.
Типичные применения и конечные использования
| Отрасль/Сектор | Пример конкретного применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении | Причина выбора |
|---|---|---|---|
| Морская | Фурнитура для лодок | Коррозионная стойкость, прочность | Воздействие морской воды |
| Химическая переработка | Резервуары для хранения | Коррозионная стойкость, свариваемость | Обработка агрессивных химикатов |
| Пищевая промышленность | Оборудование для переработки | Гигиена, коррозионная стойкость | Соответствие санитарным стандартам |
| Фармацевтика | Оборудование и трубы | Коррозионная стойкость, чистота | Критично для чистоты продукта |
- Морские приложения: 316L является материалом выбора для фурнитуры лодок и морского оборудования благодаря своей отличной стойкости к коррозии в морской воде.
- Химическая переработка: Используется в резервуарах и трубопроводах, где обрабатываются агрессивные химикаты.
- Пищевая промышленность: Часто используется в оборудовании для переработки пищи, обеспечивая гигиену и стойкость к коррозионным чистящим средствам.
- Фармацевтика: Необходимо для оборудования, которое должно поддерживать строгую чистоту и коррозионную стойкость.
Выбор 316L в этих приложениях в основном обусловлен ее превосходной коррозионной стойкостью и механическими свойствами, которые обеспечивают долговечность и надежность в сложных условиях.
Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения
| Особенность/Свойство | 316L | 304 | 317L | Краткая заметка о положительных/отрицательных сторонах или компромиссах |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Высокая прочность | Умеренная прочность | Более высокая прочность | 316L является сбалансированным выбором |
| Ключевой аспект коррозии | Отличная | Хорошая | Отличная | 316L и 317L превосходны в условиях хлоридов |
| Свариваемость | Отличная | Хорошая | Хорошая | 316L имеет меньший риск дефектов |
| Обрабатываемость | Умеренная | Хорошая | Плохая | 316L труднее обрабатывать |
| Формуемость | Хорошая | Отличная | Хорошая | 316L менее формуемая по сравнению с 304 |
| Приблизительная относительная стоимость | Высшая | Ниже | Высшая | Соображения по затратам критичны |
| Типичная доступность | Обычная | Очень обычная | Менее обычная | 316L широко доступна |
При выборе нержавеющей стали 316L следует учитывать ее стоимость, доступность и конкретные требования приложения. Хотя она более дорогая, чем нержавеющая сталь 304, ее превосходная коррозионная стойкость часто оправдывает инвестиции, особенно в условиях, где сбой может иметь серьезные последствия.
В заключение, 316L нержавеющая сталь является универсальным и надежным материалом, который преуспевает в различных сложных приложениях. Уникальное сочетание свойств делает ее предпочтительным выбором в отраслях, где коррозионная стойкость и механическая целостность имеют первостепенное значение.