316LN нержавеющая сталь: свойства и ключевые применения

316LN нержавеющая сталь — это низкоуглеродная, улучшенная азотом версия группы нержавеющей стали 316, классифицируемая как аустенитная нержавеющая сталь. Она в основном состоит из железа, хрома, никеля и молибдена, с добавлением азота для улучшения механических свойств. Типичный состав 316LN включает примерно 16-18% хрома, 10-14% никеля и 2-3% молибдена, с уровнями азота около 0,1-0,2%. Эта уникальная комбинация легирующих элементов способствует отличной коррозионной стойкости, высокой прочности и хорошей свариваемости.

Характеристики и свойства

316LN нержавеющая сталь известна своим превосходным сопротивлением к образованию питтинга и коррозии в трещинах, особенно в хлоридных средах. Низкое содержание углерода минимизирует риск осаждения карбидов при сварке, делая ее подходящей для применения, требующего высокой прочности и коррозионной стойкости. Добавление азота улучшает прочность на разрыв и предельную прочность, что делает ее предпочтительным выбором в требовательных приложениях.

Преимущества:
- Отличная коррозионная стойкость, особенно в морских и химических средах.
- Высокая прочность и ударная вязкость при повышенных температурах.
- Хорошая свариваемость и обрабатываемость.
- Низкий риск сенсибилизации из-за низкого содержания углерода.

Недостатки:
- Более высокая стоимость по сравнению со стандартными нержавеющими сталями.
- Не так легко доступна, как более распространенные сорта, такие как 304 или 316.
- Ограниченная стойкость к некоторым восстановительным кислотам.

Исторически 316LN была важна в таких отраслях, как нефтехимическая, морская и фармацевтическая, где ее коррозионная стойкость и механические свойства имеют критическое значение.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Назначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Заметки/Комментарий
UNS	S31653	США	Ближайший эквивалент 316L с повышенным содержанием азота.
AISI/SAE	316LN	США	Низкоуглеродный вариант 316 с улучшенной прочностью.
ASTM	A240/A240M	США	Стандартная спецификация для хромовых и хром-никелевых пластин из нержавеющей стали.
EN	1.4406	Европа	Эквивалент 316LN с аналогичными свойствами.
JIS	SUS316LN	Япония	Японский стандартный эквивалент с незначительными композиционными отличиями.

Различия между 316LN и ее эквивалентами часто заключаются в содержании азота и специфических механических свойствах, которые могут повлиять на производительность в определенных приложениях. Например, в то время как 316L известна своей отличной свариваемостью, 316LN предлагает улучшенную прочность, что делает ее более подходящей для высоконагруженных сред.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
Fe (Железо)	Баланс
Cr (Хром)	16.0 - 18.0
Ni (Никель)	10.0 - 14.0
Mo (Молибден)	2.0 - 3.0
N (Азот)	0.1 - 0.2
C (Углерод)	≤ 0.03

Основная роль хрома заключается в улучшении коррозионной стойкости, в то время как никель повышает ударную вязкость и пластичность. Молибден обеспечивает дополнительную стойкость к образованию питтинга и коррозии в трещинах, особенно в хлоридных средах. Азот улучшает прочность и повышает стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрические)	Типичное значение/Диапазон (имперские)	Эталонный стандарт для метода испытания
Прочность на разрыв	Отожженное	520 - 720 МПа	75 - 104 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (0.2% смещение)	Отожженное	205 - 310 МПа	30 - 45 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженное	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Твердость (Роквелл B)	Отожженное	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
Ударная прочность	-20°C	40 Дж	29.5 ft-lbf	ASTM E23

Комбинация высокой прочности на разрыв и предельной прочности вместе с хорошим удлинением делает 316LN подходящей для приложений, требующих структурной целостности при механической нагрузке. Ее ударная прочность при низких температурах обеспечивает работоспособность в криогенных условиях.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическое)	Значение (имперское)
Плотность	Комнатная температура	8.0 г/см³	0.289 lb/in³
Температура/Диапазон плавления	-	1375 - 1400 °C	2500 - 2550 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	16 Вт/м·К	92 BTU·in/ft²·h·°F
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	500 Дж/кг·К	0.12 BTU/lb·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.72 µΩ·м	0.00000072 Ω·м
Коэффициент теплового расширения	20 - 100 °C	16.0 x 10⁻⁶ /K	8.9 x 10⁻⁶ /°F

Плотность и температура плавления указывают на то, что 316LN может выдерживать высокотемпературные применения, в то время как ее теплопроводность и удельная теплоемкость делают ее подходящей для теплообменников. Низкое электрическое сопротивление полезно в приложениях, требующих электрической проводимости.

Коррозионная стойкость

Коррозийный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг устойчивости	Заметки
Хлориды	3-10%	20-60°C / 68-140°F	Отлично	Риск коррозии в виде питтинга.
Серная кислота	10-20%	20-50°C / 68-122°F	Хорошо	Ограниченная стойкость, особенно при более высоких температурах.
Солянокислота	5-10%	20-40°C / 68-104°F	Справедливо	Не рекомендуется для длительного воздействия.
Морская вода	-	Около	Отлично	Высокая стойкость к морским условиям.

316LN демонстрирует отличную устойчивость к разнообразным коррозионным агентам, особенно в морских условиях, где преобладают хлориды. Однако она менее устойчива к сильным кислотам, таким как соляная кислота, где альтернативные материалы могут быть более подходящими. По сравнению с нержавеющими сталями 304 и 316, 316LN предлагает превосходную стойкость к питтингу и коррозионному растрескиванию под напряжением, что делает ее предпочтительным выбором в агрессивных средах.

Тепловая устойчивость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Заметки
Максимальная температура непрерывного обслуживания	925 °C	1700 °F	Подходит для высокотемпературных приложений.
Максимальная температура временного обслуживания	870 °C	1600 °F	Может выдерживать кратковременные воздействия более высоких температур.
Температура нагара	800 °C	1470 °F	Риск окисления выше этой температуры.
Учет прочности на растяжение	600 °C	1112 °F	Устойчивость к течению начинает снижаться при превышении этой температуры.

316LN сохраняет свою прочность и коррозионную стойкость при повышенных температурах, что делает ее подходящей для таких приложений, как теплообменники и сосуды под давлением. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать окисления и образования нагара при высоких температурах.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Заметки
TIG	ER316L	Аргон	Отлично подходит для тонких секций.
MIG	ER316L	Аргон + 2% CO2	Хорошо подходит для более толстых секций.
SMAW	E316L	-	Подходит для полевых применений.

316LN обладает высокой свариваемостью, рекомендуемые filler metals гарантируют совместимость и поддерживают коррозионную стойкость. Предварительная и последующая термообработка обычно не требуется из-за низкого содержания углерода, что снижает риск сенсибилизации.

Обрабатываемость

Параметр обработки	316LN	AISI 1212	Заметки/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	45%	100%	316LN сложнее обрабатывать.
Типичная скорость резания (токарная обработка)	25-30 м/мин	50-60 м/мин	Используйте карбидные инструменты для лучшего результата.

Обработка 316LN требует внимательного учета скоростей резания и инструментов из-за свойств закалки. Рекомендуются карбидные инструменты для достижения оптимальных результатов.

Формуемость

316LN демонстрирует хорошую формуемость, позволяя холодные и горячие процессы формования. Однако важно отметить, что чрезмерное холодное обработка может привести к увеличению твердости и снижению пластичности. Рекомендуемые радиусы изгиба должны соблюдаться, чтобы предотвратить трещины во время формовочных операций.

Термообработка

Процесс термообработки	Диапазон температур (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Растворное отжиг	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 минут	Воздух или вода	Растворить карбиды, улучшить коррозионную стойкость.
Снятие остаточных напряжений	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 час	Воздух	Снизить остаточные напряжения.

Во время термообработки 316LN претерпевает металлургические преобразования, которые улучшают ее микроструктуру, повышая механические свойства и коррозионную стойкость. Растворное отжиг особенно эффективен для восстановления пластичности после холодной обработки.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Морская	Судостроение	Коррозионная стойкость, прочность	Воздействие морской воды.
Химическая	Процесс трубопроводов	Коррозионная стойкость, свариваемость	Обработка агрессивных химикатов.
Фармацевтическая	Изготовление оборудования	Чистота, коррозионная стойкость	Соответствие санитарным нормам.
Нефть и газ	Офшорные платформы	Прочность, ударная вязкость, коррозионная стойкость	Суровые условия окружающей среды.

Другие применения включают:
* Оборудование для переработки пищи
* Теплообменники
* Сосуды под давлением
* Клапаны и фитинги

316LN выбирается для этих приложений благодаря своей отличной коррозионной стойкости и механическим свойствам, которые критически важны в условиях, где гигиена и структурная целостность имеют первостепенное значение.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения

Особенность/Свойство	316LN	304	321	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссе
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная прочность	Высокая прочность	316LN предлагает лучшую коррозионную стойкость, чем 304.
Ключевой аспект коррозии	Отлично	Хорошо	Хорошо	316LN превосходит в хлоридных средах.
Свариваемость	Хорошо	Отлично	Хорошо	316LN требует внимательной практики сварки.
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошо	Умеренная	316LN труднее обрабатывать, чем 304.
Формуемость	Хорошо	Отлично	Хорошо	316LN имеет слегка сниженную формуемость.
Приблизительная относительная стоимость	Выше	Ниже	Выше	Соображения стоимости могут повлиять на выбор.
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Умеренная	304 более часто доступна.

При выборе 316LN учитываются такие факторы, как рентабельность, доступность и конкретные требования к применению. Ее уникальные свойства делают ее подходящей для нишевых приложений, где производительность имеет критическое значение, несмотря на ее более высокую стоимость по сравнению с более распространенными сортами, такими как 304. Кроме того, ее низкая магнитная проницаемость делает ее подходящей для применения в чувствительных средах.

В заключение, 316LN нержавеющая сталь — это универсальный и высокопроизводительный материал, который хорошо подходит для требовательных условий, предлагая баланс прочности, коррозионной стойкости и обрабатываемости. Ее уникальные свойства делают ее предпочтительным выбором в различных отраслях, обеспечивая надежность и долговечность в приложениях, где отказ недопустим.