Нержавеющая сталь AISI 321

Химический состав

Нержавеющая сталь отличается от углеродистой по содержанию хрома. Незащищённая углеродистая сталь сразу ржавеет под воздействием воздуха и влаги. Эта плёнка оксида железа (ржавчины) активна и ускоряет коррозию, облегчая создание большего количества оксида железа. Поскольку оксид железа имеет более низкую плотность, чем сталь, слой расширяется и имеет тенденцию отслаиваться и опадать. В то же время нержавеющие стали содержат достаточно хрома для пассивирования, создавая на поверхности инертный слой оксида хрома. Этот слой предотвращает дальнейшую коррозию, блокируя диффузию кислорода к поверхности стали, и останавливает распространение коррозии по большей части металла. Пассивация происходит только при достаточно высоком содержании хрома и при наличии в нем кислорода.

При выборе химического состава коррозионностойкого сплава руководствуются так называемым правилом N8{\displaystyle {\frac {N}{8}}}: если к металлу, неустойчивому к коррозии (например, к железу) добавлять металл, образующий с ним твёрдый раствор и устойчивый против коррозии (к примеру хром), то защитное действие проявляется скачкообразно при введении 18,28,38…N8{\displaystyle {\frac {1}{8}},{\frac {2}{8}},{\frac {3}{8}}…{\frac {N}{8}}} моль второго металла (коррозионная стойкость возрастает не пропорционально количеству легирующего компонента, а скачкообразно). Основной легирующий элемент нержавеющей стали — хром Cr (12—20 %); помимо хрома, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo).

Сопротивление нержавеющей стали коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности, в азотной кислоте крепостью до 50 %.

Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов.

В сильных кислотах (серной, соляной, фосфорной и их смесях) применяют сложнолегированные сплавы с высоким содержанием Ni и присадками Mo, Cu и Si.

Повышенная атмосферная коррозионностойкость стали достигается, как правило, целенаправленным изменением её химического состава. Считается, что наиболее эффективно повышают сопротивление строительных сталей атмосферной коррозии небольшие добавки никеля, хрома и, особенно, фосфора и меди. Так, легирование медью в пределах 0,2—0,4 % повышает на 20—30 % стойкость против коррозии открытых конструкций в промышленной атмосфере.

Основные характеристики

Рассматривая сплав AISI 321, технические характеристики которого определяют распространение в самых различных отраслях промышленности, следует учитывать нижеприведенные качества:

1. Жаропрочность и жаростойкость. Эти особенности стали позволяют использовать ее при изготовлении ответственных изделий. Трение, эксплуатация в сложных условиях приводит к нагреванию структуры, за счет чего снижаются основные эксплуатационные характеристики. Жаропрочность и жаростойкость определяют то, что структура более устойчива к нагреву. Получаемые изделия могут эксплуатироваться при температуре от 600 до 800 градусов Цельсия. При этом изделие может выдерживать длительное воздействие высокой температуры, сохраняя свои качества.
2. Включение в состав титана позволило существенно увеличить устойчивость к межкристаллической коррозии. AISI 321, аналог которого обладает схожими эксплуатационными качествами, за счет добавления титана становится более дорогим материалом.

Физические свойства AISI 321

Несмотря на высокую коррозионную стоимость, что связано с включением в состав большого количества хрома и никеля, AISI 321 не рекомендуется применять в высоко окисляющихся средах.

Лист AISI 321

Листы марки AISI 321 изготавливаются из конструкционной криогенной стали. В России аналогичный материал описан в ГОСТ 5632-72 и нумерован 08Х18Н10Т. Изделия из этой стали заметно дороже, поскольку содержат большое количество ценного никеля, 9-12%. Обработка проводится газовой сварки во избежание влияния среды на шов. Эта разновидность жаропрочной стали с аустенитной структурой не намагничивается и не закаляется.

Применение листа марки AISI 321

Эту марку незакаляемой стали, состоящую из железа, никеля и хрома, и содержащую титан, активно применяют в машиностроении и нефтехимическом производстве. Основные направления эксплуатации изделий из материала 08Х18Н10Т это:

• оборудование для нефтехимических работ;
• оборудование пищевой и химической отрасли;
• машиностроение и авиация;
• корпуса и арматура электронагревателей и котлов;
• муфели, теплообменники и реторты;
• трубопроводы и коллекторы;
• выхлопные трубы автомобилей.

Чаще всего изделия с такой маркировкой встречаются в оборудовании, направленном на эксплуатацию в сфере нефтехимической добывающей отрасли. Основная причина заключается в том, что лист нержавейки 5 мм из стали AISI 321 имеет отличные жаропрочные характеристики и устойчиво к химическому воздействию. Также востребован материал в судостроении, авиастроении и атомной отрасли. Специфические свойства и дороговизна листового металла 321, накладывают определенные ограничения на сферу его применения.

В виде сварного оборудования как конструкционный элемент, лист нержавеющий 2 мм используются практически во всех сферах, включая бумажно-целлюлозную, пищевую, фармацевтическую и текстильную. Обычно такие изделия выпускаются в виде патрубков на выхлопы, теплообменников, арматуры и труб.

Изготовление стального листа

Первичным процессом при создании листового металла является обжиг, с последующим быстрым охлаждением при температуре 1050˚С. Далее выполняются такие действия, чтобы изготовить нержавеющий лист AISI 321:

• Травление и пассивирование.
• Обработка.
• Отделка.
• Шлифовка или полировка.

Спецификой материала является невозможность зеркальной обработки из-за наличия в составе титана. Травление включает обработку смесью растворов азотной (10%) и плавиковой (2%) кислот, обработку серно-азотной кислотой и пастой для снятия окалин с зоны шва. В случае пассивации материала, перфорированный лист нержавейка погружается в 25% раствор азотной кислоты и обрабатывается специальной пастой для устранения окалин.

Подготовленную основу изгибают и вытягивают для придания нужного контура. Для стали AISI 321 применяют те же станки, как и для углеродистых материалов, но устанавливая усилие, повышенное на 50-100%. Специфика обусловлена высокой степенью нежелательного упрочнения аустенитной стали при формовке.

Особенности материала

К особенностям изделий, материалом которых выступает нержавеющий лист AISI 321, относится:

• высокие показатели сопротивления коррозии, особенно влажной;
• практически отсутствует межкристальная коррозия (защита от МКК);
• хорошая свариваемость.

Сталь еще до поверхностной обработки уже устойчива к химическим средам средней агрессивности и большинству пищевых продуктов. Изделия могут эффективно и длительно эксплуатироваться для работы с соляными и щелочными растворами, в органических средах и разбавленных кислотах органического и неорганического характера, при условии отсутствия галоидного соединения и нагрева. При использовании в среде химически нейтральных материалов, изделия выдерживают постоянную температуру до 900˚С и нагрев до 810˚С.

Особенностью марки является добавление титана при производстве. Расчет содержания производится от количества углерода (по ГОСТ до 0,8%), умноженного в 4 раза, что обычно составляет около 1%. Благодаря этому в трубах марки AISI 321 можно варить мягко-коррозийные жидкости. Сталь не магнитится и ее плотность составляет 8 т/м³. Специфическим свойством является недопустимость эксплуатации в среде, содержащей серу или сильные окислители.

Свариваемость чуть хуже, чем у AISI 304, но лучше чем у большинства других марок. После сварки отсутствует потребность в термической обработке, но следует очистить швы от окалин травлением. Лист нержавеющий 1 мм имеет улучшенное, сравнительно с прочими листами марок этого ряда, сопротивление ползучести в среде, температура которой свыше 400˚С.

Нержавеющая сталь AISI 321, 321H

Нержавеющая сталь марки AISI 321, 321H широко применяется во многих отраслях промышленности. Эта актуальность стали обусловлена ее отличными антикоррозийными свойствами, повышенной жаропрочностью и жаростойкостью.

Эксплуатация  изделия из нержавеющей стали этих марок возможна при температурах +600 – 800 °С, при этом они даже через длительное время остаются в неизменном состоянии.

Единственным существенным недостатком нержавеющей стали AISI 321, 321H является то, что ее эксплуатация невозможна в окисляющих окружающих средах. И это несмотря на то, что сталь не подвергается межкристаллитной коррозии за счет добавления титана в сплав.

Область применения

Нержавеющая сталь успешно используется в различных отраслях промышленности, в основном – при производстве различного сварного оборудования, например: сварные трубы, печная арматура, коллекторы выхлопных систем и патрубки, реторты, теплообменники и многое другое.

Химический состав (ASTM A240)

Типичные свойства в отожженном состоянии:

Все значения, указанные в данных таблицах, не являются минимальными значениями, это лишь один из примеров производства изделий из нержавеющей стали AISI 321, 321H.

Механические свойства при комнатной температуре

Предел прочности при повышенных температурах

Минимальные величины предела упругости при высокой температуре (деформация в 1% за установленное время при заданной температуре).

Предел упругости (текучести) до разрыва

Интервал ковки AISI 321

Ковка нержавеющей стали должна начинаться при температуре от +1150 до +1250 °C и заканчиваться температурой +950 °C. Снижение температуры должно быть очень плавным, так как это позволит обеспечить равномерное распределение углерода.

Помните, что время прогрева нержавеющей стали значительно больше, чем углеродистой.

Сварка стали AISI 321

Нержавеющая сталь марки AISI 321, 321H отличается довольно неплохой свариваемостью, которая, правда, несколько хуже, чем у  стали AISI 304, так как для повышения ее прочности при плавлении используется титан.

При выполнении сварочных работ с этой нержавеющей сталью рекомендуется использовать специализированые сварочные материалы, электроды 347 серии.

Таблица российских и зарубежных аналогов нержавеющей стали AISI 304, 316, 430, 12х18н10т

APEX METAL предлагает покупателям разнообразные виды нержавеющего металлопроката, выполненного из лучших марок нержавеющей стали, соответствующих строгим международным нормам и обладающих великолепными технологическими, а так же и эксплуатационными характеристиками. Высокая коррозионная устойчивость нержавеющей стали является основной характеристикой изделий из данных материалов при долговечной работе в агрессивных коррозионно-активных средах, в широких температурных диапазонах.

Химический состав проката, выполненного из коррозионно-стойкой нержавеющей стали aisi 304 аустенитного класса, соответствует требованиям норматива АISI – Аmerican Iron and Steell Institute (Американского Института Стали и Сплавов). В сопроводительных документах обозначение марок нержавейки aisi и ее аналогов производится в соответствии с национальными или международным стандартами:

Производство и применение

Согласно данным «International Stainless Steel Forum», мировой объём выплавки нержавеющей стали в 2009 году составил 24,579 млн тонн

Пять копеек Украины, , нержавеющая сталь

• Хромистые нержавеющие стали:
  • Клапаны гидравлических прессов;
  • Турбинные лопатки;
  • Арматура крекинг-установок;
  • Режущий инструмент;
  • Пружины;
  • Бытовые предметы;
• Хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые нержавеющие стали:
  • Бытовые предметы, в частности, столовая посуда (пищевые марки стали)
  • Ортопедическая стоматология (изготовление гильз для штампованных коронок)
• Стабилизированные аустенитные нержавеющие стали:
  • Сварная аппаратура, работающая в агрессивных средах;
  • Изделия, работающие при высоких температурах — 550—800 °C;
  • Пищевая промышленность;
  • Ограждения и перила.

Нержавеющие стали используются как в деформированном, так и в литом состоянии.

Стандарты нержавеющей стали

На разные виды нержавеющей стали в нашей стране имеются государственные стандарты. Именно они определяют качество продукции из этого материала. Нержавеющая сталь ГОСТы имеет различные. Определенные стандарты качества разработаны для тонкого листового проката, для проволоки, для толстого листового проката и для труб из нержавеющей стали.

Нержавеющая сталь характеристики имеет разные. Она благодаря своим химическим и физическим параметрам с легкостью противостоит образованию каррозийного налета. Этот материал был разработан для использования в местах, где есть разные условия среды. Благодаря своей жаропрочности и прочности сталь не вступает в реакцию с веществами, которые есть в окружающей среде.

Приблизительный состав марок нержавеющей стали для сеток, %

Марганец – стабилизатор аустенита, который может заменять никель при определённых соотношениях; Азот – значительно повышает сопротивление коррозии в аустенитных сталях; Титан – стабилизатор, сохраняющий сталь при температурах более 5000С и агрессивных средах; Молибден – значительно повышает сопротивление коррозии в особо агрессивных средах.

Существует множество марок нержавеющей стали, и все они были созданы для применения в определенных условиях, в том числе в критических температурах, в растворах концентрированных кислот, щелочей и т.п., находящихся под электрическим и механическим напряжением и т.д. 

Марки нержавеющей стали и их характеристики

В современном мире представлено более двухсот пятидесяти видов нержавеющей стали. Они отличаются по своим сериям или маркам и по свойствам. Самыми популярными марками нержавеющей стали в настоящее время являются те виды, которые принадлежат к 300-й и 400-й серии. Они обладают высоким уровнем стойкости к появлению коррозии. К тому же у них слой защитной пленки является достаточно прочным из-за оптимально-подобранной пропорциональности использованных при производстве элементов. Нержавеющая сталь данных серий обладает высокой прочностью и пластичностью. Она активно применяется для производства различных предметов в современной промышленности. В скором времени конкуренцию данным сериям может составить 200 серия стали, которая, по мнению потребителей, имеет оптимальное сочетание стоимости и качества.

Характеристика нержавеющих сталей aisi

На современном рынке большим спросом пользуется нержавеющая сталь трехсотой серии. Она подразделяется на несколько видов в зависимости от химического состава:

• аустенитная,
• аустенитно- ферритная,
• аустенитно-мартенситная.

В стали этих видов содержится разное количество никеля, хрома. углерода.

Нержавеющая сталь aisi 304

aisi 304 (08Х18Н10) получила широкое распространение в пищевой промышленности. Она отлично подходит для сварки и для тог, чтобы противостоять появлению ржавчины.

Нержавеющая сталь aisi 316

aisi 316 (10Х17Н13М2) образуется, если в сталь марки aisi 304 (08Х18Н10) добавить такой элемент, как молибден. Данная марка нержавейки получила широкое распространение в судостроительной, нефтегазовой и химической видах промышленности. Она устойчива к агрессивным средам.

Нержавеющая сталь aisi 316Т

aisi 316Т (10Х17Н13М2Т) обладает высоким уровнем прочности за счет того, что в ней содержится больше титана, чем в предыдущих марках. Она нашла широкое применение в области создания оборудования для химической и пищевой промышленности.

Нержавеющая сталь aisi 321

aisi 321 (12-08Х18Н10Т) самое большое количество титана среди всех марок трехсотой серии. Способна выдерживать температуры нагревания до 800 градусов Цельсия.

Нержавеющая сталь aisi 430

Среди марок четырехсотой серии наиболее широкое применение получила марка aisi 430 (12Х17). В целом вся серия характеризуется тем, что в нее входят марки нержавеющей стали, которые созданы с высоким содержанием хрома. Для марки aisi 430 характерно то, что материал отлично гнется и подвергается сварочным работам. Такую сталь можно использовать для мест с высокими температурными перепадами. Чаще всего ее используют для декора зданий и в нефтегазовой отрасли промышленности.

Нержавеющая сталь aisi 201

В двухсотой серии нержавеющей стали тоже есть достойные марки, на которые следует обратить свое внимание. Среди них наиболее сильно выделяется сталь марки aisi 201 (12Х15Г9НД)

Она отличается от более дорогих марок из других серий тем, что в ней вместо никеля используется смесь таких элементов, как азот и марганец. Благодаря своим химическим и физическим качествам она получила широкое распространение в пищевой и медицинской промышленности. Она также подходит для производства разного рода ограждений, труб.

Нержавейка — марка AISI 321

Нержавеющая сталь марки AISI 321, 321H широко применяется во многих отраслях промышленности. Эта актуальность стали обусловлена ее отличными антикоррозийными свойствами, повышенной жаропрочностью и жаростойкостью.

Эксплуатация  изделия из нержавеющей стали этих марок возможна при температурах +600 – 800 °С, при этом они даже через длительное время остаются в неизменном состоянии.

Единственным существенным недостатком нержавеющей стали AISI 321, 321H является то, что ее эксплуатация невозможна в окисляющих окружающих средах. И это несмотря на то, что сталь не подвергается межкристаллитной коррозии за счет добавления титана в сплав.

Виды нержавеющих стали и их сравнение1

Сетку можно изготовить из разных марок нержавеющей стали, различных по стоимости и назначению: AISI 201, AISI 304, AISI 321, AISI 316, AISI 403

Но как понять, подходит ли тот или иной тип стали для Ваших нужд? Как выбрать, чтобы не переплачивать за ненужную перестраховку? Как найти баланс цены и необходимой защиты от коррозии? Почему мы стали предлагать клиентам сетку из стали AISI 201? Попробуем разобраться… 

Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь — это сплав железа, углерода и хрома, где максимальное содержание углерода – 1%, а минимальное содержание хрома – 8%. Такой состав необходим для формирования на поверхности тонкого самовосстанавливающегося слоя нерастворимых окислов, который противостоит коррозии.

Нержавеющая сталь делится по строению на три основных класса3:

Аустенитный класс

Составляет около 70% общей продукции нержавеющей стали. Содержит достаточное количество никеля и/или магния для поддержания аустенитной структуры, которая даёт высокую сопротивляемость коррозии. Ее легко отличить от другой стали — аустенитная сталь практически не магнитится магнитом. (AISI 201, 304, 321, 316 — являются аустенитными).

Ферритный класс

Содержит хром для достижения устойчивости к коррозии, но не имеет ни никеля, ни другого стабилизатора (или же в недостаточных количествах), которые бы поддерживали аустенитную структуру. Этот класс стойкий к коррозии, но менее долговечный, чем аустенитный класс. (AISI 430 принадлежит ферритному классу)

Мартенситный класс

Содержит большой процент углерода, что делает сталь очень твёрдой и прочной. Но эта сталь менее стойкая к коррозии, чем другие классы, в основном из-за низкой концентрации хрома.

Сферы использования

Сталь AISI 321, применение которой прежде всего связано с жаропрочностью и коррозионной стойкостью, считается одной из самых распространенных. Особенности химического состава определяют то, что сплав рекомендуется использовать в отраслях, где оказывается высокая температура на поверхность. Примером использования нержавейки назовем:

1. Изготовление различных изделий для химической, нефтехимической и текстильной промышленностей.
2. В медицине и фармацевтике материал также получил широкое применение.
3. Нержавейка используется при производстве сварного оборудования: трубы, муфели, реторы и другие.
4. В машиностроении и авиационном строительстве материал цениться по причине коррозионной стойкости и жаропрочности.
5. Хорошая жаропрочность определяет применение сплава при создании котлов, газовых устройств, коллекторов сброса и другой аппаратуры. Подобные изделия должны выдерживать длительное воздействие жара.
6. При создании теплообменников и различного сварочного оборудования. Теплообменники должны быстро передавать тепло в окружающую среду.
7. При создании конструкций, которые применяются на открытом воздухе или при условии сильного нагрева. Обычные металлы не могут прослужить долго в случае эксплуатации над открытом небом, так как выпадающие осадки приводят к появлению коррозии. Со временем она портит декоративные качества изделия и снижает прочность структуры.

Для повышения основных эксплуатационных качеств может проводиться различная термическая обработка. Примером назовем отжиг, который проводится при температуре около 1000 градусов Цельсия. Отпуск проводится при температуре 800 градусов Цельсия, выполняется горячая обработка, для чего материал нагревается до 1300 градусов Цельсия.

Большое распространение получили сварные трубы из листов нержавейки. Применение современных технологий позволяет повысить жесткость и прочность получаемых изделий. На производственные линии поставляется в виде листовой стали или проката, а также прутка.

Другие коррозионно-стойкие сплавы

Сплавы Cr-Ni, содержащие менее 50% железа и обладающие еще лучшими свойствами с точки зрения коррозионной и жаростойкости, больше не считаются сталями. Эти так называемые суперсплавы относятся к высокотемпературным сплавам и основаны на сплаве типа NiCr8020, который впервые был описан около 1906 года. Добавляя алюминий и титан, они могут быть упрочнены, и их прочность значительно повысится при высоких температурах. Современные торговые наименования, например, Инконель , Инколой, Хастеллой , Кронифер, Никрофер. Последний представляет собой высококоррозионно-стойкий никель-хром-молибденовый сплав, который в зависимости от присадки делится на различные сплавы (Nicrofer 3127, Nicrofer 5923, H-C4 или H-C22).

Такие сплавы в основном используются в реактивных двигателях, электростанциях (в газовых турбинах ), газовoй промышленности и химическoй промышленности, т.е. там , где высокая прочность при очень высоких температурах или при очень агрессивных условиях , должна быть гарантирована в долгосрочнoй перспективе.

Химсостав и свойства

В состав сплава входят:

• железо;
• титан – до 0,5%;
• никель – 10,5±1,5%;
• хром – 18±1%;
• кремний – до 1%;
• сера – до 0,03%;
• фосфор – до 0,045%;
• марганец – до 2%;
• углерод – до 0,08%.

За счет небольшого содержания углерода в составе стали AISI 321 обеспечивается высокое качество и простота создания сварного шва, а также пластичность материала. Хром обеспечивает антикоррозионные свойства и износостойкость, позволяет сохранять изначальную структуру при воздействии влаги и некоторых химических веществ. Никель содержится в достаточно большом количестве, что повышает прочность и пластичность материала. Данные компоненты считаются основными в составе стали. Она не обладает магнитными качествами, а поверхность ее может окисляться, что делает термообработку более сложной.

Титан предназначен для создания универсального материала. Однако его введение в металл связано с усложнением технологического процесса, что приводит к дополнительным затратам и повышению стоимости изделий.

Высокие эксплуатационные характеристики нержавеющей стали AISI 321 обеспечивают возможность применения в различных областях деятельности. К основным преимуществам ее относятся:

• возможность использования для создания комбинированных конструкций (со стеклом, деревом и т.д.);
• механическая и термическая обработка поверхности;
• возможность переработки;
• хорошая свариваемость;
• гигиеничность;
• возможность придания практически любой геометрической формы;
• непривередливость и простота эксплуатации;
• длительный срок службы АИСИ 321 (20-50 лет).

Маркировка и расшифровка

Как известно, конечные свойства изделия определяются химическим составом стали и последующей механической и/ или термомеханической обработкой. Каждый из элементов влияет на матрицу, и влияние это зависит от:

• соотношения всех элементов друг с другом;
• видов соединения, которые они образуют (карбиды, сульфиды, нитриды, оксиды и т. д.);
• места расположения карбидов в зернах металла.

Поэтому маркировка указывает на самые важные элементы, которые максимально влияют на технические характеристики и способы обработки металла. Сталь 14Х17Н2 указывает на содержание 3 основных металлов для этой марки:

1. первая цифра 14 пишется без буквенного индекса, она определяет содержание главного в любой стали — углерода;
2. второй индекс Х17 — указывает на содержание 17 % хрома;
3. третий индекс Н2 — указывает на легирование никелем в количестве 2 % от общего состава. — Остальные элементы влияют незначительно, т. к. их содержание не превышает минимального порога.

Это обозначение принято в России и регламентируется отечественными стандартами.