Нержавеющая сталь AISI 316 можно считать улучшенным вариантом 304-го сплава. Но у них есть серьезные отличия. К главным относятся лучшее сопротивление ползучести 316-й марки стали при эксплуатации в условиях высоких температур, а также отсутствие у нее магнитных свойств.
Версиями данной марки нержавеющей стали являются нержавейки AISI 316L и 316 Ti. Их отличает небольшая разница в химическом составе и технических, эксплуатационных характеристиках. Первая модификация относится к криогенным конструкционным сталям, вторая – обыкновенная коррозионностойкая сталь.
Аустенитная конструкционная нержавеющая сталь марки AISI 316, а также ее варианты 316L и 316Ti пользуются заслуженным спросом во многих производственных сферах. Благодаря присутствию в составе никеля и молибдена они отличаются очень высокой стойкостью к коррозионным воздействиям. Их можно применять в условиях агрессивных сред, низких температур.
Сплавы прочные, жаростойкие, пластичные, устойчивы к разным видам кислот. Нержавеющая сталь AISI 316 характеризуется особой стойкостью при взаимодействии с серной кислотой, ее солями. Если есть повышенные требования к технологичности, то нержавейка марки 316Ti, усиленная титаном, будет лучшим выбором.
Эксплуатационные, физические свойства между модификациями данных марок стали незначительны. Но, например, прочность AISI 316L становится значительно ниже, когда температура окружающей среды превышает +425 ℃.
Все три варианта данной нержавеющей стали экологически безопасны. Они инертны для окружающей среды, человека. В воде (соленой, пресной, очищенной питьевой) нержавеющие сплавы AISI 316 не выделяют ядовитых веществ.
Химический состав сталей марок AISI 316, AISI 316L, AISI 316Ti
В нержавеющей стали марки AISI 316 содержатся следующие химические элементы:
|
Элемент |
Обозначение |
Массовая доля (%) |
|
Кремний |
Si |
До 1,0 |
|
Углерод |
С |
< 0,08 |
|
Фосфор |
Р |
Не более 0,045 |
|
Марганец |
Mn |
До 2,0 |
|
Хром |
Cr |
16,0 - 18,0 |
|
Сера |
S |
Менее 0,03 |
|
Никель |
Ni |
10,0 - 14,0 |
|
Молибден |
Mo |
2,0 - 3,0 |
|
Железо |
Fe |
остальное |
Модификация 316L содержит:
|
Элемент |
Обозначение |
Массовая доля (%) |
|
Кремний |
Si |
До 1,0 |
|
Углерод |
С |
< 0,03 |
|
Фосфор |
Р |
Не более 0,045 |
|
Марганец |
Mn |
До 2,0 |
|
Хром |
Cr |
16,0 - 18,0 |
|
Сера |
S |
Менее 0,03 |
|
Никель |
Ni |
10,0 - 14,0 |
|
Молибден |
Mo |
2,0 - 3,0 |
|
Железо |
Fe |
остальное |
|
Титан |
Ti |
До 0,5 |
Химический состав нержавейки марки AISI 316Ti:
|
Элемент |
Обозначение |
Массовая доля (%) |
|
Кремний |
Si |
До 0,75 |
|
Углерод |
С |
< 0,08 |
|
Фосфор |
Р |
Не более 0,045 |
|
Марганец |
Mn |
До 2,0 |
|
Хром |
Cr |
16,0 - 18,0 |
|
Сера |
S |
Менее 0,03 |
|
Никель |
Ni |
10,0 - 14,0 |
|
Молибден |
Mo |
2,0 - 3,0 |
|
Железо |
Fe |
остальное |
|
Титан |
Ti |
До 0,7 |
Нержавейка AISI 316L является низкоуглеродистой. В отличие от двух других нержавеющих сплавов он здесь может содержаться всего до 0,03 %.
Химический состав всех вариантов нержавеющей стали AISI 316 оказывает существенное влияние на механические, физические и технологические свойства сталей:
-
Содержание титана в значительной мере увеличивает прочность сплавов AISI 316, в первую очередь это касается стали AISI 316Ti.
-
Присутствие в составе 316 AISI и его версий молибдена придает ему высокую стойкость к щелевой, питтинговой коррозии, когда продукция используется в парах уксусной кислоты, хлористых средах.
-
Марганец обеспечивает повышение твердости, стойкости к ударным нагрузкам и износу. При этом пластичность нержавеющей 316-й стали AISI не снижается.
-
Кремний влияет на увеличение прочности стали, снижает риск возникновения красноломкости.
Механические свойства стали aisi 316
К основным механическим параметрам металла AISI марки 316 относятся:
|
Временное сопротивление разрыву (в МПа), мин. |
Предел текучести (в МПа), σ0,2 |
Твердость, НВ |
Усталостная прочность (в N/mm2) |
Органолептическая проба Эриксена (в мм) |
Относительное удлинение при разрыве (в %), δ5, миним. |
|
515 |
205 |
165 |
260 |
8-10 |
40 |
При комнатной температуре механические характеристики вариантов нержавеющего сплава марки aisi 316 составляют:
|
Марка стали |
|
Предел прочности (в N/mm2) |
Относительное удлинение при разрыве (в %), δ5 |
Органолептическая проба Эриксена (в мм) |
Усталостная прочность (в N/mm2) |
Твердость по Бринелю, НВ |
Предел упругости (в МПа), σ0,2 |
|
316 |
Тип. |
580 |
55 |
8-10 |
260 |
165 |
310 |
|
316 |
Мин. |
515 |
40 |
- |
- |
- |
205 |
|
316L |
Тип. |
570 |
60 |
10-11 |
260 |
165 |
300 |
|
316L |
Мин. |
485 |
40 |
- |
- |
- |
170 |
|
316Ti |
Тип. |
600 |
50 |
- |
260 |
165 |
320 |
|
316Ti |
Мин. |
515 |
40 |
- |
- |
- |
205 |
Параметры стали AISI 316, 316Ti при повышенных температурах:
|
Температура испытаний (в °С) |
Предел прочности (в МПа) |
|
600 |
460 |
|
700 |
320 |
|
800 |
190 |
|
900 |
120 |
|
1 000 |
70 |
|
Температура испытаний (в °С) |
Предел текучести (в МПа), % за 10 000 ч |
|
550 |
160 |
|
600 |
120 |
|
650 |
90 |
|
700 |
60 |
|
800 |
20 |
Для варианта 316L испытания не проводятся. Прочность данной марки нержавеющей стали AISI падает при достижении температуры +425 ℃.
Характеристики 316 AISI при отрицательных температурах:
|
Температура испытаний (в °С) |
Временное сопротивление разрыву (в МПа) |
Предел текучести (в МПа), σ0,2 |
Ударная вязкость, J |
|
-78 |
400 |
820 |
180 |
|
-161 |
460 |
1 150 |
165 |
|
-196 |
580 |
1 300 |
155 |
Физические свойства
Физические характеристики нержавейки AISI 316:
|
|
Температура (℃) |
Параметр |
|
Плотность (в г/см3) |
4 |
8,0 |
|
Температура плавления (в ℃) |
- |
1 400 |
|
Удельная теплоемкость (J/kg.K) |
20 |
500 |
|
Тепловое расширение (W/m.k) |
20 |
15 |
|
Средний коэффициент теплового расширения (10-6.К) |
20-100 |
16,0 |
|
|
20-200 |
16,5 |
|
|
20-400 |
17,5 |
|
Электрическое удельное сопротивление (Ωmm2/m) |
20 |
0,75 |
|
Магнитная проницаемость (в 0,8 кА/m) |
20 |
1,0005 |
|
Модуль упругости, (в МПа), E 10- 3 |
20 |
200 |
Физико-механические параметры
Физико-механические свойства сплавов:
|
Характеристика |
AISI 316 |
AISI 316L |
AISI 316Ti |
|
Предел прочности при комнатной температуре (в МПа) |
580 |
570 |
600 |
|
Предел упругости (в МПа) |
310 |
300 |
320 |
|
Твердость по Бринеллю (HB) |
165 |
165 |
165 |
|
Усталостная прочность (в МПа) |
260 |
260 |
260 |
Непрерывное воздействие рекомендовано до +870 ℃, прерывистую обработку материала можно выполнять до +925 ℃. Высокая пластичность данных сплавов позволяет делать холодную обработку разнообразными способами.
Технологические свойства
Сплавы AISI 316, 316L особо устойчивы к атмосферным, умеренным коррозионным воздействиям. Их можно эксплуатировать в любых средах, рекомендованных для 300-й серии нержавейки. Но азотная кислота здесь исключение, она сильный окислитель.
Сопротивление коррозии нержавейки AISI 316 при эксплуатации в кислых средах:
|
Температура испытаний (в °С) |
20 |
80 |
||||||||||
|
Концентрация (в % к массе) |
10 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
10 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
Серная |
0 |
1 |
2 |
2 |
1 |
0 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
Фосфорная |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
|
Азотная |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
|
Муравьиная |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
2 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Скорость коррозии данной марки стали (степень защиты):
-
«0» – менее 100 мкм за год;
-
«1» – от 100 мкм до 1 000 мкм в год;
-
«2» – более 1 000 мкм/год.
Во всех модификациях есть молибден. Именно благодаря ему уровень стойкости к коррозионным воздействиям у данной марки нержавеющей стали довольно высокий. Это касается общей и местной коррозии (межкристаллической, крекинг-коррозии, питтинговой). Но у версии 316L устойчивость к соленой воде, кислотным средам более выражена. AISI 316L хорошо противостоит воздействию напряжений, возникающих из-за деформации и способствующих появлению межкристаллитной коррозии.
AISI 316Ti отличается повышенной сопротивляемостью сенсибилизации (вид межзерновой коррозии). Она может противостоять коррозионным воздействиям на протяжении долгого времени в диапазоне температур от +550 ℃ до +800 ℃ при работе в агрессивных средах.
Устойчивость к коррозии нержавеющего сплава AISI 316L в кипящих химикалиях:
|
Кипящая среда (%) |
Скорость коррозии (в мм/год) |
|
Уксусная кислота (20 %) |
0,003 |
|
Муравьиная кислота (40 %) |
0,531 - 0,594 |
|
Соляная кислота (1 %) |
0,024 - 1,615 |
|
Щавелевая кислота (10 %) |
1,130 - 1,224 |
|
Фосфорная кислота (20 %) |
0,015 - 0,027 |
|
Сульфаминовая кислота (10 %) |
3,030 - 3,155 |
|
Серная кислота (10 %) |
16,137 - 16,718 |
|
Бисульфат натрия (10 %) |
1,427 - 1,816 |
|
Гидроокись натрия (50 %) |
1,971 - 2,169 |
Методы обработки
316-я нержавейка может обрабатываться различными способами:
-
Сварка – сваривается любыми методами, последующая термообработка здесь не требуется. Швы лучше защищать от окалины (окисления), пассивировать. У варианта 316L параметры по свариваемости выше, чем у 316Ti, так как он низкоуглеродистый. Его не нужно предварительно нагревать и делать специальную обработку швов.
-
Отжиг производится при температуре +1 010-1 120 °C. Затем делают пассивирование или травление.
-
Охлаждение металла выполняют в воде, на воздухе.
-
Отпуск сплава производится в температурном диапазоне от +200 ℃ до +400 ℃, далее – охлаждение на воздухе.
-
Пассивация ведется с применением 20-25 % раствора HNO3 при t=+20 °C.
-
Для очистки поверхности (травления) используют раствор азотной, фтористоводородной (плавиковой) кислот в пропорции 10 % HNO3 и 2% HF при температуре до +60 °C.
-
Горячая обработка сначала производится в диапазоне +1 150-1 200 ℃. В конце обрабатывания температура должна быть более +900 ℃.
Сталь данной марки отличается хорошей пластичностью. Ее легко формовать путем изгиба, растяжения, ротационной и глубокой вытяжки, волочения.
Стандарты ASTM
На изготовление всех модификаций стали AISI 316 действуют стандартные спецификации ASTM:
-
A182 – кованые, катаные фланцы для труб, кованые фитинги, клапаны и детали из легированной и нержавеющей стали, которые эксплуатируются в условиях высоких температур;
-
A213 – бесшовные трубы, предназначенные для котлов, труб теплообменников, пароперегревателей из аустенитных, ферритных сталей;
-
A240 – хром, а также никель-хромовые, хром- и марганец-никелевые нержавеющие сплавы для листов, пластин, полос, служащих для выпуска емкостей, эксплуатирующихся под давлением, сосудов общего назначения;
-
A276 – необработанные холодным, горячим способом, готовые бруски, блюмы, кроме вторично кованых брусков;
-
A312 – бесшовные, сварные трубы, а также прошедшие интенсивную обработку холодом изделия из аустенитной нержавейки.
Область применения стали AISI 316, AISI 316L, AISI 316Ti
Сплавы 316-й серии активно востребованы в:
-
Химической сфере – емкости для хранения, перемещения агрессивных, коррозионных составов;
-
Машиностроительной отрасли;
-
Пищевом, фармацевтическом производстве;
-
Горнодобывающей, нефтегазовой промышленности;
-
Строительстве – применяется для изготовления металлоконструкций, кровельных, архитектурных деталей.
Их также применяют при выпуске разного вида теплообменников, продукции, которой предстоит эксплуатироваться в условиях высокой температуры, усиленных нагрузок. AISI 316 востребована для изготовления механизмов, металлоконструкций, имеющих контакт с умеренно-агрессивными средами (холодная соленая вода, морская вода, пищевые кислоты).
Из нержавеющей стали AISI 316, которая обладает высокой стойкостью к коррозии, производят химическое оборудование, подвергающееся воздействию агрессивных веществ. Нержавейка 316Ti чаще используется для выпуска конструкций, эксплуатирующихся при высокой химической агрессивности. 316L можно применять в любых промышленных областях для изготовления сварных изделий, инструментов, обработки вискозы, резины, бумаги. Сплав востребован для изготовления бижутерии, медицинских имплантов.
Аналоги стали aisi 316
Ближайшими марками сплава 316 являются:
-
Европа (EN) – 1.4401;
-
Германия – X5CrNiMo17-12-2;
-
Россия (российский стандарт ГОСТ) – 08Х17Н13М2;
-
Великобритания – 316 S16, 316 S31, 316 S33;
-
Швеция – 2347, 2343;
- Япония (JIS) – SUS 316.