Полное руководство по свойствам нержавеющей стали 304

Сталь - это сплав, полученный путем смешивания различных неблагородных металлов с определенными легирующими элементами. Существует множество видов нержавеющей стали с различными свойствами, но все они имеют одну общую черту: добавление хрома, который придает коррозионную стойкость. Один из самых узнаваемых видов нержавеющей стали, нержавеющая сталь 304, широко используется во многих отраслях промышленности.

В этой статье вы узнаете о свойствах нержавеющей стали 304. Эта статья предоставит вам структурированное представление об этих свойствах, чтобы вы могли легко понять основные аспекты нержавеющей стали 304. После сложения мы кратко коснемся состава, физических свойств и механических свойств.

Что такое нержавеющая сталь 304?

Нержавеющая сталь 304 определяется стандартом ASTM A240/A240M, который распространяется на аустенитную нержавеющую сталь, упрочненную твердым раствором углерода, с умеренной и высокой прочностью, обычно используемую в сосудах под давлением при температуре выше 500 °F (260 °C). Нержавеющая сталь 304 также известна как "нержавеющая сталь 18-8", поскольку обычно содержит 18% хрома и 8% никеля по массе.

Нержавеющая сталь 304 - одна из наиболее часто используемых аустенитных нержавеющих сталей. Она обладает превосходной коррозионной стойкостью, формуемостью и механическими свойствами при повышенных температурах. В отожженном состоянии нержавеющая сталь 304 немагнитна.

Состав стали 304

Химический состав нержавеющей стали 304 контролируется для обеспечения свойств от хороших до превосходных по коррозионной стойкости и прочности. Ниже приведен основной состав нержавеющей стали 304 в соответствии со стандартом ASTM.

Железо	Cr	Ni	C	Mn	Si	P	S
Баланс	18~20%	8~10.5%	≤0.08%	≤2%	≤1%	≤0,045%	≤0.03%

Влияние состава на свойства:

• Устойчивость к коррозии: Высокое содержание хрома (18-20%) обеспечивает образование самовосстанавливающейся оксидной пленки хрома, которая пассивирует сталь в широком диапазоне окислительных сред, включая кислоты и атмосферную коррозию.
• Аустенитная структура: Содержание никеля (8-10,5%) стабилизирует гранецентрированную кубическую (FCC) аустенитную фазу. Это обеспечивает немагнитность и хорошую пластичность нержавеющей стали 304 даже при криогенных температурах.
• Свариваемость и прочность: Низкое содержание углерода (≤0,08%) минимизирует образование карбидов хрома и связанную с этим локальную коррозию в зоне термического влияния в зоне сварки.

Свойства нержавеющей стали 304

Понимание физико-механических характеристик остается жизненно важным для изучения свойств нержавеющей стали 304. В этой части рассматриваются отдельные характеристики, определяющие эксплуатационные свойства нержавеющей стали 304, а также диапазон ее применения.

Недвижимость	Значение
Прочность на разрыв	515 МПа
Предел текучести	205 МПа
Удлинение	70%
Модуль упругости	193 ГПа ~ 200 ГПа
Модуль сдвига	86 ГПа
Твердость	123 HB
Теплопроводность	16,2 Вт/м-К
Плотность	7,93 г/см³
Магнетизм	Немагнитные

Является ли нержавеющая сталь 304 магнитной?

Вопрос о магнитных свойствах нержавеющей стали 304 часто вызывает недоумение. В термически обработанном состоянии нержавеющая сталь 304 не проявляет магнитных свойств. Холодная обработка с помощью таких процессов, как прокатка, гибка и формовка, привносит магнетизм, поскольку преобразует часть аустенита в магнитную фазу, известную как мартенсит. Более высокие уровни холодной обработки приводят к усилению трансформации материала.

Плотность

Измерение плотности нержавеющей стали 304 показывает значение 7,93 г/см³. Значение плотности для аустенитных нержавеющих сталей соответствует этому конкретному уровню, который определяет их массогабаритные характеристики, а также структурную прочность.

Теплопроводность

При 20°C значение теплопроводности нержавеющей стали 304 составляет 16,2 Вт/(м-К). Благодаря своим свойствам теплопроводности нержавеющая сталь 304 отлично подходит для применения в теплообменниках и компонентах котлов, где требуется эффективная передача тепла.

Прочность на разрыв

Предел прочности при растяжении (UTS) нержавеющей стали 304 достигает значения не менее 515 МПа. До этого момента материал испытывает максимальное напряжение, прежде чем разрушиться. Высокая прочность на растяжение позволяет нержавеющей стали 304 выдерживать большие нагрузки до разрушения, что делает ее идеальной для использования в конструкциях.

Предел текучести

Минимальный предел текучести нержавеющей стали 304 составляет 205 МПа. При таком уровне напряжения материал начинает постоянно деформироваться. После превышения этого порога материал остается постоянно деформированным при снятии внешней силы. Конструкторы используют предел текучести как важный фактор, предотвращающий деформацию деталей при воздействии эксплуатационных сил.

Удлинение

Значение удлинения нержавеющей стали 304 достигает 70% при измерении на длине 50 мм (2 дюйма). Материал демонстрирует выдающуюся пластичность благодаря высокому проценту удлинения, который обеспечивает деформацию до разрушения. Области применения, в которых требуется деформация материала путем формовки, изгиба или растяжения, успешно справляются с этой задачей благодаря свойствам пластичности материала.

Твердость

Твердость нержавеющей стали 304 измеряется с помощью теста на твердость по Бринеллю (HB) и показывает значения, не превышающие 187. В дальнейшем материал приобретает двойное преимущество - защиту от износа и податливость. Нержавеющая сталь 304 имеет соответствующую твердость, которая подходит для многих областей применения общего назначения, где умеренная износостойкость служит целью.

Модуль упругости

Модуль упругости Юнга в материале из нержавеющей стали 304 находится в диапазоне от 193 ГПа до 200 ГПа. Благодаря высокому значению модуля упругости материал демонстрирует высокую жесткость и сопротивление упругой деформации. Приложение нагрузки позволяет нержавеющей стали 304 создавать стабильные структуры, сохраняя свою форму.

Модуль сдвига

Модуль сдвига (модуль жесткости) нержавеющей стали 304 составляет 86 ГПа. Измерение сопротивления материала модулем сдвига происходит за счет параллельного приложения напряжения сдвига, которое позволяет слоям материала скользить относительно друг друга. Отличная устойчивость нержавеющей стали 304 к нагрузкам на кручение обусловлена ее высоким модулем сдвига, что позволяет создавать жесткие прочные конструкции, используемые для изготовления валов, крепежа и трубопроводов.

Ударная вязкость

Оценка ударной вязкости по Шарпи показала, что нержавеющая сталь 304 достигает отличных результатов при определении свойств ударной вязкости. Этот материал хорошо поглощает энергию при резких ударах, предотвращая повреждения. Поддержание хорошей ударной вязкости в приложениях становится важным, поскольку при соблюдении протоколов безопасности можно добиться надежности в эксплуатации.

В заключение следует отметить, что в промышленности используются материалы из нержавеющей стали марки 304, поскольку этот материал демонстрирует надежные физические характеристики наряду с превосходными механическими свойствами. Материал находит широкое применение в строительстве, автомобилестроении, пищевой промышленности и производстве медицинского оборудования, поскольку демонстрирует немагнитность в отожженном состоянии, а также отличные механические свойства, пластичность и ударную вязкость. Точные характеристики служат основой для определения подходящих областей применения нержавеющей стали 304 и продления срока ее эксплуатации.

Ржавеет ли нержавеющая сталь 304?

Среди механизмов коррозионной стойкости активный слой у нержавеющей стали 304 обусловлен тем, что хром способствует образованию на поверхности защитной оксидной пленки. Защитная поверхностная пленка создает экран, отделяющий металл от вредного воздействия кислорода, влаги и кислотных веществ. Свойства нержавеющей стали 304 не могут предотвратить все виды коррозии при эксплуатации в определенных условиях окружающей среды.

Механизмы коррозии

• Формирование пассивного слоя: При содержании хрома выше или равном 18% в 304 марках образуется адгезионный оксидный слой за счет реакции с кислородом, который сохраняется после повреждения поверхности.
• Питтинговая коррозия: Высокая концентрация хлоридов в морской воде разрушает поверхность пассивного слоя, что приводит к локальной точечной коррозии. Риск возникновения точечной коррозии возрастает при высоком содержании хлоридов, высокой температуре и плохой вентиляции.
• Щелевая коррозия: Негерметичные пространства, например, зазоры в крепежных элементах, препятствуют выходу коррозионных агентов, что ускоряет локальное разрушение пассивного слоя.

Состояние ржавчины

• Высокохлоридные среды: Питтинговая коррозия начинается в среде с содержанием хлоридов выше 35 ppm, например, при воздействии морской воды и соляного тумана, а также противообледенительных солей.
• Сварка распадается: Разрушение сварного шва происходит, когда сварочный жар приводит к выпадению карбида хрома в зоне термического влияния, что вызывает истощение пассивного слоя и ослабление материала.
• Механические повреждения: Оголенный металл становится доступным при неправильной очистке, появлении поверхностных царапин или механических потертостей, что позволяет начать коррозию.

Эквивалентные марки нержавеющей стали 304

США (ASTM)	Китай（GB）	Япония（JIS）	ЕС (EN)	Германия (DIN)	Россия (ГОСТ)	ISO
304	06Cr19Ni10	SUS304	1.4301	X5CrNi 18-10	08Х18Н10	X5CrNi 18-10

304 против 304L Нержавеющая сталь

Основное различие между марками 304 и 304L связано с содержанием углерода, поскольку эта разница определяет механические свойства и коррозионную стойкость нержавеющей стали 304.

Различия в составе

• 304: Содержание углерода ≤0,08% (макс.).
• 304L: Содержание углерода ≤0,03% (макс.).

Устойчивость к коррозии

Свариваемость нержавеющей стали 304L улучшается, поскольку низкое содержание углерода предотвращает образование карбидов хрома в зонах термического влияния сварного шва и тем самым предотвращает межкристаллитную коррозию в хлоридсодержащих средах.

Для предотвращения межкристаллитной коррозии стали 304 необходимо регулярно проводить термический послесварочный отжиг.

Механическая прочность

Прочность на разрыв стали 304 достигает своего максимума в диапазоне температур 800°F и 427°C, поскольку в ней содержится от 0,04 до 0,10 процента углерода.

При комнатной температуре предел текучести 304L незначительно снижается по сравнению с 304, однако обе марки имеют схожие основные прочностные характеристики.

Свариваемость

Для сварных конструкций, расположенных в агрессивных средах, следует использовать сталь марки 304L, поскольку этот материал отлично защищает от межкристаллитной коррозии.

Некритичные сварные конструкции, изготовленные из материала 304, отличаются хорошей свариваемостью после послесварочного отжига.

Недвижимость	Нержавеющая сталь 304	Нержавеющая сталь 304L
Прочность на разрыв	515 МПа	485 МПа
Предел текучести	205 МПа	170 МПа
Элонгайтон	≥ 40%	≥ 40%
Твердость	123 HB	123 HB

Приложения

304: Этот материал используется в промышленности, в том числе для производства пищевого оборудования и посуды, а также строительных материалов и конструктивных элементов, подверженных средним зонам коррозии.

304L: Материал находит свое место в объектах, требующих повышенной коррозионной стойкости и возможности сварки в сосудах под давлением, теплообменниках и системах фармацевтического оборудования.

Инженеры и конструкторы выбирают подходящие марки нержавеющей стали 304, используя сбалансированный анализ прочностных свойств в сочетании с механическими характеристиками и требованиями к стоимости для конкретных ситуаций.

Применение нержавеющей стали 304

Нержавеющая сталь 304 обладает исключительными свойствами, которые обуславливают ее широкое промышленное применение благодаря способности противостоять коррозии и сохранять форму, а также кислотостойким характеристикам. Этот материал подходит для различных областей применения, поскольку он демонстрирует долговечность в сочетании с санитарными характеристиками и приятным внешним видом.

Архитектура и строительство

• Структурные элементы: Для изготовления перил из нержавеющей стали, а также балюстрад и лестниц используется материал 304, поскольку он обеспечивает устойчивость к атмосферным воздействиям и привлекательный внешний вид.
• Облицовка и фасады: Такие неблагоприятные факторы окружающей среды, как соляной туман и загрязнение, не влияют на навесные и кровельные системы благодаря превосходным антикоррозийным свойствам нержавеющей стали 304.

Химический и энергетический секторы

• Теплообменники: Трубчатые и пластинчатые теплообменники в нефтехимических установках обладают теплопроводными свойствами, которые противостоят образованию накипи.
• Сосуды под давлением: Для хранения агрессивных химикатов и газовых систем высокого давления требуется материал, обладающий одновременно вязкостью и прочностью. Поэтому сосуды под давлением изготавливаются из сплава 304.

Транспорт и автомобили

• Выхлопные системы: Сочетание глушителей и каталитических нейтрализаторов с выхлопными трубами поражено коррозией под воздействием температур 870°C, 304 - это решение.
• Морское применение: Крепеж, устойчивый к воздействию морской воды, или любые другие перила и судовую арматуру, нержавеющая сталь 304 обладает способностью противостоять хлоридно-ионной коррозии.

Бытовые и потребительские товары

• Посуда: Пищевая нержавеющая сталь 304 Соответствует стандартам осадков тяжелых металлов, установленным ASTM и другими нормативными документами. Его можно использовать для изготовления посуды, оборудования для ванных комнат, мебели и т.д.
• Искусство и дизайн: Сочетание нержавеющей стали 304 обеспечивает отличную обрабатываемость и приятный внешний вид при установке скульптур, вывесок и архитектурных сооружений.

Такой систематизированный обзор показывает, что свойства нержавеющей стали 304 обуславливают преимущества продукции, которые определяют ее центральное место в инженерных проектах.

Заключение

Свойства нержавеющей стали 304 позволили этому типу стали широко использоваться в промышленности, и трубы из нержавеющей стали 304, унаследовавшие отличные свойства нержавеющей стали 304, также пользуются огромной популярностью. Свойства нержавеющей стали 304 делают ее экономичным выбором для Проекты по обработке на станках с ЧПУ также.

Ожидается, что хорошие свойства нержавеющей стали 304 будут расширяться в будущем, поскольку развитие экологичных зданий и возобновляемых источников энергии, несомненно, откроет новые возможности применения нержавеющей стали 304.

О компании SogaWorks

SogaWorks - это универсальная онлайн-платформа для изготовления механических деталей на заказ, объединяющая более 1 000 лучших заводов для обслуживания стартапов и крупных компаний. Мы предлагаем гибкие производственные решения для быстрого создания прототипов, мелкосерийного тестирования и крупносерийного производства с такими услугами, как обработка на станках с ЧПУ, 3D-печать, изготовление листового металла, литье уретана и литье под давлением. Благодаря нашему механизму котирования, работающему на основе искусственного интеллекта, SogaWorks может предоставлять котировки за 5 секунд, подбирать лучшие мощности и отслеживать каждый шаг. Это сокращает сроки поставки и повышает качество продукции.