Сталь AISI 316 - характеристики, состав, аналоги нержавеющей стали aisi 316, 316L, 316Ti

Сталь AISI 316 – аустенитная нержавеющая сталь на базе AISI 304, улучшенная добавлением молибдена. Отличается прочностью и повышенной устойчивостью к коррозии, высоким температурам и агрессивным средам. Российские аналоги AISI 316 – стали 03Х17Н14М3 и 04Х17Н13М2.

В класс сталей AISI 316 марки входят также AISI 316L – модификация стали 316 с пониженным содержанием углерода (российский аналог – 03Х17Н14М3), и AISI 316Ti – с добавлением титана в состав (российский аналог – 10Х17Н13М2Т).

Применение стали марки AISI 316: для производства химического оборудования; инструментов, вступающих в контакт с морской водой, корзин; оборудования для проявления фотопленки; корпусов котлов, используемых под высоким давлением; установок для переработки пищи; ёмкостей для отработанных масел для коксохимических установок и иных изделий, подвергающихся воздействиям агрессивных веществ.

Классификация: аустенитная нержавеющая сталь.

Нержавейки AISI 316, 316L и 316Ti несколько отличаются по химическому составу и физико-химическим характеристикам:

• молибден придаёт им высокую прочность и сопротивление окислению при повышенных температурах, а также стойкость к питтинговой (точечной) коррозии в парах уксусной кислоты и хлористых средах;
• марганец обеспечивает твёрдость и стойкость к ударным нагрузкам без снижения пластичности;
• кремний увеличивает прочность и снижает риск возникновения красноломкости;
• титан в составе 316Ti дополнительно усиливает прочность и жаростойкость;
• марка 316L имеет пониженное содержание углерода и за счёт этого более устойчива к межкристаллитной коррозии после сварки.

Стали 316 принадлежат к одному классу, но их свойства несколько различаются в зависимости от конкретного сплава:

1. Очень высокая коррозионная стойкость, благодаря присутствию в сплаве никеля и молибдена.
2. Высокая устойчивость к хлоридам и кислотам (молочной, серной, уксусной, муравьиной, фосфорной, щавелевой, борной).
3. Жаропрочность и жаростойкость. Сплавы 316 и 316Ti поддерживают стабильные эксплуатационные характеристики при высоких температурах. 316L в этих условиях значительно теряет прочностные характеристики.
4. Стойкость к криогенным температурам. Сплав AISI 316Ti сохраняет прочность и при низких температурах.
5. Прочность и пластичность. Сталь 316 легко поддаётся изгибу, растяжению, ротационной и глубокой вытяжке, волочению. Однако прочность AISI 316L падает при температуре окружающей среды выше 425 ℃.
6. Инертность и безопасность. Сплавы 316 не выделяют ядовитых для человека веществ при контакте с водой – солёной или пресной. Сталь 316L, из-за пониженного содержания углерода, относится к хирургическим гипоаллергенным.

1. Высокая стоимость. Обусловлена входящими в состав легирующими добавками и сложностью производства.
2. Обрабатываемость. Из-за высокой твёрдости сталь 316 требует применения специальных режущих инструментов.
3. Склонность к сенсибилизации и коррозионному растрескиванию, несмотря на содержание молибдена.

Механические свойства сплавов семейства 316 при комнатной температуре:

Физико-механические свойства: коррозионно стойкая, жаропрочная, маломагнитная сталь.

Прочность – 480-600 МПа, предел текучести – 170-320 МПа. С повышением температуры предел текучести уменьшается. Плотность 7880 кг/м³ – выше, чем у аналогичных сплавов.

Стали 316 – слабый магнитный материал, хотя слегка намагничиваются при холодной обработке. Зная это, можно отличить их от обычной “чёрной” стали (углеродистая сталь, мягкая сталь, чугун), которая притягивается к магниту.

Технологические свойства:

Стали 316 свариваются любыми методами и не требуют последующей обработки, однако рекомендуется пассивировать швы. Вариант 316L низкоуглеродистый, поэтому имеет более хорошую свариваемость, чем остальные варианты, и не требует специальной обработки швов. 

Отжиг производится при температуре 1010-1120°C с последующей пассивацией или травлением. Охлаждение металла выполняют в воде или на воздухе.

Отпуск сплава производится в режиме от 200 ℃ до 400 ℃, с последующим охлаждением на воздухе.

На сплавы 316 агрессивные среды действуют умеренно из-за присутствия в составе стали молибдена.

Общая коррозия. Наибольшей коррозии сталь 316 подвергается при воздействии азотной кислоты, наименьшей – при воздействии серной кислоты. Органические и жирные кислоты не вызывают окисления AISI 316.

Питтинговая коррозия образуется в растворе хлоридов, в том числе морской воде. Это процесс повреждения металла, при котором на его поверхности образуются небольшие ямки, полости или язвы. Такая коррозия также называется ямочной, или точечной. За счёт содержания молибдена стали семейства 316 значительно устойчивее к питтинговой коррозии, чем сталь 304.

Заметим, что хотя стали 316 и называются сталью морского применения (marine steel alloy), для условий постоянного нахождения в морской воде они не рекомендуются. Для подобного применения разработан сплав AL-6XN с 6,2% молибдена и 0,22% никеля.

При межкристаллитной коррозии разрушение металла происходит преимущественно вдоль границ кристаллических зёрен. Наименьшую скорость межкристаллитной коррозии в тестах показывает сталь AISI 316l, российский аналог 03Х17Н14М3.

Крекинговая коррозия, или растрескивание – тип коррозии, при котором в металле возникает большое количество трещин. Обычно возникает, если на металл действует напряжение, и одновременно он находится в агрессивной среде. Хромоникелевые аустенитные стали, в том числе 316, подвержены растрескиванию из-за нестабильности аустенита. Меньше всего крекинговой коррозии поддаётся 316L.

Стали 316 AISI производятся металлургическими предприятиями по всему миру. Есть три международных стандарта на стали AISI 316:

Характеристики стали семейства 316 обеспечивают широкий круг применения:

• в строительстве – для изготовления конструкций, работающих в воде и сложных атмосферных условиях, а также дымоходов, теплообменников и котлов
• в химической, фармацевтической и пищевой промышленности – для изготовления трубопроводов, резервуаров, ёмкостей
• в судостроении – для изготовления инструментов и деталей машин, вступающих в контакт с морской водой
• в нефтегазовой сфере и в машиностроении при изготовлении узлов и агрегатов машин топливно-энергетического комплекса
• в криогенном оборудовании и в арктических условиях
• в медицине, косметологии и в ювелирной промышленности
• в целлюлозно-бумажной промышленности.

AISI 316 - в основном используется в пищевой, химической и атомной промышленности и для производства оборудования для нефтеперерабатывающих компаний.

AISI 316L - применяется для обработки бумаги, резины, тканей и для изготовления медицинских инструментов и имплантатов.

AISI 316Ti - используется для использования в самых агрессивных средах и в условиях криогенных температур. Это самый дорогой вариант, из-за содержания титана.

Российские аналоги стали AISI 316 – стали 03Х17Н13М2, 03Х17Н14М3 и 04Х17Н13М2 (аналоги AISI 316), сталь 03Х17Н14М3 (аналог варианта AISI 316L) и 10Х17Н13М2Т (аналог AISI 316Ti).
Относительные аналоги – сплавы 08Х17Н13М2 и 10Х17Н13М2.

Зарубежные аналоги стали AISI 316: 316LN (США), 1.4429, 1.4435, X2CrNiMo18-14-3, X2CrNiMoN18-13 (Германия), SCS16, SUS316L (Япония), Z2CND17-13, Z3CND17-12-03, Z3CND18-14-08 (Франция), 316S11, 316S13, 316S31, LW22, LWCF22 (Англия), X2CrNiMo17-13 (Италия), F.3533, X2CrNiMo17132 (Испания), 2353 (Швеция).

В марке стали 316L значительно меньше углерода (максимум 0,03%), чем у 316 (максимум 0,08%). Это обеспечивает лучшую коррозионную стойкость после сварки и упрощает обработку. Поэтому использование низкоуглеродистой стали AISI 316L предпочтительнее обычной 316, если детали планируется сваривать. 

Однако 316L не подходит для эксплуатации при высоких температурах.

Сталь AISI 316 Ti – аустенитная нержавеющая версия стали aisi 316 с добавлением в состав титана. Имеет низкую скорость коррозии при больших температурах – 550–800°C. Применяется 316Ti там, где основное требование – коррозионная стойкость в агрессивных условиях.

Кроме AISI 316, 316L и 316Ti, среди сталей 316 есть также:

• AISI 316F – автоматная сталь с меньшим количеством молибдена и большим содержанием примесей, используется для массового производства деталей на поточных линиях.
• AISI 316N – сталь с повышенным содержанием азота, ещё более устойчивая к точечной и щелевой коррозии. Применяется при изготовлении инструментов и приспособлений для работы с химическими реактивами.

Сталь SS 316 и сталь AISI 316 – это одна и та же марка стали в разных обозначениях. Однако стоит иметь в виду, что химический состав стали 316 может несколько отличаться в разных странах и у разных производителей.

В отличие от обычной стали, нержавеющая сталь содержит значительное количество хрома (12-20%) и дополнительные легирующие элементы (никель, молибден, титан), придающие ей стойкость к окислению и режиму высоких температур.

Отличить нержавейку от обычной стали легко можно по внешнему виду, при помощи магнитного теста или химического анализа.

Сталь 321 – представитель аустенитных высоколегированных хромоникелевых нержавеющих сталей. Её отличительные особенности – повышенная жаропрочность, жаростойкость и стойкость к межкристаллитной коррозии. Однако сталь 316 устойчивее к коррозии в хлоридах и других промышленных растворителях. 

Какую нержавейку выбрать – 316 и 321, зависит от условий окружающей среды и температурных диапазонов, в которых будет использоваться материал.

Сталь 304 – аустенитный нержавеющий сплав, который отличается от AISI 316 отсутствием молибдена и титана. Поэтому его коррозионные свойства ниже, однако ниже и цена. Выбор между 304 и 316 рекомендуется делать исходя из предполагаемых условий эксплуатации изделия и экономических соображений.

Нержавеющая сталь AISI 430 – ферритно-хромистая и практически не содержит никеля и молибдена, что снижает её стоимость по сравнению с 316 сталями. Она применяется в условиях невысоких температур и умеренно агрессивных сред. По жаро- и коррозионной стойкости сталь 316 намного превосходит 430.