Сталь 304 является сплавом — то есть металлом, созданным путем смешивания так называемых легирующих элементов с базовым металлом — и обеспечивает довольно буквальную основу для современной промышленности. Сталь состоит преимущественно из углерода и железа, с добавлением других следовых элементов, которые могут придавать сталям уникальные свойства. Одним из классов сталей являются нержавеющие стали, использующие хром для снижения обычной коррозии, характерной для большинства материалов на основе железа. В этой статье будет рассмотрена наиболее распространенная нержавеющая сталь 304, а также исследованы ее физические, механические и рабочие свойства. Проектировщики получат лучшее понимание того, что представляет собой этот материал, как он работает и где применяется сталь 304 в промышленности, чтобы потенциально выбрать этот материал для своих проектов.
Физические свойства нержавеющей стали 304
Нержавеющие стали получили свои названия от Американского института железа и стали (AISI) и Общества инженеров-автомобилистов (SAE), которые отдельно создали свои системы нумерации для сплавов стали на основе легирующих элементов, назначения и других факторов. Названия сталей могут вызывать путаницу, поскольку один и тот же сплав может иметь разные обозначения в зависимости от используемой системы; однако важно понимать, что химический состав большинства легирующих смесей остается одинаковым во всех системах классификации. В случае нержавеющих сталей они часто содержат от 10 до 30% хрома и предназначены для выдерживания различных уровней воздействия коррозии. Чтобы узнать больше о различиях между нержавеющими сталями, не стесняйтесь прочитать нашу статью о типах нержавеющей стали.
Сталь типа 304 является частью нержавеющих сталей серии 3xx или тех сплавов, которые содержат хром и никель. Ниже приведен химический состав стали 304:
<=0.08% углерода
18-20% хрома
66.345-74% железа
<= 2% марганца
8-10.5% никеля
<=0.045% фосфора
<=0.03% серы
<=1% кремния
Плотность стали 304 составляет около 8 г/см³, или 0.289 фунтов/дюйм³. Сталь типа 304 также делится на три основные разновидности: сплавы 304, 304L и 304H, которые химически отличаются по содержанию углерода. 304L содержит самый низкий процент углерода (0.03%), 304H — самый высокий (0.04-0.1%), а сбалансированный 304 занимает промежуточное положение (0.08%). В целом, 304L предназначена для крупных сварных компонентов, не требующих постсварочной отжиговой обработки, поскольку низкое содержание углерода увеличивает пластичность. Напротив, 304H чаще используется при повышенных температурах, где увеличенное содержание углерода помогает сохранять прочность при нагреве.
Сталь типа 304 является аустенитной, что представляет собой тип молекулярной структуры, созданной из сплава железо-хром-никель. Это делает сталь 304 практически немагнитной и обеспечивает меньшую уязвимость к коррозии между зернами благодаря тому, что аустенитные стали обычно имеют низкое содержание углерода. Сталь 304 хорошо сваривается большинством методов сварки, как с наполнителями, так и без них, и легко тянется, формуется и крутится в форму.
Коррозионная стойкость и температурные эффекты
Тип Сталь 304, будучи самой популярной нержавеющей сталью, выбирается естественно за свою коррозионную стойкость. Она может сопротивляться ржавчине в различных условиях, подвергаясь атаке в основном хлоридами. Также она подвержена увеличенной коррозии в теплых температурах (выше 60 градусов Цельсия), хотя более высокие классы с большим содержанием углерода (304H) значительно уменьшают этот эффект. Это означает, что сталь 304 в основном ржавеет не при высоких температурах, а в водных растворах, где постоянный контакт с коррозийными материалами может разрушать сплав. Сталь 304 не легко закаливается термической обработкой, но может быть отожжена для повышения обрабатываемости и холодной обработкой для увеличения прочности. Если коррозионная стойкость является приоритетом проекта, лучше выбрать 304L, поскольку ее сниженное содержание углерода уменьшает межкристаллитную коррозию.
Механические свойства нержавеющей стали 304
Таблица 1: Обзор механических свойств стали 304.
Механические свойства
Метрическая система
Английский
Максимальная прочность на растяжение
515 МПа
74700 фунтов на квадратный дюйм
Предел текучести
205 МПа
29700 фунтов на квадратный дюйм
Твердость (Роквелл B)
70
70
Модуль упругости
193-200 ГПа
28000-29000 кси
Удар по Шарпи
325 Джоулей
240 фут-фунт
Таблица 1 показывает некоторые основные механические свойства стали 304. В следующем разделе кратко опишутся каждый из этих параметров и покажут их значение для рабочих характеристик стали 304.
Предел прочности при растяжении и предел текучести — это показатели устойчивости материала к растягивающим силам. Предел текучести ниже, чем предел прочности при растяжении, поскольку он описывает максимальное напряжение, при котором материал еще не деформируется постоянно, тогда как предел прочности — это максимальное напряжение перед разрушением. Хотя эта сталь не так прочна, как некоторые другие виды стали, ее меньшие показатели позволяют легко формировать и обрабатывать металл без особых трудностей.
Испытание на твердость — один из различных методов определения реакции материала на поверхностные деформации. Более твердый материал не царапается легко и обычно более хрупкий, в то время как более мягкий материал деформируется под локальным поверхностным напряжением и обычно более пластичен. Чем выше твердость по шкале Роквелла, тем тверже материал, но степень этого зависит от сравнения с другими металлами на той же шкале. Сталь 304 имеет твердость по шкале Роквелла В 70; для сравнения, твердость меди по шкале Роквелла В составляет 51. Проще говоря, сталь 304 не так тверда, как некоторые другие виды нержавеющей стали, такие как сталь 440 (см. нашу статью о стали 440 для получения дополнительной информации), но все же является прочным универсальным материалом.
Тип стали 304 имеет диапазон модуля упругости, в зависимости от используемого типа, но все они лежат в пределах 193-200 ГПа. Модуль упругости — хороший показатель способности материала сохранять форму под нагрузкой и является общим индикатором прочности. Как и у большинства сталей, модуль упругости стали 304 довольно высок, что означает, что она не деформируется легко под нагрузкой; однако, стоит отметить, что более низкий модуль упругости облегчает обработку, поэтому сталь 304 часто изготавливается с меньшим модулем для облегчения механической обработки.
Относительно малоизвестный, но все же важный показатель — это количество энергии, поглощенной при ударе большой силы, что показывает, как материал разрушится под нагрузкой. Важно знать, как материал ломается, поскольку в некоторых случаях предпочтительнее более пластичный сценарий разрушения, чем хрупкое разрушение. Испытание на удар Шарпи использует большой маятник, который раскачивается в зазубренный образец стали, моделируя эти условия, при этом измеритель показывает, сколько энергии передается от маятника к металлу. Низкий показатель по удару Шарпи означает, что материал обычно тверже, его жесткая кристаллическая структура скорее разрушится, чем деформируется, под действием высокой энергии маятника. Сталь 304 имеет высокий показатель по удару Шарпи, что означает, что она обычно более пластична и будет гнуться, прежде чем сломаться, поглощая часть удара. Это еще одно доказательство того, что сталь 304 легко обрабатывается и формируется, а разрушение при стрессовых условиях маловероятно.
Какова прочность нержавеющей стали 304?
Предел текучести у нержавеющей стали 304 составляет 205 МПа или 29700 фунтов на квадратный дюйм. Предел текучести может варьироваться в зависимости от таких факторов, как конкретная термообработка и производственные процессы, применяемые к нержавеющей стали.
Какова растяжимая прочность нержавеющей стали 304?
Разрывная прочность нержавеющей стали 304 составляет 515 МПа или 74700 psi. Удельная разрывная прочность нержавеющей стали 304 может варьироваться в зависимости от таких факторов, как термическая обработка, производственные процессы и конкретный вариант нержавеющей стали 304.
Применение нержавеющей стали 304
Сталь 304 часто называют “продовольственной” нержавеющей сталью, поскольку она не реагирует с большинством органических кислот и используется в пищевой промышленности. Ее отличная свариваемость, обрабатываемость и податливость делают эту нержавеющую сталь подходящей для приложений, требующих определенного уровня коррозионной стойкости и сложности. В результате 304 нашла множество применений, таких как:
Кухонное оборудование (раковины, столовые приборы, защитные панели)
Трубопроводы различных типов
Пищевое оборудование (пивоварни, пастеризаторы, миксеры и т.д.)
Оборудование для фармацевтической обработки
Гиподермические иглы
Кастрюли и сковороды
Оборудование для окраски тканей
а также другие применения.
Из этого списка ясно, что сталь 304 эффективна во многих различных областях. Ее отличные рабочие характеристики, в сочетании с богатой историей и доступностью, делают ее отличным первым выбором при выборе нержавеющей стали.
XTJ — ведущий OEM-производитель, который занимается предоставлением комплексных решений от прототипа до производства. Мы гордимся тем, что являемся сертифицированной системой управления качеством ISO 9001, и стремимся создавать ценность в каждом клиентском взаимодействии. Мы достигаем этого через сотрудничество, инновации, улучшение процессов и исключительное мастерство.
