1. Zavedení
300-Řada austenitická nerezová ocel je těžká rodina nerezových slitin používaných v celém průmyslu, protože kombinuje odolnost proti korozi, tažnost, houževnatost, a vynikající zpracovatelnost v jediném, všestranný materiálový systém.
Vyznačuje se především obsahem chrómu typicky v rozmezí 16–20% a obsah niklu přibližně 8–12 %, tyto slitiny (nejčastěji stupně 304 a 316 a jejich nízkouhlíkové a stabilizované varianty)
tvoří stabilní austenitické (kubický zaměřený na obličej) mikrostruktura při pokojové teplotě, která poskytuje nemagnetické chování v žíhaném stavu, vysoká houževnatost až do kryogenních teplot, a předvídatelný korozní výkon v mnoha prostředích.
2. Co je austenitická nerezová ocel řady 300?
„Série 300“ označuje skupinu austenitických nerezové oceli jehož mikrostruktura je stabilizována jako austenit (kubický zaměřený na obličej) relativně vysokým obsahem niklu a chromu.
Typický rozsah chemie je cca 16-20% chromu a 8–12% nikl, s některými druhy nesoucími molybden, titan nebo niob pro lepší výkon ve specifických prostředích.
Tato chemie vytváří na povrchu samoopravný pasivní oxidový film a dodává tažnost a houževnatost, které definují skupinu.
3. Běžné třídy a výhody specifické pro aplikaci
The 300-Řada Austenitické nerezové oceli zahrnovat různé stupně, každý je navržen tak, aby dosahoval specifických výkonnostních charakteristik prostřednictvím kontrolovaných změn chemického složení a zpracování.
| Stupeň (NÁS) | Klíčové legovací přísady | Klíčové výhody | Primární aplikace |
| 304 (US S30400) | 18% Cr, 8% V, ≤ 0,08 % C | Výborná obecná odolnost proti korozi, vysoká tažnost a tvárnost | Zařízení pro zpracování potravin, kuchyňské nádobí, architektonické panely |
| 304L (US S30403) | 18% Cr, 8% V, < 0,03 % C | Nízký obsah uhlíku pro vynikající svařitelnost, snížené riziko senzibilizace | Svařované nádrže, potrubní systémy, konstrukční svařence |
| 316 (US S31600) | 16–18 % Cr, 10% V, 2-3 % po, ≤ 0,08 % C | Zvýšená odolnost proti chloridům a chemické korozi | Námořní armatury, Chemické zpracování, farmaceutické zařízení |
| 316L (US S31603) | 16–18 % Cr, 10% V, 2-3 % po, < 0,03 % C | Nízkouhlíková verze 316 pro svařované konstrukce, Vynikající odolnost proti korozi | Offshore potrubí, lékařské nástroje, odsolovací jednotky |
| 321 (US S32100) | 17–19 % Cr, 9-12 % In, Ti stabilizace, ≤ 0,08 % C | Titanem stabilizovaný, odolává srážení karbidů při vysokých teplotách | Výfukové potrubí, výměníky tepla, komponenty pece |
| 347 (US S34700) | 17–19 % Cr, 9-12 % In, Stabilizace Nb, ≤ 0,08 % C | Stabilizovaný niobem, vynikající pevnost při tečení a odolnost proti mezikrystalové korozi | Trubky kotle, rafinerií, tlakové nádoby, vysokoteplotní parní systémy |
| 310S (UNS S31008) | 24–26 % Cr, 19-22 % In, ≤ 0,08 % C | Výjimečná odolnost proti oxidaci a korozi při vysokých teplotách, udržuje pevnost při zvýšených teplotách | Části pece, zařízení na tepelné zpracování, pecí, plynové hořáky, vysokoteplotní komíny |
4. Klíčové fyzické a mechanické vlastnosti
The 300-Řada Austenitické nerezové oceli se vyznačují jedinečnou kombinací mechanické pevnosti, tažnost, a fyzikální chování, díky kterému jsou vysoce univerzální pro inženýrské aplikace.
Tyto vlastnosti jsou ovlivněny složením slitiny, studená práce, tepelné zpracování, a podmínky prostředí.
Fyzikální vlastnosti
| Vlastnictví | Typická hodnota / Rozsah | Poznámky |
| Hustota | 7.9–8,1 g/cm³ | Mírně vyšší pro třídy ložisek Mo (316/316L) |
| Rozsah tání | 1370–1450 °C | Mírně se liší podle třídy; 310S taje při ~1400–1450°C |
| Tepelná vodivost | 14–16 W/m·K | Relativně nízká ve srovnání s uhlíkovými ocelmi; ovlivňuje svařování a odvod tepla |
| Koeficient tepelné roztažnosti (20–100 °C) | 16–19 µm/m·°C | Vyšší než feritické oceli; důležité pro sestavy s odlišnými kovy |
| Specifická tepelná kapacita | 0.50–0,54 J/g·K | Mírně ovlivněn obsahem niklu |
| Elektrický odpor | 0.72–0,75 µΩ·m | Mírný; ovlivňuje aplikace zahrnující elektrické vytápění |
Mechanické vlastnosti
| Vlastnictví | 304 / 304L | 316 / 316L | 321 / 347 | 310S | Poznámky |
| Pevnost v tahu (MPA) | 505–720 | 515–720 | 515–760 | 550–830 | Liší se prací za studena; vyšší u plechů opracovaných za studena |
| Výnosová síla 0.2% Offset (MPA) | 205–310 | 205–310 | 205–275 | 240–310 | Práce za studena zvyšuje mez kluzu |
| Prodloužení (%) | 40–60 | 40–60 | 40–55 | 35–50 | Vynikající tažnost umožňuje hluboké tažení a tvarování |
| Tvrdost (HRB) | 70–95 | 70–95 | 80–95 | 80–95 | Zpevňování výrazně zvyšuje tvrdost |
| Modul elasticity (GPA) | 193–200 | 193–200 | 190–200 | 190–200 | Nižší než feritické oceli, ovlivňuje odpružení při tváření |
| Ovlivnit houževnatost (J) | 200–300 | 200–300 | 180–250 | 180–220 | Zachovává si houževnatost při kryogenních teplotách |
5. Klíčové vlastnosti austenitické nerezové oceli řady 300
The 300-série austenitické nerezové oceli odlišují se od ostatních rodin nerezových ocelí kombinací stabilní mikrostruktura, legováním řízený výkon, výjimečná tvarovatelnost, a všestranná svařitelnost.
Stabilní austenitická mikrostruktura
- Nemagnetické v žíhaném stavu: S magnetickou permeabilitou <1.005 (ASTM A342), žíhané oceli řady 300 jsou v podstatě nemagnetické.
Tato vlastnost je kritická elektronika, MRI komory, a lékařské diagnostické zařízení, kde i malé magnetické rušení může ohrozit funkčnost. - Kryogenní houževnatost: Austenitická mikrostruktura zůstává zachována ≈90 % nárazové energie při –270°C (teploty kapalného helia), dělat tyto oceli vhodné pro zásobníky LNG, vedení raketového paliva, a kryogenní potrubí.
- Teplotní stabilita: Austenit zůstává stabilní v širokém rozsahu teplot, zajištění stálých mechanických vlastností od mrazu až po vysoké teploty.
Výkon řízený legováním
- Molybden pro odolnost vůči chloridům: Přidání 2-3 % v pondělí v 316 stupně zvyšuje Ekvivalentní číslo odporu pittingu (Dřevo) z 16 (304) na 18, umožňující odolnost vůči 5% roztoky NaCl při 80 °C, ve srovnání s 60 °C pro 304.
To dělá 316 ideální pro Marine, chemikálie, a farmaceutické aplikace. - Stabilizátory pro spolehlivost svaru: Titan v 321 váže uhlíkem, prevence srážení karbidu v zóně ovlivněné teplem svaru (Haz).
Niob v 347 poskytuje podobnou stabilizaci. Oba stupně projít testem ASTM A262 Strauss, zajištění odolnost proti mezikrystalové korozi po svařování nebo dlouhodobém vysokoteplotním provozu.
Výjimečná tvarovatelnost
- Hluboké kreslení: 304 může dosáhnout a poměr hloubky k průměru 2.5:1, učinit to vhodné pro nerezové dřezy, kuchyňské nádobí, a složité geometrie nádrže.
Vysoká tažnost (≥40 %) a relativně nízká mez kluzu usnadňuje rozsáhlé tvarování bez praskání. - Ohýbání: 300-sériové oceli lze ohýbat do a poloměr menší než 1× tloušťka materiálu (ASTM A480), ve srovnání s 2× pro feritické 430 nerez.
To minimalizuje výrobní odpad a umožňuje složité návrhy součástí. - Všestrannost ve výrobě: Vynikající tažnost umožňuje ražení, Spinning, a operace hydraulického tváření, poskytuje flexibilitu pro různé průmyslové aplikace.
Všestranná svařitelnost
- Není vyžadováno žádné tepelné zpracování po svařování: Nízkouhlíkové třídy (304L, 316L) zachovat plnou odolnost proti korozi po svařování,
zkrácení doby výroby o 20–30 % ve srovnání s martenzitickou nerezovou ocelí, které vyžadují tepelné zpracování po svařování (PWHT) ke zmírnění stresu. - Účinnost svařování: Svařované spoje v 316L zachovávají ≈80 % pevnosti v tahu obecného kovu (ASTM A312), aby byly vhodné pro tlakové nádoby, potrubní systémy, a strukturální komponenty v souladu s ASMIME BPVCCCE A VIII.
- Snadné připojení: Kompatibilní s TIG, MĚ, a odporové svařování; minimální zkreslení a vynikající odolnost proti korozi v HAZ.
6. Odolnost proti korozi: mechanismy a prostředí služeb
300-sériové oceli jsou „nerezové“, protože jsou tenké, přichycený oxid chromitý (Cr₂o₃) Na povrchu se rychle tvoří film.
Fólie je v oxidujícím prostředí samoopravná, ale výkon závisí na prostředí, teplota a chemie slitin.
Obecná koroze:
Vynikající v atmosférách, sladkovodní, a mnoho kapalin pro chemické procesy. Pro většinu sanitárních a vnitřních/venkovních strukturálních expozic, 304 funguje velmi dobře.
Lokalizovaná koroze (chloridová důlková a štěrbinová koroze):
Toto je místo 316 a související třídy obsahující molybden převyšují výkonnost 304.
Molybden zvyšuje ekvivalentní číslo odolnosti proti důlkové korozi (Dřevo) a zvyšuje prahovou koncentraci chloridů a teplotu, při které se tvoří stabilní důlky.
Mezikrystalová koroze (senzibilizace):
Pokud jsou austenitické nerezové oceli během svařování nebo dlouhého přehřívání udržovány v rozsahu 450–850 °C, karbidy chrómu se mohou vysrážet na hranicích zrn, vyčerpání sousedního chrómu a vede k intergranulárnímu napadení.
Nízký uhlík (L) stupně a stabilizované stupně (321/347) toto riziko zmírnit.
Korozní praskání pod napětím (SCC):
Austenitické oceli mohou být citlivé na SCC ve specifických prostředích (NAPŘ., chloridové prostředí při zvýšených teplotách).
Nikl dodává odolnost mnoha formám SCC, ale záleží na výběru materiálu a kontrole stresu.
Vysokoteplotní oxidace:
300-sériové slitiny vykazují dobrou odolnost proti oxidaci až do několika set °C, ale při vyšších teplotách, mohou být preferovány jiné třídy slitin.
7. Tepelné vlastnosti a chování při tepelném zpracování
Tepelné zpracování:
- Austenitické nerezové oceli nelze kalit běžným tepelným zpracováním kalením a temperováním, protože jejich stabilní austenitická struktura se při chlazení nepřeměňuje na martenzit.
Pevnost se zvyšuje především prací za studena. - Žíhání řešení (typicky 1000–1150 °C pro mnoho slitin řady 300) s následným rychlým ochlazením se rozpustí sraženiny (NAPŘ., karbidy chrómu) a obnovuje odolnost proti korozi.
To se běžně používá k obnovení odolnosti proti korozi po svařování nebo vystavení vysokým teplotám.
Tepelná roztažnost a vodivost:
- Koeficient tepelné roztažnosti je vyšší než u feritických ocelí – důležité pro sestavy kombinující různé kovy.
Tepelná vodivost je nižší než u uhlíkové oceli, takže teplo ze svařování se rozptyluje pomaleji; to má vliv na svařovací postupy a regulaci přívodu tepla.
Kryogenní výkon:
- Austenitické nerezové oceli si zachovávají houževnatost při velmi nízkých teplotách a běžně se používají v kryogenních podmínkách bez křehkého porušení.
8. Výhody austenitické nerezové oceli řady 300
Technické vlastnosti 300-série austenitické nerezové oceli- včetně odolnosti proti korozi, stabilní austenitická mikrostruktura, vynikající tažnost, a svařitelnost – převést do praktický, hmatatelné výhody pro výrobce, koncovým uživatelům, a průmyslová odvětví.
Nízká údržba a dlouhá životnost
- Odolnost proti korozi: Vlastní odolnost vůči korozi eliminuje potřebu lakování, Posunutí, nebo časté čištění.
Například, 316L námořní komponenty jako jsou lodní zábradlí vydrží 20-30 let ve slané vodě, ve srovnání s 5–10 let pro uhlíkovou ocel s povlakem. - Úspory nákladů: Snížená frekvence výměny a práce při údržbě vedou k podstatným úsporám.
Použití závodů na zpracování potravin 304 zařízení nahlásit až 50% nižší náklady na údržbu ve srovnání se zařízeními z uhlíkové oceli.
Všestrannost napříč aplikacemi
- Víceúčelový materiál: Jediný stupeň jako např 304 může sloužit více odvětvím –Zpracování potravin (dřezy, dopravníky), architektura (fasády, madla), a elektronika (přílohy)—zjednodušení dodavatelských řetězců a snížení požadavků na zásoby.
- Přizpůsobení třídy: Specializované třídy rozšiřují využitelnost:
-
- 310: Vysokoteplotní odolnost pro průmyslové pece a spalovny odpadu.
- 321: Titanem stabilizovaný pro svařované sestavy v leteckém a vysokoteplotním zařízení.
Nákladová efektivita
- Vyrovnaný výkon vs. Náklady: 304 je obvykle 20-30% levnější než speciální slitiny (NAPŘ., Hastelloy C276) při plnění o 80% potřeby aplikace z nerezové oceli.
Například, 304L potrubí stojí $ 2–4 $ za stopu, oproti 10–15 USD za stopu 6% slitiny molybdenu. - Nízké náklady na zpracování: Vynikající tvarovatelnost a svařitelnost snižují výrobní kroky a výrobní čas.
Výrobci hlásí ≈30% rychlejší výroba z 304 nerezové nádrže ve srovnání s feritickými třídami.
Udržitelnost a recyklovatelnost
- Vysoká recyklovatelnost: 300-série z nerezové oceli je 100% recyklovatelné, s přes 90% znovu použitého šrotu v nové výrobě.
Recyklovaný 304 zachovává si stejné mechanické a korozní vlastnosti jako původní materiál, snížení emise uhlíku o ~50 %. - Prodloužená životnost: Dlouhá životnost (20– 50 let) minimalizuje frekvenci výměny, snížení celkového dopadu na životní prostředí.
Například, 304 fasády budov často nevyžadují žádnou náhradu 40+ roky, ve srovnání s 10–15 let pro lakovaný hliník.
Spolehlivost v extrémních prostředích
- Kryogenní stabilita: Stupně 304 a 316 zachovat houževnatost při –270 °C, takže jsou ideální pro úložiště LNG, raketové palivové nádrže, a další kryogenní aplikace kde by selhání mohlo být katastrofální.
- Odolnost při vysokých teplotách:310 vydrží nepřetržitý provoz až 1150° C., zajištění spolehlivosti v průmyslové pece a zařízení na tepelné zpracování.
Náhradní cykly jsou 5– 10 let pro 310 díly pece, versus 1– 2 roky pro uhlíkovou ocel.
9. Omezení, způsoby selhání a strategie zmírnění
- Důlková a štěrbinová koroze v chloridech: Zmírněte to výběrem jakostí obsahujících molybden (316), specifikující vysoce legované nebo duplexní oceli pro agresivní vystavení chloridům, nebo nanášení ochranných nátěrů.
- Korozní praskání pod napětím: Snižte zbytková napětí v tahu, kontrolovat teplotu a prostředí, nebo zvolte metalurgii odolnější vůči SCC.
- Pracovní kalení a obrobitelnost: Používejte vhodné nástroje a parametry obrábění; pokud je obrobitelnost kritická, zvažte žíhání nebo použití variant volného obrábění.
- Citlivost na náklady: Tam, kde jsou náklady na nikl nebo rozpočtová omezení prvořadé, zvážit levnější alternativy (feritické nerezové oceli, povlakované uhlíkové oceli, nebo duplexní) při zvažování kompromisů ve výkonu.
Typické příčiny selhání: nesprávný výběr třídy pro prostředí; špatná svařovací praxe vedoucí k senzibilizaci; nedostatečná pasivní obnova filmu po výrobě; nesprávné mechanické provedení (NAPŘ., koncentrátory stresu vedoucí k SCC).
10. Typické aplikace 300 Řada Austenitická nerezová ocel
Kvůli jejich vyváženým vlastnostem, 300-sériové slitiny se používají téměř ve všech průmyslových odvětvích:
- Jídlo & nápoj / Farmaceutický: Nádrže, potrubí, výměníky tepla, dopravníky - 304 a 316 jsou standardní, protože se snadno čistí a odolávají potravinářským kyselinám.
- Chemické zpracování a petrochemie: 316 a varianty s vyšším obsahem Mo pro odolnost proti korozi v agresivních kapalinách.
- Marine a offshore: 316 pro prostředí s mořskou vodou, ačkoli těžká námořní služba může vyžadovat duplexní materiály nebo materiály z vyšší slitiny.
- Lékařská zařízení a chirurgické nástroje: 316L (a varianty) pro biokompatibilitu a odolnost proti korozi; některé implantáty používají specializované třídy.
- Architektura a stavitelství: Opláštění, madla, a armatury-304 pro všeobecné použití, 316 pro pobřežní nebo znečištěné prostředí.
- Kryogenika a kosmonautika: Vynikající nízkoteplotní houževnatost; používá se v kryogenních nádržích, potrubí a konstrukční prvky.
- Automobilový průmysl a spotřební zboží: Součásti výfuku, oříznout, kuchyňské nádobí.
11. Srovnání s jinými rodinami z nerezové oceli
The 300-série austenitických nerezových ocelí jsou často srovnávány s jinými rodinami nerezové oceli –ferritic, Martensitic, Duplex, a precipitačně kalené oceli— určit nejlepší materiál pro konkrétní aplikace.
| Vlastnictví | 300-Řada Austenitic | Ferritic | Martenzitické | Duplex | Srážení - kalení (Ph) |
| Mikrostruktura | Kubický na obličej (FCC) | Krychle zaměřené na tělo (BCC) | Tělo-středný čtyřúhelník (BCT) | Směsný austenit + Ferit | Austenitické nebo martenzitické se sraženinami |
| Klíčové legující prvky | 16–26 % Cr, 8-22 % In, Mo, Z, NB | 10.5–30 % Cr, nízký Ni (<1%) | 12–18 % Cr, 0.1-1 % C, někdy Ni | 19–28 % Cr, 4–8 % In, 2-5 % Mo | Cr, V, Cu, Al, Nb/Ti |
| Odolnost proti korozi | Vynikající (Třídy Mo odolávají chloridům) | Dobré v mírném prostředí | Mírný | Vynikající (chloridová stresová odolnost proti korozi) | Mírný |
| Tažnost & Houževnatost | Velmi vysoká, zachovává si kryogenní houževnatost | Mírný | Nízký až střední | Vysoký | Mírný |
| Pevnost | Mírný (~500–760 MPa v tahu) | Nízká – střední | Velmi vysoká | Vysoký | Velmi vysoká |
| Formovatelnost | Vynikající | Omezený | Mírný | Mírný | Omezený |
| Svařovatelnost | Vynikající (low-C/stabilizovaný) | Omezený | Mírný (Požadováno PWHT) | Mírný | Vyžaduje tepelné zpracování po svařování |
| Magnetické vlastnosti | Nemagnetický (žíhané) | Magnetický | Magnetický | Mírně magnetické | Magnetické nebo mírně magnetické |
| Teplotní rozsah | –270 °C až ~1150 °C | –40°C až ~1200°C | 0°C až ~540 °C | –40 °C až ~315 °C | –40°C až ~500°C |
| Typické aplikace | Zpracování potravin, Marine, chemikálie, lékařský, kryogenní, vysokoteplotní zařízení | Automobilové obložení, architektonické panely, výfukové systémy | Příbory, turbínové čepele, hřídele, ventily | Chemické zpracování, Offshore platformy, tlakové nádoby | Aerospace komponenty, upevňovací prvky, vysokopevnostní ventily |
12. Závěr
300-austenitické nerezové oceli řady jsou výjimečné technické materiály, protože kombinují odolnost proti korozi, tažnost, houževnatost a svařitelnost v univerzálním balení.
Jejich výkon je definován pečlivě vyváženou chemií – chrom pro pasivitu, nikl pro stabilitu a houževnatost austenitu, a volitelný molybden nebo stabilizátory pro lepší provozní vlastnosti.
I když to nejsou univerzální řešení (u bohaté na chloridy existují omezení, vysokoteplotní nebo ultra-vysokopevnostní aplikace),
jejich recyklovatelnost a dlouhá životnost z nich činí základní kámen moderního inženýrství napříč potravinami, chemikálie, lékařský, námořní a architektonický sektor.
Časté časté
Která třída řady 300 se nejčastěji používá?
Stupeň 304 je nejrozšířenější univerzální slitina; 316 je volbou tam, kde je požadována odolnost vůči chloridům.
Může tepelným zpracováním vytvrdit austenitické nerezové oceli řady 300?
Ne – tyto slitiny nejsou kalitelné kalením a popouštěním. Pevnost se zvyšuje především opracováním za studena; rozpouštěcím žíháním se obnovuje tažnost a odolnost proti korozi.
Je magnetický z austenitické nerezové oceli řady 300?
Žíhané nerezové oceli řady 300 jsou v podstatě nemagnetické. Mohou se stát mírně magnetickými po těžkém zpracování za studena v důsledku namáháním indukovaného martenzitu v některých slitinách.
Jak si mám vybrat mezi 304 a 316?
Použití 304 pro obecné, prostředí bez chloridů a kde je důležitá cena. Použití 316 pro prostředí obsahující chloridy (mořská voda, slané atmosféry, některé chemické procesy) nebo tam, kde je zásadní odolnost proti důlkové korozi.
Jakou údržbu vyžaduje nerezová ocel, aby zůstala odolná vůči korozi?
Pravidelné čištění k odstranění usazenin a nečistot, rychlé odstranění usazeného železa nebo produktů koroze,
a pasivace po těžké výrobě/svařování zachová pasivní film a prodlouží životnost.
