18-8 Stal nierdzewna: Kompozycja, Wydajność & Używa

Zawartość pokazywać

1. Podsumowanie wykonawcze

„Stal nierdzewna 18-8” to powszechna nazwa rodziny austenitycznych stali nierdzewnych charakteryzujących się z grubsza 18% chrom I 8% nikiel (stąd „18-8”).

Najbardziej znanym członkiem jest Typ 304 (US S30400 / W 1.4301). 18-8 stopy są podstawą technologii stali nierdzewnej, ponieważ łączą w sobie szeroką odporność na korozję, doskonała formowalność, Wysoka wytrzymałość, i proste wykonanie.

Nie są, Jednakże, najlepszy wybór dla agresywnych środowisk chlorkowych lub zastosowań związanych z pełzaniem w wysokiej temperaturze — w tych przypadkach stopy z dodatkiem molibdenu, mikrostruktury stabilizowane lub dupleksowe, lub preferowane są stopy na bazie niklu.

2. Co oznacza „18-8” — definicja i zakres

„18-8” jest nieformalne, deskryptor historyczny, który wyznacza stale nierdzewne z około 18 % wag. chromu I 8 % wag. niklu— klasyczna kompozycja stali austenitycznej wprowadzona na początku XX wieku.

Zwykle odnosi się do 300-seria austenityczna rodzina: głównie Typ 304 i jego warianty (304L, 304H), plus powiązane gatunki ustabilizowane (np., 321, 347) które mają 18–20% Cr / 8–10% zasady Ni, ale należy dodać tytan lub niob, aby kontrolować wytrącanie się węglików.

Kluczowe punkty:

„18-8” to praktyczny skrót — podaj dokładną ocenę (np., 304, 304L, 321) w zamówieniach.
Mikrostruktura austenityczna jest stabilizowana przez Ni; Cr zapewnia pasywność i odporność na utlenianie.

3. Typowe gatunki i standardy

Powszechnie stosowane komercyjnie 18-8 warianty obejmują:

Typ 304 (US S30400 / W 1.4301) — standardowe 18-8 nierdzewny; cel ogólny.
Typ 304L (S30403 / 1.4306) — wariant niskoemisyjny (≤0,03% c) w celu zmniejszenia uczulenia podczas spawania.
Typ 304H (S30409 / 1.4307) — wyższa zawartość węgla (≈0,04–0,10%) dla lepszej wytrzymałości w podwyższonych temperaturach.
Typ 321 (S32100 / 1.4541) — Stabilizowany Ti dla lepszej odporności na korozję międzykrystaliczną po ekspozycji w zakresie 450–850 °C.
Typ 347 (S34700 / 1.4550) — Odpowiednik stabilizowanego Nb 321.

Normy obejmujące te gatunki obejmują ASTM A240 / A240M (płyta, arkusz), ASTM A276 (bary), ASME/ASME II, i odpowiedniki EN/ISO. W specyfikacjach należy zawsze odwoływać się do dokładnej normy i numeru UNS/EN.

4. Skład chemiczny 18-8 stal nierdzewna

Element	Typowy zakres (typowy 304 rodzina)	Podstawowa rola
Chrom (Kr)	~17,5 – 19.5 % wag.	Tworzy pasywną warstwę Cr₂O₃ – główny czynnik zapewniający odporność na korozję
Nikiel (W)	~8,0 – 10.5 % wag.	Stabilizator austenitu; poprawia wytrzymałość, plastyczność i obróbka
Węgiel (C)	≤ 0.08 % wag. (304); ≤0,03% wag. (304L)	Zwiększa wytrzymałość, ale wysokie C powoduje wytrącanie się węglików (uczulenie)
Mangan (Mn)	≤ 2.0 % wag. typowy	Wspomaga odtlenianie i pewną stabilizację austenitu
Krzem (I)	≤ ~1,0% wag.	Deoksyzator; niewielki wpływ na zachowanie wysokiego T
Fosfor (P), Siarka (S)	Niski (namierzać)	Minimalny poziom, aby zachować wytrzymałość i odporność na korozję
Tytan (Z) / Niobium (NB)	Dodatki w 321 / 347	Stabilizatory węglowe; związać C, aby uniknąć wytrącania się węglika Cr
Molibden (Pon)	zazwyczaj 0 w klasyce 18-8 (obecny w 316)	Poprawia odporność na wżery — nie występuje w przypadku gładkich 18-8, więc odporność na wżery jest ograniczona

5. Właściwości mechaniczne 18-8 stal nierdzewna

Poniższa tabela przedstawia reprezentatywne właściwości mechaniczne dla typowych 18-8 austenityczne stale nierdzewne (np., Typ 304 rodzina) w wyżarzonym roztworze / stan wyżarzony.

Nieruchomość	Wartość reprezentatywna (wyżarzane 18-8 / Typ 304 rodzina)	Praktyczne notatki & efekty pracy na zimno
0.2% offsetowa granica plastyczności (RP0.2)	~ 205 MPa (≈ 30 ksi) typowy; zakres ~190 – 260 MPa	Wyżarzone 304 typowo ~205 MPa. Praca na zimno (walcowanie, rysunek) zwiększa plony stopniowo (może przekroczyć 400–800 MPa na duże odkształcenia).
Wytrzymałość na rozciąganie (Rm, UTS)	~515 – 720 MPa (typowo ~520–620 MPa)	UTS wzrasta wraz z pracą na zimno; materiał mocno obrobiony na zimno może zbliżyć się lub przekroczyć 900 MPa w skrajnych przypadkach.
Wydłużenie w przerwie (A, %)	~40 – 60 % (na standardowej próbce testowej)	Wysoka ciągliwość w stanie wyżarzonym. Wydłużenie maleje wraz ze wzrostem pracy na zimno i twardości (może spaść poniżej 20% do mocno obrobionego materiału).
Twardość (Rockwell / Brinell)	~70 – 95 HRB (ok. ~120 – 220 HB)	Typowy wyżarzany HRB ~70–95. Praca na zimno znacznie zwiększa twardość (blacha utwardzana przez zgniot może przekraczać HRB 100 / HB 250+).
Moduł sprężystości, mi	≈ 193 – 200 GPa	Używać ≈ 193 GPa do obliczeń konstrukcyjnych/sztywności; E jest zasadniczo niewrażliwy na pracę na zimno w porównaniu z wytrzymałością.
Moduł ścinania, G	≈ 75 – 80 GPa	Używać ~77 GPa do obliczeń skręcania.
współczynnik Poissona, N	≈ 0.28 – 0.30	Używać 0.29 jako wygodna wartość projektowa.
Zmęczenie (S–N) — typowa wytrzymałość	W dużym stopniu zależy od wykończenia powierzchni, oznaczają stres i defekty; przybliżone wskazówki: granica wytrzymałości ≈ 0.3–0,5 × Rm za gładkie, wypolerowane egzemplarze	W rzeczywistych komponentach trwałość zmęczeniową regulują spoiny, stan powierzchni i naprężenia własne. Do projektowania użyj testów komponentów lub krzywych S–N dostawcy.
Wpływ Charpy’ego (CVN)	Dobra wytrzymałość— typowy CVN o temperaturze pokojowej >> 20–30 J. dla większości wyżarzonych form produktów	Austenityczny 18-8 zachowuje wytrzymałość w niskich temperaturach; określić wartości CVN, jeśli wymagana jest praca podatna na pękanie lub w niskiej temperaturze.

6. Fizyczny & Właściwości termiczne

Gęstość: ≈ 7.9 g·cm⁻³.
Moduł sprężystości (mi): ≈ 193–200 GPa.
Przewodność cieplna: stosunkowo niski jak na metal, ≈ 14–16 W·m⁻¹·K⁻¹ Na 100 °C (spada wraz z temperaturą).
Współczynnik rozszerzalności cieplnej: ≈ 16–17×10⁻⁶ K⁻¹ (20–100 ° C.) — wyższa niż stal węglowa, ważne dla projektowania połączeń termicznych.
Zakres topnienia: solidus ~ 1375–1400 ° C., ciecz ~ 1400–1450°C (zależne od składu).
Zachowanie magnetyczne: esencjonalnie niemagnetyczne w stanie wyżarzonym; Obróbka na zimno lub tworzenie się martenzytu nadaje łagodny ferromagnetyzm.

Limity temperaturowe: ciągłe użytkowanie do ~400–800 °C jest możliwe w zależności od stopu i środowiska; uważaj na strefę uczulenia (~425–850 °C) oraz nawęglanie/utlenianie w wysokich temperaturach.

Aby uzyskać trwałą wytrzymałość na wysoką T, rozważ 304H, 309, 310 lub inne stopy wysokotemperaturowe.

7. Zachowanie korozyjne — mocne strony i ograniczenia

Mocne strony

Dobra ogólna odporność na korozję w atmosferach utleniających i wielu substancjach chemicznych (kwasy/zasady) w temperaturach otoczenia.
Pasywna folia Cr₂O₃ zapewnia szerokie zastosowanie w żywności, architektoniczne i wiele środowisk procesowych.
Dobra higiena i łatwość czyszczenia, dlatego 18-8 jest szeroko stosowany w żywności, napojów i sprzętu medycznego.

Ograniczenia

Korozja wżerowa i szczelinowa w chlorkach: bez Mo, 18-8 jest podatny na miejscowy atak w mediach zawierających chlorki (woda morska, solanki) szczególnie w podwyższonych temperaturach lub w szczelinach.
Jeśli obecne są chlorki, Typ 316 (z Mo) lub stopy duplex są często wybierane.
Pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC): austenityczny 18-8 stale są podatne na SCC wywołane chlorkami pod wpływem naprężeń rozciągających i podwyższonej temperatury; unikać łączenia naprężeń rozciągających + chlorki + temperatura.
Korozja międzygranowa (uczulenie): występuje po ekspozycji na temperaturę 425–850 °C, chyba że jest to niska temperatura (304L) lub stabilizowane oceny (321/347) są używane.
Korozja galwaniczna: w połączeniu z bardziej szlachetnymi stopami, 18-8 może działać jako anoda w niektórych elektrolitach — konstrukcja pozwala uniknąć kontaktu z różnymi metalami lub zapewnia izolację.

Praktyczna zasada selekcji: Do zastosowań ogólnych, gdzie występują chlorki lub warunki silnie redukujące, oceniać 316 (Pon), superaustenityka, dupleks Lub stopy niklu.

8. Produkcja: tworzenie się, obróbka, spawanie i łączenie

Tworzenie się

Doskonała formalność w stanie wyżarzonym ze względu na wysoką ciągliwość. Użyj odpowiedniego oprzyrządowania, aby uwzględnić sprężynowanie (wyższa niż stal miękka) oraz silne zachowanie hartujące pracę.
Głęboki rysunek & spinning są powszechne w przypadku naczyń kuchennych i naczyń cienkościennych.

Obróbka

Notorycznie „gumowaty” w porównaniu ze stalą węglową; austenityczne stale nierdzewne utwardzane przez zgniot w przekroju, co zwiększa zużycie narzędzia. Najlepsza praktyka:

- Używaj sztywnych narzędzi, Narzędzia z węglików spiekanych o dodatnim naciągu.
- Stosuj umiarkowane prędkości skrawania, wysoki posuw do obróbki zgrubnej, i dużą ilością chłodziwa, aby uniknąć narostu na krawędziach i ciepła.
- Używaj ostrych krawędzi i łamaczy wiórów.

Spawalniczy & łączący

Doskonała spawalność powszechnymi metodami (GTAW, GMAW, SMAW, FCAW). Kluczowe punkty:

- Używaj produktów niskoemisyjnych (304L) do połączeń spawanych, gdzie problemem jest uczulenie po spawaniu.
- Stosować odpowiednie spoiwa (np., 308Wypełniacz nierdzewny L/308 do 304 metal nieszlachetny) aby dopasować skład chemiczny i uniknąć pęknięć na gorąco.
- Kontroluj dopływ ciepła & temperatura międzyściegowa; nadmierne ciepło rozszerza strefę uczuloną.
- Wyżarzanie po spawaniu (1050–1100 ° C.) a następnie szybkie hartowanie może przywrócić odporność na korozję, jeśli jest to praktyczne; często niewykonalne w przypadku konstrukcji zmontowanych.
  Alternatywnie, stosuj gatunki o niskiej zawartości C lub gatunki stabilizowane, aby uniknąć konieczności stosowania PWHT.
- Uważaj na pękanie podczas krzepnięcia w niektórych konfiguracjach spoin — postępuj zgodnie z kwalifikowanymi instrukcjami WPS i wstępnie kwalifikowanymi procedurami.

Inne dołączenie

Mosiężnictwo, lutowanie, klejenie są stosowane z odpowiednimi topnikami i przygotowaniem powierzchni. Klejenie często wymaga aktywacji powierzchniowej (płomień, osocze, trawienie chemiczne).

9. Obróbka cieplna & obróbka termiczna

Nie utwardzalny przez hartowanie & hartować (austenityczny 18-8 nie tworzy martenzytu podczas obróbki cieplnej, jak stale węglowe).
Wyżarzanie roztworu: typowy godz 1010–1120°C po którym następuje szybkie gaszenie (woda) do rozpuszczania węglików i przywracania odporności na korozję i plastyczności. Używany po spawaniu/ciężkiej pracy na zimno, jeśli to możliwe.
Wyżarzanie odprężające: ograniczona korzyść; jeśli wykonano, unikać temperatur w zakresie uczulającym, chyba że nastąpi po nich wyżarzanie rozpuszczające.
Starzenie się: długotrwałe narażenie na 475 °C (475 °C kruchość) w niektórych stopach żelaza, niklu i chromu może powodować kruchość materiału — co jest nietypowe 304, ale bądź ostrożny przy długotrwałych ekspozycjach.

10. Wykończenie powierzchni, pasywacja i czyszczenie

Wykończenia mechaniczne: 2B, BA, Nr 1, Nr 4 (szczotkowane) itp. Wybierz wykończenie dla aplikacji: wypolerowany do celów sanitarnych, matowy dla architektury.
Marynowanie & pasywacja: trawienie chemiczne usuwa zabarwienie termiczne i osadzone żelazo; pasywacja (zabiegi kwasem azotowym lub cytrynowym) przywraca i wzmacnia warstwę pasywną – krytyczną po spawaniu lub obróbce.
Ze względów bezpieczeństwa i ochrony środowiska coraz częściej preferowana jest pasywacja kwasem cytrynowym.
Elektropolerowanie: zmniejsza chropowatość powierzchni i poprawia odporność na korozję (przydatne w przemyśle farmaceutycznym/spożywczym).
Czyszczenie: unikaj chlorowanych środków czyszczących; preferuj łagodne alkaliczne środki czyszczące lub detergenty, a następnie spłucz wodą pitną. Do krytycznych zastosowań sanitarnych, zatwierdzić schemat czyszczenia.

11. Typowe zastosowania 18-8 stal nierdzewna

18-8 Metryczna śruba sześciokątna ze stali nierdzewnej

Sprzęt do obsługi gastronomicznej i przetwarzania: tonie, przenośniki, zbiorniki — higieniczne, łatwo wyczyścić.
Powierzchnie architektoniczne i wykończenia: wytrzymały, wykończenia odporne na korozję.
Artykuły gospodarstwa domowego: sztućce, naczynia kuchenne, panele urządzeń.
Urządzenia do procesów chemicznych (usługi łagodne): rurociąg, zawory do środowisk niezawierających chlorków.
Elementy złączne, sprężyny (podczas obróbki na zimno), oprzyrządowanie: przy użyciu utwardzania przez zgniot dla funkcji mechanicznej.
Wyroby medyczne i implanty (wybierz oceny, kontrolowana produkcja): ze względu na biokompatybilność i sterylizację (ale nie wszystkie 18-8 warianty są klasy medycznej).

12. Porównanie z powiązanymi stopami

Nieruchomość / Aspekt	18-8 Stal nierdzewna (Typ 304 rodzina)	Typ 316 (18-10 + Pon)	Stabilizowany 18-8 (321 / 347)	Dupleks 2205
Podkreśla kompozycję	~ 18% cr, ~8–10% w	~17–18% Cr, ~10–14% Ni, 2–3% MO	18–20% Cr, ~8–10% w + Z (321) Lub NB (347)	~22% Cr, ~ 5–6% Ni, ~3% mc, N
Rodzina stopów	Stal nierdzewna austenityczna	Stal nierdzewna austenityczna	Stal nierdzewna austenityczna (ustabilizowany)	Stal nierdzewna typu duplex (austenit + ferryt)
Odporność na wżery (względny)	Umiarkowany	Ulepszone vs 304 (Wzmocniony Mo)	Podobny do 304	Wysoki (znacznie lepiej niż 304/316)
Odporność na chlorki SCC	Ograniczone w środowiskach z gorącymi chlorkami	Lepsze niż 304, ale SCC jest nadal możliwe	Podobny do 304 (stabilizacja wpływa na spoiny, nie SCC)	Doskonały — silna odporność na chlorki SCC
Typowy 0.2% granica plastyczności (wyżarzane)	~190–260 MPa	~185–260 MPa	~190–260 MPa	~400–500 MPa
Typowa wytrzymałość na rozciąganie (wyżarzane)	~515–720 MPa	~515–700 MPa	~515–700 MPa	~620–880 MPa
Plastyczność / wydłużenie	Doskonały (≈40–60%)	Doskonały (podobne do 304)	Doskonały	Umiarkowane – dobre (niższe niż gatunki austenityczne)
Wytrzymałość w niskich temperaturach	Doskonały, zachowuje wytrzymałość w zakresie kriogenicznym	Doskonały	Doskonały	Dobry, ale gorsze od stali w pełni austenitycznych
Stabilność w wysokiej temperaturze	Umiarkowany; 304H preferowany w przypadku podwyższonej temperatury	Umiarkowany; 316Dostępne	Doskonała odporność na uczulenia	Ograniczone do długoterminowej usługi pełzania
Spawalność	Doskonały; niskie ryzyko z 304L	Doskonały; 316Powszechnie używane	Bardzo dobry do połączeń spawanych	Dobre, ale wymaga kontrolowanych procedur
Formowalność	Doskonałe głębokie tłoczenie i formowanie na zimno	Bardzo dobry	Bardzo dobry	Sprawiedliwy; wyższa siła powoduje sprężynowanie
Zachowanie magnetyczne	Niemagnetyczne (wyżarzane)	Niemagnetyczne (wyżarzane)	Niemagnetyczne (wyżarzane)	Częściowo magnetyczny
Typowe zastosowania	Sprzęt żywnościowy, architektoniczny, zbiorniki ciśnieniowe, rurociąg	Sprzęt morski, obróbka chemiczna, wymienniki ciepła	Samolot, układy wydechowe, spawane części ciśnieniowe	Offshore, odsolenie, olej & gaz, zakłady chemiczne
Względny koszt materiału	Niski - umiarkowany	Umiarkowane - wysokie	Umiarkowany	Wysoki

13. Wniosek

18-8 stal nierdzewna reprezentuje jeden z najbardziej zrównoważonych i powszechnie przyjętych systemów materiałowych we współczesnej inżynierii.

Łącząc w przybliżeniu 18% chrom i 8% nikiel, osiąga stabilną mikrostrukturę austenityczną, która zapewnia wyjątkową odporność na korozję, niezawodność mechaniczna, formowalność, i spawalność.

Te cechy wyjaśniają jego długotrwałą dominację w przetwórstwie żywności, sprzęt chemiczny, konstrukcje architektoniczne, zbiorniki ciśnieniowe, i ogólnych zastosowań przemysłowych.

Często zadawane pytania

Co oznacza „18-8” w stali nierdzewnej?

„18-8” odnosi się do nominalnego składu chemicznego w przybliżeniu 18% chrom i 8% nikiel.

Skład ten stabilizuje strukturę austenityczną, zapewniając odporność na korozję, plastyczność, i zachowanie niemagnetyczne w stanie wyżarzonym.

Jest 18-8 stal nierdzewna taka sama jak typ 304?

Typ 304 jest najczęstszym znormalizowanym gatunkiem w obrębie 18-8 rodzina.

Chociaż „18-8” jest ogólnym terminem branżowym, Typ 304 (i jego warianty, takie jak 304L i 304H) reprezentuje precyzyjnie określoną specyfikację zgodnie z międzynarodowymi standardami.

Jest 18-8 magnetyczny ze stali nierdzewnej?

W stanie wyżarzonym rozpuszczającym, 18-8 stal nierdzewna jest zasadniczo niemagnetyczna. Jednakże, Obróbka na zimno może wywołać częściową przemianę martenzytyczną, co powoduje niewielką reakcję magnetyczną.

Jakie są główne zalety 18-8 stal nierdzewna na stalach nierdzewnych typu duplex?

18-8 stal nierdzewna zapewnia doskonałą odkształcalność, łatwiejsze spawanie, lepsza wytrzymałość w niskich temperaturach, oraz niższe koszty materiałów i produkcji.

Stale nierdzewne typu duplex zapewniają wyższą wytrzymałość i lepszą odporność na chlorki, ale są bardziej wymagające w obróbce.