Три разряда, три разные работы
304, 316 и 17-4PH являются нержавеющими сталями, наиболее часто запрашиваемыми для механически обработанных деталей. Они не являются тремя прочностями одного и того же материала. 304 и 316 являются аустенитными классами, оцененными по коррозионной стойкости и формуемости, в то время как 17-4PH является классом упрочнения осадков, выбранным по прочности. Выбор правильного - это в основном вопрос окружающей среды и нагрузки.
Эта статья сравнивает их по окружающей среде, прочности, магнетизму, обрабатываемости и свариваемости, используя типичные значения справочника. Для чертежей поворотного вала, в частности, см. отдельное руководство по чертежу вала; здесь основное внимание уделяется самому решению о классе.
Оценка с первого взгляда
| Тема | 304 | 316 | 17-4PH |
|---|---|---|---|
| Семейство | Аустенитный | Аустенитный (с молибденом) | Мартенситное осадочное упрочнение |
| Легирование ключей | ~18% Cr, ~8% Ni | ~17% Cr, ~10% Ni, ~2% Mo | ~17% Cr, ~4% Ni, ~4% Cu |
| Типичный выход, отожженный или H1150 | ~215 MPa | ~205 MPa | ~725 MPa (H1150) |
| Типичный выход, наивысшее условие | Поднимается только холодными работами | Поднимается только холодными работами | ~1170 MPa (H900) |
| Упрочняется термической обработкой | No | No | Да |
| Магнитный | По сути, нет при отжиге | По сути, нет при отжиге | Да |
| Стойкость к хлоридам | Умеренная | Хорошо | Умеренный, похож на 304 |
| Обрабатываемость | Ярмарка; работа закаливается | Неплохо; работа затвердевает, слегка гуммируется | Хорошее состояние A и H1150 |
Выбор по окружению
В помещении, сухой или слегка влажный
304 обычно достаточно. Он устойчив к обычной атмосфере, пресной воде и многим продуктам питания. Большинство кухонного оборудования, корпусов и общего оборудования используют его.
На открытом воздухе у побережья, противообледенительные соли, бассейны
Хлориды вызывают точечную и щелевую коррозию. 316 содержит молибден, что заметно улучшает устойчивость к точечной коррозии хлоридами. Это обычный выбор для судового оборудования, береговых установок и химического технологического оборудования.
Погружение в морскую воду и горячие хлориды
Даже 316 может попасть в застойную морскую воду или теплые хлоридные растворы. Могут потребоваться дуплексные нержавеющие стали или более высокие марки сплавов. Относитесь к этому как к решению специалиста и получите консультацию по материалам.
Медицина и фармацевтика
316L, низкоуглеродистая версия 316, широко используется для обеспечения коррозионной стойкости и свариваемости. В имплантатах используются специально сертифицированные марки, такие как 316LVM; обычный 316 бар не взаимозаменяем с ними.
Высоконагруженные детали с умеренным коррозионным воздействием
17-4PH обеспечивает прочность, в несколько раз превышающую прочность отожженного 304, сохраняя при этом коррозионную стойкость, в целом аналогичную прочности 304. Он подходит для валов, деталей клапанов, компонентов насоса и аэрокосмической арматуры.
Понимание условий 17-4PH
17-4PH поставляется в состоянии A (отожженный раствор), а затем выдерживается при выбранной температуре для достижения своих конечных свойств. Название условия дает температуру старения в градусах Фаренгейта.
| Условие | Типичный персонаж |
|---|---|
| H900 | Самая высокая прочность и твердость, самая низкая вязкость |
| H1025 | Высокая прочность с улучшенной вязкостью |
| H1075 | Сбалансированная прочность и ударная вязкость |
| H1150 | Низкая прочность, максимальная ударная вязкость и устойчивость к коррозии под напряжением |
| H1150M | Состояние самого мягкого старения, часто используется для дальнейшей холодной работы |
Детали часто обрабатываются в состоянии А и стареют после этого. Старение вызывает небольшое, предсказуемое изменение размеров, как правило, небольшое сокращение, поэтому плотные элементы могут быть подвергнуты механической обработке после старения. Обработка предварительно состаренного прутка H1150 также распространена, когда допуски жесткие. Окончательное условие укажите на чертеже, маршрут с вами решает магазин.
H900 обладает самой низкой вязкостью и более чувствителен к коррозионному растрескиванию под напряжением. Многие дизайнеры выбирают H1025 или H1150, если действительно не требуется самая высокая прочность.
Магнетизм
Отожженные 304 и 316 по существу немагнитные, но холодная обработка, такая как механическая обработка, изгиб или вытяжка, может сделать их слегка магнитными. Сварные швы также могут стать слегка магнитными. Если деталь должна быть немагнитной, например, рядом с датчиками или в средах МРТ, укажите предел магнитной проницаемости и ожидайте возможного дополнительного отжига.
17-4PH всегда магнитный. Это не является дефектом и не указывает на неправильную оценку.
Рекомендации по механической обработке
304 и 316 быстро затвердевают. Если резак трут вместо резки, поверхность затвердевает, и следующий проход становится более твердым. Необходимы острые инструменты, постоянная подача и жесткие настройки. 316 имеет тенденцию быть немного жевательнее, чем 304. Свободнообрабатывающие станки 303 намного лучше, чем любой из них, и являются распространенной заменой небольших несваренных деталей, где их несколько более низкая коррозионная стойкость приемлема.
Машины 17-4PH в состоянии A или H1150 достаточно хорошо. Обработка в H900 возможна, но медленнее и сложнее для инструментов.
Сварка
304L и 316L, низкоуглеродистые версии, предпочтительны для сварных узлов, поскольку они устойчивы к сенсибилизации, потере коррозионной стойкости вблизи сварных швов, вызванной образованием карбида хрома. 17-4PH может быть сварен, но обычно нуждается в термообработке после сварки для восстановления свойств; он реже используется в сварных конструкциях.
Обработка поверхности
Все три марки получают выгоду от пассивации после механической обработки для удаления свободного железа и восстановления защитной оксидной пленки. Электрополировка обеспечивает более гладкую и чистую поверхность и распространена на 316L для медицинского и пищевого оборудования. Эти процедуры рассматриваются в отдельной отделочной статье.
Общие замены марок
- 303 для 304 в небольших обработанных деталях, не сваренных
- 316L для 316, где задействована сварка
- 304L для 304 в сварных узлах
- 15-5PH для 17-4PH, где требуется лучшая поперечная вязкость
- 316 для 304 при перемещении оборудования ближе к берегу
Замены должны быть согласованы в письменной форме. Чертеж, на котором просто написано «нержавеющая сталь», предлагает самый дешёвую подходящую марку, который может не подходить для окружающей среды.
Быстрый путь принятия решения
- Некоррозионное использование в помещении, без специальной прочности: 304 или 303 для упрощения обработки
- Хлориды, морской воздух или химическое воздействие: 316 или 316 л
- Сварная конструкция: 304L или 316L
- Высокая прочность с умеренной коррозионной стойкостью: 17-4PH, обычно H1025 или H1150
- Немагнитное требование: 316 с отмеченным пределом проницаемости
Стоимость и доступность
304 является наиболее широко доступной маркой нержавеющей стали и, как правило, наименее дорогим из трех. 316 обычно стоит дороже из-за содержания никеля и молибдена. 17-4PH укомплектован в основном круглым и плоским стержнем; термическая обработка добавляет шаг и некоторое срок изготовления. На небольших, сильно обработанных деталях машинное время часто перевешивает разницу в материалах.
Проблемы с гальваникой и щелями
Нержавеющая сталь все еще может подвергнуться коррозии, когда конструкция создает неправильные условия. Плотные щели, такие как под шайбами, прокладками или перекрывающимися пластинами, задерживают застойную воду и допускают локальную коррозию даже в 316. Там, где это возможно, уплотните щели, откройте их, чтобы они стекали, или выберите более устойчивую марку.
Когда нержавеющая сталь крепится к алюминию или углеродистой стали во влажной среде, менее благородный металл быстрее корродирует. Изоляционные шайбы, герметики или покрытия снижают эффект. Смешанные металлические сборки на открытом воздухе заслуживают быстрого рассмотрения на этапе проектирования.
Очистка и техническое обслуживание также играют определенную роль. Хлоросодержащие чистящие средства, отбеливатель и стальная вата могут оставлять остатки или встроенное железо, которые вызывают пятна ржавчины на нержавеющих деталях. Хорошая пассивация и надлежащие инструкции по очистке предотвращают большинство этих жалоб.
Тепловые и температурные пределы
304 и 316 сохраняют хорошую вязкость до очень низких температур, что делает их полезными для криогенного оборудования. При высоких температурах они хорошо противостоят окислению, хотя длительная эксплуатация в определенном промежуточном температурном диапазоне может снизить коррозионную стойкость в классах, отличных от L. 17-4PH не следует использовать выше температуры старения в течение длительного времени, поскольку его свойства будут меняться. Если рабочие температуры значительно превышают комнатную температуру, укажите их в запросе.
Что нанести на чертеж
Укажите марку, состояние и любые требования к сертификату. Примеры: «316L согласно ASTM A276, пассивировать согласно ASTM A967» или «17-4PH, H1150, твердость должна быть проверена». Если деталь является критически важной для безопасности, запросите сертификаты завода, а для 17-4PH - проверку твердости каждой партии термообработки.
Получение второго мнения
Коррозия зависит от многих деталей, включая щели, гальванические пары с другими металлами, чистящие средства и температуру. Если обстановка необычная, опишите ее в запросе ценового предложения. Инженер может предложить марку и обозначить детали конструкции, такие как плотные щели, которые вызывают коррозию независимо от марки.