AISI 304 или 316: какую нержавейку выбрать для детали по чертежу

AISI 316 отличается от 304 добавкой молибдена: он держит хлориды, а 304 в них чаще всего сдаётся. Если деталь работает в воздухе, воде без хлора или в пищевой среде, хватит 304. Если рядом соль, хлорированная вода или кислотные пары, переплата за 316 оправдана. А 12Х18Н10Т — это не аналог 304, а близкий родственник AISI 321.

Чем 304 отличается от 316: состав и роль молибдена

Разница сводится к молибдену. В AISI 316 его 2–3 %, в 304 нет совсем. Ещё в 316 больше никеля и чуть меньше хрома. Обе марки аустенитные: хром создаёт на поверхности пассивную плёнку, никель удерживает вязкую немагнитную структуру. Молибден делает плёнку устойчивее к хлоридам, и именно за него платят при покупке 316.

Значения округлены по справочным таблицам к ASTM A240 для листа и плиты, а в разных редакциях стандарта и в разных справочниках они немного расходятся: например, углерод у 304 и 316 указывают как 0,07 или 0,08 %, а хром у 304 — от 17,5 или от 18 %. Перед выпуском чертежа возьмите точные пределы из действующей редакции ASTM A240. У российских марок границы состава другие, поэтому аналог всегда «ближайший», а не тождественный.

Отдельная ловушка — запись «316». У 316 предел углерода 0,07–0,08 % (зависит от редакции стандарта), у 316L — 0,03 %. Чертёж с надписью «316» обычно допускает и 316L, потому что L-версия по углероду укладывается в предел обычной. Если разница важна, напишите её в чертеже прямо.

Мнение. Если деталь сварная, пишите в чертеже 316L, а не «316»: так при приёмке не будет спора о том, какая марка была нужна.

Буква L в маркировке: 304L и 316L

L значит low carbon: углерода не больше 0,03 %. Чем его меньше, тем меньше карбидов хрома выпадает на границах зёрен при нагреве. Для сварных деталей это главное свойство L-версий, о нём подробнее ниже, в разделе про сварку.

Коррозионная стойкость: хлориды, питтинг и индекс PREN

Развитие питтинга на стали 304 вокруг включения после воздействия хлоридной среды. Фото: Weining Shi, Shufeng Yang & Jingshe Li · CC BY 4.0

304 начинает точечно ржаветь там, где есть хлориды: в соли, морской воде, реагентах и хлорированной воде бассейнов. Хлориды пробивают пассивную плёнку в отдельных местах, и металл разъедает изнутри. Это питтинговая коррозия. Молибден повышает стойкость к питтингу, поэтому 316 держится в таких средах дольше.

Питтинг выглядит как россыпь мелких язв, иногда с ржавыми потёками. В детали он опаснее сплошной коррозии: поверхность ещё целая, а язва уже глубокая. Родственная беда — щелевая коррозия в зазорах, под прокладками и в резьбе. Там раствор застаивается, и плёнке не хватает кислорода, чтобы восстановиться.

Для сравнения марок используют индекс PREN: Cr + 3,3·Mo + 16·N, где элементы взяты в процентах. Это расчётная оценка по составу, а не гарантия для конкретной среды. В таблице расчёт по пределам состава, без учёта азота и титана. AISI 430 — ферритная сталь без никеля, она взята для сравнения.

Слово «стойкая» без среды ничего не значит. Даже 316 не бессмертна: в тёплом рассоле и в щелях питтинг возможен и у неё.

Факт. По пределам состава расчётный PREN у 316 составляет 23–28, у 304 — 18–20: молибден поднимает индекс, несмотря на чуть меньшее содержание хрома.

Прочность и температура: где разница заметна, а где нет

При комнатной температуре 316 не прочнее 304. Справочные таблицы к ASTM A240 дают для обеих марок одинаковый минимум: 205 МПа по пределу текучести и 515 МПа по пределу прочности (30 и 75 ksi). У L-версий минимумы ниже. Ждать от 316 прибавки по прочности не стоит.

Аустениты сохраняют вязкость при низких температурах, поэтому их берут и для холодных сред. Слабый магнетизм у обеих марок возможен после наклёпа и сварки.

При комнатной температуре 316 не прочнее 304. За молибден платят ради коррозионной стойкости, а не ради прочности.

Обработка резанием: как марка влияет на срок и цену детали

Аустенитная нержавейка режется тяжелее конструкционной стали и алюминия. Причина — наклёп при резании: аустенит упрочняется прямо под резцом. Если инструмент остановился или затупился, поверхность становится твёрже исходной, и следующий проход идёт уже по упрочнённому слою. 304 к наклёпу склонна, у 316 картина похожая.

Что делает резание нержавейки дороже:

• Наклёп. Инструмент должен постоянно резать металл, а не тереть его.
• Вязкая стружка. Она наматывается на деталь и держатель, приходится подбирать геометрию и подачу охлаждения.
• Нагрев в зоне реза. Нержавейка хуже отводит тепло, чем конструкционная сталь, и тепло остаётся в пластине.
• Износ инструмента. Пластины меняют чаще, а режимы ставят мягче.

Для заказчика это превращается в время цикла и расход инструмента: их станок берёт в цену детали. Что ещё указать в заказе, читайте в разборе что указать в заявке на обработку нержавейки на ЧПУ.

Токарные детали: когда помогает автоматная сталь

Для точения есть автоматная 303, она режется легче. Цена за лёгкость: хуже коррозионная стойкость и свариваемость. Для сварной детали или среды с хлоридами она не подходит.

Сварка: 304L и 316L, сенсибилизация и постобработка шва

Сварка нержавейки упирается в углерод. При сварке металл на время попадает в интервал температур, где по границам зёрен выпадают карбиды хрома. Рядом с границей металл обедняется хромом и теряет пассивную плёнку. Так возникает межкристаллитная коррозия, а сам процесс называют сенсибилизацией. Низкоуглеродистые 304L и 316L снижают этот риск, потому что связывать хром почти нечему.

Присадку подбирают под марку и среду: «любая нержавеющая» не годится. Порядок работ для сварной детали:

1. Выбрать марку и присадку под условия работы.
2. Сварить режимом без перегрева, чтобы не задерживаться в опасном интервале температур.
3. Зачистить окалину и цвета побежалости.
4. Протравить шов.
5. Пассивировать деталь.

Коробление и обработка шва после сварки

Аустениты расширяются при нагреве сильнее и хуже отводят тепло, чем конструкционная сталь. Поэтому тонкую сварную деталь ведёт, и это закладывают в оснастку. Травление и пассивация возвращают стойкость в зоне шва. Ржавые точки на новой детали часто дают не «плохая сталь», а свободное железо, занесённое инструментом.

Среда → марка: как выбрать по условиям эксплуатации

Марку выбирает среда. Воздух, пресная вода и пищевая среда без хлоридов: чаще достаточно 304. Прибрежная атмосфера, реагенты, хлорированная вода и кислотные пары: смотрите в сторону 316. Горячие хлориды и щели: нержавейки может не хватить, это вопрос к технологу и материаловеду.

Пройдите по шагам:

1. Есть ли хлориды? Нет — 304 по умолчанию. Да — 316 как минимум.
2. Есть ли зазоры и нагрев? Щели под прокладкой, резьба и тёплая среда усиливают питтинг. Если сочетание с хлоридами есть, 316 не гарантирует результат: нужна консультация.
3. Есть ли сварка? Если нет, пропустите шаг 4.
4. Нужна ли L-версия? Для сварной детали берите 304L или 316L.
5. Итоговая марка. Запишите марку, стандарт и букву L в чертёж.

Главный критерий один: чем дороже отказ детали, тем оправданнее запас по стойкости. Обещать, что 316 подойдёт везде, нельзя.

Мнение. Если замена детали требует остановки линии, берите 316 даже там, где 304 формально проходит: простой обойдётся дороже разницы в металле.

Какая марка для какой детали: корпус, фланец, крепёж, узел трения

Тип детали добавляет ко среде второй критерий: сварку, резьбу или трение. Корпус со швом и болт в резьбовом соединении ломаются по разным причинам, и марка нужна разная. Таблица показывает отправную точку, а не окончательное решение.

Резьба на аустенитах склонна к заеданию: резьбу затягивают со смазкой и учитывают это ещё при выборе покрытия. Узлы трения нержавейка любит меньше всего: аустенит склонен к задиру, поэтому для подшипниковых узлов используют другие материалы. Конкретные марки для них без первоисточника не называем, уточняйте у технолога. Как выбрать маршрут обработки под деталь, описано в разделе технологии.

12Х18Н10Т: это не аналог 304, а близкий родственник AISI 321

12Х18Н10Т часто выдают за аналог 304, но это неточно: в её составе есть титан, и марка ближе к AISI 321. Титан связывает углерод, поэтому карбиды хрома по границам зёрен не выпадают. Так сталь защищена от межкристаллитной коррозии при нагреве и сварке. По молибдену к 316 она не приближается, по PREN стоит ниже 316, а по хлоридам не лучше 304.

Она уместна там, где сварка идёт без последующей термообработки или деталь работает при повышенных температурах.

Российские аналоги

Ближе к 304 стоит 08Х18Н10, к 316 — 08Х17Н13М2. Это принятое в справочниках соответствие, а не тождество: границы состава в ГОСТ 5632-2014 и ASTM различаются. Поэтому в документах на заготовку важно совпадение по стандарту, а не только по названию, а аналог для L-версий подтверждайте у поставщика по сертификату.

Цена: почему 316 дороже и какую долю в детали занимает металл

Прокат 316 дороже 304 из-за молибдена и большей доли никеля. Точную разницу покажет свежий прайс поставщика: цены колеблются вместе с рынком. Металл при этом составляет лишь часть цены детали.

Остальное — время станка, инструмент, сварка, покрытие и контроль. Резание нержавейки и так дорого из-за наклёпа и износа пластин, и эти затраты для обеих марок похожи. Подробнее о составе цены читайте в статье от чего зависит цена металлообработки по чертежу. Ориентиры по услугам собраны на странице цены на металлообработку.

В цене готовой детали разница проката между 304 и 316 разбавлена обработкой, поэтому в среде с хлоридами экономия на марке невыгодна.

Есть и обратный случай: экономия на 304 в среде с хлоридами оборачивается заменой детали через сезон. А вот в сухой или пищевой среде без хлоридов переплата за 316 просто не окупается.

Как убедиться, что в заготовке действительно 316

Магнит не различает 304 и 316: обе марки аустенитные, слабый магнетизм возможен у обеих после наклёпа и сварки. Молибден на месте показывает PMI-анализатор, а плавку подтверждает сертификат 3.1 по EN 10204. Поэтому проверка марки — это документы плюс прибор, а не проба магнитом.

В чертеже и заявке записывайте марку, стандарт (ASTM A240 или ГОСТ 5632-2014) и, если нужна, L-версию. Запись «нержавейка» или «316» без стандарта оставляет поставщику простор для трактовки.

Чек-лист приёмки заготовки:

• Марка и стандарт в чертеже. Например, 316L по ASTM A240.
• Сертификат 3.1. Номер плавки в нём совпадает с маркировкой на прокате.
• PMI выборочно. Анализатор показывает наличие молибдена в партии.
• Маркировка проката. Марка нанесена на прутке, листе или трубе.

О приёмке партии и проверке детали по чертежу рассказано на странице контроль качества.

Итог: 304 или 316 — что записать в заявку

Хлориды, соль, кислотные пары — 316. Сухая или пищевая среда без хлоридов — 304. Если деталь сварная, берите L-версию. Если нужны нагрев и сварка без термообработки, рассмотрите 12Х18Н10Т, помня, что по хлоридам она не лучше 304.

Марку выбирает среда, а не цена проката. Сначала опишите условия работы детали, потом решайте между 304 и 316.

Технологу передайте пять вещей: среду, температуру, наличие сварки, тип нагрузки и объём партии. Этого достаточно, чтобы он предложил марку и посчитал деталь. Пришлите чертёж и условия эксплуатации через форму на странице контактов: технолог IRONEX предложит марку под вашу среду и назовёт срок изготовления.

Частые вопросы

Источники

• ASTM A240 Stainless Steel Plate and Sheet — справочная таблица состава и прочности 304, 304L, 316, 316L
• American standard stainless steel material composition table — состав по ASTM A240/A240M, расхождения между редакциями
• Материалы о нержавеющих сталях и никеле — Nickel Institute
• Информация о нержавеющих сталях — International Stainless Steel Forum