Нержавеющая сталь: 08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 03Х17Н14М3 и 12Х17 (AISI 304, 321, 316L, 430)

Два класса: аустенит и феррит

ГОСТ 5632-2014 делит нержавеющие стали по структуре. Аустенитные имеют структуру устойчивого аустенита, ферритные — структуру феррита без превращения α ↔ γ при нагреве и охлаждении.

Решётки у них разные. Аустенит — гранецентрированная кубическая (ГЦК), феррит — объёмно-центрированная (ОЦК). По EN 10088-1 из этого и следуют главные свойства: аустенит немагнитен и пластичен в широком диапазоне температур, феррит магнитен и становится хрупким ниже определённой температуры.

Аустенит при комнатной температуре удерживает никель. Поэтому в марках 08Х18Н10, 12Х18Н10Т и 03Х17Н14М3 есть 9–15 % никеля, а в ферритной 12Х17 его нет вовсе.

Состав по ГОСТ и EN

Ниже — основные элементы, % по массе. Полный перечень, включая серу, фосфор и допуски на готовый прокат, — в самих стандартах.

ГОСТ 5632-2014:

Ближайшие марки по EN 10088-1:

В обиходе те же стали называют по американской системе: 08Х18Н10 — AISI 304, 12Х18Н10Т — AISI 321, 03Х17Н14М3 — AISI 316L, 12Х17 — AISI 430. Быстро найти соответствие и плотность марки можно в конвертере марок стали.

Магнитность

По EN 10088-1 аустенит немагнитен, феррит магнитен. Поэтому отожжённый лист 08Х18Н10 магнит не держит, а 12Х17 держит уверенно.

Но у аустенита есть оговорка: холодная деформация — прокатка, гибка, вытяжка — образует в структуре немного феррита или мартенсита, и сталь начинает слабо притягивать магнит. Край гнутой детали из AISI 304 может «магнитить», хотя марка та же.

Отсюда практический вывод: магнит отделит ферритную сталь от аустенитной, но не 304 от 321 или 316L. Марку подтверждают сертификатом или анализом состава.

Коррозионная стойкость

Нержавеющей сталь делает хром: он образует на поверхности пассивную оксидную плёнку. У всех четырёх марок хрома около 17 %, а различия дают никель, молибден и углерод.

Молибден повышает стойкость к питтингу в хлоридах — это прямо указано в EN 10088-1. Для сравнения используют эквивалент стойкости к питтингу:

По нижним пределам ГОСТ без учёта азота: у 08Х18Н10 PRE ≈ 17, у 03Х17Н14М3 — 16,8 + 3,3 · 2,2 ≈ 24,1. Разница в семь единиц — это и есть причина брать 316L для морской воды, солевых растворов и хлорсодержащей мойки.

Ферритная 12Х17 при том же хроме держит агрессивные среды хуже аустенитных сталей. Её область по ГОСТ 5632-2014 — предметы быта, кухонная утварь, оборудование пищевых производств, то есть умеренные среды.

Сварка и межкристаллитная коррозия

При нагреве в интервале примерно 600–800 °C углерод связывается с хромом в карбиды по границам зёрен. Рядом с ними хрома становится меньше, и в агрессивной среде металл разрушается по границам — это межкристаллитная коррозия (МКК). Зона у сварного шва проходит этот интервал неизбежно.

EN 10088-1 называет два способа защиты:

• Низкий углерод — не более 0,030 %: углерод остаётся в твёрдом растворе. Так сделаны 03Х17Н14М3 и 1.4404; по ГОСТ 5632-2014 у 03Х17Н14М3 повышена стойкость к межкристаллитной и ножевой коррозии.
• Стабилизация титаном или ниобием: углерод связывается ими, а не хромом. Так сделана 12Х18Н10Т — ГОСТ прямо относит её к свариваемой аппаратуре.

08Х18Н10 с углеродом до 0,08 % ни того, ни другого не имеет. Для сварных узлов, которые работают в агрессивной среде без последующей термообработки, её обычно не выбирают.

Ферритные стали, по EN 10088-1, как правило, свариваются плохо: у шва растёт зерно и появляется хрупкость, есть склонность к МКК. 12Х17 сваривают, но для ответственных сварных конструкций её не выбирают.

Подготовка кромок, присадки и защита корня — в разделе «Сварка».

Обработка резанием

Sandvik Coromant относит ферритные и мартенситные нержавеющие стали к группе ISO P, как обычные стали, а аустенитные — к отдельной группе ISO M. Что происходит при резании аустенита:

• Наклёп. Поверхность и стружка упрочняются, отсюда износ режущей кромки проточиной по линии глубины резания.
• Налипание металла на кромку — нарост, рваная поверхность.
• Тепло. Низкая теплопроводность аустенита оставляет тепло в зоне резания.
• Длинная вязкая стружка, которая плохо ломается.

Рекомендации оттуда же: острые кромки с положительной геометрией, резать под наклёпанным слоем, держать постоянную глубину резания. Сера улучшает обрабатываемость, но снижает коррозионную стойкость — поэтому автоматные нержавеющие стали не ставят туда, где важна коррозия.

Режимы для конкретной пластины берут из каталога инструмента, обороты и подачу пересчитывают в калькуляторе режимов резания.

Какую марку выбрать

Массу листа или трубы из выбранной марки посчитает калькулятор массы металла: плотность аустенитных и ферритных сталей различается, и калькулятор подставляет её по марке. Почему теоретическая масса не совпадает с весом на складе — в статье «Как рассчитать массу металлопроката».