AISI 201

Стали и сплавы находят широкое применение в различных отраслях промышленности, отличаясь технологическими и эксплуатационными характеристиками. Эти уникальные свойства металлов достигаются за счет добавления легирующих элементов, таких как хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, титан и другие, особенно в случае нержавеющих сталей. Процесс добавления этих элементов для улучшения механических, физических и химических характеристик называется легированием.

Легированные нержавеющие стали характеризуются минимальным содержанием хрома 10,5% и максимальным содержанием углерода 1,2%. В отдельных случаях допускается минимальная массовая доля хрома 7,5%. Каждый элемент придает стали особые свойства, зависящие от его концентрации.

Основная цель легирования нержавеющих сталей - повышение их устойчивости к коррозии, прочности, твердости, жаропрочности и жаростойкости, необходимых для работы в агрессивных средах и при высоких температурах.

В зависимости от стойкости в различных условиях сплавы классифицируются на группы:

1. Нержавеющие (коррозионно-стойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др..  

2. Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550°С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

3. Жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью. 

Нержавеющие стали и сплавы представляют собой обширную группу коррозионностойких материалов, способных противостоять разрушению под воздействием химических или электрохимических факторов. Коррозия может проявляться как общая, точечная или межкристаллитная, причем последняя является наиболее опасной из-за скрытого характера и высокой скорости распространения. Нержавеющие стали подразделяются на склонные к межкристаллитной коррозии и стабилизированные (легированные титаном и ниобием).

Классификация нержавеющих сталей и сплавов основана на химическом составе и структуре. По химическому составу выделяют хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые, хромомарганцевые и хромомарганцевоникелевые стали. Названия отражают наличие основных легирующих элементов, определяющих коррозионные свойства.

В зависимости от структуры, нержавеющие стали также подразделяются на классы: аустенитный, мартенситный, ферритный, аустенитно-ферритный, аустенитно-мартенситный, ферритомартенситный.

Аустенит, феррит, мартенсит – это всё фазы, представляющие собой разной степени насыщенности твёрдый раствор углерода в железе. Аустенит образуется при нагреве стали, мартенсит – при охлаждении, феррит – при переохлаждении. Мартенсит – придаёт стали высокую твёрдость и прочность. Аустенит – пластичность и стойкость. Феррит – мягкость, вязкость и магнитные свойства.

Основные свойства аустенитных нержавеющих сталей

Аустенитная нержавеющая сталь наиболее распространенный тип нержавеющей стали, в структуре которой в качестве основной фазы является аустенит. Благодаря содержанию никеля и хрома, сталь обладает высокой пластичностью, прочностью в различных температурных условиях, устойчивостью к коррозии в большинстве рабочих сред, хорошей технологичностью и свариваемостью, не имеет магнитных свойств. Эти свойства делают аустенитные нержавеющие стали востребованными в качестве конструкционных материалов в различных отраслях машиностроения.

К сталям и сплавам, работающим в агрессивных условиях, относятся жаропрочные и жаростойкие стали. К жаропрочным относятся стали аустенитного класса на хромоникелевой и хромоникельмарганцевой основах с различным дополнительным легированием (разделены по металлу основы на сплавы на основе никеля и кобальта). Жаростойкие стали и сплавы разделены на группы: хромистые и хромоалюминиевые стали ферритного класса, хромокремнистые стали мартенситного класса, а также хромоникелевые аустенитные стали и сплавы.

Основное влияние легирующих элементов на свойства сталей:

• хром – повышает коррозионную стойкость;
• никель – повышает прочность и пластичность;
• титан – повышает твёрдость, сопротивление межкристаллитной коррозии и кислотоустойчивость стали;
• вольфрам – увеличивает твёрдость;
• кобальт – повышает жаропрочность;
• молибден, ниобий – увеличивают сопротивление окислительным процессам при высоких температурах;
• сера – обеспечивает вязкость металлу;
• фосфор – увеличивает жидкотекучесть (улучшает литейные свойства металла);
• марганец – повышает прокаливаемость и прочность;
• кремний – повышает предел текучести и прочность;
• азот – увеличивает прочность, предел текучести и механические свойства. 

Система маркировки сталей в России и странах СНГ

В разных странах приняты различные подходы к маркировке сталей. В России и странах СНГ, в соответствии с межгосударственными стандартами (ГОСТ), применяется буквенно-цифровая система, где буквы указывают на легирующие элементы, а цифры – на их процентное содержание.

Первое число в обозначении марки стали показывает среднее содержание углерода, умноженное на 100 (например, цифра «8» перед «Х» в стали 08Х18Н10Т означает, что в ней содержится 0,08% углерода (С)).
Стали нержавеющие стандартные, согласно ГОСТ 5632 - 2014, маркируют только буквами и цифрами, например, 08Х18Н10Т.

Система маркировки сталей в США

В США, из-за наличия нескольких организаций по стандартизации, существует несколько систем, наиболее распространенные из которых – AISI (Американский Институт Чугуна и Стали) и ASTM (Американское Общество Испытания Материалов). Система обозначения AISI для нержавеющих сталей использует трехзначные числа, иногда с добавлением букв, например, 304L и 316Ti, где первая цифра указывает на класс стали (например, 2XX и 3XX для аустенитных, 4XX для ферритных и мартенситных), а последующие – на порядковый номер стали в группе.

Дополнительные буквы и цифры, следующие за цифрами, используемые для обозначения нержавеющих сталей по AISI означают:
XXXL - низкое содержание углерода < 0.03%;
XXXS - нормальное содержание углерода < 0.08%;
XXXN - добавлен азот;
XXXLN - низкое содержание углерода < 0.03% + добавлен азот;
XXXF - повышенное содержание серы и фосфора;
XXXSe - добавлен селен;
XXXB - добавлен кремний;
XXXH - расширенный интервал содержания углерода;
XXXCu - добавлена медь.

Система маркировки сталей Европейских стран

Национальные стандарты стран Европы (например, Германия (DIN), Франция (NF) и др.) ориентированы на Европейскую систему стандартизации EN (Евронорма), но при этом могут иметь отличия в обозначении.

Европейская система обозначений стали регламентирована стандартом EN 10027. Первая часть этого стандарта определяет порядок наименования сталей, а вторая часть регламентирует присвоение сталям порядковых номеров. Порядковый номер стали представляется в виде 1.ХХХХ, где: 
- «1.» определяет, что данный материал относится к сталям;
- следующие две цифры после 1. «ХХхх» определяют номер группы сталей, а две последние 1.ххХХ – порядковый номер стали в группе. 
По номеру группы можно однозначно определить к какому типу относится та или иная сталь. 

Например, в марке стали по EN 1.4301 – цифра «1.» означает, что данный материал сталь;
«43» – сталь относится к классу коррозионностойких (от 40 до 45);
«01» - порядковый номер стали в группе коррозионостойких сталей (аналог стали AISI 304, ГОСТ 08Х18Н10, 12Х18Н9).

Механические и физические свойства нержавеющих сталей

Механическими свойствами материалов называют свойства, которые выявляются испытаниями при воздействии внешних нагрузок. Механические свойства стали зависят от легирования, термической обработки и структурного состояния.

Например, аустенитные стали, после закалки, отличаются высокой пластичностью, умеренной прочностью и хорошей коррозионной стойкостью в окислительных средах. Благодаря технологичности (штампуются, хорошо свариваются, подвергаются холодной прокатке и т.д.) и устойчивости к хрупкому разрушению при низких температурах, хромоникелевые стали (особенно с низким содержанием углерода 08Х18Н10Т) широко применяются в криогенной технике для хранения сжиженных газов, изготовления оболочек топливных баков и ракет и т.д.

Аустенитно-мартенситные стали, напротив, характеризуются высокой прочностью, хорошей свариваемостью и устойчивостью к атмосферной коррозии. После закалки стали обладают высокой пластичностью и хорошо поддаются обработке, что делает их подходящими для изготовления обшивки, сопловых конструкций и силовых элементов узлов летательных аппаратов.

Аустенитно-ферритные стали после закалки приобретают особую микроструктуру. Она характеризуется равномерным распределением зерен двух фаз: аустенита и феррита, причем содержание ферритной фазы составляет значительную долю – от 40 до 60%. Такая структура обуславливает их привлекательные механические характеристики. Предел прочности (σв) обычно находится в диапазоне от 510 до 700 МПа, а предел текучести (σ0,2) – от 300 до 500 МПа. Относительное удлинение (δ) составляет 18-25%, а относительное сужение (Ψ) – 45-55%.

По сравнению с чисто аустенитными сталями, аустенитно-ферритные демонстрируют ряд важных преимуществ. Они обладают более сбалансированным сочетанием прочности и пластичности, в частности, более высоким пределом текучести. Кроме того, они менее подвержены межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию. Важным фактором является и то, что в их составе содержится меньше никеля, который является дефицитным элементом.

Эти стали отличаются устойчивостью к росту зерна и демонстрируют хорошую стойкость в различных агрессивных средах, как окислительных, так и окислительно-восстановительных. Они хорошо свариваются и могут проявлять свойства сверхпластичности при определенных условиях деформации. Благодаря своим уникальным свойствам, аустенитно-ферритные стали находят широкое применение в различных отраслях промышленности, включая химическое и пищевое машиностроение, судостроение, авиацию и даже медицину.

Популярные и часто используемые аустенитные марки стали:   

• AISI 201 – ЕN 1.4372 – ГОСТ 12Х15Г9НД
• AISI 304 – ЕN 1.4301 – ГОСТ 08Х18Н10, 12Х18Н9
• AISI 304L – ЕN 1.4307 – ГОСТ 03Х18Н9
• AISI 316 – ЕN 1.4401 – ГОСТ 07Х17Н13M2
• AISI 316L – ЕN 1.4404 – ГОСТ 03Х17Н13M2
• AISI 316Ti – ЕN 1.4571 – ГОСТ 08Х17Н13M4
• AISI 321 – ЕN 1.4541 – ГОСТ 08Х18Н10T, 12Х18Н10T
• AISI 904L - ЕN 1.4539 – ГОСТ 06ХН28MДТ

Нержавеющие стали серии AISI 200

Стали группы 200 разработаны как альтернатива хромоникелевым сталям группы 300, особенно сталям AISI 304/304L (08Х18Н10) и только для определенной сферы применения. Такие стали содержат хром, никель, марганец и, некоторые стали, медь. В отожженном состоянии они сохраняют аустенитную структуру (свойственную хромоникелевым сталям группы 300), высокую прочность, формуемость и свариваемость. Коррозионная стойкость сталей группы 200 в умеренно агрессивной среде – хорошая. При механической обработке (деформации) стали группы 200 упрочняются значительно сильнее, чем стали группы 300, это обусловлено тем, что содержащийся в сталях группы 200 марганцевый аустенит значительно сильнее подвержен деформационному упрочнению, чем никелевый. Стали группы 200 не рекомендуется использовать для наружного применения (внешний дизайн), также для производства резервуаров для хранения кислот и других агрессивных веществ.

Характеристика AISI 201

AISI 201 – xромоникельмарганцевые нержавеющие стали с аустенитной структурой, хорошая альтернатива сталям AISI 304/304L в неагрессивных средах, особенно в качестве материала для изготовления посуды и бытовых кухонных принадлежностей и аппаратов. В отожженном состоянии имеют высокую прочность, хорошо формуются, свариваются, имеют хорошую коррозионную стойкость в умеренно агрессивных средах.

Обозначение AISI 201 X12CrMnNiN17-7-5, аналоги EN 1.4372, ГОСТ 12Х15Г9НД

Химический состав

Обозначения химических элементов в таблице:

C – Углерод Si – Кремний Mn – Марганец P – Фосфор

S – Сера               Cr – Хром               Ni – Никель               N – Азот

t - Для давления допускается предел углерода C ≤ 0,07 % 

AISI 201 находит широкое применение в различных сферах благодаря своим характеристикам. В частности, она используется в производстве кухонной утвари и бытовой техники, включая посуду, приборы и сушильные машины. Кроме того, AISI 201 применяется в изготовлении мебели, телефонных будок и автомобильных аксессуаров, особенно в регионах, где не используются агрессивные противогололедные реагенты.

В промышленности AISI 201 востребована при создании кузовов, вагонов, упаковочного оборудования, а также корпусов для оборудования, используемого в пищевой промышленности, в частности, для производства алкогольных (кроме спирта) и безалкогольных напитков. Ещё одним важным применением является изготовление резервуаров для хранения как холодной, так и горячей воды.

Таким образом, AISI 201 представляет собой универсальный материал, пригодный для использования в широком спектре изделий, от бытовых предметов до промышленного оборудования, что обусловлено ее прочностью, коррозионной стойкостью и относительной доступностью.