Что такое AISI 201 и её химический состав
AISI 201 (UNS S20100) — аустенитная нержавеющая сталь серии 200. Аустенит в ней держится не только за счёт никеля, как в 304, но и за счёт марганца и азота. Хромомарганцевые стали известны с 1930-х годов, а широко применять их начали в США в 1950-х, когда не хватало никеля.
| Марка, документ | C | Cr | Ni | Mn | N | Cu | Si | P | S |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AISI 201 — ASTM A240 | 0,15 | 16,0–18,0 | 3,5–5,5 | 5,5–7,5 | 0,25 | — | 1,00 | 0,060 | 0,030 |
| 1.4372 — EN 10088 | 0,15 | 16,0–18,0 | 3,5–5,5 | 5,5–7,5 | 0,05–0,25 | — | 1,00 | 0,045 | 0,015 |
| 12Х17Г9АН4 — ГОСТ 5632-2014 | 0,12 | 16,0–18,0 | 3,5–4,5 | 8,0–10,5 | 0,15–0,25 | — | 0,80 | 0,035 | 0,020 |
| 12Х15Г9НД — ТУ, данные поставщиков | 0,12 | 14,0–16,5 | 1,0–1,5 | 8,5–10,5 | 0,20 | 2,0 | 0,75 | 0,060 | 0,030 |
| AISI 304 — ASTM A240, для сравнения | 0,07 | 17,5–19,5 | 8,0–10,5 | 2,0 | 0,10 | — | 0,75 | 0,045 | 0,030 |
ASTM A240 выделяет два варианта 201 в пределах одного состава: 201-1 с более стабильным аустенитом и 201-2 — с менее стабильным и более прочным. Вариант выбирают под требуемые свойства, прочность у них разная (см. таблицу ниже).
Российский аналог. Марки 12Х15Г9НД в ГОСТ 5632-2014 нет — её выпускают по техническим условиям. В справочниках поставщиков её состав немного расходится (марганец 8,5–10 или 8,5–10,5 %), но в любом варианте он беднее, чем у 201 по ASTM: хрома 14–16,5 % вместо 16–18 %, никеля 1–1,5 % вместо 3,5–5,5 %, плюс до 2 % меди. По этим цифрам 12Х15Г9НД ближе к фирменной марке J4 (Cr 15–16 %, Ni 0,8–1,2 %, Cu 1,5–2 % по данным ASSDA), чем к 201.
Из ГОСТ 5632-2014 ближе всего к 201 марка 12Х17Г9АН4: хром тот же, никель в более узких пределах, марганца больше. ГОСТ рекомендует её для изделий, работающих в атмосферных условиях, как заменитель 12Х18Н9 и 12Х18Н10Т. Европейский аналог 201 — 1.4372 (X12CrMnNiN17-7-5). Если важен состав, в заказе указывают стандарт, а марку подтверждают сертификатом с химическим анализом плавки.
Механические и физические свойства
| Марка, стандарт | σв, МПа | σ0,2, МПа | δ, % | Твёрдость, не более |
|---|---|---|---|---|
| AISI 201-1 — ASTM A240 | 515 | 260 | 40 | 217 HB / 95 HRB |
| AISI 201-2 — ASTM A240 | 655 | 310 | 40 | 241 HB / 100 HRB |
| AISI 304 — ASTM A240 | 515 | 205 | 40 | 201 HB / 92 HRB |
| 1.4372 — EN 10088-2, холоднокатаная полоса до 8 мм | 750–950 | 350 | 45 | не нормируется |
| 1.4301 — EN 10088-2, холоднокатаная полоса до 8 мм | 540–750 | 230 | 45 | не нормируется |
По ASTM A240 временное сопротивление 201-1 такое же, как у 304, а предел текучести выше на 27 %. По EN 10088-2 разница больше: 350 МПа у 1.4372 против 230 МПа у 1.4301. ISSF и ASSDA оценивают выигрыш по пределу текучести примерно в 30 %: азот упрочняет сталь. За прочность платят формуемостью — гнуть и вытягивать 201 труднее, чем 304.
При холодной деформации 201 быстро упрочняется. По ASTM A666 ленту 201 выпускают в нагартованных состояниях от 1/4 hard (σв от 860 МПа) до full hard (σв от 1275 МПа). ISSF предупреждает, что у хромомарганцевых сталей с пониженным никелем после глубокой вытяжки возможно замедленное растрескивание.
| Свойство | AISI 201 | AISI 304 |
|---|---|---|
| Плотность | ≈ 7,8 г/см³ | 7,9 г/см³ |
| Модуль упругости | 197 ГПа | 193–200 ГПа |
| Теплопроводность при 100 °C | 16,3 Вт/(м·К) | 16,1–16,3 Вт/(м·К) |
| Коэффициент теплового расширения до 100 °C | 15,7–16,6 × 10⁻⁶ 1/К | 16,0–17,2 × 10⁻⁶ 1/К |
| Удельная теплоёмкость | ≈ 500 Дж/(кг·К) | 500 Дж/(кг·К) |
| Удельное электросопротивление | 0,69 мкОм·м | 0,72–0,73 мкОм·м |
| Интервал плавления | 1400–1455 °C | 1400–1450 °C |
| Окисление на воздухе: периодически / постоянно | до 815 / 840 °C | до 870 / 925 °C |
Данные по 201 — из технических листов поставщиков (NKS, Tempered & Specialty Metals), пересчитаны из дюймовых единиц; по 304 — Atlas Steels и EN 10088-1. Для расчёта массы листа и трубы из 201 берут плотность 7,8 г/см³ — металл на 1–2 % легче, чем 304.
Магнитится ли AISI 201
В отожжённом состоянии AISI 201 немагнитна: как и 304, это аустенит. После холодной деформации — гибки, штамповки, вытяжки, прокатки — она начинает притягивать магнит. Причина в том, что никеля мало и аустенит нестабилен: при деформации часть структуры превращается в мартенсит деформации, а он ферромагнитен. ISSF отмечает, что склонность к такому превращению растёт по мере снижения никеля.
У 304 аустенит стабильнее, поэтому после той же обработки она магнитится слабее. Практический вывод: магнитом 201 от 304 не отличить — после отжига не магнитятся обе, на гибах и в трубах магнитятся обе, только в разной степени. О коррозионной стойкости магнитность тоже ничего не говорит. Подробнее — в статье магнитится ли нержавейка.
Коррозионная стойкость: почему ниже, чем у 304
- Меньше хрома. Нижняя граница у 201 — 16 %, у 304 — 17,5 %. Хром образует пассивную плёнку, и чем его меньше, тем ниже стойкость к питтингу во влажной среде с хлоридами.
- Меньше никеля. Никель важен в кислой среде и в щелях. По данным ISSF, при низком pH стойкость к щелевой коррозии растёт с содержанием никеля, а у марок с 1 % никеля скорость растворения металла в щели в 10 раз выше, чем у 304.
- Больше углерода. До 0,15 % против 0,07 % у 304. После сварки в зоне термовлияния возможна межкристаллитная коррозия. Для сварных узлов в ASTM A240 есть низкоуглеродистые версии с C ≤ 0,03 % — UNS S20103 и 201LN (S20153).
- Примеси. ISSF и ASSDA описывают партии сталей серии 200 от мелких производителей с повышенной серой и углеродом. Сера снижает стойкость к питтингу.
В испытании ISSF в солевом тумане (575 часов) образцы хромомарганцевых сталей с 4 % и 1 % никеля заметно прокорродировали, и ISSF называет такие марки непригодными для морской среды. В помещениях, а для неответственных изделий и на улице вдали от моря, 201 работает нормально.
Отдельный риск — «новые» марки серии 200 с 15 % хрома и около 1 % никеля. ISSF и ASSDA подчёркивают, что это фирменные составы вне международных стандартов, их стойкость ниже, чем у 201 по ASTM, а продают их иногда под видом 304.
Где AISI 201 уместна, а где нельзя
ISSF обобщил опыт применения «стандартных» марок серии 200 — с 4 % никеля и не меньше 16 % хрома, как у 201 по ASTM. Для марок с 1 % никеля ограничения жёстче.
| Условия | Опыт с 201 (4 % Ni) | Если 201 не подходит |
|---|---|---|
| Интерьер, сухие помещения | Положительный | — |
| Столовые приборы, посуда | Положительный; для посуды — хрома не меньше 16 % | — |
| Улица вдали от моря, неответственные изделия | Положительный | 304 |
| Промышленная атмосфера | С ограничениями и обслуживанием; хрома не меньше 17,5 % | 304 |
| Пищевые среды | Положительный; избегать pH ниже 3 | 304, для кислот и рассолов — 316L |
| Посудомоечные машины | Очень ограниченный, риск щелевой коррозии | 304 |
| Побережье, дороги с реагентами | Не рекомендуется | 316L |
| Кислоты и химические среды, химические цистерны | Не рекомендуется | 316L и выше |
Отсюда типичные задачи для 201: облицовка и декоративные панели внутри зданий, ограждения, перила и поручни в помещениях, мебель и торговое оборудование, декоративные конструкции из трубы. Если изделие стоит на побережье или у дороги с реагентами, контактирует с кислыми продуктами или химией, 201 заменяют на 304 или 316L. Сортамент — на странице листа AISI 201.
Сравнение AISI 201, 304 и 430
| Показатель | AISI 201 | AISI 304 | AISI 430 |
|---|---|---|---|
| Структура | Аустенит | Аустенит | Феррит |
| Хром, % | 16,0–18,0 | 17,5–19,5 | 16,0–18,0 |
| Никель, % | 3,5–5,5 | 8,0–10,5 | ≤ 0,75 |
| Марганец, % | 5,5–7,5 | ≤ 2,0 | ≤ 1,0 |
| Углерод, % | ≤ 0,15 | ≤ 0,07 | ≤ 0,12 |
| σв, МПа, не менее | 515 (201-1) / 655 (201-2) | 515 | 450 |
| σ0,2, МПа, не менее | 260 / 310 | 205 | 205 |
| δ, %, не менее | 40 | 40 | 22 |
| Плотность, г/см³ | ≈ 7,8 | 7,9 | 7,7 |
| Магнитность | Нет после отжига, магнитится после деформации | Нет после отжига, слабо после деформации | Магнитна всегда |
| Стойкость к хлоридам | Ниже, чем у 304 | Базовая для аустенита | Ниже, чем у 304 |
| Аналоги | 1.4372; 12Х15Г9НД (ТУ) | 1.4301; 08Х18Н10 | 1.4016; 12Х17 |
Против 304 у 201 два плюса — выше предел текучести и меньше никеля в составе — и два минуса: ниже коррозионная стойкость и хуже формуемость. Против 430 у 201 преимущества аустенитной структуры: по данным ASSDA аустенит лучше гнётся и сваривается, чем феррит, и сохраняет вязкость на морозе. У 430 свои плюсы: в ней нет никеля, она не склонна к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением и меньше расширяется при нагреве. Подробные свойства 304 — в статье характеристики AISI 304, 321 и 316L.
Как отличить AISI 201 от AISI 304
| Способ | Отличает 201 от 304? | Комментарий |
|---|---|---|
| Магнит | Нет | После отжига не магнитятся обе, после деформации магнитятся обе — 201 сильнее |
| Внешний вид, масса | Нет | Поверхности одинаковые, плотность отличается на 1–2 % |
| Капельный тест на никель | Подсказка | Реактив с диметилглиоксимом окрашивается на 304 ярче; результат зависит от навыка |
| Портативный XRF-анализатор | Да | Показывает никель и марганец за несколько секунд; углерод не определяет |
| Спектральный анализ в лаборатории | Да | Полный состав, включая углерод |
| Сертификат с химическим анализом плавки | Да | Если сертификат относится именно к этой партии |
Самый быстрый способ — портативный анализатор. По ASTM A240 в 304 никеля не меньше 8 % и марганца не больше 2 %. Если прибор показывает марганец выше 5 % и никель ниже 6 %, это не 304 — скорее всего, сталь серии 200. Как отличить нержавейку от обычной стали и откуда берётся ржавчина на 201 — в статье почему ржавеет нержавейка.
Частые вопросы
AISI 201 — это нержавейка?
Да, это коррозионно-стойкая аустенитная сталь: по ASTM A240 в ней 16–18 % хрома. Но её стойкость ниже, чем у AISI 304, — меньше хрома и никеля. В сухих помещениях и в неагрессивной городской атмосфере 201 работает хорошо, а у моря и у дорог с реагентами на ней появляется ржавый налёт.
Какой российский аналог AISI 201?
Точного аналога в ГОСТ 5632-2014 нет. В торговле 201 обозначают как 12Х15Г9НД, но это марка по ТУ, и по данным поставщиков в ней меньше хрома (14–16,5 %) и никеля (1–1,5 %), чем в 201 по ASTM. Ближайшая по составу марка из ГОСТ 5632-2014 — 12Х17Г9АН4: Cr 16–18 %, Ni 3,5–4,5 %, Mn 8–10,5 %. Европейский аналог — 1.4372.
Магнитится ли AISI 201?
После отжига — нет, после холодной деформации — да. Никеля в 201 мало, аустенит нестабилен, и при гибке, штамповке или вытяжке часть его превращается в магнитный мартенсит деформации. Поэтому гнутые детали и трубы из 201 могут заметно притягивать магнит, а отличить 201 от 304 магнитом нельзя.
Что прочнее — AISI 201 или 304?
AISI 201. По ASTM A240 предел текучести листа 201 — от 260 МПа (у варианта 201-2 — от 310 МПа), у 304 — от 205 МПа. По EN 10088-2 разница больше: от 350 МПа у 1.4372 против 230 МПа у 1.4301. Обратная сторона — 201 труднее гнуть и вытягивать.
Можно ли AISI 201 использовать на улице?
Вдали от моря и дорог с реагентами — для неответственных изделий можно: ISSF отмечает положительный опыт. В промышленной атмосфере — с ограничениями и регулярной мойкой. На побережье и у дорог, которые посыпают солью, ISSF стали серии 200 не рекомендует — там берут 316L.
Подходит ли AISI 201 для посуды и пищевых изделий?
Для посуды и столовых приборов у марок типа 201 положительный опыт, но с оговорками. ISSF советует избегать сред с pH ниже 3 — например, уксуса и лимонного сока — и сомневается, что посуда из таких сталей хорошо переносит посудомоечную машину. Для пищевого оборудования, которое работает с кислотами и рассолами, берут 304 или 316L.
Источники
- ASTM A240/A240M — химический состав (Table 1) и механические свойства листа (Table 2), варианты 201-1 и 201-2
- EN 10088-2 — механические свойства 1.4372 и 1.4301 (сводная таблица Guanyu Tube)
- ГОСТ 5632-2014 «Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки» — марка 12Х17Г9АН4
- ISSF — «New 200-series steels: An opportunity or a threat to the image of stainless steel?», 2005
- ASSDA — Technical Bulletin «200 Series Stainless Steel: CrMn Grades»
- NKS — Type 201 Stainless Steel: физические свойства, нагартованные состояния по ASTM A666
- Atlas Steels и EN 10088-1 — физические свойства и стойкость к окислению AISI 304
- Состав 12Х15Г9НД — справочные данные поставщиков металлопроката (номер ТУ в них не указан)