AISI 316 и 316L: аналог по ГОСТ, состав, характеристики и отличия

Состав AISI 316, 316L и 316Ti по ASTM A240

AISI 316 — хромоникелевая аустенитная сталь, в которую добавлено 2–3 % молибдена. В стандарте ASTM A240 на лист, полосу и рулон у всех марок семейства одинаковые пределы по хрому, никелю и молибдену. Различаются они углеродом и титаном: 316L — низкоуглеродистая, 316Ti — стабилизированная титаном, 316H — с повышенным углеродом для работы при нагреве.

Буква L означает low carbon: углерода не больше 0,030 % против 0,08 % у 316. У 316H (UNS S31609) углерод, наоборот, задан диапазоном 0,04–0,10 %, и к ней добавлено требование к зерну — не мельче № 7 по ASTM. По данным Atlas Steels, 316H применяют в конструкциях и сосудах под давлением, которые работают выше примерно 500 °C.

Пределы из таблицы относятся к листовому прокату. Для прутка, трубы и поковок действуют свои стандарты ASTM, и требования в них похожи, но не всегда совпадают. Лист и трубу часто поставляют с двойной сертификацией 316/316L: металл отвечает обеим маркам по составу и механике. Для 316H такой прокат не годится — чтобы пройти как 316L, углерода в нём должно быть не больше 0,030 %, а 316H требует от 0,04 %.

Аналоги по ГОСТ 5632-2014: какие марки есть и насколько совпадают составы

Аустенитных сталей с молибденом в ГОСТ 5632-2014 больше десятка, но по сочетанию хрома, никеля и молибдена к семейству 316 близки шесть — они в таблице ниже. Остальные дополнительно легированы ниобием, азотом, вольфрамом, ванадием или бором либо заметно отличаются по хрому, никелю или углероду. Ни одна из шести не повторяет AISI 316 или 316L один в один: у российских марок другие пределы по никелю и молибдену, а четыре из шести стабилизированы титаном.

316L → 03Х17Н14М3. Углерод у обеих марок не больше 0,030 %, хром и молибден почти совпадают. Главное расхождение — никель: 13,5–15,0 % по ГОСТ против 10–14 % по ASTM A240, общая зона всего 13,5–14,0 %. Кроме того, ГОСТ требует марганца не меньше 1,00 %, ограничивает кремний 0,40 %, фосфор 0,030 % и серу 0,020 %. Типовой 316L у Outokumpu содержит около 10,1 % никеля, то есть обычная плавка 316L по никелю в 03Х17Н14М3 не попадает. По диапазонам российская марка ближе к европейской 1.4435 (X2CrNiMo18-14-3): никеля в ней 12,5–15 %, молибдена 2,5–3,0 %.

316 → точного аналога нет. Марки 08Х17Н13М2 без титана в ГОСТ 5632-2014 нет. Без титана и с углеродом до 0,08 % в стандарте есть только 08Х16Н11М3, но хрома в ней 15–17 %, молибдена 2,0–2,5 %, и ГОСТ назначает её для оборудования АЭУ с натриевым теплоносителем. В стандартах на лист, сортовой прокат и трубы — ГОСТ 5582, 7350, 5949, 9940, 9941 и 11068 — этой марки нет. Поэтому вместо 316 по ГОСТ рассматривают 03Х17Н14М3, если нужна сталь без титана, или 08Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М2Т, если титан допустим.

316Ti → 08Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М2Т. У 08Х17Н13М2Т хром, никель и молибден лежат внутри пределов AISI 316Ti, углерод тот же — до 0,08 %. Разница в формуле титана: ГОСТ считает его от углерода (5 × C), ASTM — от суммы углерода и азота. У 10Х17Н13М2Т углерода допускается до 0,10 %, и плавка с 0,09–0,10 % углерода уже не соответствует ни 316Ti, ни 1.4571.

Стали с 3–4 % молибдена — 10Х17Н13М3Т и 08Х17Н15М3Т — выходят за предел AISI 316 (не больше 3 %). Не соответствуют они и 317L: хрома в ней по ASTM A240 18–20 %, а в этих марках 16–18 %.

Что ГОСТ 5632-2014 говорит о назначении и различиях марок (приложение А):

• 03Х17Н14М3 применяют для тех же целей, что 08Х17Н15М3Т и 10Х17Н13М2Т, но она стойче их к межкристаллитной и ножевой коррозии. Ножевая коррозия — разрушение узкой полосы металла у линии сплавления шва, характерное для сталей, стабилизированных титаном.
• 08Х17Н13М2Т стойче к общей и межкристаллитной коррозии, чем 10Х17Н13М2Т.
• 08Х17Н15М3Т практически не содержит ферритной фазы и лучше 10Х17Н13М2Т сопротивляется точечной коррозии в средах с ионами хлора.
• 10Х17Н13М2Т рекомендована для сварных конструкций, работающих в кипящей фосфорной и 10 %-ной уксусной кислоте и в сернокислых средах.

Не каждая марка есть в стандартах на прокат. 03Х17Н14М3 входит в ГОСТ 5582-75 (тонкий лист), ГОСТ 7350-77 (толстый лист), ГОСТ 5949-2018 (круг и другой сортовой прокат) и ГОСТ 11068-81 (электросварные трубы). В стандартах на бесшовные трубы ГОСТ 9940-81 и ГОСТ 9941-81 из этого семейства есть только 10Х17Н13М2Т и 08Х17Н15М3Т. 08Х17Н13М2Т нет в ГОСТ 5582-75 на тонкий лист.

Если проект требует марку по конкретному стандарту — 03Х17Н14М3 по ГОСТ 5632 или 316L по ASTM A240, укажите его в заказе и сверьте в сертификате никель, марганец и кремний: по ним составы расходятся сильнее всего.

Европейские аналоги: 1.4401, 1.4404, 1.4571 и марки с 2,5–3 % молибдена

В EN 10088 семейству 316 соответствует несколько марок. Числа в буквенном обозначении — средние содержания хрома, никеля и молибдена: X2CrNiMo17-12-2 — около 2 % молибдена, X2CrNiMo17-12-3 — около 3 %. Диапазон ASTM 2–3 % европейский стандарт делит на две полосы.

У всех марок в таблице кремний до 1,00 %, марганец до 2,00 %, фосфор до 0,045 % и сера до 0,015 % — по сере EN 10088-2 вдвое строже ASTM A240. Практическое следствие деления по молибдену: плавка 316L с 2,7 % молибдена соответствует ASTM A240, но по EN это уже 1.4432, а не 1.4404. Типовой PREN у Outokumpu: 1.4401, 1.4404 и 1.4571 — 24, 1.4432 — 25, 1.4435 — 26.

По стойкости к межкристаллитной коррозии EN 10088 разделяет марки так: 1.4404, 1.4571, 1.4432 и 1.4435 стойки и в состоянии поставки, и после провоцирующего нагрева, 1.4401 — только в состоянии поставки. Японские аналоги по JIS — SUS316 и SUS316L.

316, 316L, 316Ti или 316H: чем отличаются и что выбрать

Разница между марками проявляется после нагрева. При 425–860 °C углерод в стали без стабилизатора соединяется с хромом в карбиды по границам зёрен, соседние участки теряют хром и в агрессивной среде разрушаются вглубь. По данным Atlas Steels, 316 не рекомендуют длительно держать в этом интервале, если потом важна стойкость в водных средах, а толстые сварные сечения из неё для максимальной стойкости отжигают после сварки. 316L это не нужно, поэтому её берут для сварных узлов толще примерно 6 мм. Механизм подробно разобран в статье межкристаллитная коррозия.

316Ti решает ту же задачу иначе: титан заранее связывает углерод в карбиды, и хром остаётся в твёрдом растворе. По данным Outokumpu, 1.4571 сваривается без ограничений по толщине и прочнее других сталей семейства при повышенной температуре, а Atlas Steels называет 316Ti заменой 316 там, где нужна стойкость при 600–900 °C. Ограничения тоже есть: отжиг стабилизированных марок выше 1070 °C может ухудшить их стойкость к межкристаллитной коррозии (Outokumpu), а у шва возможна ножевая коррозия — к ней, по ГОСТ 5632-2014, стойче низкоуглеродистая 03Х17Н14М3.

Коротко: 316L — основной выбор для сварных конструкций, химии, пищевого и фармацевтического оборудования; 316Ti — для горячих узлов и толстых сварных сечений; 316H — для нагруженных деталей выше 500 °C; обычная 316 — для изделий без сварки или с тонкими швами. Присадку берут того же типа, для 316L — 316L (ER316L).

Механические свойства, плотность и магнитность

После закалки прочность всех марок семейства близка, но гарантированные минимумы зависят от стандарта. В ASTM A240 у 316L они ниже, чем у 316, а в EN 10088-2 у 1.4404 и 1.4401 одинаковые. При расчёте конструкции берут значения того стандарта, по которому поставлен металл.

* По EN 10088-2 для холоднокатаного листа нормируют удлинение A80, для толстого горячекатаного — A5. Твёрдость листа 316 и 316L по ASTM A240 — не более 217 HB (95 HRB). Предел текучести труб из 10Х17Н13М2Т по ГОСТ 9941-81 устанавливают по согласованию изготовителя с потребителем. Закалкой аустенитные стали семейства не упрочняются — прочность поднимает только холодная деформация.

Плотность. 8,0 г/см³ — примерно на 1,3 % больше, чем у AISI 304 и 12Х18Н10Т (7,9 г/см³): молибден и никель тяжелее железа. Лист 316L толщиной 1 мм весит 8,0 кг на квадратный метр, круг Ø 20 мм — 2,51 кг на метр.

Магнитность. EN 10088-1 относит 1.4401, 1.4404 и 1.4571 к ненамагничивающимся сталям. Никеля в 316 больше, чем в 304, и аустенит устойчивее: по данным Outokumpu, чем меньше легирующих элементов, тем больше мартенсита образуется при холодной деформации. Поэтому после гибки и вытяжки 316 притягивает магнит слабее, чем 304. Слабо магнитятся сварные швы с ферритом и сильно нагартованные участки. Марку магнитом не определяют — только по сертификату или спектральному анализу.

Нагрев. По данным Atlas Steels, 316 стойка к окислению до 870 °C при периодическом нагреве и до 925 °C при постоянном. При низких температурах закалённый аустенит не склонен к хрупкому разрушению, и Outokumpu относит стали семейства к пригодным для криогенной техники; минимальные температуры применения в сосудах давления приводит EN 13445-2.

Чем 316 отличается от 304: молибден, PREN и хлориды

Молибден — основное отличие 316 от 304. В формуле PREN = Cr + 3,3 × Mo + 16 × N его вклад в 3,3 раза больше, чем у хрома, поэтому 2 % молибдена добавляют к индексу около 6,6 единицы. При этом хрома в 316 по ASTM A240 даже меньше, чем в 304. По минимальному составу без учёта азота PREN у 316 — 22,6, у 304 — 17,5; у 03Х17Н14М3 по ГОСТ — 24,1. Как индекс связан с реальной стойкостью и критической температурой питтинга, разобрано в статье питтинговая коррозия.

На практике разница видна по хлоридам. По данным Atlas Steels, в питьевой воде 304 стойка к питтингу примерно до 200 мг/л хлоридов при комнатной температуре и до 150 мг/л при 60 °C, а 316 — до 1000 и 500 мг/л. Молибден повышает стойкость и во многих кислых средах, поэтому такие стали называют кислотостойкими. Но соляная кислота, по данным Outokumpu, вызывает общую, питтинговую и щелевую коррозию даже при небольшой концентрации и умеренной температуре.

Коррозионное растрескивание под напряжением молибден не устраняет: по данным Atlas Steels, и 304, и 316 подвержены ему в тёплых хлоридах выше примерно 60 °C, Outokumpu называет границу около 50 °C. Никеля в 316 больше — 10–14 % против 8–10,5 %, — поэтому её аустенит устойчивее при холодной деформации.

Где применяют AISI 316 и когда её уже не хватает

• Пищевая промышленность — оборудование для приготовления продуктов, особенно в средах с хлоридами (Atlas Steels); Outokumpu относит пищевую отрасль к основным для 316L.
• Химия, нефтехимия, целлюлозно-бумажная и текстильная промышленность — Outokumpu относит эти отрасли к основным для 316L и называет для 316 теплообменники, фланцы и арматуру; Atlas Steels — химические ёмкости, в том числе транспортные. По ГОСТ 5632-2014 10Х17Н13М2Т предназначена для сварных конструкций в кипящей фосфорной и 10 %-ной уксусной кислоте и в сернокислых средах.
• Фармацевтика и медицина — Outokumpu называет эти отрасли среди основных для 316L, а для фармацевтического оборудования — также 1.4436 с повышенным молибденом.
• Морская техника и прибрежная архитектура — судовая фурнитура, фасадные панели, перила (Atlas Steels). 316 называют «морской» маркой, но это верно для атмосферы и брызг, а не для тёплой морской воды.
• Крепёж — по ISO 3506-1 это группа A4: углерода до 0,08 %, хрома 16–18,5 %, молибдена 2–3 %, никеля 10–15 %; A4L — низкоуглеродистая версия. У болтов класса A4-70 до M24 временное сопротивление от 700 МПа, предел текучести от 450 МПа, у A4-80 — от 800 и 600 МПа (данные BSSA).

Внутри ГОСТ ступенью выше 316 служат стали с 3–4 % молибдена — 10Х17Н13М3Т и 08Х17Н15М3Т; вторая, по ГОСТ 5632-2014, лучше 10Х17Н13М2Т держит точечную коррозию в хлоридах. Дальше идут 904L (никеля 23–28 %, молибдена 4–5 %) и дуплекс 2205: при PREN около 35 его предел текучести — от 450 МПа против 170 МПа у 316L, и растрескиванию в хлоридах он сопротивляется лучше аустенита. Подробнее — в статьях дуплексная сталь 2205 и 2507 и нержавейка для морской воды и бассейнов.