Удельное сопротивление нержавеющей стали
AISI 304
Обозначение по международным стандартам
| Международный стандарт |
Американский ASTM A240 |
Европейский ЕN 10088-2 |
Российский ГОСТ 5632-72 |
|---|---|---|---|
| Обозначение марки | AISI 304 | 1.4301 | 08Х18Н10 |
| 12Х18Н9 |
Применяемые стандарты и одобрения
AMS 5513
ASTM A 240
ASTM A 666
Классификация
сталь коррозионно-стойкая жаропрочная
Применение
- Предметы домашнего обихода
- Раковины
- Каркасы для металлоконструкций в строительной промышленности
- Кухонная утварь и оборудование для общепита
- Молочное оборудование, пивоварение
- Сварные конструкции
- Резервуары судовые и наземные танкеры для продовольствия, напитков и некоторых химических веществ
Обычно производители стали разделяют марку на три основных класса (сорта) по способности к волочению:
- AISI 304 – Основной сорт
- AISI 304 DDQ (Normal and deep drawing) – Сорт глубокой вытяжки
- AISI 304 DDS (Extra deep drawing) – Сорт особо глубокой вытяжки
Основные характеристики
- хорошее общее сопротивление коррозии
- хорошая пластичность
- превосходная свариваемость
Химический состав (% к массе)
| стандарт | марка | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM A240 | AISI 304 | ≤0.080 | ≤0.75 | ≤2.0 | ≤0.045 | ≤0.030 | 18.00 – 20.00 | 8.00 – 10.50 |
Механические свойства
| AISI 304 | Сопротивление на разрыв (σв), Н/мм² |
Предел текучести(σ0,2), Н/мм² |
Предел текучести(σ1,0), Н/мм² |
Относительное удлинение (σ), % | Твердость по Бринеллю (HB) | Твердость по Роквеллу (HRB) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| В соответствии с EN 10088-2 | ≥520 | ≥210 | ≥250 | ≥45 | – | – |
| В соответствии с ASTM A 240 | ≥515 | ≥205 | – | ≥40 | 202 | 85 |
Механические свойства при высоких температурах
Все эти значения относятся к только AISI 304.
Физические свойства
| Физические свойства | Условные обозначения | Единица измерения | Температура | Значение |
|---|---|---|---|---|
| Плотность | d | – | 4°C | 7.93 |
| Температура плавления | °C | 1450 | ||
| Удельная теплоемкость | c | J/kg.K | 20°C | 500 |
| Тепловое расширение | k | W/m.K | 20°C | 15 |
| Средний коэффициент теплового расширения | α | 10 -6 .K -1 | 0-100°C 0-200°C |
17.5 18 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ωmm 2 /m | 20°C | 0.80 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0.80 kA/m DC или в/ч AC |
20°C μ μ разряж.возд. |
1.02 |
| Модуль упругости | E | MPa x 10 3 | 20°C | 200 |
Сопротивление коррозии
304-е стали имеют хорошее сопротивление к общим коррозийным средам, но не рекомендованы там, где есть риск межкристаллитной коррозии. Они хорошо приспособлены для эксплуатации в пресной воде и городской и сельской среде. Во всех случаях необходима регулярная очистка внешних поверхностей для сохранения их первоначального состояния.
304-е стали имеют хорошее сопротивление различным кислотам:
- фосфорной кислоте во всех концентрациях при температуре окружающей среды,
- азотной кислоте до 65 % при температуре 20°C – 50°C,
- муравьиной и молочной кислоте при комнатной температуре,
- уксусной кислоте при температуре 20°C – 50°C.
Их рекомендуют для производства оборудования, контактирующего с холодными или горячими пищевыми продуктами: вино, пиво, молоко (кисломолочные продукты), спирт, натуральные плодовые соки, сиропы, патока, и т.д.
Кислотные среды
| Температура, °C | 20 | 80 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Концентрация, % к массе | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Серная кислота | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| Азотная кислота | 2 | 1 | 2 | |||||||||
| Фосфорная кислота | 2 | 1 | 2 | |||||||||
| Муравьиная кислота | 1 | 2 | 2 | 1 | ||||||||
Код: 0 = высокая степень защиты – Скорость коррозии менее чем 100мкм/год
1 = частичная защита – Скорость коррозии от 100 до 1000мкм/год
2 = нет защиты – Скорость коррозии более чем 1000мкм/год
Атмосферные воздействия
Сравнение 304-й марки с другими металлами в различных окружающих средах (Скорость коррозии расчитана при 10-летнем воздействии).
| Окружающая среда | Скорость коррозии (мкм/год) | ||
|---|---|---|---|
| AISI 304 | Алюминий-3S | Углеродистая сталь | |
| Сельская | 0.0025 | 0.025 | 5.8 |
| Морская | 0.0076 | 0.432 | 34.0 |
| Индустриальная Морская | 0.0076 | 0.686 | 46.2 |
Устойчивость к коррозии в кипящих химикалиях
| Кипящая среда | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) |
|---|---|---|
| 20%-ая уксусная кислота | Обычный металл Сваренный |
* (При толщине образца 0.8 мм и диаметре пресса равном 20 мм) |
| AISI 430 | 2.05 мм | |
| AISI 304 | 2.0 мм |
*Limiting drawing ratio – предельный коэффициент вытяжки
Свойства нержавеющей стали – эксплуатационные и технические достоинства
Особые свойства нержавеющей стали обуславливают ее активное использование в самых разнообразных отраслях промышленности и в быту. К достоинствам нержавейки относят повышенную прочность, небольшой удельный вес и теплопроводность, отличное сопротивление коррозии и качественную свариваемость.
1 Категории нержавейки – сталь бывает разной
Нержавеющие сплавы принято подразделять на пять типов в зависимости от микроструктуры сплавов. С этой точки зрения они могут быть:
- ферритными;
- аустенитными;
- дуплексными;
- жаропрочными;
- мартенситными.
Самыми распространенными являются аустенитные виды нержавейки. Они практически не окисляются в процессе эксплуатации, имеют высокие технические и эксплуатационные характеристики (хорошая вязкость, пластичность, устойчивость к химическим воздействиям, небольшой удельный вес и коэффициент текучести). Подобные свойства обеспечиваются введением в состав аустенитной нержавейки 10–20 % никеля и примерно 23 % хрома.
Стали с ферритной микроструктурой демонстрируют уникальные характеристики при эксплуатации в агрессивных средах.
Они имеют высокую стойкость к коррозии при повышенных температурах, малый предел текучести и особые магнитные свойства (магнитную проницаемость). В таких сплавах хрома содержится не более 17 %. Магнитные разновидности нержавейки редко используются для производства бытовых изделий. Чаще они применяются в промышленности для изготовления разнообразных конструкций.
Реже применяются мартенситные стали. Их проницаемость (магнитная) ниже, а ключевые технические достоинства следующие:
- небольшой коэффициент пластичности;
- хорошее удельное сопротивление на разрыв и свариваемость;
- высокая прочность и твердость;
- малый вес.
Жаропрочные и дуплексные сплавы используются для особых целей. Их магнитные характеристики (проницаемость) минимальные, зато они демонстрируют уникальную прочность и сопротивление коррозии при эксплуатации в высокотемпературных и хлорсодержащих средах. Поэтому подобные стали активно применяются для выпуска изделий химической и пищевой промышленности.
2 Технические показатели – самые главные цифры
Удельный вес аустенитных и жаропрочных сплавов равняется 7,95 гр/см, ферритных и других – 7,7, коэффициент электросопротивления – 0,72–0,9 для всех сталей, кроме ферритных. Электрическое сопротивление последних составляет 0,6. Коэффициент твердости нержавеющих сплавов следующий:
- По шкале Роквелла – 70–88 единиц для жаростойких и аустенитных сталей, 75–88 для ферритных.
- По шкале Бринелля – 120–190 (аустенитные), 135–180 (магнитные) и 145–210 (жаропрочные).
Предел прочности нержавеющих сплавов с аустенитной микроструктурой варьируется от 500 до 690 Н/мм 2 . Все зависит от конкретной марки стали. А вот прочностной предел ферритных сплавов обычно выше – до 900 Н/мм 2 . Другие характеристики рассматриваемых сталей:
- предел упругости – 195–400 Н/мм 2 ;
- вязкость (ударная) – 120–160Дж/см 2 (для ферритных композиций – не более 50);
- температура появления окалины – 840–1120 °С;
- магнитная проницаемость ферритных сплавов – 1,008 единиц (при комнатной температуре).
Предел текучести большинства марок нержавеющих сталей за минуту равняется около 205 МПа. Эта величина справедлива для всех категорий сплавов за исключением ферритных. Показатель текучести последних обычно ниже на 10–20 МПа.
Еще одна важная характеристика рассматриваемых коррозионностойких сплавов – их теплопроводность. Под ней понимают возможность материала пропускать через себя тепловую энергию (передавать ее). Теплопроводность нержавейки равняется 16–20 Вт/м*К. Это очень малый показатель. Для сравнения скажем, что теплопроводность алюминия находится на уровне 200, а меди – 400 Вт/м*К.
3 Свариваемость нержавейки – прочные соединения
Сварка рассматриваемых сплавов производится по таким методикам:
- аргонодуговая с помощью TIG-электродов (содержат вольфрам);
- ручная дуговая;
- полуавтоматическая.
Лучше всего свариваются аустенитные марки нержавеющей стали. А вот сварные соединения ферритных сталей получаются более хрупкими. Это стоит учитывать при обработке таких сплавов. Важный момент! Сварка всех видов нержавейки должна осуществляться после предварительного подогрева стальных изделий. Обычно достаточно нагреть их до 150–160°.
Ручная дуговая сварка нержавеющих сплавов выполняется двумя типами электродов: с рутиловым покрытием; с основным (карбонаты магния и кальция) покрытием. Во втором случае операция ведется исключительно на обратной полярности и постоянном токе. Полуавтоматический процесс рекомендован для сварки больших по толщине листов нержавейки. А вот аргонодуговая сварка обычно применяется для соединения тонких коррозионностойких изделий.
Удельное сопротивление металлов и сплавов (при 20° C)
| Вещество | Удельное сопротивление мкОм • мм 2 /м |
|---|---|
| Алюминий | 0,028 |
| Вольфрам | 0,055 |
| Железо | 0,098 |
| Золото | 0,023 |
| Константан | 0,44−0,52 |
| Латунь | 0,025−0,06 |
| Манганин | 0,42−0,48 |
| Медь | 0,0175 |
| Молибден | 0,057 |
| Никелин | 0,39−0,45 |
| Никель | 0,100 |
| Олово | 0,115 |
| Ртуть | 0,958 |
| Свинец | 0,221 |
| Серебро | 0,016 |
| Тантал | 0,155 |
| Фехраль | 1,1−1,3 |
| Хром | 0,027 |
| Цинк | 0,059 |
| Вещество | К | Вещество | К |
|---|---|---|---|
| Алюминий | 0,0042 | Олово | 0,0042 |
| Вольфрам | 0,0048 | Платина | 0,004 |
| Константан | 0,00002 | Ртуть | 0,0009 |
| Латунь | 0,001 | Свинец | 0,004 |
| Медь | 0,0043 | Серебро | 0,0036 |
| Манганин | 0,00003 | Сталь | 0,006 |
| Молибден | 0,0033 | Тантал | 0,0031 |
| Никель | 0,005 | Хром | 0,006 |
| Никелин | 0,0001 | Фехраль | 0,0002 |
| Нихром | 0,0001 | Цинк | 0,004 |
Сплавы (состав в %):
- Константан (58,8 Cu, 40 Ni, 1,2 Mn)
- Манганин (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
- Нейзильбер (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
- Никелин (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
- Нихром (67,5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1,5 Mn)
- Реонат (84Cu, 12Mn, 4 Zn)
- Фехраль (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)
Удельное сопротивление нихрома
Каждое тело, через которое пропускается электрический ток, автоматически оказывает ему определенное сопротивление. Свойство проводника противостоять электрическому току принято называть электрическим сопротивлением.
Рассмотрим электронную теорию данного явления. При движении по проводнику свободные электроны постоянно встречают на своем пути другие электроны и атомы. Взаимодействуя с ними, свободный электрон теряет часть своего заряда. Таким образом, электроны сталкиваются с сопротивлением со стороны материала проводника. Каждое тело имеет свою атомную структуру, которая оказывает электрическому току разное сопротивление. Единицей сопротивления принято считать Ом. Обозначается сопротивление материалов — R или r.
Чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через это тело. И наоборот: чем выше сопротивление, тем хуже тело проводит электрический ток.
Сопротивление каждого отдельно взятого проводника зависит от свойств материала, из которого он изготовлен. Для точной характеристики электрического сопротивления того или иного материала было введено понятие — удельное сопротивление (нихрома, алюминия ). Удельным считается сопротивление проводника длиной до 1 м, сечение которого — 1 кв. мм. Этот показатель обозначается буквой p. Каждый материал, использующийся в производстве проводника, обладает своим удельным сопротивлением. Для примера рассмотрим удельное сопротивление нихрома и фехрали (более 3 мм):
- Х15Н60 — 1.13 Ом*мм/м
- Х23Ю5Т — 1.39 Ом*мм/м
- Х20Н80 — 1.12 Ом*мм/м
- ХН70Ю — 1.30 Ом*мм/м
- ХН20ЮС — 1.02 Ом*мм/м
Удельное сопротивление нихрома, фехрали указывает на основную сферу их применения: изготовление аппаратов теплового действия, бытовых приборов и электронагревательных элементов промышленных печей.
Поскольку нихром и фехраль преимущественно используются в производстве нагревательных элементов, то самая распространенная продукция — нихромовая нить, лента, полоса Х15Н60 и Х20Н80, а также фехралевая проволока Х23Ю5Т.
Удельное сопротивление стали
Удельным сопротивлением металлов считается их способность к противодействию электрическому току, проходящему через них. Единицей измерения данной величины служит Ом*м (Ом-метр). В качестве символа используется греческая буква ρ (ро). Высокие показатели удельного сопротивления означают плохую проводимость электрического заряда тем или иным материалом.
Технические характеристики стали
Прежде чем подробно рассматривать удельное сопротивление стали, следует ознакомиться с ее основными физико-механическими свойствами. Благодаря своим качествам, этот материал получил широкое распространение в производственной сфере и других областях жизни и деятельности людей.
Сталь представляет собой сплав железа и углерода, содержащегося в количестве, не превышающем 1,7%. Кроме углерода, сталь содержит определенное количество примесей – кремния, марганца, серы и фосфора. По своим качествам она значительно лучше чугуна, легко поддается закаливанию, ковке, прокату и другим видам обработки. Все виды сталей отличаются высокой прочностью и пластичностью.
По своему назначению сталь подразделяется на конструкционную, инструментальную, а также с особыми физическими свойствами. В каждой из них содержится различное количество углерода, благодаря которому материал приобретает те или иные специфические качества, например, жаропрочность, жаростойкость, устойчивость к действию ржавчины и коррозии.
Особое место занимают электротехнические стали, выпускаемые в листовом формате и применяющиеся в производстве электротехнических изделий. Для получения этого материала производится легирование кремнием, способным улучшить его магнитные и электрические свойства.
Для того чтобы электротехническая сталь приобрела необходимые характеристики, необходимо соблюдение определенных требований и условий. Материал должен легко намагничиваться и перемагничиваться, то есть, обладать высокой магнитной проницаемостью. Такие стали имеют хорошую магнитную индукцию, а их перемагничивание осуществляется с минимальными потерями.
От соблюдения этих требований зависят габариты и масса магнитных сердечников и обмоток, а также коэффициент полезного действия трансформаторов и величина их рабочей температуры. На выполнение условий оказывают влияние многие факторы, в том числе и удельное сопротивление стали.
Удельное сопротивление и другие показатели
Величина удельного электрического сопротивления представляет собой отношение напряженности электрического поля в металле и плотности тока, протекающего в нем. Для практических расчетов используется формула: 
в которой ρ является удельным сопротивлением металла (Ом*м), Е – напряженностью электрического поля (В/м), а J – плотностью электротока в металле (А/м 2 ). При очень большой напряженности электрического поля и низкой плотности тока, удельное сопротивление металла будет высоким.
Существует еще одна величина, называемая удельной электропроводностью, обратная удельному сопротивлению, указывающая на степень проводимости электрического тока тем или иным материалом. Она определяется по формуле 
и выражается в единицах См/м – сименс на метр.
Удельное сопротивление тесно связано с электрическим сопротивлением. Однако они имеют различия между собой. В первом случае – это свойство материала, в том числе и стали, а во втором случае определяется свойство всего объекта. На качество резистора влияет сочетание нескольких факторов, прежде всего, формы и удельного сопротивления материала, из которого он изготовлен. Например, если для изготовления проволочного резистора использовалась тонкая и длинная проволока, то его сопротивление будет больше, чем у резистора, изготовленного из толстой и короткой проволоки одинакового металла.
В качестве другого примера можно привести резисторы из проволоки с одинаковым диаметром и длиной. Однако, если в одном из них материал имеет высокое удельное сопротивление, а в другом низкое, то соответственно в первом резисторе электрическое сопротивление будет выше, чем во втором.
Зная основные свойства материала, можно использовать удельное сопротивление стали для определения величины сопротивления стального проводника. Для вычислений, кроме удельного электрического сопротивления потребуется диаметр и длина самого провода. Расчеты выполняются по следующей формуле: 
, в которой R является сопротивлением проводника (Ом), ρ – удельным сопротивлением стали (Ом*м), L – соответствует длине провода, А – площади его поперечного сечения.
Существует зависимость удельного сопротивления стали и других металлов от температуры. В большинстве расчетов используется комнатная температура – 20 0 С. Все изменения под влиянием этого фактора учитываются с помощью температурного коэффициента.
Загрузка...
