Autoritativ sammenligning af 304 vs.. 304L vs.. 304N rustfrit stål

1. Indledning

Austenitisk rustfrit stål i 300-serien rang blandt de mest alsidige legeringer i moderne industri.

Især, Type 304 tjener som en arbejdshest, Afbalancering af korrosionsbestandighed, Formbarhed, og omkostninger.

Endnu, Anvendelser, der kræver omfattende svejsning eller forbedret styrke, har drevet udviklingen af ​​to derivater: lavt kulstof 304L og nitrogenstyrke 304N.

Følgelig, Ingeniører skal skelne mellem disse kvaliteter for at sikre pålidelighed og levetid i tjeneste.

Denne artikel leverer en original, Data-drevet analyse-Spanningssammensætning, Metallurgi, Mekanisk opførsel, Korrosionsydelse, Fremstilling, Varmebehandling, applikationer, og ækvivalenter - til at guide information om informeret materiale.

2. Kemisk sammensætning & Metallurgi

Element	304 (S30400)	304L (S30403)	304N (S30453)
Cr	18.0–20,0 vægt%	18.0–20,0 vægt%	18.0–20,0 vægt%
I	8.0–10,5 vægt%	8.0–12,0 vægt%	8.0–10,5 vægt%
C	≤ 0.08 WT%	≤ 0.03 WT%	≤ 0.04 WT%
N	≤ 0.10 WT%	≤ 0.10 WT%	0.10–0,16 vægt%
Mn	≤ 2.0 WT%	≤ 2.0 WT%	≤ 2.0 WT%
Og	≤ 1.0 WT%	≤ 0.75 WT%	≤ 1.0 WT%

For det første, Carbon driver styrke, men også sensibilisering.

Standard 304 tillader det 0.08 WT% c, som hæver udbyttestyrken til ≈ 215 MPA, Alligevel opmuntrer til kromkarbidudfældning i vinduet 450–850 ° C sensibilisering.

Derimod, 304L grænser C til 0.03 WT%, Reduktion af sensibiliseringsrisiko næsten til nul under typiske kølecyklusser.

Desuden, 304N introducerer 0,10–0,16 vægt% nitrogen, Kapitalisering af N's stærke solid -opløsningsstyrke og austenitstabilisering:

Nitrogen hæver udbyttet med op til 20% (til ≈ 260 MPA) og finjusterer kornstørrelse med ca. 10–15%, uden at gå på kompromis med sejhed.

Desuden, Nitrogen forbedrer pittingresistensen: hver 0.01 WT% N tilføjer omtrent 1 Træ (Pitting modstandsækvivalent nummer = CR + 3.3 Mo + 16 N).

Således, 304N's pren klatrer fra ≈ 18 i 304 til ≈ 20, Oversættelse til højere chloridgrænser, før pittingen starter.

3. Mekaniske egenskaber ved 304 vs.. 304L vs.. 304N

Ejendom	304	304L	304N
Udbyttestyrke (RP0.2)	~ 215 MPa	~ 205 MPa	~ 260 MPa
Trækstyrke (Rm)	505–735 MPa	485–680 MPa	530–760 MPa
Forlængelse (EN%)	≥ 40 %	≥ 45 %	≥ 35 %
Charpy V-notch @ –40 ° C	≥ 30 J	≥ 35 J	≥ 25 J
Arbejdshærdningseksponent (n)	0.25	0.28	0.22

Ved omgivelsestemperaturer, 304N overgår begge 304 og 304L i udbyttestyrke, På grund af nitrogen's gitter -distortringseffekt.

Derudover, 304Jeg opnår den højeste forlængelse (≥ 45 %), hvilket viser sig at være fordelagtigt i dybtgående og strækdannende operationer.

Overgang til påvirkningsadfærd, 304Jeg leverer en gennemsnitlig Charpy -sejhed af 40 J ved –40 ° C, der henviser til 304 og 304n rekord 35 J og 30 J, henholdsvis-underscoring 304Ls overlegne lavtemperatur-sejhed.

Når temperaturerne overstiger 200 ° C., Alle tre kvaliteter bevarer nogenlunde 80% af deres rumtemperatur-trækstyrke op til 400 ° C..

Imidlertid, 304N opretholder krybningsmodstand marginalt bedre - tilnærmelsesvis 15% lavere krybningshastighed i konstante belastningstest ved 300 ° C-takket være nitrogens undertrykkelse af korn-grænse glidning.

Endelig, Træthedstest i 10⁶ - 10⁷ Cyklusser afslører, at nitrogens tilstedeværelse i 304n øger den træthedsstyrkegrænse med omtrent 5%, Mens 304L matcher 304's baseline træthedsydelse.

4. Korrosionsmodstand

Miljø	304	304L	304N
Generel korrosion (Neutral pH)	Fremragende	Fremragende	Fremragende
Havvandspray (3.5 % NaCl)	Retfærdig (0.2 % grober)	Retfærdig (0.2 % grober)	God (0.3 % grober)
Pittingpotentiale (Epit, MV SCE)	+200	+220	+260
Intergranulær korrosion (HAZ)	Modtagelig	Modstandsdygtig	Modstandsdygtig
Chlorid SCC -tærskel	≤ 100 ° C.	≤ 120 ° C.	≤ 130 ° C.

I neutrale eller mildt sure medier, Alle tre kvaliteter udviser korrosionshastigheder nedenfor 0.1 mm/år.

Omvendt, i chloridrige miljøer, 304Ns forhøjede pren skubber sit kritiske pittingpotentiale (Epit) til +260 MV SCE,

sammenlignet med +200 MV til 304 og +220 MV for 304L - overslatende til lavere pit -densitet og forsinket indtræden.

Ligeledes, 304L og 304N eliminerer effektivt svejsningszone intergranulært angreb, der er fælles for 304, Tak til minimal carbidudfældning og nitrogens rolle i stabilisering af krom i opløsning.

Desuden, I accelererede SCC -tests (konstant belastning i 10 % NaCl ved ph 4),

Fejltider strækker sig fra 100 timer for 304 til 250 timer for 304L og 300 Timer til 304N - demonstrerer de håndgribelige fordele ved både lavt kulstofindhold og nitrogenlegering.

5. Fremstilling & Svejsbarhed

Formbarhed: Alle tre karakterer accepterer op til 50 % Tykkelse reduktion i koldrulling eller dyb tegning med minimal risiko for revner.

Ikke desto mindre, Springback øges lidt med nitrogentilsætning, kræver mindre værktøjskompensation for 304N.

Svejseknækningsfølsomhed: Standard 304 Kræver hurtig afkøling gennem 450–850 ° C sensibiliseringsområdet eller udglødning af efterfølgende løsning (1040 ° C × 15 min) For at forhindre intergranulær korrosion.

Derimod, 304L og 304N tolererer langsommere kølehastigheder - selv luftkøling - uden sensibilisering,

derved reducere forvrængning og eliminering af yderligere varmebehandlingstrin.

Bearbejdningsevne: I forhold til 304, 304L Maskiner med marginalt lavere skårekræfter (5–10% reduktion),

Mens 304ns højere styrke øger værktøjsslitage med ca. 10%.

I praksis, Machinister optimerer parametre - ved hjælp af coated carbidværktøjer og forhøjede kølevæsketryk - til at afbalancere materialefjernelseshastigheder og værktøjets levetid.

6. Varmebehandling og sensibiliseringskontrol

AISI anbefaler løsning af udglødningscyklusser som følger:

• 304 & 304L: 1 040 ° C ± 5 ° C., holde 15 min pr 25 mm tykkelse → vand slukker
• 304N: 1 060 ° C ± 5 ° C., holde 15 min pr 25 mm tykkelse → vand slukker

Vigtigt, Ingen af ​​disse kvaliteter gennemgår skadelige 475 ° C Embrittlement på grund af deres lave eller stabiliserede kulstofindhold.

Imidlertid, Langvarig eksponering mellem 350–550 ° C kan fremme Chi (x) eller Sigma (-en) Fasedannelse, Især i dårligt kontrollerede heats; derfor, Designere undgår statisk service i dette interval, når det er muligt.

7. Industriapplikationer af 304 vs.. 304L vs.. 304N rustfrit stål

I praksis, Lette variationer i kulstof- og nitrogenindhold oversættes til forskellige servicefordele.

Under, Vi undersøger, hvordan hver karakter finder sin niche - og hvordan data fra real -verdensinstallationer understreger deres præstation.

304: Generel mad, Drik & Arkitektoniske anvendelser

• Hvorfor 304 Udmærker sig: Med en afbalanceret kombination af korrosionsbestandighed, formbarhed og omkostninger (omkostningsindeks = 1.00), Type 304 Rummer moderat svejsning og dannelse uden specialudstyr.
• Typiske applikationer:

• • Kommercielt køkkenudstyr: Over 80% af U.S.. Restaurantklasse dræn, bordplader og udstødningshætter specificerer 304 for dets lette rengøring og 0.1 mm overfladefinish.
  • Arkitektonisk beklædning: I tempereret klima, Tyndmål 304 paneler (0.5–1,0 mm) Lever årtiers tjeneste - Field Surveys Show < 0.5 μm/år udvendig korrosionstab.
  • Madbehandlingstanke: Fartøjer op til 10 m³ brug 304 til blanding og opbevaring; Hygiejnisk interiør finish (Ra < 0.4 μm) forhindre bakterievækst.

304L: Svejsede trykfartøjer, Rør & Kemiske tanke

• Hvorfor 304L skinner: Dens lave kulstofkemi (≤ 0.03 WT% c) eliminerer praktisk talt sensibilisering,
  Gør det ideelt til store svejste samlinger, hvor varmebehandling efter svejsning viser sig upraktisk.

  

• Typiske applikationer:

• • Farmaceutisk & Biotech -rør: Over 60% af sanitære fittings i API-kompatible rene værelser anvender 304L,
    at sikre svejsningszoneintegritet under hyppig CIP (Clean-in-sted) cykler kl 90 ° C..
  • Trykfartøjer & Varmevekslere: Fartøjer op til 5 m i diameter Undgå intergranulær korrosion uden opløsning af udglødning, reduktion af fabrikationsomkostninger med op til 15%.
  • Opbevaringstanke til milde syrer: 304L tanke opbevaring 5 WT% eddikesyre ved 25 ° C Udstilling af korrosionshastigheder < 0.05 mm/år - 20% langsommere end type 304 Modparter.

304N: Kryogent udstyr, Deep-trækkomponenter & Koldarbejdede dele

• Hvorfor 304n hersker: Forhøjet nitrogen (0.10–0,16 vægt%) leverer groft 20% Styrke med højere udbytte (≈ 260 MPA) og forbedret pitting modstand (Træ ≈ 20),
  mens man opretholder sejhed ved temperaturer ned til –196 ° C.
• Typiske applikationer:

• • Kryogene ventiler & Fittings: I væske-nitrogen-service, 304N bevarer ≥ 80 J Charpy sejhed ved –196 ° C,
    versus ~ 60 J for 304L - Kritisk til forebyggelse af sprød brud.
  • Dybtegnet drikkevarer & Komponenter: Producenter rapporterer 10% tyndere vægge uden opdeling, Reduktion af materialeforbrug ved 5 g pr. dåse.
  • Havvandspumpehjul & Skærme: 304N's højere pren tolererer kontinuerlig 3.5 WT% NaCl -eksponering,
    skære reparationsintervaller fra 6 måneder (med 304L) til 18 måneder.

8. Ækvivalente karakterer

9. Nøgleforskelle mellem 304 vs.. 304L vs.. 304N

Karakteristisk	304 (S30400)	304L (S30403)	304N (S30453)
Max Carbon	0.08 WT%	0.03 WT%	0.04 WT%
Nitrogenindhold	≤ 0.10 WT%	≤ 0.10 WT%	0.10–0,16 vægt%
Udbyttestyrke	~ 215 MPA	~ 205 MPA	~ 260 MPA
Forlængelse	≥ 40 %	≥ 45 %	≥ 35 %
Træ	≈ 18	≈ 18	≈ 20
Sensibiliseringsrisiko	Højt - 450–850 ° C -vindue	Ubetydelig	Ubetydelig
Pitting tærskel (Cl⁻)	~ 0.2 WT%	~ 0.2 WT%	~ 0.3 WT%
Svejsezone udglødning	Krævet	Valgfri	Valgfri
Kryogen sejhed	~ 60 J @ –196 ° C	~ 70 J @ –196 ° C	~ 80 J @ –196 ° C
Relativ omkostningsindeks	1.00	1.05	1.08

10. Konklusioner

Rustfrit stål 304 vs.. 304L vs.. 304N adresserer hver specifikke metallurgiske udfordringer. Standard 304 leverer overkommelig styrke, men kræver omhyggelig svejseskontrol.

Grad 304L eliminerer praktisk talt sensibilisering, Gør det til svejste samlinger.

I mellemtiden, 304Ns nitrogenforøgelse hæver styrke og bøjningsmodstand - ideel for dyb tegning og mildt aggressive miljøer.

Ved at veje kulstof, nitrogen, Mekanisk ydeevne, og korrosionsdata, Ingeniører kan vælge den optimale 300-serie-legering til enhver applikation.

Langhe er det perfekte valg til dine produktionsbehov, hvis du har brug for høj kvalitet Rustfrit stål støbegods.

Kontakt os i dag!

 

FAQS

Hvorfor vælge 304n over 304 eller 304L?

304N tilføjer 0,10–0,16 vægt% nitrogen, øger udbyttestyrken med ~ 20 % (til ≈260 MPa), Raffinering af kornstørrelse,

og hævende pitting modstand (Træ ≈ 20 vs.. ≈ 18) For bedre ydeevne i chloridrige eller kryogene miljøer.

Skal jeg løsne anneal 304L efter svejsning?

I de fleste tilfælde, ingen. 304L's indhold med lavt kulstofindhold forhindrer sensibilisering under typiske kølehastigheder,

At gøre efterfølgende løsning af udglødning af udglødning snarere end obligatorisk.

Hvilken karakter giver den bedste formbarhed?

304L fører med ≥45 % Forlængelse, Ideel til dyb tegning og bøjning. Standard 304 og 304n følger med ≥40 % og ≥35 % Forlængelse, henholdsvis.

Kan jeg bruge 304N til kryogene applikationer?

Ja. 304N bevarer overlegen sejhed (≈ 80 J Charpy V-notch ved –196 ° C) sammenlignet med 304L (≈ 70 J) og 304 (≈ 60 J), Gør det velegnet til væske-gas-service.

Hvordan sammenlignes omkostningerne mellem 304, 304L og 304n?

I forhold til basispris 304 (omkostningsindeks = 1.00), 304L bærer typisk en 5 % præmie (1.05) Til kontrol med lavt kulstof, og 304n om en 8 % præmie (1.08) Til nitrogenlegering.