Сталь AISI 321: характеристики марки, расшифровка, состав и аналоги

AISI 321 – это хромоникелевая высоколегированная аустенитная нержавеющая сталь с добавкой титана. Она близка по составу к «классической» 304-й (примерно 17–19% Cr, 9–12% Ni, ≤0,08% C), однако содержит около 0,3–0,8% титана. Добавление титана стабилизирует металл и предотвращает образование карбидов хрома при нагреве, что обеспечивает высокую стойкость к межкристаллитной коррозии после сварки. Благодаря этому AISI 321 сохраняет прочностные характеристики при более высоких температурах – до +600…+800 °C в длительной эксплуатации. 

 По сравнению со сталью 316 (содержащей молибден) и 304, марка 321 оптимальна именно для жаропрочных применений с частыми сварными соединениями, где критична стабильность структуры под нагрузкой и теплом.

Расшифровка марки и стандарты

В обозначении AISI 321 цифры имеют следующее значение: 

• Первая «3» указывает на серию аустенитных нержавеющих сталей
• «2» – на группу с содержанием 16–26% Cr и до 35% Ni
• «1» – на низкоуглеродную подгруппу (С≤0,15%)

Российское обозначение 08Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72) буквально повторяет состав: «08» ≈ 0,08% C, «18» ≈ 18% Cr, «10» ≈ 10% Ni, а буква «Т» указывает на присутствие титана. 

 Вариант с повышенным углеродом называется AISI 321H (часто совпадает с 12Х18Н10Т, С≈0,1–0,12%). 

 По международным стандартам AISI 321 соответствует европейской стали EN 1.4541 (немецкое обозначение X6CrNiTi18-10), а также японской SUS 321 и американской UNS S32100. Например, в Америке AISI 321 регламентируется в ASTM A240 (плиты и листы), а в России ей соответствует ГОСТ 5632-72 (08Х18Н10Т).

Химический состав

Типичный состав AISI 321 (и её аналога 08Х18Н10Т) приведён ниже: 

• C≤0,08%
• Mn≤2%
• Si≤1%
• P≤0,045%
• S≤0,03%
• Cr 17–19%
• Ni 9–12%
• Ti ≈0,3–0,7% 
• Остальное – Fe

Основные легирующие элементы придают стали следующие свойства:

• Хром (17–19%) – основной «нержавейщик»: образует на поверхности металла пассивную плёнку оксида, придавая стали высокую коррозионную стойкость в широком диапазоне сред.
• Никель (9–12%) – стабилизирует аустенитную (γ-) структуру, повышает пластичность и ударную вязкость. Также повышает стойкость к межкристаллитной коррозии совместно с Cr.
• Титан (~0,5%) – связывает углерод и предотвращает образование карбидов хрома в интервале ~450–800 °C. Благодаря Ti сталь 321 устойчива к сенсибилизации при сварке, что практически исключает межкристаллитную коррозию шва.
• Углерод (≤0,08%) – очень низкий уровень углерода снижает склонность к карбидообразованию и улучшает свариваемость. С низким С сталь легче обрабатывается сваркой, а швы получаются прочнее.
• Марганец, кремний (до ~2% и 1%) служат раскислителями и небольшими легирующими добавками, повышая прочность и износостойкость сплава.

Таким образом, химический состав AISI 321 обеспечивает сочетание высокой коррозионной стойкости (благодаря Cr, Ni) и жаропрочности (Ti), при этом металл остаётся пластичным и свариваемым.

Механические и физические свойства

AISI 321 обладает типичными для 300-й серии аустенитов характеристиками прочности. Предел текучести σ0,2 обычно около 195–205 МПа, временное сопротивление σв – ≈500–520 МПа, относительное удлинение (A₅) – около 40%. Твёрдость сплава находится в пределах ~160–220 HB (в зависимости от способа прокатки и обработки). Модуль упругости – ~193–200 ГПа. 

 Эти параметры схожи с AISI 304, за исключением того, что 321 чаще имеет чуть более высокие пределы прочности в горячекатаном состоянии. В целом сталь 321 достаточно пластична: короткий пруток Ø8 мм можно согнуть вручную. Однако при высоком усилии формования металл упрочняется (как и другие аустенитные стали). Термическая обработка для этой марки проводится редко – для раскалённых мартеновских аустенитов AISI 321 необходим нагрев до ~1050 °C, после чего прокат охлаждают воздухом или водой.

Жаростойкость и коррозионная стойкость

AISI 321 характеризуется высокой устойчивостью к температурам. Так, она может эксплуатироваться до +600…+800 °C без утраты свойств. Титан в сплаве позволяет выдерживать длительную работу в зоне 427–816 °C. На поверхности металла не образуется окалина вплоть до ~+950 °C. После охлаждения до −196 °C структура остаётся аустенитной, то есть холодостойкость у 321-й высока.

  Коррозионная стойкость AISI 321 в нейтральных и слабо-агрессивных средах сопоставима с AISI 304: сталь устойчива к атмосферной коррозии, питтингу пресной воды, слабо-агрессивным кислотам (до ≈+70 °C). При этом за счёт стабилизации титана отсутствует типичная «сенсибилизация»: сталь не теряет Cr на границах зерен при сварке и не подвержена межкристаллитной коррозии даже после нагрева. Этот эффект позволяет использовать 321-ю в агрессивных средах, где 304-я быстро разрушается после термообработки. 

  Вместе с тем в очень сильно окисляющих средах (концентрированные HNO₃, H₂SO₄ и др.) AISI 321 уступает специализированным «никель-суперсплавам» и может корродировать. Для таких случаев обычно выбирают другие марки. Как отмечалось, существенным недостатком 321-й является ограниченное применение в строго окисляющих условиях.

Технологические свойства

По обрабатываемости и свариваемости AISI 321 близка к марке 304. Свариваемость у неё высокая: низкое содержание углерода позволяет использовать большинство методов сварки (дуговая, TIG, плазменная и т.д.) без специального подогрева кромок. 

 Для получения жаропрочных сварных швов на AISI 321 рекомендуется применять электроды серии 347, которые дают хорошие характеристики ползучести при температурах свыше +400 °C. После сварки обычно не требуется дополнительного отпуска. 

 Обрабатываемость резанием у 321-й тоже высокая: сталь достаточно мягкая, хорошо режется, сверлится, фрезеруется и шлифуется. Из-за аустенитной структуры сплав легко формуется – его можно гнуть, вытягивать, прессовать (хотя при этом металл упрочняется, как и другие аустениты). 

 В целом технологические свойства AISI 321 делают её удобной в производстве сложных конструкций из нержавеющего проката.

Сравнение и аналоги

А теперь расскажем о том, какие марки можно считать аналогами AISI 321.

Российские аналоги (ГОСТ)

В отечественной системе AISI 321 обычно отождествляют со сталью 08Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72). Эта марка практически эквивалентна по составу и свойствам. Вариант с более высоким содержанием углерода (аналог AISI 321H) соответствует 12Х18Н10Т, у которой маркировка «12» означает С≈0,08–0,15%. Оба аналога стабилизированы титаном и дают сравнимую коррозионную стойкость. По другим характеристикам 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т очень близки: разница в основном в допустимых пределах C и небольшом отличии в механических свойствах при высоких температурах.

Зарубежные аналоги

Европейский эквивалент — сталь EN 1.4541 (часто обозначаемая как X6CrNiTi18-10 по DIN). Также в Европе нередко используется аналог AISI 321H (EN 1.4878, X8CrNiTi18-10) с чуть более высоким углеродом. Из немецких марок популярен X10CrNiTi18-9 – он близок к 321 по составу и тоже стабилизирован титановым легированием. В Японии аналогом считается SUS 321 (JIS), в США – UNS S32100. Практически те же марки применяются и в Китае. Таким образом, зарубежные аналоги AISI 321 – это сплавы с маркировками SUS 321, 1.4541/321H, X6/X10CrNiTi18‑10 и т.д., соответствующие стандартам AISI/ASTM, EN, JIS.

Области применения

Благодаря сочетанию жаропрочности и коррозионной стойкости, сталь AISI 321 широко используется в различных отраслях:

• Энергетика и теплоэнергетика
  Из неё изготавливают трубы и аппаратуру котлов, теплообменники, паропроводы и печную арматуру – во всех случаях требуется эксплуатация при температурах до +600…+800 °C. Высокая жаростойкость 321-й позволяет даже при длительном нагреве не менять структуру, в отличие от незакалённых сталей.
• Нефтехимия и химическая промышленность
  Марка востребована для реакторов, трубопроводов, теплообменников и сосудов, работающих в агрессивных средах при повышенных температурах. В этих условиях AISI 321 устойчива к карбидной коррозии и хорошо переносит сернистую среду (например, в установках сульфатирования).
• Пищевая и фармацевтическая индустрия
  Благодаря «медицинской» чистоте (никаких магнитных фаз, высокий Ni/Cr, отсутствие токсичных легирующих компонентов) она применяется для оборудования по хранению и переработке пищевых и фармацевтических продуктов. Из AISI 321 делают ёмкости, реакторы, трубопроводы пищевых заводов и фармпроизводств, где важны гигиеничность и неактивность металла.
• Моторостроение и авиация
  В автомобилях и самолётах сталь 321 используют в выхлопных системах и элементах двигателей, рассчитанных на высокие температуры. Благодаря жаропрочности и хорошей свариваемости она подходит, например, для коллектора выпуска, сопел, теплоизоляционных кожухов и прочих узлов, где температура и агрессивность газов выше, чем может выдержать 304-я сталь.
• Строительство и архитектура
  AISI 321 нередко служит в фасадной архитектуре и наружном оформлении зданий (перила, уличные конструкции, нержавеющая фурнитура). Здесь важна коррозионная стойкость на открытом воздухе и длительный срок службы без перекрашивания. Кроме того, из листов AISI 321 создают интерьеры и декоративные элементы, где ценится зеркальная поверхность и инертность сплава.

Отметим, что марку 321 выбирают там, где обычная AISI 304 оказывается недостаточной: например, при длительной работе в условиях +500…+800 °C или для больших сварных конструкций. В таких случаях AISI 321 благодаря титановой стабилизации служит гораздо дольше и сохраняет надёжность. Для условий сильного хлоридного воздействия предпочитают AISI 316, а для максимальной жаропрочности (выше +800 °C) – специальные жаростойкие стали (например, 309, 310).

Нержавеющая сталь AISI 321 представляет собой универсальный аустенитный сплав с отличной жаропрочностью и устойчивостью к межкристаллитной коррозии. Её преимущества – сочетание высокой прочности и коррозионной стойкости при нагреве, хорошая свариваемость и пластичность. 

Особенно выгодна эта марка в ответственных конструкциях, где после сварки нельзя допустить снижения стойкости, а также при постоянной работе при температурах до +800 °C. Ключевые плюсы AISI 321 – долговечность, стабильность структуры и надёжность в агрессивных высокотемпературных условиях. Благодаря этим качествам она остаётся оптимальным выбором, когда требуется «антикоррозионная» нержавейка с повышенной жаропрочностью.

В каталоге на сайте СПб Металл вы можете ознакомиться с ассортиментом стали и сплавов разных марок, в том числе и AISI 321. Наша продукция применяется для самых ответственных задач, где важны высокая прочность, износостойкость и другие характеристики. Если вам потребуется консультация, вы всегда можете обратиться к нашим специалистам по телефону или с помощью форм обратной связи на сайте.