Аустенитные нержавеющие стали: Страница не найдена

alexxlab | 09.07.1999 | 0 | Разное

Содержание

Нержавеющие стали | Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов

Страница 29 из 39

Аустенитные нержавеющие стали успешно применяются в качестве материала оболочек твэлов и других деталей тепловыделяющих сборок в исследовательских и энергетических реакторах, охлаждаемых водой высоких параметров. Широко распространенные аустенитные хромоникелевые стали типа отечественных марок 08Х18Н10 и 08Х18Н0Т (ГОСТ 5632—72) и марок 304 и 347 (США) обладают важными преимуществами перед цирконием, алюминием и их сплавами: высокой жаропрочностью и жаростойкостью вплоть до 600 °С, хорошей коррозионной стойкостью в воде вплоть до кри-
тических параметров и перегретом паре высокого давления до 600 °С, хорошей свариваемостью. Стали этих марок успешно применяются в качестве оболочек дисперсионных твэлов в исследовательских и энергетических ядерных реакторах.
В табл. 8.13 и 8.14 приведены химический состав и механические свойства некоторых термически обработанных сплавов на основе железа, применяемых или перспективных в качестве материалов для оболочек твэлов и других деталей тепловыделяющих сборок.

Стали марок 12Х18Н9, 08Х18Н10 и 04Х18Н10 (ГОСТ 5632—72) различаются по содержанию углерода, который очень сильно влияет на их стойкость к межкристаллитной коррозии.
Основной способ предупреждения этого опасного вида разрушения — максимально возможное снижение содержания углерода (<0,03%), а также связывание углерода в прочные карбиды титана или ниобия. Стали с малым содержанием углерода (<0,03%) можно подвергать кратковременному нагреву в зоне опасных температур (при сварке и других технологических операциях), после этого они не нуждаются в термической обработке. Структура этих сталей зависит от содержания углерода, хрома и никеля и скоростей охлаждения. Углерод, входящий в состав хромоникелевых сталей, может находиться в твердом растворе в виде фаз внедрения (в составе карбидов и карбонитридов различной степени дисперсности). При холодной обработке давлением аустенит хромоникелевой стали типа 18-8 испытывает превращение у-*0» и сталь становится магнитной. Нагрев Сг—Ni-стали при температурах 500—850 °С вызывает распад твердого раствора с образованием карбидов (преимущественно Сг2зСб), если содержание углерода в стали выше предела его растворимости.

Таблица 8.13. Химический состав и механические свойства некоторых марок (в скобках — старый ГОСТ 5632—61) аустенитной стали на основе железа в соответствии с ГОСТ 5632—72

 


Сталь, закаленная на аустенит при повышенных температурах и обладающая крупнозернистой структурой, при кратковременных и длительных испытаниях обнаруживает более высокую жаропрочность, но меньшую пластичность. Длительная прочность стали 18-8 значительно выше, чем сталей ферритного класса.
Широкое применение в реакторостроении получили только хромоникелевые стали типа 18-8, в том числе с титаном и ниобием, различающиеся по содержанию углерода, никеля и по отношению титана к углероду. Титан наряду с Al, V, Cr, Si, Мо относится к сильным ферритообразующим элементам. Во избежание появления а-фазы химическим анализом контролируется содержание феррито-и аустенитообразующих элементов в сплаве. При деформациях в двухфазной стали могут образоваться надрывы по границам ферритных и аустенитных зерен вследствие того, что предел прочности аустенитной составляющей в области высоких температур выше, чем ферритной составляющей.

Присадка молибдена к хромоникелевым сталям повышает механические свойства при высоких температурах и коррозионную стойкость в некоторых агрессивных средах.
Введение титана или ниобия снижает склонность стали к межкристаллитной коррозии после нагрева в опасном интервале температур. Длительный нагрев (до 9000 ч) при 650 и 750 °С не вызывает больших изменений механических свойств. По сравнению с нестабилизированными сталями типа 18-8 стали с титаном и ниобием имеют более высокие жаропрочные свойства. Они сочетают достаточно длительную прочность с повышенной пластичностью. Сварные образцы не обнаруживают склонности к межкристаллитной коррозии и охрупчиванию после длительных выдержек.
На рис. 8.10 приведены кривые изменения механических характеристик стали Х18Н10Т в зависимости от температуры испытания. После испытания на длительную прочность относительное удлинение образцов стали Х18Н10Т уменьшалось с увеличением длительности испытания, но и после 15 000 ч испытаний оно было порядка 3-6 %.

Таблица 8.14. Химический состав и механические свойства некоторых зарубежных марок стали на основе железа

Во Франции для оболочек твэлов разработан сплав с высоким содержанием алюминия (Fe—40 % А1). Этот сплав обладает двумя важными положительными свойствами: эффективное сечение его вдвое меньше сечения аустенитной стали типа 18-8 и он коррозионно-стоек в паре при 500 °С, так как образует прочный окисный слой. Однако этот сплав имеет существенные недостатки: он в сильной степени чувствителен к термическим напряжениям и нетехнологичен. Сплав получают вакуумной переплавкой чистых железа и алюминия с применением присадок, удаляющих следы остаточных примесей. Этот сплав имеет упорядоченную ферритную структуру. Удлинение при разрыве при 20 °С составляет 8—11 %, с повышением температуры удлинение растет и при 800 °С достигает 100 %; предел текучести при 20—550 °С равен 300 МПа; сопротивление ползучести при 650—700 °С соответствует примерно 100 МПа. Сплав сохраняет ферритную структуру вплоть до температуры плавления, что облегчает процесс сварки; в то же время это способствует сильному росту зерен.

Механические свойства отожженной вестингаузской стали (сплав 16-20) с низким содержанием углерода и других примесей в зависимости от температуры приведены на рис. 8.11, а длительная прочность при 649 °С — на рис. 8.12.

Рис. 8.12. Длительная прочность отожженных образцов из сплава 16-20 при 649 °С

Рис. 8.11. Механические свойства при растяжении отожженных образцов из вестингаузской стали (сплава 16-20) в зависимости от температуры:
1 — предел прочности; 2 — предел текучести

Рис. 8.10. Изменение механических свойств стали Х18Н10Т в зависимости от температуры испытания

Рис. 8.13. Зависимость теплопроводности от температуры для хромоникелевых сталей с 18—20% Сг, 8—9% Ni, с присадками углерода и титана. Сталь содержит:
1 – 0,07 % с и 0,34 о/о Ti; 2-0,07 % С; 3-0,11 % С; 4-0,24 % С; 5 – сталь отожжена при 740 °С; 6 — закалка в воде при 1100 °С
Вестингаузская сталь, обладающая повышенной коррозионной стойкостью, выбрана в качестве материала оболочки для твэлов реактора SCOTT-R. В отожженном состоянии структура стали состоит из равноосных зерен аустенита, часть из них содержит двойники, образовавшиеся в результате отжига. Вследствие высокого содержания никеля феррит в сплаве отсутствует.
При выборе конструкционного материала для твэлов большое значение имеют теплопроводность и ее изменение в зависимости от состава стали и температуры, а также формоизменение стали вследствие циклического нагрева. На рис. 8.13 показана температурная зависимость теплопроводности хромоникелевых сталей с различным содержанием углерода и титана.

Рис. 8.14. Изменение длины (А/) пластин из нержавеющей стали Х18Н10Т в зависимости от числа циклов n в интервале температур 15-800 °С
Л. Л. Бочвар и сотр. исследовали формоизменение пластин стали Х18Н10Т в условиях действия циклических нагревов в интервале температур 15—800 °С (рис. 8.14).
Сталь типа 18-8 с содержанием 0,42% Ti и 0,05% С испытывали на ползучесть при 593 и 704 °С в условиях действия циклических нагревов (±28 °С) при напряжениях 89 и 103 МПа.8—10 с низким содержанием кислорода при температурах 260—316 °С аустенитные нержавеющие стали корродируют равномерно с незначительной скоростью—меньше 0,0013 мм/год. В нейтральной воде коррозия нержавеющей стали приводит к образованию прочно связанной с металлом тонкой пленки и свободных продуктов коррозии — магнетита (Fe304) и окислов хрома и никеля. При высоких значениях pH количество продуктов коррозии, находящихся во взвешенном состоянии, значительно уменьшается, а пленка продуктов коррозии становится толще.
Изучено образование окисных пленок на аустенитных сталях в паре, полученном из котла обычной тепловой энергетической станции, при температурах 565—815 °С и давлении 14 МПа. Толщина пленок, образовавшихся в потоке пара со скоростью 0,3—0,6 м/с, приведена в табл. 8.15.
Толщина и структура пленок, образовавшихся на аустенитных сталях, сильно менялись в зависимости от состава сплава и не обнаруживали четкой взаимосвязи с температурой и временем испытания. Как видно из табл. 8.15, толщина пленок при 649 и 732 °С заметно не различалась.
Коррозионную стойкость нержавеющих сталей некоторых марок изучали в дегазированном паре закритических параметров (температура 427—732 °С, давление 35 МПа). Сталь 347 корродировала при 732°С с постоянной скоростью; глубина проникновения составила менее 0,08 мм/год. На стали 347 были обнаружены глубокие раковины. В различных сплавах после выдержки в течение 132 сут под слоем продуктов коррозии образовалась обезуглероженная зона толщиной до 25 мкм.
Скорость общей коррозии нержавеющей стали типа Х18Н10Т при температурах до 600 °С и давлении до 35 МПа не превышает 5—10 мкм/год.

Таблица 8.15. Средняя толщина пленок на аустенитных сталях

Многочисленными исследованиями доказано, что при прочих равных условиях часто наблюдающиеся пластические и упругие деформации в металлах и сплавах увеличивают скорость коррозии. При этом наблюдавшаяся до деформации металла общая коррозия переходит нередко в межкристаллитную, а в случаях, когда металл подвергается равномерной деформации, одновременно усиливается и общая коррозия. Напряженное состояние металла, даже не переходящее предела упругости, может действовать в том же направлении. Однако наибольшую опасность развития коррозии создает концентрация напряжений на отдельных участках конструкции твэла или тепловыделяющей сборки.

Аустенитные нержавеющие стали весьма коррозионно-стойки при высоких температурах в чистой воде, но даже при незначительном содержании хлоридов в воде и возможности их концентрирования сталь может растрескаться под действием растягивающих напряжений.
Для оболочек твэлов характерна работа в условиях агрессивной среды и напряжения. Изнутри оболочка растягивается вследствие распухания ядерного топлива под действием газообразных и твердых осколков деления, а снаружи она подвергается воздействию коррозионной среды. Одновременное воздействие коррозионной среды и растягивающих напряжений в металле может вызвать коррозионное растрескивание.
Стойкость нержавеющих сталей 348 и 304 в твэлах с толщиной стенки оболочки 1 мм в энергетическом реакторе «Янки» с водой под давлением получила положительную оценку. В дальнейшем в целях экономии нейтронов успешно использовалась холоднообработанная нержавеющая сталь 304 для оболочек толщиной 0,375 мм.
Опыт работы твэлов в Вальеситосском кипящем растворе (VBWR) при температуре около 300 °С и давлении 7—10,5 МПа с максимальным выгоранием от 4500 до 15 000 МВт-сут/т (максимальная мощность 100 кВт/л) показал, что нержавеющая сталь 304 восприимчива в этих условиях к растрескиванию под напряжением. Разрушение носило межкристаллитиый характер. Расположение трещин зависело от исходного состояния материала оболочки: в наклепанной оболочке образовывались преимущественно продольные трещины, а в отожженной— чаще всего круговые; предположительно разрушение оболочек связано с возникновением межкристаллитной коррозии под напряжением, причем срок службы оболочки, по-видимому, определяется значением действующего напряжения.
Поведение аустенитных сталей под облучением характеризуется радиационным упрочнением, высокотемпературным охрупчиванием, уменьшением пластичности и ударной вязкости.
В табл. 8.16 даны механические свойства нержавеющих аустенитных сталей Х18Н10Т и 347 до и после облучения. Из таблицы видно, что значительное изменение свойств сталей наблюдается при флюенсах в пределах 10+21–1023 нейтр/м2. Изменение предела текучести закаленной и отожженной стали в зависимости от флюенса нейтронов гораздо больше, чем изменение предела прочности. Необлученная аустенитная сталь при деформации растяжением упрочняется более чем в 2 раза, тогда как та же сталь, облученная флюенсом 1024 нейтр/м2, упрочняется только на 15—20%.
Т а б л и ц а 8.16. Испытание сталей при 20 С.
Температура облучения 100 °С

Влияние облучения на аустенитные стали при температурах выше 350 °С уменьшается вследствие частичного отжига радиационных дефектов. Поэтому механические свойства стали Х18Н10Т, облученной при 450—500 °С, изменяются меньше, чем той же стали, облученной при 220—255 °С (табл. 8.17).
Таблица 8.17. Механические свойства стали Х18Н10Т при комнатной температуре

Результаты испытаний стали 304 непосредственно в реакторе показали, что длительная прочность этой стали снижается примерно на 15% (наибольший флюенс 1024 нейтр/м2), а время до разрушения при постоянном напряжении уменьшается в 3 раза.
Рис. 8.15. Зависимость прочности (а), предела текучести (б) и пластичности   (в)       стали
0Х16Н15МЗБ от температуры:
О   — сталь необлученная; Д, X и □ — сталь, облученная при 100 °С флюенсом нейтронов 4 • 1024, 4 • 1025, 1 • 10+26 нейтр/м2 соответственно; М — сталь, облученная при 700 °С флюенсом нейтронов 2 • 1024 нейтр/м2

Рис. 8.16. Кривые ползучести стали ‘0Х16Н15МЗБ при напряжении 250 МПа:
1 — после облучения флюенсом нейтронов 9 • 1024 нейтр/м2, 70 °С; 2 — до облучения

В последнее время в СССР в качестве конструкционного материала в реакторах начали широко использовать аустенитную сталь марки 0Х16Н15МЗБ. Механические свойства этой стали в необлученном и облученном состояниях при температурах 100 и 700 °С проиллюстрированы на рис. 8.15, а на рис. 8.16 приведены кривые ползучести при напряжении 250 МПа.
Кроме радиационного упрочнения имеет место высокотемпературное охрупчивание, которое характеризуется, во-первых, снижением напряжения разрушения и деформации в момент разрушения при испытании на длительную прочность и, во-вторых, уменьшением пластичности материала при кратковременном испытании облученных образцов на растяжение в области температур выше 600 °С. Облученные образцы полностью не восстанавливают своих свойств под действием отжига даже при температурах выше 1100 °С.
Кроме ускорения диффузионных процессов, вызываемых облучением, и выделения примесей по границам зерен и блоков субструктуры, приводящих к охрупчиванию стали, следует учитывать также трансмутационный эффект облучения.
К появлению газовой фазы в стали приводят две ядерные реакции:

При облучении высокими нейтронными потоками газовые осколки деления, диффундирующие к границам зерен материала оболочек твэла, могут образовать газовые полости, пузыри и т. п. и вызвать охрупчивание. При содержании примеси бора порядка Ю“3% этот механизм действует только при условии, если бор концентрируется в отдельных местах. Радиографическим методом исследования стали с содержанием 2,6 -10~3 В в сварных швах обнаружены обогащенные бором участки по границам аустенитных зерен.
В термодинамически неустойчивом аустените под облучением незначительно растет содержание феррита в зависимости от нейтронного потока и деформации (до облучения). Рост, по-видимому, происходит за счет существующего феррита, а не за счет образования новых зародышей. Этот результат объясняется действием пиков смещения на границах феррит — аустенит.
Изучено влияние размера зерен на радиационное охрупчивание нержавеющей стали при повышенных температурах. Пластичность облученных материалов можно значительно увеличить, уменьшив размер зерна. Нержавеющая сталь, имеющая размер зерен 0,0112—0,0224 мм, по крайней мере в 2 раза пластичнее материала с размером зерна 0,127 мм. Это может быть обусловлено более низкой концентрацией гелия, образующегося по границам зерен по ядерной реакции с 10В. Если предположить, что весь бор сегрегируется на границах зерен, то концентрация гелия в мелкозернистом материале (0,012 мм) приблизительно составит 10% его концентрации в материале с более крупным размером зерна (0,12 мм). Таким образом, пластичность облученных мелкозернистых сталей намного выше, чем крупнозернистых, вследствие более низкой концентрации гелия по границам зерен.
Под действием растягивающего напряжения высокотемпературное охрупчивание многих сплавов во время облучения происходит в результате роста маленьких пузырьков гелия (образующихся при превращении 10В), лежащих на границах зерен. Даже при такой низкой концентрации атомов гелия, как ~10_9%, может наблюдаться подобный эффект. Опасного влияния пузырьков гелия можно избежать при условии, если металл всегда будет работать при
напряжениях ниже критических, а также если радиус пузырьков сохраняется малым, а энергия поверхностного натяжения — большой. Уменьшая содержание бора н размер зерен, можно ограничить снижение пластичности и сделать материал пригодным для работы при всех флюенсах.
Влияние гелия на свойства стали может быть неодинаковым в реакторах различных типов. Источники и скорость образования гелия зависят от спектра нейтронного потока. В реакторах на тепловых нейтронах гелий образуется быстрее (за счет выгорания примеси бора), чем в реакторах на быстрых нейтронах (где он образуется в результате постепенного выгорания железа, никеля, хрома и примеси азота в стали). Спектр нейтронного потока реактора влияет также и на местонахождение образующегося гелия. Образование гелия в результате реакции быстрых нейтронов с компонентами стали происходит во всем ее объеме и будет влиять на пластичность при высоких температурах лишь после того, как гелий продиффундирует к границам зерен. В противоположность этому гелий, образующийся за счет реакции бора на тепловых и надтепловых нейтронах, сразу располагается на границах зерен, в местах концентрации бора. Основными факторами, определяющими охрупчивание материалов в отсутствие облучения, является температура, скорость деформации и форма деталей. Длительные испытания сталей при повышенных температурах (>450 °С) показали, что деформация при разрушении с увеличением времени снижается до уровня, измеряемого процентами, а иногда долями процента. Следовательно, скорость деформации становится доминирующим фактором при длительном сроке работы материалов.
Из рассмотренных данных видно, что твэлы с оболочкой из аустенитных нержавеющих сталей наиболее широко используются в реакторах с водой под давлением и кипящих реакторах, где они зарекомендовали себя как достаточно надежные. Наибольшую опасность для них в этих условиях представляет охрупчивание стали под напряжением.
Опасность коррозионного растрескивания стальных оболочек твэлов может быть существенно уменьшена такими мерами, как выбор более стойких к растрескиванию сталей, конструктивное и технологическое снижение уровня растягивающих напряжений на оболочке; повышение чистоты теплоносителя по опасным примесям, например по хлор-иону и кислороду, и т. д.
Подводя итог, следует сказать, что при правильном выборе марки стали и технологии изготовления из нее оболочек, а также рациональном выборе конструкции твэла и режима эксплуатации аустенитные нержавеющие стали являются надежным материалом для оболочек твэлов водоохлаждаемых реакторов.

Хромоникелевые нестабилизированные аустенитные нержавеющие стали для высокотемпературного оборудования атомных энергетических установок с жидкометаллическим натриевым теплоносителем 10Х18Н9 (09Х18Н9), 08Х16Н11М3 (температура эксплуатации до 600 °С).

 

Отрасли применения:

 

  • Атомная энергетика.

 

Назначение:

 

Стали предназначаются для корпусных и внутрикорпусных конструкций, трубопроводов реакторных установок на быстрых нейтронах, работающих в контакте с натриевым теплоносителем.

 

 

 

Схема реактора БН-1200

 

 

Описание:

 

Стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9), 08Х16Н11М3 обладают повышенным сопротивлением локальному разрушению в околошовной зоне. Допускается их применение без термической обработки после сварки в толщинах более 10 мм при температуре эксплуатации 500 и 560 °С, соответственно. Материалы характеризуются стабильностью механических свойств и в соответствии с ПНАЭ Г-7-008-89 допускаются к применению при температурах до 600°С

 

Таблица – Гарантируемые механические свойства стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9), 08Х16Н11М3, (не менее).

Марка

Температура,

°С

Временное сопротивление, МПа

Предел текучести, МПа

10Х18Н9 (09Х18Н9)

20

491

196

500

343

118

600

294

108

08Х16Н11М3

20

510

206

500

373

128

600

343

118

 

Качество полуфабрикатов обеспечивается применением специальной технологии выплавки, разливки, ковки, прокатки, термической обработки, а также комплексной системой контроля качества в процессе производства с проведением авторского надзора. Стали хорошо сваривается. Сварочные материалы: – для автоматической сварки под флюсом – проволока Св-04Х17Н10М2, Св02Х17Н10М2-ВИ, флюс ОФ-6; – для ручной дуговой сварки – электроды А-1, А-1Т, ЭА-115/51Р. Виды продукции: Полуфабрикаты – лист, прутки, трубная заготовка, трубы, трубы шестигранные, поковки.

 

 

 

Преимущества:

 

Усовершенствованные теплоустойчивые радиационно-стойкие стали марок 15Х2МФА-А мод. А и 15Х2МФА-А мод. Б обладают конкурентными преимуществами:

 

  • Обеспечение категории прочности КП45 в крупногабаритных заготовках с толщиной стенки под термическую обработку до 660 мм при исходном значении критической температуры хрупкости Тк0 не выше минус 35°С.
  • Высокое сопротивление радиационному и тепловому охрупчиванию в процессе эксплуатации, обеспечивающее проектный ресурс КР не менее 60-80 лет с возможностью его пролонгации.
  • Обеспечение стабильности рабочих характеристик в течение длительного срока эксплуатации.
  • Превосходит отечественные и зарубежные аналоги при сопоставлении значений рабочих характеристик.

 

Сравнение с аналогами

 

Стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9) и 08Х16Н11М3 являются российским аналогами стали марок 304 и 316 (стандарт ASTM), соответственно.

 

 

 

 

Эффект от внедрения

 

Применение стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9) и 08Х16Н11М3 при изготовлении реакторного оборудования имеет технический эффект, так как позволяет увеличить ресурс работы изделия, обеспечить выполнение требований Конвенций по охране окружающей среды, уменьшить материалоемкость конструкций.

 

 

Правовая защита

 

Разработанные стали защищены авторскими свидетельствами.

 

 

Предложения по сотрудничеству:

 

  • Передача на договорной основе технической и технологической документации на выплавку, ковку, прокатку, предварительную и окончательную термообработку, сварку стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9) и 08Х16Н11М3.
  • Материаловедческое сопровождение изготовления деформированных полуфабрикатов (листов, прутков, трубных заготовок, труб, труб шестигранных, поковок) из стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9) и 08Х16Н11М3.
  • Материаловедческое сопровождение изготовления конструкции из стали марок 10Х18Н9 (09Х18Н9) и 08Х16Н11М3.

 

Форма запроса

Вы можете отправить запрос на данную разработку, заполнив следующую форму:
 

Зарубежные нержавеющие стали 301, 304, 316, 430, 410, 420, 431, 440 :: HighExpert.RU

ТипСоставПлотность, кг/м3Модуль упругости E, ГПа Коэффициент линейного температурного расширения α, 1/ККоэффициент теплопроводности λ, Вт/м • К Твёрдость HRC (HRB)Твёрдость HB Примечание
3010.15%max С, 16-18% Cr, 2% Mn, 6-8% Ni80001931716,2(85)165Коррозионная стойкость близкая стали 304. Ближайшими аналогами являются стали типа 304 и 316.
304<0.08% C, 17.5-20% Cr, 8-11% Ni, <2% Mn800019317,216,225-37201Наиболее распространённая аустенитная нержавеющая сталь. Хорошие коррозионные свойства в атмосферных условиях. Подвержена питтинг коррозии, межкристаллической коррозии в среде солей особенно при температуре +60оС и выше.
304L<0.03% C, 18-20% Cr, 8-12% Ni, <2% Mn800019317,216,225-32201Обладает лучшими механическими свойствами при высоких температурах, чем для стали типа 304.
304H<0.10% C, 18-20% Cr, 8-10.5% Ni, <2% Mn800019317,216,225-32201Более высокие механические свойства, чем для стали типа 304.
316<0.08% C, 16-18% Cr, 10-14% Ni, 2-3% Mo, <2% Mn800019315,916,3(95)217Высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях по сравнению со сталью типа 304. Умеренная коррозионная стойкость в среде солей при температуре до +60оС.
316L<0.04% C, 16-18% Cr, 10-14% Ni, 2-3% Mo, <2% Mn800019315,916,3(95)217Хорошо сваривается благодаря низкому содержанию углерода. Свойста близкие стали типа 316.
316H<0.10% C, 16-18% Cr, 10-14% Ni, 2-3% Mo, <0.1% Mn800019315,916,3(95)217Свойства, аналогичные стали 316. Высокая прочность при температурах до 500оС.
316Ti<0.10% C, 16-18% Cr, 10-14% Ni, 2-3% Mo, < 0,5% Ti, <0.1% Mn800019315,916,3(95)217Свойства аналогичны стали типа 316. Добавка титана снижает риск межкристаллической коррозии при высоких температурах. Высокая прочность при температурах 600-900оС.

АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНЫЕ НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ (Ющенко К А )

СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

18.1. Состав, структура и назначение сталей

К наиболее распространенным сталям аустенитно ферритного класса отно­сятся стали типа 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 03Х23Н6, 08Х18Г8Н2Т, 08Х21Н6М2Т, 03Х22Н6М2 [1] Микроструктура хромоинкелевой стали 08Х22Н6Т н хромо – ннкельмолнбденовой 08Х21Н6М2Т представлена на рис 181 Количество аустеннтной н ферритной фаз в сталях этого класса колеблется обычно в пределах 40—60 % Химический состав аустенитно ферритных сталей при­веден в табл 18 1, механические свойства — в табл 18 2

Аустенитно ферритные стали имеют относительно высокие пределы те кучести и прочности прн удовлетворительных пластичности и ударной вяз кости, а также высокую коррозионную стойкость н хорошую свариваемость Это позволяет сократить удельный расход металла при изготовлении хи­мической аппаратуры, рассчитываемой на прочность, благодаря уменьше

Рис 18 1 Микроструктура аустенитно ферритной стали 08X22H6T (ЭП53) (а)

08Х21Н6Ч2Т (ЭП51) (б) Х100

нию толщины листа Согласно диаграмме состояний сплавы Fe—Сг—Ni (гл 16, рис 16 1) обладают некоторыми характерными особенностями об ласть существования двухфазной аустенитно ферритной структуры в них на­ходится в интервале температур 20—1350 °С, при нагреве стали выше тем­пературы 1100 °С аустенит превращается в феррит н тем интенсивнее, чем выше температура и длительность нагрева, при температуре выше 1200 °С происходит полное у-*-а превращение, при последующем охлаждении проис­ходит обратное превращение феррита в аустенит Конечное соотношение количества структурных составляющих зависит от скорости охлаждения стали При изотермической выдержке в области температур 700—800 °С в стали возможно образование хрупкой составляющей 0 фазы Аустенитно-

ТА БЛИЦА 18 1 ХИМСОСТАВ АУСТЕНИТО ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Марка стали

Массовая доля элементов*,

С

Si

Мп

Сг

Ni

Ті

Мо

08Х22Н6Т

<0,08

<0,8

<0,8

21,0—23,0

5,3—6,3

5—

0,65

12Х21Н5Т**

0,09—

0,14

<0,8

<0,8

20,0—22,0

4,8—5,8

0,25—

0,5

08X21Н6М2Т

<0,08

<0,8

<0,8

20,0—22,0

5,5—6,5

о, го – одо

1,8—2,5

03Х23Н6***

<0,03

<0,4

1,0— 2,0

22,0—24,0

5,6—6,3

03Х22Н6М2***

<0,03

<0,4

1,0— 2,0

21,0—23,0

5,6—6,5

1,8—2,5

* Остальное у всех сталей Fe ** А1 ^ 0,08, *** S ^ 0 02 Р ^ 0,035 (у остальных сталей S < 0,025)

ТАБЛИЦА 182

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АУСТЕНИТО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Марка стали

Режим термической обработки

V

кгс/мм3

(МПа)

0 2’ кгс/мм3 (МПа)

б, %

кси,

кгс м/см3 (Дж/см3)

08Х22Н6Т*

Закалка при 1000— 1050 °С, охлаждение в воде

60 (588)

35 (343)

18

6 (58,8)

12X21Н5Т*

То же, при 950— 1050 °С

70 (688)

40 (360)

14

08Х12Н6М2Т*

То же, при 1050 ± + 25 °С

60 (588)

35 (343)

20

6 (58,8)

08Х18Г8Н2Т

То же, при 980— 1020 °С, охлажде­ние в воде или водя­ным душем

60 (588)

35 (343)

20

6 (58,8)

* Для толщин > 25 мм механические свойства не нормируются, для толщин < 6 мм стали 12Х21Н5Т предел текучести не менее 45 кгс/мм* (441 МПа)

ТАБЛИЦА 18 З

ПРИМЕРНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Марка стали

Примерное назначение

08Х22Н6Т

Рекомендуется как заменитель марки 08Х18Н10Т для изготов­ления сварной аппаратуры, применяемой для химической, пи­щевой и других отраслей промышленности при рабочих темпе­ратурах до 350 °С. Обладает повышенным сопротивлением межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением и более высокой прочностью по сравнению со сталью 08 X18Н10Т. Сталь сваривается всеми видами сварки

12Х21Н5Т

Применяется для тех же целей, что и сталь марки 08Х22Н6Т, но обладает более высокой прочностью Сталь отличается удо­влетворительной стойкостью к межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением

08Х18Г8Н2Т

Рекомендуется как заменитель стали 08Х18Н10Т для изготов­ления сварной аппаратуры, работающей в, различных средах средней агрессивности. Рабочая температура — не выше 350 °С. Обладает хорошей стойкостью к МКК

08Х21Н6М2Т

Рекомендуется как заменитель стали 10X17h23M3T для изго­товления деталей и сварных конструкций, работающих в сре­дах повышенной агрессивности: в фосфорной, муравьиной, мо­лочной, уксусной и других кислотах, а также в условиях син­теза мочевины. Рабочая температура — до 300 °С.

ферритиые стали поставляются в закаленном состоянии с температур 950— 1050 °С. Разница по содержанию Сг и Ni между аустенитной и ферритной фазами составляет 2—5%. Аустенитно-ферритные стали теряют вязкость при нагреве их в интервале температур 450—650 °С Это связано с тем, что хрупкость, обусловленная выделением карбидов, усиливается действием так называемой 475° хрупкости.

Примерное назначение и температура эксплуатации аустенитно-феррит – ных сталей указаны в таблице 18 3

18.2. Свариваемость сталей

Аустенитно-ферритные стали отличаются повышенной склон­ностью к росту зерна в зоне термического влияния при воздей­ствии сварочного термического цикла. Наряду с ростом фер­ритных зерен возрастает общее количество феррита. Последую­щим быстрым охлаждением фиксируется образовавшаяся структура. Размеры зерна и количество феррита, а также ши­рина зоны перегрева зависят от погонной энергии сварки, соот­ношения структурных составляющих в исходном состоянии и чувствительности стали к перегреву [2]. Соотношение количества структурных составляющих (у – и a-фаз) в исходном состоя­нии в значительной степени зависит от содержания в стали Ті. Количеством титана в стали также определяется устойчивость
аустенитной фазы против у—>-6-превращения при сварочном нагреве. Чем выше содержание Ті, тем чувствительнее сталь к перегреву (рис. 18.2). Вследствие роста зерна и уменьшения количества аустенита наблюдается снижение ударной вязко­сти металла околошовной зоны и угла загиба сварных соеди­нений аустенитно-ферритных сталей. Менее чувствительными к сварочному нагреву являются стали, не содержащие Ті,— это стали 03Х23Н6 и 03Х22Н6М2.

Рис. 18.2. Микроструктура участка крупного фсрритного зерна, образовавшаяся в зоне термического влияния под воздействием сварочного нагрева при автоматической сварке под флюсом.

Х100

18.3. Технология сварки и свойства соединений

Аустенитно-ферритные стали можно сваривать как ручной и механизированной электродуговой сваркой, так и другими способами сварки (электроннолучевой, электрошлаковой), плазменнодуговой и др.). Предпочтительнее способы сварки с невысокими погонными энергиями. Техника и режимы сварки аустенитно-ферритных сталей не отличаются от общепринятых для всего класса нержавеющих сталей. При выборе видов швов сварных соединений рекомендуется руководствоваться ГОСТ 5264—69, ГОСТ 8713—70, ГОСТ 14771—69, ОСТ 26-291—71 и стандартами предприятий. Под­готовка кромок под все виды сварки производится механиче­ским способом, чтобы исключить возникновение зон термиче­ского влияние (ЗТВ), снижающих регламентированные свой­ства сварных соединений. Сварочные материалы, применяемые для сварки аустенитно-ферритных сталей, приведены в табл.

18.4 и 18.5. Швы соединений, выполненные указанными сва­рочными материалами, имеют аустенитно-ферритную струк-

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РУЧНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ АУСТЕНИТО-ФЕРРИТНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ (ПО ГОСТ 10052—75)

Марка стали

Марка электрода

08Х22Н6Т, 03Х23Н6

ЦЛ-11, ЦТ-15-1 ОЗЛ-7, АНВ-23

08Х18Н2Г8Т

ЦЛ-11, ЦТ-15-1, ОЗЛ-7

08X21Н6М2Т, 03Х22Н6М2

НЖ-13, АНВ-36, ЭА-902/14,

ЭА-400/13, ЭА-400/10

Примечание. Для сварки в нижнем положении.

ТАБЛИЦА 18.5 СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Марка стали

Сварочный материал

ГОСТ или ТУ на сварочный материал

Примечание

08Х22Н6Т

Св-06Х21Н7БТ

ТУ 14-1-1389—75

Если не тре­

(ЭП53)

(ЭП500)

буется стой­

08Х18Н2Г8Т

Св-03Х21Н10АГ5

ТУ 14-1-4176—86

кость против

(ЭК-91)

МКК

Св-05Х20Н9ФБС

ГОСТ 2246—70

Св-06Х19Н9Т

ГОСТ 2246—70

Св-07Х19Н10Б

ГОСТ 2246—70

Св-07Х18Н9ТЮ*

ГОСТ 2246—70

Св-04Х19Н9

ГОСТ 2246—70

Флюс АН-26

ГОСТ 9081—75

Флюс АНК-45МУ

ТУ ИЭС 623—87

03Х23Н6

Св-06Х21Н7БТ

ТУ 14-1-1389—75

(ЭИ68)

(ЭП500)

Св-03Х21Н10АГ5

ТУ 14-1-4176—86

Флюс АН-26

ГОСТ 9081—75

Флюс АНК-45МУ

ТУ ИЭС 623—87

03Х22Н6М2

Св-06Х20Н11МЗТБ

ГОСТ 2246—70

(ЭИ67)

СВ-06Х19Н10МЗТ

ГОСТ 2246—70

08X21Н6М2Т

Св-03Х 19Н15Г6М2АВ2

ТУ 14-1-1595—76

Если стойкость

(ЭП54)

Св-04Х19Н11МЗ*

ГОСТ 2246—70

против МКК

Флюс АН-26

ГОСТ 9081—75

не требуется

Флюс АНК-45МУ

ТУ ИЭС 623—87

туру. Количество ферритной фазы в швах составляет 15— 60 % и зависит не только от применяемых сварочных материа­лов, но и от доли участия свариваемого металла в металле шва, от колебаний химического состава в пределах марки. Самый высокий процент ферритной фазы в швах наблюдается при автоматической сварке под флюсом встык без разделки кромок проволокой Св-06Х21Н7БТ. Благодаря высокому со дер­жанию феррита швы обладают достаточной стойкостью против образования горячих трещин. Изменение содержания феррит – ной фазы в шве за счет легирования или термообработки при­водит к существенному изменению его механических свойств. Пределы текучести и прочности при достаточно высокой пла­стичности и вязкости шва достигают максимума при равном процентном содержании в нем аустенитной и ферритной фаз.

18.3.1. Механичекие свойства сварных соединений

Механические свойства швов и соединений, выполненных сва­рочными материалами, указанными в табл. 18.4 и 18.5, приве­дены в табл. 18.6. Анализ механических свойств показывает, что самую высокую прочность швов при автоматической сварке под флюсом хромоникелевых аустенитно-ферритных сталей можно получить, применяя проволоку Св-06Х21Н7БТ (ЭП500), а хромоникельмолибденовых — проволоку Св-06Х20Н 11МІЗТБ (ЭП89). Сочетание достаточно высокой прочности и пластич­ности достигается при применении для автоматической сварки под флюсом хромоникелевых аустенитно-ферритных сталей про­волоки Св-03Х21Н10АГ5 (ЭК-91), а для хромоникельмолибде­новых— проволоки Св-03Х19Н15Г6М2АВ2 (ЧС-39). Эти прово­локи предпочтительнее применять при сварке стали значитель­ных (>10 мм) толщин встык, без разделки кромок. Для улучшения пластичности сварных соединений аустенитно-фер­ритных сталей, если позволяют габариты изделий, можно про­водить термообработку — закалку от 1000 °С с охлаждением в воде.

18.3.2. Коррозионная стойкость сварных соединений

При сварке изделий, к сварным швам которых предъявляются требования стойкости к межкристаллитной коррозии, слой шва, обращенный к агрессивной среде, должен выполняться послед­ним. В связи с тем, что аустенитно-ферритные стали подвер­жены охрупчиванию в интервале температур 450—500 и 650— 800 °С, особое внимание при их сварке необходимо обращать на строгое соблюдение режимов сварки и охлаждения изделий.’=4200 Дж/см2) уча­стка крупного зерна ЗТВ до расплавления приводит при ох­лаждении к образованию мелкозернистой ферритной структуры с аустенитными прослойками по границам зерен. Металл с та­кой структурой пластичнее крупнозернистого феррита, образу­ющегося при сварке в ЗТВ и более коррозионностоек.

При соотношении аустенитной и ферритной фаз, близком к единице, швы стойки как против межкристаллитной, так и против структурно-избирательной коррозии. Такая зависимость коррозионной стойкости от соотношения структурных состав­ляющих объясняется тем, что при 40—60 % a-фазы размеры зерен феррита и аустенита примерно одинаковы, а химическая неоднородность по Сг и Ni между фазами минимальна (рис. 18.3) [3]. При уменьшении количества аустенитной фазы

‘1

Ак

И***

>

Ч

ч

Л

оо

85 74 57 46 36 27 16 3,5

Количество ос,-(разы,°h

в шве или околошовной зоне до 20 % и менее в металле проявляется склонность к меж­кристаллитной коррозии.г—

содержание хрома в a-фазе; —содер – V

жанне никеля в v-фазе; С£г—содержание хрома в ‘уфазе

Структурно – избирательную коррозию можно объяснить разностью электродных потен­циалов аустенита и феррита в двухфазном металле, а так­же разностью поверхностей структурных составляющих в местах контактирования с агрессивной средой. Элек­тродные потенциалы между структурными составляющими в агрессивной среде могут от­личаться при разном содержа­нии в них легирующих элемен­тов, обусловливающих корро­зионную стойкость металла в данной среде. В окислительных средах (азотная кислота) пассивирующая способность и, следовательно, коррозионная стойкость аустенитной и ферритной фаз металла зависят глав­ным образом от содержания Сг, а в неокислительных (раство­рах серной кислоты) от содержания Ni и Мо. За ухудшение коррозионной стойкости аустеиитио-ферритного металла всегда ответственна аустенитная фаза. Кроме того, в соединениях ау­стенитно-ферритных сталей всегда имеются участки, отлича­ющиеся по своему электродному потенциалу. Это шов, ЗТВ, основной металл. Такое соединение в электролите представ­ляет собой многоэлектродную систему с несколькими катодами и анодами. Преимущественному растворению в электролите бу­дет подвергаться та часть системы, которая в данном элект­ролите будет иметь наиболее отрицательный электродный по­тенциал, т. е. будет катодом.

ТАБЛИЦА IS, Є МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ШВОВ И СОЕДИНЕНИЙ ИЗ АУСТЕНИТО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Сварной шов

Сварное

соединение

Марка стали

Сварочный материал

МПа

, МПа

в

– 2

о *

, МПа

угол из­гиба, град

N

©

а

©

«о

4-

а

©

Автоматическая сварка под флюсом

08Х22Н6Т

Проволока Св-06Х21Н7БТ (ЭП500), флюс АН-26

420

800

35

32

120

780

180

08Х22Н6Т

Проволока Св-05Х20Н9ФБС (ЭИ649), флюс АН-26

490

720

28

53

90

740

120

Проволока СВ-03Х21Н10АГ5 (ЭК91), флюс АН К-45

500

710

30

51

130

720

180

Проволока Св-07Х19Н10Б, флюс АН-26

320

770

40

41

110

670

170

08X21Н6М2Т

Проволока Св-06Х20Н11МЗТБ (ЭП-89), флюс АН-26

420

720

26

48

103

710

180

Проволока Св-03Х19Н15М2АВ2 (ЧС-39), флюс АНК-45

470

700

37

6!

105

701

180

Проволока СВ-08Х19Н10Б, флюс АН-26

340

810

46

36

94

750

180

08Х18Н2Г8Т

Проволока Св-06Х21Н7БТ (ЭП-500), флюс АНК-45МУ

485

730

28

46

120

740

180

Проволока СВ-03Х21Н10АГ5 (ЭК-91), флюс АНК-45

460

710

48

55

110

710

180

03Х23Н6

Проволока СВ-08Х21Н10АГ5 0К-91), флюс АНК-45

488

690

28

46

140

700

180

03Х23Н6

Св-06Х21Н7БТ (ЭП-500), флюс АНК-45МУ

460

710

28

41

120

700

180

03Х22Н6М2

СВ-06Х20НПМЗТБ (ЭП-89), флюс АН-45МУ

480

705

26

43

110

710

190

Св-ОЗХ 19Н15Г6М2АВ2 (ЧС-39), флюс АНК-45МУ

460

690

32

49

150

700

180

Марка стали

Сварочный материал

Сварной

шов

Сварное

соединение

ЙЗ

С

5

н

to

та

С

г

а

to

«О

о?

4

. Е

о *

та

С

S

а

to

угол из­гиба, град

Ручная электродуговая сварка

08Х22Н6Т

Электроды ЦЛ-11

440 ‘

730

29

57

104

710

180

Электроды АНВ-23

470

690

25

38

108

180

08X21Н6М2Т

АНВ-36

450

660

39

58

122

180

НЖ-13

470

720

29

55

126

180

Установлено отрицательное влияние кремния и ванадия в сварочном шве на коррозионную стойкость в окислительных средах сварных соединений из аустенитно-ферритных сталей [4].80°С, в 10 %-ной серной кислоте.

Самый популярный способ крепления металлических деталей – сварка. И заниматься ею можно не только во промышленных масштабах. В быту сварочные работы используются также часто, причем речь не всегда о сварщиках, …

Чтобы выполнить сварку прочно и качественно, недостаточно иметь только сварочный аппарат. Дополнительно потребуется подобрать расходные материалы с учетом вида свариваемого металла. Перед началом работы определите, что именно вам нужно, и …

Есть несколько факторов, анализировать которые при выборе сварочного аппарата нужно обязательно в магазине сварочного оборудования. Следует учесть рабочий диапазон температур, а также мощность. Рекомендуется учесть возможность смены полярности, и показатель …

Что такое аустенитная нержавеющая сталь: описание и особенности

Аустенитные стали имеют ряд особых преимуществ и могут применяться в рабочих средах, отличающихся значительной агрессивностью. Без таких сплавов не обойтись в энергетическом машиностроении, на предприятиях нефтяной и химической промышленности.

Аустенитные стали — это стали с высоким уровнем легирования, при кристаллизации образуется однофазная система, характеризуемая кристаллической гранецентрированной решеткой. Такой тип решеток не меняется даже под воздействием очень низких температур (около 200 градусов Цельсия). В отдельных случаях имеется еще одна фаза (объем в сплаве не превышает 10 процентов). Тогда решетка получится объемноцентрированной.

Описание и характеристики

Стали разделяют на две группы относительно состава их основы и содержания легирующих элементов, таких как никель и хром:

  • Композиции, в основе которых содержится железо: никель 7%, хром 15%; общее количество добавок — до 55%;
  • Никелевые и железоникелевые композиции. В первой группе содержание никеля начинается от 55% и больше, а во второй — от 65 и больше процентов железа и никеля в соотношении 1:5.

Благодаря никелю можно добиться повышенной пластичности, жаропрочности и технологичности стали, а с помощью хрома — придать требуемую коррозийность и жаростойкость. А добавление других легирующих компонентов позволит получать сплавы с уникальными свойствами. Компоненты подбирают в соответствии со служебным предназначением сплавов.

Для легирования преимущественно используют:

  • Ферритизаторы, стабилизирующие структуру аустенитов: ванадий, вольфрам, титан, кремний, ниобий, молибден.
  • Аустенизаторы, представленные азотом, углеродом и марганцем.

Все перечисленные компоненты расположены не только в избыточных фазах, но и в твердом растворе из стали.

Сплавы, устойчивые к коррозии и перепадам температур

Широкий спектр добавок позволяет создать особые стали, которые будут применены для изготовления компонентов конструкций и будут работать в криогенных, высокотемпературных и коррозионных условиях. Поэтому составы разделяют на три типа:

  • Жаропрочные и жаростойкие.
  • Стойкие к коррозии.
  • Устойчивы к воздействию низких температур.

Жаростойкие сплавы не разрушаются под влиянием химикатов в агрессивных средах, могут использоваться при температуре до +1150 градусов. Из них изготавливают:

  • Элементы газопроводов;
  • Арматуру для печей;
  • Нагревательные компоненты.

Жаропрочные марки на протяжении длительного времени могут оказывать сопротивление нагрузкам в условиях повышенных температур, не теряя высоких механических характеристик. При легировании используются молибден и вольфрам (на каждое дополнение может отводиться до 7%). Для измельчения зерен в небольших количествах применяется бор.

Аустенитные нержавеющие стали (стойкие к коррозии) характеризуются незначительным содержанием углерода (не более 0,12%), никеля (8−30%), хрома (до 18%). Проводится термическая обработка (отпуск, закалка, отжиг). Она важна для изделий из нержавейки, ведь дает возможность хорошо держаться в самых разных агрессивных средах — кислотных, газовых, щелочных, жидкометаллических при температуре 20 градусов и выше.

У хладостойких аустенитных композициях содержится 8−25% никеля и 17−25% хрома. Применяют в криогенных агрегатах, но стоимость производства существенно возрастает, потому используются очень ограниченно.

Свойства термической обработки

Жаростойкие и жаропрочные марки могут подвергаться разным типам тепловой обработки, чтобы нарастить полезные свойства и модифицировать уже имеющуюся структуру зерен. Речь идет о числе и принципе распределения дисперсных фаз, величине блоков и собственно зерен и тому подобное.

Отжиг такой стали помогает уменьшить твердость сплава (иногда это важно при эксплуатации), а также устранить излишнюю хрупкость. В процессе обработки металл нагревается до 1200 градусов на протяжении 30−150 минут, потом его необходимо как можно быстрее охладить. Сплавы со значительным количеством легирующих элементов, как правило, охлаждаются в маслах или на открытом воздухе, а более простые — в обычной воде.

Нередко проводится двойная закалка. Сначала выполняют первую нормализацию составов при температуре 1200 градусов, затем следует вторая нормализация при 1100 градусах, что позволяет значительно увеличить пластические и жаропрочные показатели.

Добиться повышения жаропрочности и механической прочности можно в процессе двойной термической обработки (закалка и старение). До эксплуатации проводится искусственное старение всех жаропрочных сплавов (то есть выполняется их дисперсионное твердение).

Нержавеющие стали | SIJ Acroni d.o.o.

Нержавеющие сорта стали представляют собой сплавы железа, хрома и никеля, а также некоторых других присадочных элементов, таких как молибден, титан, ниобий и др.

Нержавеющие стали представляют собой категорию коррозионностойких сталей, содержащих не менее 10,5% хрома. Механические свойства и сфера применения этих сталей зависят от их химического состава. Одна единственная марка стали не может использоваться во всех производственных процессах. Поэтому были разработаны различные многочисленные марки стали, каждая из которых обладает определенными специфичными свойствами. От правильного выбора марки стали зависят применимость и срок службы товара, изготовленного из этой стали.

«Акрони» сконцентрировал свое производство на четырех главных группах нержавеющих сталей, т.е. на ферритных, дуплексных, мартенситных и аустенитных сталях.
1. Аустенитные нержавеющие стали

наиболее широко используемая группа нержавеющих сталей. Они – немагнитные, и, кроме хрома, содержание которого обычно составляет около 18%, содержат не менее 8% никеля, повышающего их коррозионную стойкость. Коррозионная стойкость дополнительно повышается с помощью легирования молибденом, благодаря чему стабилизируется защитный окисный слой пассивации на поверхности нержавеющей стали. Аустенитные стали отличаются также чрезвычайно хорошей вязкостью, даже в условиях очень низких температур они имеют хороший внешний вид, а также они просты в техобслуживании.

2. Дуплексные нержавеющие стали

имеют типичную смешанную ферритно-аустенитную микроструктуру. Соотношение этих двух типов структур – примерно поровну. Содержание хрома в таких сталях составляет около 22%, а содержание никеля – 5%. Стали также содержат молибден и азот. Дуплексные нержавеющие стали отличаются очень хорошими механическими свойствами, прежде всего напряжением текучести и твердостью. Сталь обладает магнитной стойкостью к образованию трещин под напряжением и точечной коррозии.

3. Мартенситные нержавеющие стали

имеют ферритную структуру в отожженном состоянии или мартенситную в закаленном состоянии с повышенной стойкостью к коррозии.

В качестве легирующего элемента эти сорта стали содержат 12,0–15,0% хрома и 0,1–0,5% углерода. В результате добавления молибдена повышаются их стойкость к коррозии и износостойкость. Стали, содержащие 0,1–0,25% углерода, используются для изготовления конструкций, где при удовлетворительной стойкости к коррозии требуются повышенные механические свойства.

Стали, содержащие 0,3% или больше углерода, благодаря своей высокой твердости и износостойкости используются для изготовления режущих инструментов. 

4. Ферритные нержавеющие стали

обладают магнитными свойствами и имеют низкое содержание углерода. Основным легирующим элементом является хром (содержание хрома составляет 13–17%), никель не добавляется. Основное преимущество данных сталей заключается в их высокой 

стойкости к образованию трещин под напряжением и к атмосферной коррозии. Ферритные нержавеющие стали отличаются относительно невысокими ценами. Они тяжело свариваются.


Основные группы нашей продукции представляют собой:

  • Нержавеющий толстолистовой прокат
  • Ферритные горяче- и холоднокатаные полосу и прокат

инфографика: аустенитная нержавеющая сталь

Выберите страну / региона *

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийского океана TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканского RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократической Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech РеспубликаДанияДжибутиДоминикаДоминиканская РеспубликаВосточный ТиморЭквадорЕгипетСальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские (Мальвинские) островаФарерские островаФиджиФинляндияFmr Югославская Республика МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные ТерриторииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарGr eeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао Том и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальный Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабского EmiratesUnited KingdomUruguayUS Малого отдаленное IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin остров (Британский) Виргинские острова (U.S.)Острова Уоллис и ФутунаЗападная СахараЙеменЮгославияЗамбияЗимбабве

Стабилизация аустенитной нержавеющей стали

%PDF-1.4 % 270 0 объект > эндообъект 265 0 объект >поток application/pdf

  • Журнал исследований Национального бюро стандартов является публикацией правительства США. Документы находятся в общественном достоянии и не защищены авторским правом в США. Тем не менее, обратите особое внимание на отдельные работы, чтобы убедиться, что не указаны ограничения авторского права.Для отдельных произведений может потребоваться получение других разрешений от первоначального правообладателя.
  • Стабилизация аустенитной нержавеющей стали
  • Розенберг, Сэмюэл Дж.; Дарр, Джон Х.
  • Подключаемый модуль Adobe Acrobat 9.13 Paper Capture2011-01-05T17:45:55-05:00Adobe Acrobat 9.02012-04-16T13:32:27-04:002012-04-16T13:32:27-04:00uuid:959180d9-4f24 -4033-8741-dbe5c9e41778uuid: ba3ec21c-2b93-4634-АКБ-a2cdb056c586uuid: 959180d9-4f24-4033-8741-dbe5c9e41778default1
  • converteduuid: 8cf90883-cf52-45f9-ad3f-1123adef0350converted в PDF / A-1bpdfaPilot2012-04-16T13: 32 :18-04:00
  • False1B
  • http://ns.adobe.com/pdf/1.3/pdfAdobe PDF Schema
  • internalОбъект имени, указывающий, был ли документ изменен для включения информации треппингаTrappedText
  • http://ns.adobe.com/xap/1.0/mm/xmpMMXMP Media Management
  • внутренний идентификатор на основе UUID для конкретного воплощения документаInstanceIDURI
  • internalОбщий идентификатор для всех версий и представлений документа.OriginalDocumentIDURI
  • http://www.aiim.org/pdfa/ns/id/pdfaidPDF/A ID Schema
  • internalPart of PDF/A standardpartInteger
  • внутреннее изменение стандарта PDF/AamdText
  • внутренний уровень соответствия стандарту PDF/A text
  • конечный поток эндообъект 221 0 объект > эндообъект 266 0 объект [>] эндообъект 261 0 объект > эндообъект 258 0 объект > эндообъект 259 0 объект > эндообъект 260 0 объект > эндообъект 262 0 объект > эндообъект 263 0 объект > эндообъект 264 0 объект > эндообъект 62 0 объект >/ProcSet[/PDF/Text/ImageB]/XObject>>>/Повернуть 0/Тип/Страница>> эндообъект 69 0 объект >/ProcSet[/PDF/Text/ImageB]/XObject>>>/Повернуть 0/Тип/Страница>> эндообъект 76 0 объект >/ProcSet[/PDF/Text/ImageB]/XObject>>>/Повернуть 0/Тип/Страница>> эндообъект 83 0 объект >/ProcSet[/PDF/Text/ImageB]/XObject>>>/Повернуть 0/Тип/Страница>> эндообъект 90 0 объект >/ProcSet[/PDF/Text/ImageB]/XObject>>>/Повернуть 0/Тип/Страница>> эндообъект 97 0 объект >/ProcSet[/PDF/Text/ImageB]/XObject>>>/Повернуть 0/Тип/Страница>> эндообъект 104 0 объект >/ProcSet[/PDF/Text/ImageB]/XObject>>>/Повернуть 0/Тип/Страница>> эндообъект 111 0 объект >/ProcSet[/PDF/Text/ImageB]/XObject>>>/Повернуть 0/Тип/Страница>> эндообъект 112 0 объект [113 0 Ч 114 0 Ч 115 0 Ч] эндообъект 117 0 объект >поток

    Аустенитная нержавеющая сталь | Загрузите наши бесплатные списки акций!

    Stainalloy специализируется на нержавеющих сталях серии 300, классифицируемых как аустенитные стали.Эти аустенитные марки материала содержат хром (примерно от 18 до 30%) и никель (примерно от 6 до 20%) в качестве основных легирующих добавок. Аустенитные сплавы нержавеющей стали обладают отличной коррозионной стойкостью, простотой изготовления, отличной формуемостью и огромной прочностью при высоких температурах и давлении. Аустенитная нержавеющая сталь представляет собой тип стального сплава, который состоит из хрома, никеля, других второстепенных сплавов, железа и углерода.

    Благодаря контролируемому содержанию углерода в нержавеющей стали от 0,04% до 0,10% нержавеющая сталь 304H UNS S30409 обеспечивает повышенную механическую прочность и механическую целостность при температурах до 1500°F.

    Нержавеющая сталь 317L UNS S31703

    Нержавеющая сталь 317L UNS S31703 представляет собой молибденсодержащую низкоуглеродистую аустенитную нержавеющую сталь с повышенным содержанием хрома, никеля и молибдена для повышения коррозионной стойкости и повышенной стойкости к химическому воздействию сернистой, уксусной, муравьиной, лимонной и винной кислот. Благодаря низкому содержанию углерода 317L также обеспечивает устойчивость к повышенной чувствительности при сварке и более высокую ползучесть, сопротивление разрыву и прочность на растяжение при повышенных температурах.Он немагнитен в отожженном состоянии, но может стать слегка магнитным после сварки.

    Нержавеющая сталь 321 UNS S32100

    Нержавеющая сталь 321 UNS S32100 представляет собой стабилизированную титаном аустенитную нержавеющую сталь с хорошей общей устойчивостью к коррозии. Обладает отличной стойкостью к межкристаллитной коррозии после воздействия температур в осадках карбида хрома в широком диапазоне 800 – 1500°F. Он также обладает хорошей ударной вязкостью при низких температурах.

    Нержавеющая сталь 321H UNS S32109

    Нержавеющая сталь 321H UNS S32109 представляет собой версию сплава с более высоким содержанием углерода (от 0,04% до 0,10%).Он был разработан для повышения сопротивления ползучести и повышенной прочности при температурах выше 1000°F.

    Нержавеющая сталь 347 UNS S34700

    Нержавеющая сталь 347 UNS S34700 представляет собой аустенитную хромистую сталь, содержащую ниобий (Nb) (ранее известную как Колумбий (Cb)), что позволяет исключить осаждение карбида и, следовательно, межкристаллитную коррозию. 347 стабилизируется добавками хрома и тантала. Добавление ниобия (Nb) также позволяет 347 иметь превосходную коррозионную стойкость, даже превосходящую 321.Нержавеющая сталь 347H UNS S34709 представляет собой форму сплава 347 с более высоким содержанием углерода и демонстрирует улучшенные свойства при высоких температурах и ползучести. Стабилизирующая термическая обработка используется для снижения подверженности межкристаллитной коррозии под напряжением и охрупчивания, а также для повышения сопротивления ползучести при высоких температурах.

    Ферритные нержавеющие стали

    Ферритные нержавеющие стали относительно дешевле при той же коррозионной стойкости. Ферритные нержавеющие стали – это неаустенитные нержавеющие стали.Поскольку ферритные нержавеющие стали являются магнитными, а аустенитные нержавеющие стали немагнитными. А вот ферритные нержавеющие стали часто не используются. Это по нескольким причинам. Например, ферритным нержавеющим сталям не хватает ударной вязкости, что имеет место при температурах ниже температуры окружающей среды или при толщине более примерно 1,5 мм. Кроме того, отсутствует большая пластичность, особенно если требуется удлинение более 30%. Ферритная нержавеющая сталь также чувствительна к охрупчиванию при высоких температурах, если она умеренно легирована.

    Stainalloy имеет большой опыт в поставках этих материалов для нефтеперерабатывающих заводов, теплообменников, градирен, электростанций, заводов по производству удобрений и химических заводов, оборудования для обработки бумаги и целлюлозы, химических процессов при высоких температурах и высоких давлениях. Stainalloy уделяет особое внимание печам нефтехимических установок крекинга, для которых необходимы материалы, устойчивые к высоким температурам и высокому давлению.

    Заготовки из нержавеющей стали от от ½ до 48 дюймов включительно из бесшовной нержавеющей стали ASTM A312 серии 300, производимые только самыми авторитетными заводами.Трубы производятся в соответствии со стандартами ASTM A312/ASME SA312 и проходят дополнительные испытания, превышающие как отраслевые, так и специальные стандарты, такие как Shell. Помимо бесшовных и сварных труб, соответствующих стандарту ASTM A358, компания Stainalloy также может поставлять бесшовные и сварные фитинги в соответствии со стандартом ASTM A403, а также бесшовные и сварные фитинги, фланцы и поковки в соответствии с ASTM A182.

    Коррозионное поведение нагруженных сенсибилизированных аустенитных нержавеющих сталей с высоким содержанием азота в морской воде

    Целью данной статьи является изучение влияния высокого содержания азота на коррозионное поведение аустенитных нержавеющих сталей в морской воде в тяжелых условиях, таких как растягивающие напряжения и существование сенсибилизации в структуре.К сенсибилизированным образцам из нержавеющей стали типов 304, 316L, 304LN, 304NH и 316NH прикладывали постоянное растягивающее напряжение. Исследование микроструктуры выявило различную степень коррозионного растрескивания под напряжением. SCC был тяжелым для типа 304, умеренным для типов 316L и 304LN и очень легким для типов 304NH и 316NH. Электрохимические поляризационные кривые показали очевидный второй пик тока для сенсибилизированных сплавов, что указывало на существование второй фазы в структуре и наличие межкристаллитного коррозионного растрескивания под напряжением.Испытание ЭПР обеспечило быстрый и эффективный метод неразрушающего контроля для демонстрации пассивности, степени сенсибилизации и определения IGSCC для нержавеющих сталей в морской воде. Был получен важный вывод о том, что аустенитные нержавеющие стали с высоким содержанием азота корродируют гораздо медленнее, повышают стойкость к точечной коррозии и обладают превосходной стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в морской воде.

    1. Введение

    Аустенитные нержавеющие стали успешно используются во многих областях морской среды.Типы 304 и 316L являются наиболее вероятными кандидатами для морского применения из-за их превосходной коррозионной стойкости, особенно к питтингу и щелям. Поэтому они в избытке содержатся в гребных винтах рабочих катеров, компонентах насосов, клапанах, компонентах валов, корпусной арматуре, крепежных элементах и ​​океанографических приборах [1]. Нержавеющие стали типа 316L считаются основными компонентами гидравлических систем управления работой подводной системы сбора нефти. Эти сплавы также используются в инструментальных и химических нагнетательных трубах на морских нефтяных платформах [2–4].

    Во многих морских применениях коррозионная стойкость традиционных типов нержавеющей стали 304/316L может быть недостаточной, особенно для более требовательных применений, таких как постоянное погружение или воздействие повышенных температур. Исследовательский совет по сварке показал [5], что нержавеющие стали серии 300, сильно сенсибилизированные термообработкой в ​​печи, проявляют межкристаллитную коррозию при воздействии окружающей морской воды. Аустенитные нержавеющие стали обычно подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) в хлоридсодержащих средах при высокой температуре.Этот тип растрескивания, определяемый как хлоридное коррозионное растрескивание под напряжением (ККРН), носит преимущественно транскристаллитный характер и не зависит от изменения металлургической структуры сплавов [6].

    Нержавеющие стали с высоким содержанием азота (HNSS) становятся важным классом конструкционных материалов, которым в последние годы уделяется большое внимание. Влияние азота на свойства сталей давно является предметом изучения. Стали, легированные азотом, считаются HNSS, когда содержание азота превышает 0.4 мас.% в аустенитной матрице и 0,08 мас.% в случае ферритной структуры [7]. Известно, что легирование азотом нержавеющих сталей имеет много полезных эффектов, включая улучшение фазовой стабильности, упрочнения и коррозионной стойкости. Аустенитные ВНС сегодня находят широкое применение в химическом оборудовании, энергетике, нефтяной и атомной промышленности, судостроении и судостроении [8–10].

    Роль азота в пассивности нержавеющих сталей объясняется несколькими механизмами.Байкал и др. [11] заявили, что добавление азота в нержавеющие стали улучшает их стойкость к точечной и щелевой коррозии, и это улучшение напрямую связано с природой пассивной пленки, образующейся на сталях. Было объяснено, что положительное влияние азота на локальную коррозию связано с обогащением азотом поверхности раздела оксид/металл во время пассивации.

    Ханнинен и др. [12] пришли к выводу, что аустенитные нержавеющие стали, легированные азотом, улучшают стойкость к локальной коррозии в целом, а в некоторых средах — к общей коррозии.Было замечено, что легирование азотом замедляет инициирование локальной коррозии и эффективно подавляет рост локализованной коррозии за счет немедленной репассивации. Было высказано предположение, что это связано с образованием в инициированных ямках/щелях, локально повышающих значение рН и усиливающих репассивацию.

    Хорошо известно, что легирование азотом нержавеющих сталей улучшает ряд коррозионных свойств. Однако механистическая роль азота в улучшении коррозионной стойкости все еще находится в стадии интенсивного изучения и нуждается в дальнейшем изучении.Легирование азотом улучшает стойкость аустенитных нержавеющих сталей к кавитационной эрозии в океане. Основной причиной повышения кавитационной эрозионной стойкости аустенитных нержавеющих сталей является влияние азота на их твердость [13].

    В этом исследовании была предпринята попытка исследовать коррозионное поведение различных марок сенсибилизированной под напряжением аустенитной нержавеющей стали в морской воде. Нержавеющие стали типов 304 и 316L являются традиционными типами и обычно используются в морской среде.Тип 304LN представляет собой аустенитную нержавеющую сталь с низким содержанием азота. Эти типы сравнивались с аустенитными нержавеющими сталями типов 304NH и 316NH для изучения влияния высокого содержания азота на коррозионную стойкость.

    Образцы, погруженные в морскую воду, подвергались постоянному растягивающему напряжению. Для образцов сенсибилизированной под напряжением аустенитной нержавеющей стали были проведены экспериментальные работы, включающие скорость коррозии, исследование микроструктуры и электрохимические испытания.Морская вода была взята из глубокого моря Персидского залива (Кувейт: N 28° 54 00; E 48° 44 00) для использования в этом исследовании. В табл. 1 приведен ионный состав использованной пробы морской воды.

    90 090 90 088 +1665

    Ион Концентрация (мг / л)

    Хлорид (Cl ) 23650
    Натрий (Na + ) 15560
    Сульфат () 3220
    Магний (Mg 2+ )
    кальция (Са 2+ ) 510
    калия ( K + ) 465
    Бикарбонат () 140
    Прочие 190

    Общее количество растворенных твердых веществ 45400

    2.Экспериментальная программа
    2.1. Материалы

    Была проведена серия испытаний пяти типов аустенитных нержавеющих сталей в морской воде. Исследуемые материалы представляли собой товарные аустенитные нержавеющие стали типов 304, 316L, 304LN, 304NH и 316NH. Сплавы типов 304NH и 316NH с высоким содержанием азота были выбраны для изучения влияния азота на коррозионное поведение. Химический состав (мас. %) сталей показан в таблице 2. Предел текучести и предел прочности при растяжении образцов из нержавеющей стали при комнатной температуре показаны в таблице 3.Образцы были подготовлены с геометрией и размерами, показанной на рисунке 1.

    +
    .41

    С Mn Si, Cr, Ni Мо S Р Н
    304 0,06 1,61 0,30 18,22 8,40 0,20 0,01 0.03 0,01
    316 0,03 1,50 0,47 16,90 11.00 2,35 0,01 0,03 0,01
    304LN 0,03 1,62 0,40 18,40 8,45 0,00 0,02 0,03 0,16
    304NH 0,04
    304NH 0,04
    304NH 0,04
    304NH 0,04
    304NH 0,04
    304NH 0,04999
    8,44 0,24 0,02 0,03 0,52
    316NH 0,04 1,50 0,48 16,94 12,01 1,40 0,02 0,04 0,64

    90 090
    ОТС 612

    304 316 304LN 304NH 316NH

    Ю.С. 314 248 368 424 482
    524 690 746 840


    2.2. Термическая обработка

    Большинство сплавов нержавеющей стали, используемых в морском оборудовании, подвергаются отжигу на твердый раствор в состоянии поставки. В некоторых случаях аустенитные нержавеющие стали подвергаются сварке или высокотемпературному воздействию, когда температура достигает 550°C, например, в трубах нагревателя. Этой температуры при длительном воздействии достаточно для создания сенсибилизации внутри границ зерен. Поэтому образцы подвергались термической обработке для имитации эффекта сварки и высокотемпературного воздействия.Диапазон сенсибилизации 450–850°С, наиболее критическая температура 650°С [14].

    Образцы из аустенитной нержавеющей стали были приготовлены в различных условиях термообработки. Сначала все образцы были подвергнуты отжигу на твердый раствор при 1080°C в течение 1/2 часа, а затем перед испытанием были закалены водой, так как это нормальное состояние при получении. Во-вторых, образцы сенсибилизировали при 650°C в течение 2 часов, а затем охлаждали на воздухе.

    2.3. Структура аппарата

    Специально для этого исследования был разработан и установлен аппарат.Устройство имеет балку прямоугольной формы, поддерживаемую двумя горизонтальными балками, как показано на рисунке 2. Тяговый цилиндр (Enerpac BRP-106C) подвешен к верхней горизонтальной балке с помощью крюка. Между тянущим цилиндром и ручным гидравлическим насосом (Enerpac P-392) была соединена трубка для создания давления внутри цилиндра. Погруженный в морскую воду образец подвергался постоянному растягивающему напряжению 240 МПа.


    Ковш из нержавеющей стали был закреплен и удерживался двумя гнутыми стальными стержнями с обеих сторон.Эта ситуация позволяла ковшу выдерживать высокое растягивающее напряжение тянущего цилиндра. Образец из нержавеющей стали был затянут с одного конца прочной цепью из нержавеющей стали ко дну ведра. Верхний конец образца был соединен более длинной цепью с тянущим цилиндром, как показано на рис. 3. Резиновая трубка, вытянутая из небольшого воздушного насоса, была закреплена на дне ведра для подачи кислорода внутрь. проба морской воды. Однако пузырьки воздуха приводят пробу морской воды в непрерывное движение (почти турбулентный поток).


    2.4. Экспериментальная процедура

    Сенсибилизированный образец закрепляли внутри ведра, как описано выше. Ведро заполняли морской водой при температуре окружающей среды (24–27°С). Морская вода заменяется каждые 10 дней, чтобы обеспечить постоянное наличие чистой морской воды. Через 120 дней эксперимент был остановлен, а образец тщательно промыт дистиллированной водой для удаления прилипших солей. Образец взвешивают на цифровых весах для расчета скорости коррозии.Образец подвергали испытанию на электрохимическую потенциокинетическую реактивацию (ЭПР) и записывали кривую анодной поляризации.

    Затем образец был подвергнут исследованию микроструктуры для определения типа коррозии. Электролитическое травление в щавелевой кислоте () было использовано для исследования зернистой структуры. Протравленную поверхность промывали деионизированной водой и спиртом, а затем сушили. Поперечное сечение испытанного образца исследовали с помощью оптической микроскопии для изучения коррозионного состояния границ зерен.

    Каждый образец отдельно подвергался постоянному растягивающему напряжению (240 МПа) и погружался в морскую воду на 120 дней. Таким образом, на изготовление пяти различных марок нержавеющей стали ушло более 20 месяцев. Те же процедуры электрохимических и металлографических испытаний были повторены для всех испытуемых образцов.

    2.5. Электрохимический тест

    Сенсибилизация создает разность потенциалов между границами зерен и матрицей, что означает, что атаку можно определить по наличию анодных участков на границах зерен.Некоторые исследователи разработали электрохимические потенциокинетические методы как быстрый, количественный и неразрушающий метод тестирования для оценки степени сенсибилизации [15-18].

    В текущем исследовании для определения кривых анодной поляризации образцов из нержавеющей стали применялись ЭПР-тесты. Электрохимическое испытательное оборудование состояло из потенциостата (GAMRY 300), образца из нержавеющей стали в качестве рабочего электрода, платинового противоэлектрода площадью 1,50  и электрода сравнения (насыщенный каломельный электрод, SCE).Каждый образец был отполирован последовательно на более тонкой наждачной бумаге с зернистостью от 120 до 600. Испытание на поляризацию проводили в растворе 0,5 M серной кислоты  M тиоцианата калия (KSCN), деаэрированном пропусканием аргона в течение одного часа до и во время эксперимента, при температуре окружающей среды (26°C). После погружения в раствор примерно на один час образец поляризовали при температуре окружающей среды, используя скорость сканирования 0,6 В/ч и диапазон сканирования от -0,8 В до +1,2 В. Данные записывали с помощью регистратора данных на базе персонального компьютера. система с измерительным блоком усилителя несущей частоты.

    3. Обсуждение и результаты
    3.1. Исследования микроструктуры

    Исследования микроструктуры сенсибилизированного под нагрузкой типа 304 в морской воде показаны на рисунке 4(а). В образце было замечено сильное коррозионное растрескивание под напряжением хлоридов (CSCC). Исследование микроструктуры показало наличие ветвящихся межкристаллитных и транскристаллитных трещин. Микроструктура образца типа 316L показала классическую ветвящуюся CSCC, где очевидна трансгранулярная природа (рис. 4(b)).Однако в структуре образцов также было замечено межкристаллитное коррозионное растрескивание под напряжением. Результаты микроструктуры для типа 304LN в морской воде (рис. 5) показали количество трещин, почти такое же, как и для типа 316L. В этой структуре отчетливо наблюдаются множественные межкристаллитные и транскристаллитные трещины.


    Положительный эффект легирования азотом аустенитных нержавеющих сталей отчетливо проявляется в двух типах 304NH и 316NH. При исследовании микроструктуры (рис. 6) для аустенитного сплава 304NH наблюдался лишь очень незначительный SCC, тогда как на рис. 7 для типа 316NH появились волосяные трещины.Исследование микроструктуры сенсибилизированных образцов привело к выводу, что аустенитные нержавеющие стали с высоким содержанием азота прекрасно противостоят коррозионному растрескиванию под напряжением в морской воде.



    Точечная коррозия была обнаружена также при исследовании микроструктуры сенсибилизированных под нагрузкой образцов в морской воде. На рис. 4(а) показано несколько значительных ямок в типе 304. На рис. 4(б) показано несколько ямок небольшого размера в типе 316L. Также на рис. 5 замечены питтинги типа 304ЛН, которые имеют небольшие размеры.Опять же, влияние высокого содержания азота на нержавеющие стали можно отчетливо заметить в типах 304NH и 316NH. На рис. 6 показано небольшое количество мелких ямок, тогда как на рис. 7 ямок почти не видно для микроструктур 304NH и 316NH соответственно.

    Эквивалент стойкости к точечной коррозии (PRE) нержавеющих сталей, содержащих азот, определяется как и находится в диапазоне от 13 до 30 [19]. Сообщалось, что использование коэффициента 30 для азота позволило лучше всего соответствовать экспериментальным данным для широкого диапазона аустенитных сталей, легированных азотом [20].В таблице 4 показаны высокие значения PRE для типов 304NH и 316NH из-за более высокого содержания в них азота. Результаты исследования микроструктуры хорошо согласуются с корреляцией PRE, которая показывает, что нержавеющие стали с высоким содержанием азота повышают стойкость к питтинговой коррозии.

    90 090 90 088 Скорость коррозии

    Тип SS 304 316L 304LN 304NH 316NH

    2.460 1.601 1,422 0,661 0,428
    PRE 19,18 24,96 23,20 34,80 40,76

    Текущая работа была проведено за короткий период (120 дней) для различных марок нержавеющих сталей, где в некоторых сенсибилизированных образцах возник серьезный SCC. Однако в реальных морских условиях было бы лучше предположить, что некоторая сенсибилизация будет происходить в несенсибилизированных нержавеющих сталях в течение длительных периодов времени, т. е. 1-2 года или более.Это особенно актуально для тяжелых условий эксплуатации при высоких температурах, таких как сварочные процессы, конденсаторы электростанций и оборудование для добычи нефти на шельфе.

    3.2. Кривые поляризации

    Кривые анодной поляризации были получены путем применения теста ЭПР к сенсибилизированным образцам под нагрузкой. Испытание на поляризацию проводили в растворе 0,5 М серной кислоты  М тиоцианата калия (KSCN) при 26°С. На рис. 8 показаны анодные поляризационные кривые для аустенитных нержавеющих сталей типов 304, 316L и 304LN.Анодные кривые демонстрировали четкие активно-пассивные переходы. На этих кривых пассивные области находились в диапазоне от -10 мВ до +950 мВ. Сенсибилизированные стали типов 304NH и 316NH (рис. 9) дали более широкую область пассивации, чем стали типов 304, 316L и 304 LN, что позволяет предположить, что пассивация сталей с высоким содержанием азота лучше, чем у других сплавов.



    Кривые анодной поляризации на рис. 8 также показали очевидный второй пик тока, который указывает на существование второй фазы в структуре сплава.Вторая фаза обычно образуется во время процесса сенсибилизации нержавеющих сталей, когда карбиды хрома осаждаются в областях, прилегающих к границам зерен, что приводит к истощению хрома, как показано на рисунке 10. В предыдущей статье [21] второй пик тока в электрохимическом также были отмечены испытания чувствительных к нагрузкам нержавеющих сталей марок 304 и 316 в политионовой кислоте и растворе хлорида. Был сделан вывод, что второй пик тока обусловлен разницей в концентрации содержания хрома между границами зерен и матрицей.Сенсибилизация, как правило, вызывает обеднение хромом области, прилегающей к границам зерен. Приложение растягивающих напряжений к сенсибилизированному материалу обычно приводит к межкристаллитному коррозионному растрескиванию под напряжением (IGSCC). Следовательно, второй пик анодного тока на анодных кривых также может свидетельствовать о наличии ВГСКК.


    Практически одинаковые поляризационные кривые были получены для образцов типов 304NH и 316NH (рис. 9). Однако для этих двух типов сталей наблюдались меньшие пики второго анодного тока, что означает, что эти сплавы имеют меньшую степень сенсибилизации и могут иметь небольшую IGSCC.

    Графики, представленные на рисунках 8 и 9, показали, что вторые пики анодного тока были при 884  мк А/см 2 , 583  мк А/см 2 1095 404 900 , 101  мк А/см 2 и 92  мк А/см 2 для типов 304, 316L, 304LN, 304NH и 316NH соответственно. Очевидно, что значения вторых пиков тока для типов 304NH и 316NH были меньше, чем для других аустенитных типов.

    Этот результат в сочетании с результатами исследований микроструктуры позволяет сделать вывод о том, что аустенитные нержавеющие стали с высоким содержанием азота в целом обладают значительной стойкостью к межкристаллитному коррозионному растрескиванию под напряжением при воздействии морской воды.Этот вывод хорошо согласуется с результатом, полученным Pozuelo et al. [22] о явном положительном влиянии легирования азотом на межкристаллитное коррозионное растрескивание под напряжением в хлоридных растворах.

    3.3. Скорость коррозии

    Скорость коррозии рассчитывали для каждого образца по следующей формуле: где – потеря веса в мг, – плотность образца в г/см 3 , – общая площадь образца с обеих сторон в и – время экспонирования в час.В таблице 4 показана скорость коррозии образцов после 120 дней пребывания в морской воде.

    Как и ожидалось, значения скорости коррозии были практически пренебрежимо малы и ограничены между различными марками аустенитных нержавеющих сталей. Однако оценочные значения указывают на обоснованные замечания. Скорость коррозии была меньше у типа 316L, чем у типа 304, из-за более высокого содержания молибдена. Однако скорость коррозии стали типа 304LN, не содержащей молибдена, почти равна скорости коррозии марки 316L.Это значение означало, что содержание азота в сплаве типа 304LN может обеспечить приемлемую коррозионную стойкость сплава. Очевидно, что образцы 304NH и 316NH показали меньшие значения скорости коррозии, чем другие марки. Такое поведение гарантирует, что высокое содержание азота способствует созданию устойчивости легированной стали к процессу коррозии.

    Аустенитные нержавеющие стали с высоким содержанием азота обладают меньшей скоростью коррозии и демонстрируют превосходную стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением и точечной коррозии при воздействии морской воды.Традиционные типы нержавеющей стали 304/316L обладают достаточной коррозионной стойкостью для многих слабокоррозионных морских применений. В общем, нержавеющая сталь типа 316L более устойчива к коррозии в морских условиях, чем нержавеющая сталь типа 304, из-за более высокого содержания молибдена. Новые аустенитные нержавеющие стали, называемые супераустенитными, содержат большое количество молибдена (5–7 %), и их иногда называют нержавеющими сталями с 6 % молибдена или 6 молибдена. Эти сплавы устойчивы к коррозии в высокоагрессивных условиях, в том числе при погружении в морскую воду при комнатной и повышенной температуре [23].Однако с экономической точки зрения молибден очень дорог, а рынок нержавеющих сталей очень конкурентен. Таким образом, выбор нержавеющих сталей с более высоким содержанием азота для тяжелых морских применений, таких как электростанции, нагревательные трубы и морские нефтедобывающие установки, кажется более разумным.

    4. Заключение

    Был сделан вывод, что сенсибилизированные под напряжением аустенитные нержавеющие стали с высоким содержанием азота корродируют гораздо медленнее, повышают стойкость к точечной коррозии и проявляют превосходную стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением в морской воде.Кривые электрохимической поляризации показали очевидный второй пик тока для сенсибилизированных сплавов, что указывает на существование второй фазы в структуре сплава и наличие межкристаллитного коррозионного растрескивания под напряжением. Испытание ЭПР обеспечило быстрый и эффективный метод неразрушающего контроля для демонстрации пассивности, степени сенсибилизации и определения IGSCC для нержавеющих сталей в морской воде.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.