Взаимозаменяемость сталей

Услуги

  • Главнаяarrow.png
  • Статьиarrow.png
  • Дуплексные нержавеющие стали
  • Высокая прочность, позволяющая сократить вес изделий
  • Высокая коррозионная стойкость, особенно к коррозионному растрескиванию

Каждые 2-3 года проводятся посвященные дуплексным сталям конференции, на которых презентуются десятки глубоких технических статей. Идет активное продвижение этого типа сталей на рынке. Постоянно появляются новые марки этих сталей.   Но несмотря на весь этот интерес доля дуплексных сталей на мировом рынке составляет, по самым оптимистичным оценкам, от 1 до 3%. Цель этой статьи – простыми словами объяснить особенности этого типа стали. Будут описаны как преимущества, так и недостатки изделий из дуплексной нержавеющей стали.

1) Высокую прочность – диапазон условного предела текучести 0,2% для современных дуплексных марок сталей составляет 400-450 МПа. Это позволяет уменьшать сечение элементов, а следовательно и их массу. 

Это преимущество особенно важно в следующих областях: 

  • Сосуды под давлением и баки 
  • Строительные конструкции, например мосты 

2) Хорошая свариваемость больших толщин – не настолько простая, как у аустенитных, но намного лучше, чем у ферритных.

3) Хорошая ударная вязкость – намного лучше, чем у ферритных сталей, особенно при низких температурах: обычно до минус 50 градусов Цельсия, в некоторых случаях – до минус 80 градусов Цельсия.

4) Сопротивление коррозионному растрескиванию (SCC) – традиционные аустенитные стали особенно расположены к данному типу коррозии. Это достоинство особенно важно при изготовлении таких конструкций, как: 

  • Баки для горячей воды 
  • Пивоваренные баки
  • Обогатительные установки
  • Каркасы бассейнов

За счет чего достигается равновесие аустенита/феррита  Чтобы понять, как получается дуплексная сталь, можно сначала сравнить состав двух хорошо известных сталей: аустенитной – AISI 304 (аналоги DIN 1.4301 и 08Х18Н10) и ферритной – AISI 430 (аналоги DIN 1.4016 и 12Х17).

Структура

Марка

 Обозначение по EN

C

Si

Mn

P

S

N

Cr 

 Ni

Mo

Ферритная

430

1,4016

0,08

1,00

1,00

0,040

0,015

16,0-18,0

Аустенитная

304

1,4301

0,07

1,00

2,00

0,045

0,015

0,11

17,5-19,5

8,0-10,5

Марка

Номер по EN/UNS

Тип:

Примерное содержание

Cr

Ni

Mo

N

Mn

W

Cu

LDX 2101

1.4162/ S32101

Малолегированная

21,5

1,5

0,3

0,22

5

DX 2202

1.4062/ S32202

Малолегированная

23

2,5

0,3

0,2

1,5

RDN 903

1.4482/ S32001

Малолегированная

20

1,8

0,2

0,11

4,2

2304

1.4362/ S32304

Малолегированная

23

4,8

0,3

0,10

2205

1.4462/ S31803/S32205

Стандартная

22

5,7

3,1

0,17

2507

1.4410/ S32750

Супер

25

7

4

0,27

Zeron 100

1.4501/ S32760

Супер

25

7

3,2

0,25

0,7

0,7

Ferrinox255/ Uranus 2507Cu

1.4507/ S32520/S32550

Супер

25

6,5

3,5

0,25

1,5

Марка

Номер по EN/UNS

Тип:

Ориентировочный PREN

430

1.4016/ S43000

Ферритная

16

304

1.4301/ S30400

Аустенитная

19

441

1.4509/ S43932

Ферритная

19

RDN 903

1.4482/ S32001

Дуплексная

22

316

1.4401/S31600

Аустенитная

24

444

1.4521/ S44400

Ферритная

24

316L 2.5 Mo

1.4435

Аустенитная

26

2101 LDX

1.4162/S32101

Дуплексная

26

2304

1.4362/ S32304

Дуплексная

26

DX2202

1.4062/ S32202

Дуплексная

27

904L

1.4539/ N08904

Аустенитная

34

2205

1.4462/S31803/S32205

Дуплексная

35

Zeron 100

1.4501/S32760

Дуплексная

41

Ferrinox 255/ Uranus 2507Cu

1.4507/ S32520/S32550

Дуплексная

41

2507

1.4410/ S32750

Дуплексная

43

6% Mo

1.4547/ S31254

Аустенитная

44

Коррозионное растрескивание (SCC — Stress Corrosion Cracking)

SCC – это один из видов коррозии, возникающий при наличии определенного набора внешних факторов: 

  • Растягивающее напряжение
  • Коррозионная среда
  • Достаточно высокая температура Обычно это 50 градусов Цельсия, но в некоторых случаях, например, в плавательных бассейнах, она может проявляться и при температуре около 25 градусов Цельсия.
  • Ферритные нержавеющие стали
  • Дуплексные нержавеющие стали
  • Аустенитные нержавеющие стали с высоким содержанием никеля
  • В водонагревателях
  • В пивоваренных баках
  • В опреснительных установках

Привлекательное сочетание высокой прочности, широкий диапазон значений коррозионной стойкости, средняя свариваемость, по идее, должны нести в себе большой потенциал для увеличения доли дуплексных нержавеющих сталей на рынке. Однако необходимо понимать, какие у дуплексных нержавеющих сталей недостатки и почему они, судя по всему, будут оставаться в статусе «нишевых игроков».  Такое преимущество как высокая прочность мгновенно превращается в недостаток, как только дело доходит до технологичности обработки материала давлением и механической обработки. Высокая прочность также означает более низкую, чем у аустенитных сталей, способность к пластической деформации. Поэтому дуплексные стали практически непригодны для производства изделий, в которых требуется высокая пластичность. И даже когда способность к пластической деформации на приемлемом уровне, все равно для придания необходимой формы материалу, как например при гибке труб, требуется большее усилие. В отношении плохой обрабатываемости резанием есть одно исключение из правил: марка LDX 2101 (EN 1.4162) производитель Outokumpu.

Процесс выплавки дуплексных нержавеющих сталей намного более сложен, чем аустенитных и ферритных сталей. При нарушении технологии производства, в частности термообработки, помимо аустенита и феррита в дуплексных сталях может образовываться целый ряд нежелательных фаз. Две наиболее значимые фазы изображены на приведенной ниже диаграмме.  

Для увеличения нажмите на изображение.

c789e35d43f603be354006e2573fe916.jpg

С другой стороны есть ограничение по минимальной температуре эксплуатации дуплексных сталей, для которых она выше, чем у аустенитных. В отличие от аустенитных сталей, у дуплексных при испытаниях на удар имеет место хрупко-вязкий переход. Стандартная температура испытаний сталей, использующихся в конструкциях для шельфовой добычи нефти и газа, составляет минус 46º С. Обычно дуплексные стали не используются при температурах ниже минус 80 градусов Цельсия.

Краткий обзор свойств дуплексных сталей

  • Расчетная прочность в два раза выше, чем у аустенитных и ферритных нержавеющих сталей
  • Широкий диапазон значений коррозионной стойкости, позволяющий подобрать марку под конкретную задачу
  • Хорошая ударная прочность до минус 80º С, ограничивающая применение в криогенных средах.
  • Исключительная стойкость к коррозионному растрескиванию
  • Хорошая свариваемость больших сечений
  • Большая сложность при механической обработке и штамповке чем у аустенитных сталей
  • Максимальная температура эксплуатации ограничена 300 градусами Цельсия

Материал взят с сайта Британской Ассоциации Нержавеющей Стали www.bssa.org.uk

Европейская Американская Российская
1.4301 AISI 304 08X18H10
1.4541 AISI 321 08X18H10T
1.4571 AISI 316T 10X17H13M2T
1.4404 AISI 316L 03X17H13M2T
1.4016 AISI 430 12X17
МАРКА ХАРАКТЕРИСТИКА
Европа США Россия  
1.4301 304 08Х18Н10 Основная марка, используемая на Западе. Содержание хрома и никеля по норме по сравнению с Российской (12Х18Н10), имеет меньший процент содержания углерода, что увеличивает пластичность материала.
1.4541 321 08Х18Н10Т Аналог предыдущей марки отличается добавлением титана, что упрочняет поверхность и улучшает обрабатываемость, в основном используют в трубах и прутках.
1.4571 316Т 10Х17Н13М2Т Эта марка имеет большое содержание никеля. В нее добавлен молибден и титан. Обладает хорошими антикоррозийными свойствами. Используется в химической промышленности, устойчива к химреагентам. По цене значительно отличается от предыдущих. Также является пищевой.

 Сравнение химического состава стали 12Х18Н10Т и аналога AISI 304Screenshot_90.jpg

Кстати, прочтите эту статью тоже:  Перегородки теплообменника

Возврат к списку

Преимущества заказа в Richflow

Наши клиенты

В производстве ключевым фактором нередко является его себестоимость. При закупках материалов она складывается из объемов, сложности доставки и других составляющих.

Взаимозаменяемость сталей позволяет производить изделия с теми же или повышенными техническими характеристиками, в зависимости от требований к условиям эксплуатации. При этом возможно учитывать также факторы доступности сырья, сложность его обработки. 

Например, для изготовления режущего инструмента подходят стали 30Х13 и 40Х13. Оба сплава содержат 13% хрома, но разное количество углерода, работают при t⁰ 400-450 в зависимости от агрессивности среды.

Марка 40Х13 менее пластична, но обладает большей механической прочностью. Изделия из 30Х13 имеют несколько меньший срок службы при тех же нагрузках, но в равной степени справляются с окислительным действием химических составов. При подборе сравнивают значения текучести, теплового расширения, электросопротивления и другие характеристики, имеющие значение при использовании в диапазоне заданных терморежимов. 

Для удобства подбора составляют таблицы взаимозаменяемости сталей, свойства сплавов должны соответствовать техническим условиям ГОСТ. 

Конструкционная сталь

Марка Стали Аналог Применение
Ст08 Ст10 Для ненагруженных деталей с повышенными параметрами стойкости к трещинообразованию и пластичности при температуре от -40 до 450: патрубков, шайб, прокладок. 
Ст10 Ст08кп, 15кп, Ст10 (кп, пс) Винты, шайбы, ушки, оси, рычаги с прочной поверхностью и пластичной сердцевиной, для эксплуатации при  t⁰-40 до 450.
Ст15 Ст10, Ст20 Крепежи, винтовые и кулачковые механизмы, с упрочняемыми поверхностями и вязкой сердцевиной для рабочих режимов -40 до 450 градусов.
Ст20 (кп, пс) Ст15кп Без термической обработки или после стабилизации: ненагруженные детали с рабочим диапазоном -20 до 425 градусов — корпуса, штуцеры, вилки, болты. После цементации или цианирования поверхности: крепежные и подвижные элементы с пластичной сердцевиной.
Ст30 Ст25, Ст35 Изделия с невысокой прочностью: цилиндры, валы, тяги, муфты.
Ст40 Ст35, Ст45, 40Г После улучшения: элементы подвижных механизмов — маховики, зубчатые колеса, оси. После упрочнения с применением ТВЧ: ходовые валики, длинные валы с повышенными параметрами твердости поверхности и износостойкости.
09Г2С 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С Сварные конструкции, подверженные давлению в рабочих терморежимах -40 до 475.
10Г2С1 10Г2С1Д Емкости и котлы паровых установок, работающих со сжатыми средами при t⁰ до 475 и конструктивные элементы, предназначенные для эксплуатации в отрицательных температурах до -70.
17ГС 16ГС Сварные аппараты и конструкции, находящиеся под давлением при  -40 до 475 С⁰: корпуса агрегатов, фланцы.
17Г1С 17ГС Строительные металлоконструкции, трубопроводы, фланцы и сварные переходы, работающие под давлением в терморежимах  -40 до 475.
15Х 20Х Цементируемые детали с высокой ударной прочностью и мягкой сердцевиной, для работы на износ в условиях трения: втулки, шестерни, валики, 
20Х 12ХН2, 15Х, 18ХГТ, 20ХН,  Цементируемые изделия, подверженные износу при трении, с повышенной прочностью поверхностных слоев и пластичной сердцевиной: обоймы, диски, гильзы.
30Х 35Х, 30ХРА, 35ХРА Подвижные механизмы небольших габаритов: оси, втулки, валики, рычаги
40Х 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХР, 40ХФ Улучшаемые подвижные элементы: валы, шестерни, зубчатые венцы, рейки

Нержавеющая сталь

Марка стали Аналог Применение
12Х18Н9Т 12Х18Н10Т, 10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9АН4 Аустенитные материалы для изготовления печного и теплообменного оборудования, и трубопроводные системы, работающих под давлением при t° от -196 до 600, в зависимости от агрессивности среды, верхний предел может быть снижен до 350 градусов. 
12Х18Н10Т 12Х18Н9Т, 15Х25Т, 08Х17Т, 08Х22Н6Т, 12Х17Г9АН4, 10Х14Г14Н4Т, 08Х18Г8Н2Т Трубопроводы и сосуды для работы с растворами фосфорной, азотной и уксусной кислоты  при t° от -196 до 600. При высокой агрессивности среды рабочий диапазон снижают до 350 градусов.
12Х18Н12Т 08Х18Н10Т 12Х19Н9Т 12Х19Н9 Коррозионно-стойкая сталь, жаростойкая и жаропрочная для работы в широком диапазоне терморежимов.
08Х18Г8Н2Т 12Х19Н9Т Нержавейка аустенитно-ферритного класса для производства печных конвейеров и другого оборудования, применяемого при t° от -50 до 300 и сварных конструкций для работы в окислительных средах.
08Х13 12Х13, 12Х18Н9 Жаростойкий сплав ферритного класса для эксплуатации при постоянных воздействиях ударных нагрузок и слабо-агрессивных химических веществ.
10Х14Г14Н4Т 08Х18Н10Т 12Х18Н10Т 12Х18Н9Т 20Х13Н4Г9 Для химических установок и линий, работающих со слабо-агрессивными веществами, криогенной техники, изготовления жаропрочных и жаростойких деталей, выдерживающих кратковременное повышение до 700  С°.
20Х12ВНМФ 20Х23Н13 20Х23Н18 Мартенситно-ферритный сплав для роторов, лопаток, гаек, шпилек, применяемых в рабочих режимах с краткими повышениями температуры до 780. Аналоги относятся к аустенитно-ферритному классу, при слабых нагрузках выдерживают терморежим до 900.  
15Х25Т 12Х18Н10Т Жаростойкие сплавы до 1100 С° для трубопроводных систем, транспортирующих агрессивные составы, теплообменников, чехлов термопар, электродов свечей зажигания. Температура не должна опускаться ниже 20.
14Х17Н2 10Х17Н23М2Т Крепежи и сварные конструкции для использования при особо-агрессивных воздействиях до 600 С°.
AISI 304 12Х18Н10 Предметы бытового назначения, аппаратура и оснащение точек общепита, предприятий пищевой промышленности.
AISI 316L 03Х17Н14М3 Емкости для хранения агрессивных химических составов, трубопроводы, фармацевтическое оборудование.
AISI 316T 10Х17Н13М2Т Теплообменное и турбинное оборудование для энергетической и нефтехимической отрасли.
AISI 321 08Х18Н10Т Резервуары и трубопроводы, размещенные на открытых пространствах, трубопроводная арматура и механизмы для пищевой, химической и нефтеперерабатывающей отрасли.
AISI 409L 06ХН28МДТ Для работы с радиоактивными веществами, особо сильными окислителями разных концентраций.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий