Применение и 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

Взаимозаменяемость большинства гидравлических трубок — это то, чего не хватало рынку промышленного оборудования ещё совсем недавно. Сегодня же российские марки стали используются всё чаще, благодаря поддержке отечественных производителей. Есть возможность подбирать российский аналог стали к большинству зарубежных марок. При этом сохраняется и достаточно большая доля зарубежных материалов. Особенно это относится к высокоточным металлическим изделиям труба бесшовная ст 20.

В настоящий момент есть возможность взаимозаменяемости большинства моделей прецизионных гидравлических трубок российскими аналогами. И наоборот, если нет возможности найти изделие российского производства, мы можем предложить идентичные или приближённые по своим свойствам изделия зарубежного производства.

Наименование Диаметр труб (трубки) / размер трубы Толщина стенки(мм) Рабочее давление(Бар)
Трубы 10х1 (ГОСТ 9567-75) 10 1 287
Трубы 10х1,5 (ГОСТ 9567-75) 10 1,5 450
Трубы 12х1,5 (ГОСТ 9567-75) 12 1,5 367
Трубы 12х2 (ГОСТ 9567-75) 12 2 508
Трубы 15х1,5 (ГОСТ 9567-75) 15 1,5 287
Трубы 16х2 (ГОСТ 9567-75) 16 2 367
Трубы 18х1,5 (ГОСТ 9567-75) 18 1,5 367
Трубы 18х2 (ГОСТ 9567-75) 18 2 367
Трубы 20х2,5 (ГОСТ 9567-75) 20 2,5 367
Трубы 22х2 (ГОСТ 9567-75) 22 2 259
Трубы 25х2,5 (ГОСТ 9567-75) 25 2,5 287
Трубы 28х2 (ГОСТ 9567-75) 28 2 200
Трубы 30х3 (ГОСТ 9567-75) 30 3 287
Трубы 30х4 (ГОСТ 9567-75) 30 4 400
Трубы 35х3 (ГОСТ 9567-75) 35 3 243
Трубы 38х4 (ГОСТ 9567-75) 38 4 297
Трубы 42х4 (ГОСТ 9567-75) 42 4 200

Пример взаимозаменяемости гидравлической холоднодеформированной прецизионной бесшовной трубы (трубки)

Трубки из российской стали и зарубежной соответствуют своим стандартам качества. Для России это:

  1. ГОСТ  9567-75: Трубы стальные прецизионные (в нём оговариваются основные типоразмеры трубы и требования к точности изготовления);
  2. ГОСТ 8733-74: Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные (в нём оговариваются требования к материалам, обработке и механическим характеристикам).

Для производства чёрных и оцинкованных трубок чаще всего используется российская сталь марки Ст20. Её химический состав отображён в таблице:

C Si Mn Ni S P Cr Cu As
0.17 – 0.24 0.17 – 0.37 0.35 – 0.65 до   0.3 до   0.04 до   0.035 до   0.25 до   0.3 до   0.08

Холоднодеформированные прецизионные бесшовные трубки зарубежного производства с Германских заводов, соответствуют следующим стандартам:

  1. EN 10305-4 (общеевропейский стандарт, в нём оговариваются все аспекты по изготовлению, точности, материалам, механическим характеристикам);
  2. DIN2391 (немецкий стандарт, по сути, полностью идентичен EN 10305-4).

Чёрные и оцинкованные трубы изготавливаются из стали марки EN235 (аналог немецкого производства — St37.4). Химический состав этой стали выглядит следующим образом:

C Si Mn Ni S P Cr Cu As
0,07 0,24 0,65   0.001    0.011

Требования в стандартах ГОСТ и EN/DIN относительно технологий изготовления, точности обработки, механическим характеристикам практически идентичны. Отличие между аналогичными сталями Ст20 и EN235 существуют только в их химическом составе. Тем не менее, это влияет на механические и эксплуатационные характеристики гидравлических трубок.

Отличия трубок Ст20 и EN235 в зависимости от химического состава

Наличие определённых элементов и примесей в этих марках стали напрямую влияют на их механические свойства.

Ухудшается качество стали при содержании вредных примесей: серы (S) и фосфора (P).

Сера уменьшает вязкость стали и ухудшает её механические свойства: материал хуже выдерживает нагрузки при низких температурах. Из-за содержания фосфора сталь теряет свои пластические свойства, повышается её хладноломкость. Больше вредных примесей содержится в стали СТ20. Аналог EN235, таким образом, более пластичный и лучше выдерживает нагрузки при низких температурах, его проще сгибать, к примеру, при монтаже гидравлических линий.

Содержание марганца, напротив, положительно влияет на качество стали.

Наряду с кремнием и углеродом он является одним из самых распространенных и неизбежных легирующих элементов. Его присутствие снижает содержание кислорода и серы в составе стали, он выполняет роль раскислителя. При этом у материала повышается пластичность, ковкость и свариваемость, а красноломкость снижается. Как видно из таблиц выше, больше марганца содержится в стали марки EN235, что опять же делает её более прочной и пластичной в сравнении с российской маркой стали Ст20.

Нержавеющие стали

Гидравлические трубки из нержавеющей стали применяются в условиях использования сред с повышенной агрессивностью. Это химическая, пищевая, нефтегазовая, текстильная и другие отрасли промышленности. На рынке также присутствует нержавеющая сталь российского производства – аналоги зарубежным маркам.

Наибольшую популярность имеют марки AISI 304 и AISI 316. Рассмотрим их соответствие российским аналогам стали.

Сталь AISI 304, аналог российский 08Х18Н10

Аустенитная коррозионностойкая нержавеющая сталь. Имеет отличное сочетание цены и качества, обладает высокими механическими свойствами. Используется во всех областях промышленности. Сталь 304 и аналог российский 08Х18Н10 демонстрируют отличные эксплуатационные показатели при низких и высоких температурных режимах.

Сталь AISI 316, аналог российский 08Х17Н13М2

Кислотостойкая сталь аустенитного класса с повышенным содержанием никеля и добавлением молибдена. Устойчива к агрессивным средам с содержанием фосфора, серы, борной и других кислот. Подходит для применения в пищевой и химической промышленностях, так как не воздействует на состав воды. В зависимости от модификации, сталь 316 может стать аналогом российских марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т.

При отсутствии изделий из тех или иных марок стали мы можем подобрать полностью идентичные или максимально приближённые аналоги российского или зарубежного производства.

Таблица аналогов сталей

РФ, СНГ (ГОСТ)

Евросоюз (EN)

Германия (DIN)**

США (AISI, ASTM, ASME)

Ст10 1,1121 St35 1010
 1.0301  St35-8  1012
 1.0310    1110
 С10    GR.A
2С10    
Ст20 1,0402 St35 1020
1,0305 St45-8  1023
 1.1151 ST37-4  1024
 1.1152    
C20    
C22    
Ст35 1,0501 C38D 1034
1,1172 1035
1,1181 1038
C35 1040
C36  
Ст45 1,0503   1044
1,1191 1045
1,1192 1042
C45 1043
17Г1С 1,0117 St52-3
Fe52CFN
S235
S335
9Г2С 13Mn6
9MnSi5
15Х 1,7014 1,7015 5015
1,7016 13Cr2 5115
15Cr2   G61180
17Cr3    
20Х 20Cr4 20CrS4 5117
5120
40Х 1,7034 1,7045 5135
1,7035 5140
1,7039  
37Cr4  
41Cr4  
15ХМ 1,7335 1,7262 A387Gr.12Cl.2
13CrMo4-5 1,7337 K11562
  15CrMo5 K11564
  16CrMo4-4 K11572
12Х1МФ   1,7715  
14MoV6-3
08Х18Н10Т 1,4541 1,4878 321
12Х18Н10Т X6CrNiTi18-10 X12CrNiTi18-9 S32100
  X10CrNiTi18-10    
03X17H14M3 1,4435 1,4404 316
1,4432 1,4432 316L
X2CrNiMo17-12-2    
08X18H10 1,4301 1,5301 304
1,4948 304H
X5CrNi18-10  
X6CrNi18-10  
08X17H13M2T 1,4571 1,4573 316Ti
10X17H13M2T X6CrNiMoTi17-12-2 X10CrNiMoTi18-12

*В таблице указаны как точные, так и ближайшие аналоги.

**Для Германии стандарты Евросоюза также применимы. В таблице указаны маркировки, которые не пересекаются со маркировками Евросоюза.

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