Нержавеющая сталь для азотной кислоты
Обновлено: 16.05.2024
Нержавеющие стали относятся к наиболее перспективным конструкционным материалам. Они незаменимы в современной жизни и применяются все шире — от столовых приборов и кастрюль до сложного оборудования в пищевой, химической промышленности, медицине и т.д. Гигиенические преимущества нержавеющей стали основаны на том, что влияние ее на питьевую воду исключено, при концентрации в воде хлорида или бромида до 200 мг/л рекомендуют использовать нержавеющую сталь с содержанием молибдена. В электрохимическом ряду напряжений нержавеющая сталь имеет более высокий потенциал, чем медь и оцинкованная сталь. Широкое применение в пищевой промышленности связано с ее нейтральными вкусовыми показателями и, благодаря высококачественной поверхности, нержавеющая сталь ведет себя нейтрально относительно микробиологического влияния. Это значит, что рост микроорганизмов не перемещается на поверхность из нержавеющей стали (по сравнению с поверхностями из органических материалов), а бактерии, грибки и т.п. не имеют шансов развиться на ее поверхности, что определяет высокую популярность «пищевого» применения нержавеющей стали.
Однако при использовании замечательных свойств нержавеющих сталей надо иметь в виду, что при технологической обработке их «поведение» весьма отличается от простых углеродистых сталей. Это объясняется особенностями их метастабильной аустенитной структуры, использование свойств которой требует учета ряда особенностей. Некоторые характеристики этих сталей на ознакомительном уровне для потребителя описывает настоящая статья с целью подчеркнуть то отличие, что в углеродистых (обычных, «черных») сталях в основном используются свойства стабильных структур сплава, а в нержавеющих сталях – свойства метастабильных (немагнитных) структур. Перенос технологических стереотипов от «черных» на нержавеющие стали могут превратить последние в «ржавеющие».
Предлагаем следующие рекомендации по свойствам и назначению нержавеющих и кислотостойких сталей, выбранные из нормативной и технической литературы.
Жаропрочность и химическая стойкость нержавеющих сталей достигается за счет введения в сталь хрома. Чем больше в стали хрома, тем выше ее сопротивляемость окислению. При 13% и выше хром образует сплошную тонкую прочную пленку окислов, защищающую сталь от коррозии.
Последующий нагрев стали Х18Н9 до температуры свыше 6000, а также холодная механическая обработка аустенитной стали приводит к частичному распаду аустенита, сталь приобретает магнитность. Указанный нагрев вызывает выделение хромовых карбидов, они делают близлежащие зоны металла малохромистыми и потому коррозионно малостойкими.
Так как выделение карбидов идет в основном по границе зерен, то сталь приобретает склонность к интеркристаллической коррозии. Сильно прокорродированная сталь делается совершенно хрупкой, ломается при изгибе и теряет обычный металлический звук при ударе. Этим объясняется и «ножевая» коррозия вблизи сварочных швов. Для предупреждения склонности к интеркристаллической коррозии к нержавеющей стали добавляют небольшое количество титана, ниобия. Эти элементы, образуя более прочные карбиды TiC, NbC, чем хром и железо, связывают углерод и оставляют весь хром в растворе и тем самым устраняют интеркристаллическую коррозию.
Нержавеющие стали хорошо сопротивляются действию органических кислот, слабых минеральных кислот, а также азотной кислоты. Серная и соляная кислоты растворяют эти стали. Из всех нержавеющих сталей наиболее стойкими является хромоникелевые чисто аустенитные стали, которые традиционно выпускаются в виде проката следующих марок: 08Х18Н10 (аналог — AISI 304 по стандарту США), 12Х18Н10Т (AISI 321), 12Х17 (AISI 430).
В «Справочнике металлиста» (т.3 со ссылкой на ГОСТ 5632) указано следующее назначение сталей.
12Х17 – кислотостойка, окалиностойка. Оборудование азотнокислотных заводов (башни, теплообменники для горячих газов и горячей кислоты, баки, трубопроводы ии пр.). Оборудование кухонь, столовых, консервных заводов. Предметы домашнего обихода.
08Х18Н9 – кислотостойка. Конструкционный материал для самолетов; поплавки гидросамолетов. В архитектуре – материал для отделки зданий. Немагнитные части аппаратуры управления.
04-12Х18Н10Т – кислотостойка, не подвержена интеркристаллитной коррозии, жаропрочна до 600 град. С. В азотной промышленности – башни, баки, трубопроводы. Автоклавы, мешалки в лакокрасочной промышленности. Аппаратура для переработки молока, бидоны, фляги. Бродильные баки , бочки чаны пивоваренных заводов. Посуда для пищи, оборудование для кухонь и консервных заводов. Насосы и аппаратура для работы в кислотных шахтных водах. Патрубки и коллекторы выхлопной системы авиамоторов.
Х18Н12М2Т и Х18Н12М3Т — кислотостойки, не подвержены интеркристаллитной коррозии, жаропрочны до 800 град. С. Аппараты и детали, устойчивые против сернистой, кипящей фосфорной, муравьиной и уксусной кислот, против горячих растворов белильной извести и сульфатного щелока, выпускные клапаны моторов.
Для многих целей достаточной жаропрочностью обладает сталь Х18Н9Т. Такая сталь (имеющая при комнатной температуре σв=60 кг/мм2) при 6500 выдерживает тысячечасовую нагрузку около 10 кг/мм2 и при 7000 – сточасовую нагрузку 10 кг/мм2. При 8000 эта сталь выдерживает 100 час. под напряжением в 5 кг/мм2. Аустенитная сталь Х14Н14В с 2% W, 0.4% Мо и 0,4% С еще боле жаропрочна и выдерживает при 7000 100 час. под напряжением в 12 кг/мм2 и при 8000 100 час. под напряжением в 6-7 кг/мм2. Очень высокими значениями прочности при высоких температурах обладает аустенитная сталь Х16Н25М6 (при 0,1% С и 0,4% N), выдерживающая при 7000 100 час. при 20 кг/мм2 и при 8000 100 час. при 8 кг/мм2.
Во всех жаропрочных аустенитных сталях, помимо аустенита, имеется какая-нибудь упрочняющая фаза – карбиды титана, хрома, вольфрама или вольфрамиды и молибдениды железа и т. п. Заметно повышает прочность стали молибден в количестве нескольких десятых долей процента вследствие общего измельчения структуры и выделения дисперсных частиц карбида молибдена. Эти стали применяются для котельных труб.
Возможность распада аустенита, с одной стороны, и выпадения карбидов, с другой, усложняют процессы термообработки нержавеющей стали. В сталях, содержащих более 18% Сr, помимо карбидов, может выделяться богатая хромом σ-фаза, вызывающая хрупкость стали.
Не забудем отметить уникальные свойства нержавеющих сталей как кровельного материала. Из нержавеющей стали сооружают практически «вечную» кровлю с гарантией стойкости — не менее 50 – 100 лет. Особенно впечатляет покрытие «под золото» нитридом титана на полированный нержавеющий лист, которое все шире применяют для кровли «золотых» куполов (например, одна из нових церквей г. Києва возведена «на воде» у речного вокзала), крестов, перил и т.д. Нитрид титана повышает корозионную стойкость и износостойкость стали. Если раньше технически возможно было выполнить ионно-плазменное покрытие лишь мелких деталей (зубне коронки, корпуса часов), то сейчас успешно покрывают кровельные листы с габаритами 1х2м до (500 кв. м. листа в месяц) и кресты высотой 1,6м.
Стали и материалы стойкие к кислотным средам
Нержавеющая сталь для азотной кислоты
Служба стали неизбежно связана с коррозией. Как известно, коррозией называется поверхностное разрушение металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического воздействия на них внешней среды. По признаку внешней среды различают атмосферную, жидкостную и газовую коррозии.
Состав корродирующих сред и условия коррозии чрезвычайно разнообразны. С дальнейшим развитием технического прогресса следует ожидать еще большего усложнения условий работы деталей и машин.
В результате коррозии уменьшается рабочее сечение металлических деталей, их прочность, теряется герметичность, обтекаемость, форма и другие важнейшие конструктивные свойства узлов и агрегатов. Образующиеся в результате коррозии продукты загрязняют среду, снижают качество продукции, ухудшают пара- , метры работы машин и в ряде случаев могут нарушить их нормальную работу и привести к аварии.
1) общую, равномерную, коррозию (рис. 1,а), при которой происходит примерно одинаковое разрушение детали по всей поверхности;
2) местную, или точечную (язвенную), коррозию (рис. 1,6), при которой поражаются лишь отдельные участки поверхности детали (очаги коррозии);
внутрь металла. Межкристаллитная коррозия обычно трудно обнаруживается при внешнем осмотре изделии. Скрытность и быстрое распространение внутрь детали делают этот вид коррозии наиболее опасным;
Рис 1. Основные типы коррозионного разрушения (заштрихована или затушевана прокорродировавшая часть металла);
Рис. 2. Кривые окисления (привеса) различных металлов: 1 - окисная пленка полностью защищает от окисления; 2 -окисная пленка частично защищает от окисления; 3 - окисная пленка не защищает от окисления
По характеру физико-химических явлений взаимодействия металла и среды коррозия может иметь химическую или электрохимическую основу.
На рис. 2 показаны кривые окисления (привеса) металла с образованием пленок различной степени защиты. Защитные свойства пленок зависят от их состава, строения, сцепляемости с основным металлом, толщины, отношения объема окисла и металла и ряда других факторов.
Электрохимическая коррозия возникает при контакте разнородных металлов или структурных фаз сплава с электролитом. Знание соотношения потенциалов позволяет установить сравнительную стойкость металлов против коррозии, правильно выбрать защитные металлические покрытия, устанавливать характер коррозии сплавов в зависимости от их структуры. Основой теории электрохимической коррозии технических сплавов является схема действия гальванического элемента.
В чистых металлах и сплавах, имеющих однородный твердый раствор, электрохимическая коррозия развивается из-за наличия межкристаллитной прослойки, различной механической напряженности и окисления отдельных зерен. Намного ускоряется коррозия в многофазных сталях и сплавах, особенно если велика разность потенциалов отдельных микросоставляющих.
Обработка, ведущая к гомогенизации структуры, всегда снижает скорость коррозии. В то же время после термообработки, ведущей к распаду пересыщенных растворов, происходит усиление коррозии.
Деталь, находящаяся в механически напряжением состоянии, корродирует сильнее. После пластической деформации в металле появляются межкристаллитные микропоры, снижающие коррозионную стойкость материала. Примером совместного влияния коррозии и механических напряжений является коррозионная усталость, характерная для деталей, работающих в коррозионной среде при знакопеременных нагрузках. Опыты показывают, что изделия с шероховатой поверхностью скорее корродируют, чем детали, прошедшие полировку.
Во всех видах коррозии большую роль играет температура. При электрохимической коррозии с ростом температуры изменяется значение потенциалов, повышается скорость процессов разрушения, изменяется растворимость кислорода в воде.
2 КОРРОЗИЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ
Нержавеющими называются стали, обладающие высокой устойчивостью против коррозии в атмосферных условиях и некоторых газовых средах, речной и морской воде, растворах солей, щелочей и некоторых кислотах при комнатной и повышенных температурах.
Основным легирующим элементом, обеспечивающим коррозионную стойкость металла, особенно в окислительных средах, является хром. Чистый хром обладает высокой химической стойкостью благодаря образованию на его поверхности защитной окисной пленки.
Хром при добавке его в сталь образует твердые растворы с железом и увеличивает ее коррозионную стойкость, но лишь начиная с содержания 11,7% Сг.
Эта граница также установлена при измерениях потенциалов твердых растворов железо-хром, где резкое изменение потенциала наступает при 12-13% Сг. Чем выше содержание хрома, тем выше коррозионная стойкость сплава в атмосферных условиях и в ряде коррозионных сред.
Другие легирующие элементы, вводимые в сталь, могут улучшать или ухудшать антикоррозионные свойства железохромистого сплава. Например, углерод, связывающий хром в частицы карбидов СГ23С7 п т. п., удаляет его из твердого раствора. Поэтому для сохранения требуемой стойкости против коррозии в сталь нужно ввести больше хрома. Так, при 0,15-0,20% С нужно ввести в железо не менее 13-14% Сг.
Хромистые стали устойчивы только по отношению к кислотам-окислителям, например к азотной кислоте, так как их устойчивость вызвана пассивирующим действием хрома. После термической обработки хромистая сталь хорошо служит в атмосферных условиях и в пресной воде. В морской воде ее стойкость невелика вследствие развития местной коррозии.
Значительно улучшает антикоррозионные свойства нержавеющей стали никель. Железоникелевые аусте-нитные стали (без хрома) имеют повышенную коррозионную стойкость только в разбавленных растворах серной кислоты и кипящих щелочах.
Хромоникелевые стали (в частности, типа Х18Н9) имеют весьма высокие антикоррозионные свойства во многих агрессивных средах. После закалки на аустенит эти стали однородны по структуре, что обеспечивает стойкость также против электрохимической коррозии. Однако в условиях повышенных температур, которые возникают при изготовлении детали или изделия, в этих сталях происходит распад аустенита с выделением но границам зерен богатых хромом карбидов и обеднением границ зерен хромом.
С повышением температуры (от 500 до 800°С), содержания углерода и увеличением длительности выдержки при нагреве распад аустенита увеличивается, что резко ухудшает стойкость стали против межкристаллитной коррозии. С увеличением времени выдержки опасная температурная зона смещается в область более низких температур. В связи с этим хромоникелевые стали типа Х18П9 обязательно используют в изделиях, работающих при невысоких температурах, не допускают их нагрева до опасного температурного интервала или делают повторную закалку на аустенит, снижают содержание углерода в стали и в присадочных материалах при сварке.
Стали этого типа также весьма чувствительны к сере, которая при повышенном содержании образует сульфид никеля, который располагается по границам зерен п резко снижает стойкость к межкристаллитной корро-
AISI 316, 316L, 316Ti
Все эти значения относятся только к AISI 316 и AISI 316 Ti. Для AISI 316L значения не приводятся, т.к. её прочность заметно уменьшается при температуре выше 425 °C.
Сопротивление на разрыв при повышенных температурах (AISI 316, AISI 316Ti)
| Температура (°C) | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
|---|---|---|---|---|---|
| Сопротивление на разрыв (при растяжении), Н/мм 2 | 460 | 320 | 190 | 120 | 70 |
Максимальные рекомендуемые температуры эксплуатации
Температура образования окалины:
Непрерывное воздействие 925°C
Прерывистые воздействия 870°C
Физические свойства (AISI 316L)
| Физические свойства | Условные обозначения | Единица измерения | Температура | Значение |
|---|---|---|---|---|
| Плотность | d | - | 4°C | 8.0 |
| Температура плавления | °C | 1440 | ||
| Удельная теплоемкость | c | J/kg.K | 20°C | 500 |
| Тепловое расширение | k | W/m.K | 20°C | 15 |
| Средний коэффициент теплового расширения | α | 10 -6 .K -1 | 20-100°C 20-300°C 20-500°C | 16.0 17.0 18.0 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ωmm 2 /m | 20°C | 0.75 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0.80 kA/m | 20°C | 1.005 |
| Модуль упругости | E | MPa x 10 3 | 20°C | 200 |
Сопротивление коррозии
Общая Коррозия
Стали марок AISI 316, 316L являются наиболее стойкими из всех нержавеющих сталей 300-ой серии к атмосферным и другим умеренным типам коррозии. Все среды, в которых рекомендуется применять стали 300-ой серии, не представляют опасности для молибденсодержащих сортов. Одно известное исключение - азотная кислота, которая служит для них сильным окислителем.
AISI 316 является значительно более стойкими к серной кислоте, чем любые другие хром-никельсодержащие марки. При температурах около 50 °C AISI 316 стойка к этой кислоте в концентрации до 5 процентов. В температурах до 40°C и выше 60°C эта марка имеет превосходное сопротивление более высоким концентрациям. В местах конденсации сернистых газов она является намного более стойкой, чем другие типы. Однако следует тщательно следить за безопасной концентрацией.
Содержание молибдена в стали AISI 316 обеспечивает сопротивление окислению в большинстве применяемых окружающих средах. Как показывают лабораторные исследования, сплав обеспечивает превосходное сопротивление кипению 20%-ой фосфорной кислоты. Он также широко используется в горячих органических и жирных кислотах, поэтому часто применяется в изготовлении и обработке некоторых продуктов и фармацевтических изделий.
AISI 316 и AISI 316L могут одинаково хорошо применяться в средах, где существует риск возникновения межкристаллитной коррозии. Использование низкоуглеродистой AISI 316L предпочтительно в деталях, при изготовлении которых применяется сварка.
Степень защиты металла в кислотных средах
| Температура, °C | 20 | 80 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Концентрация, % к массе | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Серная кислота | 0 | 1 | 2 | 2 | 1 | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Азотная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Фосфорная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Муравьиная кислота | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
0 - высокая степень защиты - Скорость коррозии менее чем 100 мкм/год
1 - частичная защита - Скорость коррозии от 100 до 1000 мкм/год
2 - нет защиты - Скорость коррозии более чем 1000 мкм/год
Атмосферные воздействия
Сравнение AISI 316 с другими металлами в различных атмосферах
(Скорость коррозии рассчитана при 5-летнем воздействии).
| Окружающая среда | Скорость коррозии (мкм/год) | ||
|---|---|---|---|
| AISI 316 | Алюминий-3S | Углеродистая сталь | |
| Сельская | 0.0025 | 0.025 | 5.8 |
| Морская | 0.0076 | 0.432 | 34.0 |
| Индустриальная Морская | 0.0051 | 0.686 | 46.2 |
Коррозионностойкость в кипящих химикалиях для AISI 316L
| Кипящая среда | Скорость коррозии (мм/год) |
|---|---|
| 20%-ая уксусная кислота | 0.003 |
| 45%-ая муравьиная кислота | 0.531 - 0.594 |
| 1%-ая соляная кислота | 0.024 - 1.615 |
| 10%-ая щавелевая кислота | 1.130 - 1.224 |
| 20%-ая фосфорная кислота | 0.015 - 0.027 |
| 10%-ая сульфаминовая кислота | 3.030 - 3.155 |
| 10%-ая серная кислота | 16.137 - 16.718 |
| 10%-й бисульфат натрия | 1.427 - 1.816 |
| 50%-ая гидроокись натрия | 1.971 - 2.169 |
Питтинговая коррозия
Сопротивление 316 сталей к питтинговой коррозии в присутствии хлорида увеличено более высоким содержанием хрома(Сr), молибдена(Мо), и азота (N). Относительная мера питтингостойкости определяется параметром, вычисляемым как PREN = Cr+3.3Mo+16N. PREN для сталей AISI 316 и AISI 316L(PREN=24.2) выше, чем для AISI 304 (PREN=19.0), что отражает лучшую питтингостойкость за счет присутствия молибдена.
Как показано в таблице ниже, лучшую стойкость к питтинговой коррозии обеспечивает более высокое содержание молибдена в сплаве.
CCCT (Критическая Температура Щелевой Коррозии) и CPT (Критическая Температура Питтинговой Коррозии) скоррелированы с PREN.
Сталь марки AISI 304 может сопротивляться питтинговой (щелевой) коррозии в воде, содержащей приблизительно до 100 ppm хлоридов, в то время как для AISI 316 и AISI 317 этот показатель составляет до 2000 и 5000 ppm хлоридов, соответственно.
Хотя эти сплавы использовались в морской воде (19 000 ppm хлоридов), они не рекомендуются для такого использования. Для применения в морской воде разработан сплав с 6.2 % Мо и 0.22 % N. Однако применение этих марок в аэрозольной морской среде (фасады зданий около океана) и загрязненной городской среде (крыши, дымоходы) возможно.
| Марка | Композиция | PREN 1 | CCCT 2 (°C) | CPT 3 (°C) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Cr | Mo | N | ||||
| AISI 304 | 18.0 | - | 0.06 | 19.0 | - | |
| AISI 316 | 16.5 | 2.1 | 0.05 | 24.2 | 15 | |
| AISI 904L | 20.5 | 4.5 | 0.05 | 36.2 | 20 | 40 |
- 1 Pitting Resistance Equivalent — Эквивалент Сопротивления питтинговой коррозии, включая азот, PREN =Cr+3.3Mo+16N
- 2 Critical Crevice Corrosion Temperature — Критическая Температура Щелевой Коррозии, CCCT, в соответствии с ASTM G-48B (6%FeCl3 в течение 72 часов, с щелями)
- 3 Critical Pitting Temperature — Критическая Температура Питтинговой Коррозии, CPT, в соответствии с ASTM G-48A (6%FeCl3 в течение 72 часов)
Межкристаллитная коррозия
Содержание углерода в AISI 316 может вызвать сенсибилизацию от теплового режима в местах сварных швов и зонах их термического влияния. По этой причине использование низкоуглеродистой стали AISI 316L предпочтительно в деталях, при изготовлении которых применяется сварка. «Низкий углерод» увеличивает время, необходимое для осаждения «вредных» карбидов хрома, но не прекращает реакцию их осаждения на длительное время в данном диапазоне температур.
Тест на МКК (Межкристаллитную коррозию)
| ASTM A 262 Оценочные испытания | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) | |
|---|---|---|---|
| AISI 316 | AISI 316 L | ||
| Practice B (Метод B) (гептагидрат сульфата железа - Серная кислота) | Обычный | 0.9 | 0.7 |
| Сваренный | 1.0 | 0.6 | |
| Practice E (Метод E) (пентагидрат сульфата меди - Серная кислота) | Обычный | Без трещин на изгибе | Без трещин |
| Сваренный | Незначительные трещины на сварном шве (недопустимо) | Без трещин | |
| Practice A (Метод A) (Травление щавелевой кислотой) | Обычный | Расслоение ступенчатое | Расслоение ступенчатое |
| Сваренный | Глубокое растрескивание (недопустимо) | Расслоение ступенчатое | |
Растрескивание (Крекинговая коррозия) под напряжением
Аустенитные сплавы под воздействием напряжения восприимчивы коррозионному растрескиванию (SCC) в галоидных соединениях. Хотя 316-е сплавы несколько более стойкие к SCC из-за содержания молибдена, они все равно являются весьма восприимчивыми.
- присутствие ионов галоидного соединения (вообще хлоридов);
- остаточные напряжения при растяжении;
- температуры свыше 50 °C.
Напряжения могут возникнуть из-за деформации сплава в холодном состоянии во время формования, или ротационной вытяжки, или в процессе сварки, из-за возникновения напряжения от смены тепловых циклов.
Уровни напряжения могут быть снижены путем отжига или термической обработкой после деформации в холодном состоянии.
Низкоуглеродистый материал AISI 316L - лучший выбор при эксплуатации при воздействии напряжений, которые способствуют возникновению межкристаллитной коррозии.
Скорость растрескивания в зависимости от условий окружающей среды
Сварка
- Сталь легко свариваемая
- После сварки термическая обработка не требуется
- Сварные швы должны быть механически или химически очищены от окалины, затем пассивированы
Формовка
AISI 316/316L, являясь чрезвычайно прочной, упругой и пластичной, с легкостью находит множество применений. Типичные действия включают изгиб, формирование контура, волочение, ротационную вытяжку и т.д. В процессе формовки можно использовать те же машины и, чаще всего, те же инструменты, что и для углеродистой стали, но здесь требуется на 50-100% больше силы. Это связано с высокой степенью упрочнения при формовке аустенитной стали, что в некоторых случаях является отрицательным фактором.
| число Эриксена характеристика обрабатываемости листового металла давлением | LDR предельный коэффициент вытяжки |
|---|---|
| 11.0-11.5 (мм) | 2.00-2.05 (мм) |
Обработка
Отжиг
Диапазон температуры отжига 1050°C ± 25°C сопровождается последующим быстрым охлаждением на воздухе или в воде. После отжига необходимо травление и пассивирование.
AISI 304 L
AISI 304 L используется там, где компоненты требуют прочной сварки с сопротивлением межкристаллитной коррозии. Эти компоненты могут использоваться без последующей обработки шва, независимо от толщины.
Основные характеристики
- хорошее общее сопротивление коррозии
- очень хорошая защита от МКК
- пригодность к криогенным приложениям
- отличная свариваемость
AISI 304 L имеет более низкое содержание углерода по сравнению с AISI 304, что улучшает ее сопротивление межкристаллитной коррозии в сварных швах и зонах медленного охлаждения.
Химический состав (% к массе)
| стандарт | марка | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM A240 | AISI 304L | ≤0,030 | ≤0,75 | ≤2,0 | ≤0,045 | ≤0,030 | 18,00 - 20,00 | 8,00 - 12,00 |
Механические свойства
Механические свойства при высоких температурах
Физические свойства
| Физические свойства | Условные обозначения | Единица измерения | Температура | Значение |
|---|---|---|---|---|
| Плотность | d | - | 4°C | 7.93 |
| Температура плавления | °C | 1420 | ||
| Удельная теплоемкость | c | J/kg.K | 20°C | 500 |
| Тепловое расширение | k | W/m.K | 20°C | 15 |
| Средний коэффициент теплового расширения | α | 10 -6 .K -1 | 20-100°C 20-200°C 20-400°C | 16.0 16.5 17.5 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ωmm 2 /m | 20°C | 0.73 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0,8 kA/m | 20°C | 1.015 |
| Модуль упругости | E | MPa x 10 3 | 20°C | 200 |
AISI 304 Lимеет хорошее общее сопротивление влажной коррозии и особенно рекомендована там, где есть риск межкристаллитной коррозии.
AISI 304 Lимеет хорошую устойчивость к большинству пищевых продуктов и многочисленным химическим средам:
- разбавленные щелочные растворы в температуре окружающей среды,
- разбавленные органические кислоты в температуре окружающей среды,
- нейтральные или щелочные соляные растворы без галоидного соединения,
- большинство органических сред.
Кислотные среды
Cплавы AISI 304 и AISI 304 L устойчивы к умеренно агрессивным органическим кислотам, например, уксусной и растворам фосфорной кислоты. Однако в более агрессивных средах типа кипящих растворов соляной или серной кислот сплавы теряют коррозионностойкость.
Кипящая 50-процентная каустика (щелочь) - также слишком агрессивная среда для этих сплавов.
Устойчивость к коррозии в кипящих химикалиях
| Кипящая среда | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) |
|---|---|---|
| 20%-ая уксусная кислота | Обычный металл Сваренный | |
| 45%-ая муравьиная кислота | Обычный металл Сваренный | 0.4 0.5 |
| 10%-ая сульфаминовая кислота | Обычный металл Сваренный | 1.3 1.4 |
| 1%-ая соляная кислота | Обычный металл Сваренный | 2.2 3.6 |
| 20%-ая фосфорная кислота | Обычный металл Сваренный | - - |
| 65%-ая азотная кислота | Обычный металл Сваренный | 0.2 0.2 |
| 10%-ая серная кислота | Обычный металл Сваренный | 16.8 22.3 |
| 50%-ая гидроокись натрия | Обычный металл Сваренный | 1.8 2.2 |
Причиной незащищенности аустенитных нержавеющих сталей в диапазоне температур 425°C - 820°C является осаждение карбидов хрома на границах зерен. Такие стали "сенсибилизируются" и становятся подверженными межкристаллитной коррозии в агрессивных окружающих средах.
Именно поэтому сталь AISI 304L с низким содержанием углерода предпочтительна для изделий, в которых материал после сварки подвергается воздействию агрессивных сред. «Низкий углерод» увеличивает время, необходимое для осаждения «вредных» карбидов хрома, но не прекращает реакцию их осаждения на длительное время в данном диапазоне температур.
| ASTM A 262 Оценочные испытания | Состояние металла | Скорость коррозии (мм/год) |
|---|---|---|
| Practice B (Метод B) (гептагидрат сульфата железа - Серная кислота) | Обычный | 0.5 |
| Сваренный | 0.5 | |
| Practice E (Метод E) (пентагидрат сульфата меди - Серная кислота) | Обычный | Без трещин |
| Сваренный | Без трещин | |
| Practice A (Метод A) (Травление щавелевой кислотой) | Обычный | Ступенчатая структура |
| Сваренный | Ступенчатая структура |
Из всех аустенитных нержавеющих сталей марки AISI 302, AISI 304, AISI 304L наиболее восприимчивы к коррозионному растрескиванию (SCC) при подвергании напряжению в галоидных соединениях благодаря относительно низкому содержанию в них никеля.
- присутствие ионов галоидного соединения (вообще хлоридов),
- остаточные напряжения при растяжении,
- температуры свыше 50°C.
Напряжения могут возникнуть из-за деформации сплава в холодном состоянии во время формования, или ротационной вытяжки, или в процессе сварки, из-за возникновения напряжения от смены тепловых циклов. Уровни напряжения могут быть снижены путем отжига или термической обработки после деформации в холодном состоянии.
- Сталь легко свариваемая.
- После сварки термическая обработка не требуется.
- Сварные швы должны быть механически или химически очищены от окалины, затем пассивированы.
AISI 304L, являясь чрезвычайно прочной, упругой и пластичной, с легкостью находит множество применений. Типичные действия включают изгиб, формирование контура, волочение, ротационную вытяжку и т.д. В процессе формовки можно использовать те же машины и, чаще всего, те же инструменты, что и для углеродистой стали, но здесь требуется на 50-100% больше силы. Это связано с высокой степенью упрочнения при формовке аустенитной стали, что в некоторых случаях является отрицательным фактором.
| число Эриксена характеристика обрабатываемости листового металла давлением | LDR предельный коэффициент вытяжки |
|---|---|
| 11.5 (мм) | 2.00-2.05 (мм) |
Свойства стали по гибкости аналогичны AISI 304
Отпуск
Для AISI 304L - 450-600 °C в течение одного часа с небольшим риском сенситизации.
Читайте также: