Хромоникелевые и хромоникельмолибденовые стали аустенитно-ферритного класса
В отечественных (ГОСТ 5632-72) и зарубежных стандартах аустенитно-ферритные стали объединены в самостоятельный структурный класс в связи с их специфическими свойствами.
Аустенитно-ферритные стали в отличие от аустенитных сталей характеризуются: более высокой прочностью (в 1,5—2 раза); более высокой стойкостью против межкристаллитной коррозии; более высокой стойкостью против коррозионного растрескивания в хлоридных и щелочных средах.
Существуют три поколения аустенитно-ферритных сталей: к первому поколению относятся стали, содержащие <0,12 % С и стабилизированные титаном; ко второму поколению — стали, содержащие < 0,03 % С без стабилизирующих элементов; к третьему поколению — стали с < 0,03 % С — нестабилизированные стали, дополнительно легированные азотом (до 0,35 %).
К первому поколению относятся стали 08Х22Н6 (ЭП53) и 08Х21Н6М2Т (ЭП54), ко второму — низкоуглеродистые стали типа 03Х23Н6 (ЗИ68) и 03Х22Н6М2 (ЗИ67). Стали 08Х22Н6Т и 08Х21Н6М2Т, как правило, не уступают по коррозионной стойкости сталям аустенитного класса соответственно 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т, практически во всех средах.
Коррозионная стойкость стали 03Х22Н6 в азотной кислоте концентраций < 70 % аналогична стойкости стали 03Х18Н11. Значительное преимущество сталь 03Х23Н6 по сравнению со сталью 08Х18Н10Т имеет в азотно-фторидных растворах. Сварные соединения стали 03Х23Н6 также, как и стали 03Х18Н11, не склонны к ножевой коррозии в азотнокислых средах. Весьма существенным достоинством аустенитно-ферритных сталей является их высокая стойкость против общей коррозии в щелочных средах.
Наилучшим комплексом свойств обладают низкоуглеродистые азотсодержащие стали третьего поколения. Наиболее перспективна в данной группе сталь 03Х24Н6АМЗ (ЗИ130).
После закалки с 1070—1120 °С в стали формируется двухфазная аустенитно-ферритная структура с соотношением аустенита и феррита в пределах 40-60 %, которое обеспечивает высокий комплекс механических свойств: σ II = 755-815 Н/мм², σ0,2 = 598-685 Н/мм², δ5 = 25-30 %. Наряду с этим сталь имеет весьма высокую коррозионную стойкость в ряде агрессивных сред, а также улучшенную (благодаря микролегированию) горячую деформируемость. В растворах серной кислоты сталь 03Х24Н6АМЗимеет значительно более высокую коррозионную стойкость, чем сталь 10Х17Н13М2Т (ЭИ448), содержащая 13 % Ni, и не уступает сплаву 06ХН28МДТ (ЭИ943), содержащему 28 % Ni (рис. 1). В 10-35%-ной H2SO4 при температуре до 90 °С скорость коррозии стали 03Х24Н6АМЗ не превышает 0,1 мм/год. Сварные соединения стали стойки против межкристаллитной коррозии.
Хорошую сопротивляемость стали 03Х24Н6АМЗ против питтинга в хлоридных средах обеспечивает высокий питтинговый индекс (PI = % Cr + 3,3 % Мо + 16 % N), составляющий 33-39 %. В растворе 6%-ного FeCl3 скорость коррозии составляет менее 0,1 г/(м² · ч) и близка к скорости коррозии такого высоконикелевого сплава, как, например, сплав ХНЗОМДБ.
Сталь устойчива против сероводородного коррозионного растрескивания при нагрузке 0,9σ0,2 и базе испытаний 720 ч в стандартном растворе 5%-ного NaCl, насыщенном сероводородом и подкисленном уксусной кислотой до pH 2,9—3,0.
Сталь 03Х24Н6АМЗ (ЗИ130) является высокоэффективной технологичной коррозионностойкой сталью, предназначенной для работы в сернокислых, фосфорнокислых, азотнокислых средах, а также средах, содержащих хлориды и сероводород. Кроме того, ее целесообразно применять вследствие повышенной прочности при эксплуатации в условиях коррозионно-эрозионного изнашивания. Из этой стали изготавливают оборудование для производства экстракционной фосфорной кислоты, комплексных минеральных удобрений, производства карбамида, капролактама, а также опытное оборудование для сред, содержащих сероводород.
Увеличение производства аустенитно-ферритных сталей третьего поколения относится к 70—80 гг. Сегодня ведущими металлургическими фирмами разных стран предлагается четыре основные группы низкоуглеродистых азотсодержащих сталей. В порядке увеличения сопротивления коррозии и уровня прочностных свойств стали располагаются в следующей последовательности:
1. Fe-23Cr-4Ni-0,lN (марки SAF 2304, UR 35N и др.);
2. Fe-22Cr-5,5Ni-3Mo-0,15N (марки SAF 2205, . А903, UR45N, Falc223 и др.);
3. Fe-25Cr-5Ni -2,5Mo-0,17N-Cu (марки 7MoPLUS, Ferralium 255, DP-3 и др.);
4. Fc-25Cr-7Ni-3,5Mo-0,25N-Cu-W (марки Falc 100, SAF2507,UR 52N+).
Уровень механических свойств сталей 1-й группы равен: σв > 600 Н/мм , σ0,2 > 400 Н/мм² при δ> 25 %. Питтинговый индекс PI равен 25. Стали 4-й группы ("супер") имеют: σв > 800 Н/мм2, σв > 550 Н/мм2 при δ > 15 %; Р1 = 40. Отечественная сталь 03Х24Н6АМЗ по уровню механических и коррозионных свойств соответствует лучшим зарубежным сталям этой группы.
Современные аустенитно-ферритные стали благодаря особым коррозионным и механическим свойствам являются особо перспективными для использования во многих областях химической, нефтехимической и нефтегазодобывающей промышленности, в морском строительстве и при опреснении морской воды.