Ферритная сталь что это такое: Ферритные стали — Marcegaglia Russia

Хромистая ферритная сталь, аустенитно-ферритная сталь, мартенситно-ферритная сталь

Ферритные стали

Что такое ферритные стали?

«Феррит» походит от латинского ferrum — железо. Это сплав, который состоит из углерода и легирующего элемента, имеющего объемно центрированную кубическую кристаллическую решётку и входящего в часть различных структур.

Ферритная сталь состоит из легированного феррита и карбида. Это низкоуглеродистая сталь с большим содержанием легированного элемента (ванадий, молибден, кремний и прочие). В зависимости от соотношения последнего к железу и углероду образуется легированный феррит, аустенит и цементит.

Ферритную структуру стали получают благодаря следующим ферритно-образующим элементам:Cr, Zr, Si, Nb, Al, W, Ti. Хром (Cr) создает защитный слой на поверхности, по этому ферритные стали называют хромистыми. Они относятся к нержавеющим сталям. Классификация стали.

 Разновидности ферритных сталей.

Различают несколько видов ферритных сталей:

• Аустенитно-ферритные;
• Мартенситно-ферритные.

Аустенитно-ферритные — дуплексные высоколегированные стали, которые состоят из двух фаз: аустенита и феррита. Это заменители хромоникелевых сталей аустенитного класса. Имеют большое преимущество — высокую коррозийную стойкость даже в самых агрессивных средах, так как содержат не менее 20% хрома. Так же они обладают высокой прочностью, устойчивостью против коррозии щелей, питтингообразования, коррозионного растрескивания. Заграницей аустенитно-ферритные стали применяют как материал, из которого изготавливают конструкции для теплообменной техники, что практически невозможно сделать из хромоникелевой стали.

Мартенситно-ферритные  стали получают путем двухфазового термокинетического преобазования. В зависимости от скорости охлаждения и температуры, с одной стороны создаётся ферритная составляющая, с другой аустенит превращается в мартенсит. Данные стали содержат приблизительно 14% хрома и обладают идеальной стойкостью к коррозиям. Их применяют в нефтехимической и др. промышленностях. В частности энергетическое и нефтехимическое оборудование и различную аппаратуру производят из мартенситно-ферритной стали.

Недостатки и преимущества ферритных сталей.

Себестоимость производства хромистой ферритной стали может варьироваться от низкой до высокой, в зависимости от используемых ферритно-образующих элементов и их количества в ферритной структуре.

Недорогие стали имеют свои недостатки:

1. хрупкость сварных соединений;
2. предрасположенность к росту зерна;
3. склонность к межкристаллитной коррозии;
4. она обладает магнитными свойствами (это недостаток сталей, которые относятся к ферритному классу)

Но, благодаря низким затратам на изготовление, эта сталь хорошо подходит для производства ненагруженных металлоизделий, фурнитуры, товаров массового потребления.

Эти недостатки устраняют за счет использования более дорогих легирующих элементов и других способов. Например легирование сварного шва титаном или ниобием делает соединение устойчивым к межкристаллитной коррозии.

Хромистая ферритная сталь может применяться в различных агрессивных средах, так как обладает высокой стойкостью к коррозиям. Многофункциональность, широкий диапазон применения дает этому металлу массу преимуществ. Он не содержит никель, что гарантирует стабильность цены. В соответствии с целями, задачами, назначением, производитель сам определяет, какую использовать марку стали ферритного класса.

Опубликовано: 22.08.2017

Ферритные нержавеющие стали — характеристики и применение

Разновидностью антикоррозийных сплавов являются ферритные нержавеющие стали. Данные сплавы состоит из легированного хромом, ванадием, молибденом, кремнием и другими химическими элементами феррита и карбида. Присутствие хрома обеспечивает свойства высокой коррозийной устойчивости за счет формирования защитного слоя на поверхности металлического сплава.  

Ферритные стали разделяют на два вида, отличающихся химическим составом по процентному содержанию хрома:

• Аустенитно-ферритные (доля хрома в сплаве составляет 16-19%),
• Мартенситно-ферритные (включают 12-14% хрома).

Стальные изделия аустенитного класса благодаря относительно высокому содержанию хрома обладают высокой коррозийной стойкостью даже в агрессивных средах. Другие полезные характеристики данного вида ферритных сплавов: отличаются высокой прочностью, устойчивостью против коррозии в щелях, появления избирательных очагов коррозии на поверхности (точечного питтингообразования), коррозийного растрескивания под воздействием растягивающего напряжения и агрессивной среды.  

Мартенситные стали получают термокинетическим преобразованием (при определенном сочетании скорости охлаждения и температуры), при котором аустенит переходит в мартенсит.

Металлобаза (Днепр) «Стил-Сервис» предлагает на продажу следующие марки ферритных сталей:

-Аустенитного класса:

• 08Х18Н10Т — сплав включает относительно большое содержание никеля (9-11%), имеет хорошую устойчивость к экстремальным условиям эксплуатации, не имеет ограничений по сварке, хорошо переносит перепады температур. Применяется для изготовления специализированного оборудования в промышленности, производства мединструментов и приборов, пищевой посуды, в строительстве — решеток, лестниц, заборов;
• 12Х17 — изделия из стали хорошо функционируют в агрессивной среде, изготавливают крепежные детали и запчасти для оборудования, медицинские инструменты, посуду;

— Мартенситного вида:

• 08Х13 — сварка возможна при подогреве сплава до 120˚Цельсия, далее выполняется закалка изделия. Изготавливают изделия с высокой ударной нагрузкой;
• 20Х13 — жаропрочный некорродирующий материал, включает небольшую долю хрома, а также ванадий, вольфрам, молибден. Находит применение в энергетических установках для изготовления турбинных лопостей, дисков, кольцевых деталей.
• 30Х13 — добавлена медь и титан в состав сплава. Жаростойкость сохраняется до 650˚Цельсия. Не применяется для изготовления изделий с помощью сварки. Производят из данной марки стали подшипники, пружины, карбюраторные иглы. Находит использование для производства режущего, формовочного инструмента;
• 40Х13 — отличается особой твердостью, сварке не поддается. Производят из сплава подшипники, пружины, которые эксплуатируются при повышенных температурах.

Ассортимент стальных материалов «СТИЛ-СЕРВИС» широкий, постоянно пополняется новыми марками стали.

 

Также читайте статьи:

Ферритные стали

Сеть профессиональных контактов специалистов сварки

При содержании ~12 % Сr у безуглеродистых сплавов Fe — Сr критические точки А₁ и А₃ на диаграмме (см. рис. 1 на странице Хромистые стали) сливаются. При дальнейшем увеличении содержания хрома сплавы не претерпевают превращений. Стали, структура которых соответствует этой области диаграммы Fe — Сr, относят к ферритным.

Хромистые ферритные стали (табл. 1 и 2) во многих агрессивных средах превосходят по коррозионной стойкости хромоникелевые аустенитные стали, не склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением.

При дополнительном легировании кремнием и алюминием хромистые стали могут быть использованы для оборудования, работающего в окислительных условиях при высоких температурах.

Другие страницы по теме

Ферритные стали

(стали ферритного класса):

Широкое применение хромистых ферритных сталей с обычным содержанием углерода и азота сдерживается из-за чрезмерной хрупкости их сварных соединений. Высокая чувствительность к надрезу при нормальной температуре делает их непригодными для изготовления оборудования, работающего под давлением, при ударных и знакопеременных нагрузках. Такие

ферритные стали используют для изготовления ненагруженных устройств и изделий.

Хорошая свариваемость хромистых ферритных сталей обеспечиваетcя ограничением в иx составе C и N, образующиx твердые растворы внедрения. Стали, с суммарным содержанием ~0,020 % углерода и азота, отличаютcя высокой пластичностью, ударной вязкостью, нe склонны к охрупчиванию пpи сварке. Производство таких сталей возможно в вакуумных печах или с внепечной обработкой (продувкой расплава аргоном или аргон о-кислородной смесью).

Стали, произведенные в открытых печах, вследствие относительно высокого содержания углерода и азота имеют низкую пластичность и ударную вязкость, что затрудняет проведение не только сварки, но и других технологических операций (гибки, вальцовки). Повышению пластичности сталей 08Х 13, 08Х17Т и 15Х25Т способствует их про катка при пониженных температурах (до 820… 850

оС). В этом случае относительное удлинение проката увеличивается до A₅ = 25 %, а ударная вязкость достигает 80 дж/см² . Улучшению свойств сталей, как и сварных соединений, способствует также термический отпуск при 760^оС.

Сварочный нагрев отрицательнo влияет нa пластичность хромистых ферритных сталей, уcугубляет иx склонность к хрупкому разрушению. Высoкую хрупкость сварных соединений cвязывают c ростoм величины зерна в 3ТВ.

Интенсивный рост зерна при сварке не удается предотвратить и у сталей с низким содержанием углерода и азота. Однако этот процесс не вызывает их охрупчивания в зоне термического влияния. Это свидетельствует о том, что хрупкость сварных соединений хромистых ферритных сталей связана главным образом с содержанием в твердом растворе примесей внедрения.

Образование холодных трещин в сварных соединениях хромистых ферритных сталей обусловлено резким охрупчиванием металла в ЗТВ. В связи с этим сварку, гибку и правку при изготовлении узлов и деталей из сталей с обычным содержанием примесей рекомендуют проводить с нагревом до 150…200

оС. Существенному повышению пластичности сварных соединений способствует термический отпуск при 760^оС с последуюшим быстрым охлаждением (табл. 4).

Таблица 1. Хромистые ферритные стали : химический состав .

Марка стали	C	Si	Mn	Cr	Mo	S	P	прочих элементов
08X13	≤0,08	≤0,8	≤0,8	12,0..14,0	—	≤0,025	≤0,030	≥6(C+N) Ti
08Х17Т				16,0…18,0			≤0,035	0,50…0,80 Ti
08Х23С2Ю		1,5… 1,8	0,4…0,7	22,0…24,0		≤0,015	≤0,030	Не регламентируется
04Х14Т3Р1Ф (ЧС-82)	0,02…0,06	≤0,6	≤0,5	13,0…16,00		0,020	0,025	2,3 …3,5 Ti, 1,1 … 1,8 V
ЭП 882-ВИ	≤0,015	≤0,5		16,5…18,5	1,5…2,0	≤0,020	≤0,025	0,15…0,35 Nb
ЭП 904-ВИ	≤0,012	≤0,3		18	—			0,1 …0,4 Nb, 2,2 …3,5 А1
15Х25Т	≤0,08	≤0,8	≤0,8	29,0…27,0		≤0,025	≤0,035	0,5 …0,9 Ti

Таблица 2. Хромистые ферритные стали : механические свойства, не менее.

Марка стали	σв, МПа	σ0,2,МПа	δ5, %	ψ,%	KCU, Дж/см2	Примеры использования
08Х13	590	410	20	60	10	Внутренние устройства химических аппаратов
08Х17Т	372	—	17	—	—
08Х23С2Ю	490		10	60		Змеевики пиролиза
04Х14Т3Р1Ф	500	320	15	20	10	Стеллажи ядерного топлива, контейнеры
ЭП 882-ВИ	372	245	22	—	60	Заменитель Сг — Ni аустенитных сталей
ЭП 904-ВИ	440	323	24			Детали высокотемпературного оборудования
15Х25Т		—	14		20	Внутренние устройства химических аппаратов

Механические свойства сварных соединений зависят от применяемых сварочных материалов (табл. 4).

При использовании аустенитных сварочных материалов металл шва отличается высокой пластичностью, ударной вязкостью. При сварке однородными с основным металлом сварочными материалами с обычным содержанием примесей внедрения металл шва и сварные соединения отличаются высокой хрупкостью. Лишь в случае низкого содержания примесей в присадочной проволоке при АрДС сталей ЭП 882-ВИ и ЭП 904-ВИ могут быть достигнуты высокие значения пластичности и ударной вязкости у металла шва.

Сварные соединения всех хромистых ферритных сталей коррозионно-устойчивы во многих агрессивных средах. Легирование металла шва ниобием (или титаном) обеспечивает стойкость против межкристаллитной коррозии как в исходном после сварки состоянии, так и после термической обработки.

Таблица 3. Рекомендации по тепловому режиму сварки хромистых ферритных сталей.

Марка стали	Температура подогрева, оС	Продолжительность хранения до термической обработки, ч	Термическая обработка
08Х13	150…250	Не ограничено	Отпуск при 680…700оС
08Х13 (плакирующий слой биметалла)	без подогрева	Не регламентируется
08Х17Т, 15Х25Т	150…200
08Х17Т, 15Х25Т (плакирующий слой биметалла)	без подогрева
08Х23С2Ю	200 …250	Не допускается	Отжиг при 900оС
ЭП 882-ВИ, ЭП 904-ВИ	без подогрева	Не регламентируется

Таблица 4. Способы сварки, сварочные материалы и механические свойства свариых соединеиий хромистых ферритных сталей.

Марка стали	Способ сварки, сварочные материалы	Механические свойства сварных соединений
		σв, МПа	KCU, Дж/см2
08Х13	Ручная дуговая сварка: — электроды Э-10Х25Н13Г2 ОЗЛ-6, ЦЛ-25, Э-10Х25Н13Г2Б ЦЛ-9, Э-08Х20Н15ФБ АНВ-9, Э-10Х20Н15Б АНВ-10	540	5
	— электроды Э-2Х13 УОНИ-13НЖ, АНВ-1, ЦЛ-51	590
	АДС: проволока Св-07Х25Н12Г2Т, Св-06Х25Н12ТЮ, Св-06Х25Н12БТЮ, флюс АН-26с, АНФ-14, ОФ-6, АН-18	540
	АрДС: проволока CB-06X25Н12Т, Cв-06Х25Н12БТЮ, Cв-07X25Н12Г2Т, аргон
08Х17Т	РДС: электроды Э-10Х25Н13Г2Б ЦЛ-9 , УОНИ-10Х17Т. АДС: проволока Св-10ХI7Т, флюсы АНФ-6, ОФ-6	440
08Х23С2Ю	РДС: электроды ЦТ-33, ЦТ-38	500
04Х14Т3Р1Ф	Электронно-лучевая и лазерная сварка
ЭП 882-ВИ	РДС: электроды Э-10Х25Нl3Г2 ЦЛ-25, ЦТ-45, ЭА-400/10Т. АрДС: проволока Св-02ХI8М2Б-ВИ, аргон	372
ЭП 904-ВИ	РДС: электроды ЦТ-52	390	—
	АрДС: проволока Св-02Х19Ю3Б-ВИ, аргон	372	5
15Х25Т	РДС: электроды 3иО-7, ЭА-48М/22, АНВ-9, АН9-10. АрДС: проволока Св-07Х25Н 13, аргон АДС: проволока Св-07Х25Н13, флюсы АН-26с, АНФ-14, ОФ-6, АН-16	440	5

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

Характеристики и виды нержавеющей стали

Нержавеющей сталью является хромосодержащий сплав стали, обладающий высокой коррозийной стойкостью. Повышенное сопротивление к коррозии объясняется содержанием не менее 11% хрома, при этом сплавы являются нержавеющими в слабоагрессивных средах, при содержании более 17% хрома — агрессивных окислительных и других средах. Среди остальных важных легирующих элементов нержавеющая сталь может содержать никель, азот, титан и молибден. Последний, в свою очередь, используется для достижения сверхвысокой коррозионной стойкости. Высокая сопротивляемость к коррозии объясняется наличием очень тонкой, невидимой оксидной пленки, покрывающей поверхность стали. Эта пленка (оксид хрома) защищает сталь от воздействия агрессивных сред. При повреждении она самостоятельно восстанавливается.

Нержавеющая сталь обладает следующими основными характеристиками:

• Высокое сопротивление коррозии, прочность и долговечность. 
• Стойкость к окислению при высоких температурах. 
• Гигиеничность (не имеет пор и трещин для проникновения грязи и бактерий).
• Огнеупорность.
• Эстетичный вид поверхности.
• Высокие пластичные характеристики.

Виды нержавеющих сталей

Существует четыре основных вида нержавеющей стали:

• Аустенитные.
• Ферритные.
• Дуплексные.
• Мартенситные.

Наиболее распространены среди них аустенитные и ферритные.
Аустенитные стали — эта группа нержавеющих сталей является наиболее широко используемой. Содержание никеля в такой стали составляет не менее 7%, что придает ей пластичность, широкий спектр температурных режимов эксплуатации, обеспечивает легкий процесс сварки. К сталям этого вида относятся:

Ферритные стали — имеют свойства близкие к свойствам малоуглеродистой стали, но с лучшей сопротивляемостью к коррозии. Наиболее известна из этого вида сталь AISI 430 (12Х17), которая используются в домашнем хозяйстве, декоративной отделке, бытовой технике. Она достаточно дешева, но обладает рядом существенных недостатков:

• Низкая коррозионная стойкость и повышенная хрупкость по сравнению с аустенитными сталями.
• Особые требования к режимам сварки (необходим подогрев деталей и быстрое охлаждение сварного шва).
• Ферритная сталь является магнитной. Она притягивает частицы к поверхности, что вызывает её загрязнение и, как следствие, появление коррозии.

Чем отличаются нержавеющие стали AISI 304 и 430?

Информационная статья

В этой статье мы разбираемся, чем же друг от друга отличаются нержавеющие стали AISI 304 и 430, почему одна дешевле, а другая дороже. Давайте разберемся в этом вместе на примере банных печей из нержавейки. Вы узнаете как отличить эти стали при покупке банной печи, чтобы вас не обманули и под видом настоящей нержавейки не продали обычную печь для бани из AISI 430 стали.

На рынке банных печей много различных моделей, при изготовлении которых используется нержавеющая сталь, но не всякая нержавеющая сталь одинаково хороша. Давайте попробуем разобраться, чем же друг от друга отличаются нержавеющие стали. Возьмем за пример самые распространенные стали AISI 430 (17Х18 по ГОСТ) и AISI 304 (12X18h20 по ГОСТ).

Многие производители банных печей используют в производстве именно сталь AISI 430, так как по таблице жаростойкости она выше. Использование этой стали также оправдано и её относительно невысокой ценой, по сравнению со сталью AISI 304. Сталь AISI 304 же обладает чуть меньшей жаростойкостью, по сравнению с AISI 430, но это её единственное незначительное отличие. Так как есть более важные показатели, которые напрямую влияют на работу и долговечность изделия.

Для начала давайте узнаем поподробнее, что же это за стали.

Нержавеющая жаропрочная (аустенитная) сталь AISI 304 (INOX)

Жаропрочность – это способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах.

Основными жаропрочными аустенитными сталями являются хромоникелевые стали. Стали содержат 15…20 % хрома и 10…20 % никеля. Обладают жаропрочностью и жаростойкостью, пластичны, хорошо свариваются.

Марка стали AISI 304 (INOX) — относится к хромоникелевому классу низкоуглеродистых высоколегированных сталей. Высокое содержание хрома и никеля определяет превосходные прочностные и антикоррозионные свойства, востребованные повсеместно – их определяют, как универсальные. Именно поэтому данный сплав относится к числу наиболее применяемых.

В системе ГОСТ данной марке соответствует 12X18h20 сталь.

Основные качества, дающие преимущества именно AISI 304: устойчивость к окислению и к повышенной температуре, повышенная надежность сварных швов из-за хорошей свариваемости.

AISI 304 обладает такими эксплуатационными свойствами как:

• Кислотоустойчивость. Устойчивость к агрессивным воздействиям техногенного или природного характера.
• Жаропрочность. Способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах.
  
• Жаростойкость. Способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в течение длительного времени (до 850^oC).
• Слабые магнитные свойства. Они достигаются за счет структуры материала и способа его обработки. Сталь AISI 304 не магнитится.
• Экологичность. Производители AISI 304 позиционируют данный материал, также называемый Inox, как пищевую нержавеющую сталь. В ней не содержится токсических веществ.

Нержавеющая жаростойкая (ферритная) сталь AISI 430

Жаростойкость (окалиностойкость) – это способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в течение длительного времени.

Если изделие работает в окислительной газовой среде при температуре 500..550 ^oC без больших нагрузок, то достаточно, чтобы они были только жаростойкими (например, отдельные детали нагревательных печей). Являясь экономлегированной и коррозионностойкой сталь AISI 430 обладает хорошей стойкостью к образованию окалины до температуры 850-900 ^oC, сохраняя свои полезные эксплуатационные свойства.

Для повышения жаростойкости в состав стали вводят элементы, которые образуют с кислородом оксиды с плотным строением кристаллической решетки (хром, кремний, алюминий).

В системе ГОСТ данной марке соответствует сталь 17Х18.

AISI 430 обладает такими эксплуатационными свойствами как:

• Жаростойкость. Способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в течение длительного времени (до 900^oC).
• Экологичность. В ней не содержится токсических веществ.

Сравнение нержавеющих сталей AISI 304 и 430

Сталь AISI 430 при большей жаростойкости является более хрупкой и плохо поддается сварке. Чтобы её качественно сварить требуется специальная сложная технология и точное её соблюдение на всех этапах работы. Эта сталь в основном используется в декоративных целях. Сварные конструкции из нее очень хрупкие и самым слабым местом всегда будет сварочный шов.

Эта сталь AISI 430 обладает более низкой кислотостойкостью, по сравнению с 304 нержавейкой, и при работе в жестких условиях воды, сажи и конденсата постепенно приходит в негодность, поэтому, например, дымоходные трубы из такой стали все равно прогорают. Их просто разъедает получаемая в результате работы печи кислота. Также, сталь AISI 430 магнитится, что легко ее выдает при любой проверке магнитом. Так вы легко сможете определить какая нержавеющая сталь перед вами – AISI 430 или настоящая немагнитная нержавейка AISI 304.

Сталь AISI 304 (INOX) – это жаропрочная сталь и не боится высоких температур при работе банной печи. Она прекрасно сваривается благодаря более качественному составу стали и высокому содержанию никеля. Никель – очень дорогой металл, но при его высоком содержании в нержавеющей стали она приобретает повышенную прочность и стойкость к перепадам температур, а также приобретает отличную свариваемость. Именно благодаря никелю данная сталь теряет свои магнитные свойства.

Также нержавеющая сталь AISI 304 устойчива к химическим и кислотным воздействиям, не выделяет вредных или токсичных веществ. Поэтому данная сталь в основном используется в пищевой и медицинской промышленности и входит в разряд пищевой нержавейки.

Сталь AISI 304 является более дорогой по сравнению со сталью AISI 430 из-за применения более качественных и дорогих сплавов никеля и хрома в большом количестве.

Печи из такой нержавейки могут использоваться постоянно и при этом смогут прослужить практически вечно. Поэтому, такие печи рекомендованы производителем ERMAK для использования даже в коммерческих банях с гарантией до 5 лет.

Резюме

Не все печи из нержавейки одинаковы, как вы уже поняли. И прежде, чем сделать выбор в сторону той или иной печи проверяйте, из какой нержавейки будет сделана ваша печь для бани. От этого будет сильно зависеть ее качество и срок службы.

Завод Ермак производит банные печи и из стали AISI 430, соблюдая всю технологию сварки. Это классическая серия банных печей Ермак-Элит из нержавейки.

Но в новой линейке банных печей из нержавейки ERMAK в сериях «Премиум» и «Люкс» уже используется при изготовлении топки и всех дымовых каналов нержавеющая сталь AISI 304 (INOX), из-за этого и цена печей сильно отличается.

Поставив себе такую печь из настоящей нержавейки, можно будет забыть о проблемах навсегда и просто наслаждаться качеством банных процедур и расслабляться.

Как выбрать банную печь из настоящей нержавейки? Как отличить её от обычной жаростойкой стали? Достаточно воспользоваться магнитом. Топка печи из настоящей жаропрочной нержавейки не будет магнититься! До 90% печей на рынке под видом нержавейки продаются из обычной жаростойкой стали. Не дайте себя обмануть!

Сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа, орбитальная сварка, автоматическая сварка, сварка труб

Ваш надежный партнер в области орбитальной и автоматизированной сварки и наплавки вольфрамовым электродом в среде защитного газа… Компания Polysoude известна своим опытом работы в области орбитальной сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа, широким ассортиментом продукции, в который входит высокоэффективное оборудование для механизированной, автоматизированной, роботизированной и автоматической сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа, а также решения для наплавки.

Автоматизированная сварка

Процессы сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа с холодной и горячей проволокой, а также плазменной сварки остаются основной темой нашей работы в отношении орбитальных сварочных аппаратов, а также автоматизированных и роботизированных сварочных решений.
Автоматизация – основа нашего бизнеса и результат нашего мастерства в указанных выше сварочных процессах.
Более 25 экспертов по сварке по всему миру уделяют особое внимание исключительно трудным областям применения сварки.
За более чем 50 лет опыта в области оборудования для орбитальной сварки труб разного диаметра компания Polysoude вышла сектора аэрокосмической, нефтегазовой, пищевой, химической, фармацевтической промышленности, а также в области полупроводников, теплообменников, генерации энергии и многих других.

Читать далее

Наплавка

Основными преимуществами сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа с холодной и горячей проволокой по сравнению с другими процессами является возможность работы в любых положениях, отличное качество поверхности, четкий результат без брызг… нулевые дефект.
Технологи TIG^er – инновация компании Polysoude, основанная на процессе сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа и разработанная, чтобы гарантировать качество, значительно повысить количество наплавляемого материала и уменьшить разбавление.
Все указанные выше процессы могут использоваться на установках RIG для вертикальной и горизонтальной наплавки.
Наши решения в области наплавки применяются, главным образом, в нефтегазовом секторе, а также в области генерации энергии.
Наши 25 специалистов по наплавке к вашим услугам в любой стране мира. Они будут сопровождать ваши проекты.

Читать далее

Публикация «Коррозионностойкие аустенитно-ферритные стали» — АО «Балтийская нержавеющая сталь» Санкт-Петербург

Коррозионно-стойкие аустенитно-ферритные стали, в дальнейшем условно называемые дуплексными коррозионностойкими (ДКС), состоят из двух основных фаз — аустенита и феррита примерно в равных количествах (но не менее 30% каждой).

Обе эти фазы вследствие высокого содержания в них хрома являются коррозионностойкими. Преимущества ДКС перед аустенитными коррозионностойкими сталями (АКС) — более высокие прочность (без снижения вязкости) и коррозионная стойкость, а также пониженная стоимость стали из-за сравнительно низкого содержания никеля. ДКС могут применяться в средах, где стандартные АКС имеют недостаточную стойкость, например, в хлоридсодержащих растворах. Вследствие низкого содержания углерода и наличия никеля ДКС обладают хорошей свариваемостью. Однако из-за возможности выделения при нагреве нежелательных избыточных фаз и снижения порога хладноломкости в зоне термического влияния сварных соединений они имеют ограниченный температурный интервал эксплуатации от -40 до 300°С. Легирование современных ДКС азотом стабилизирует аустенит, и в этом отношении азот заменяет никель. Кроме того, азот повышает прочность и сопротивление питтингу и улучшает структуру сварного шва.

ДКС имеют высокую прочность, поэтому из них можно изготавливать изделия с гораздо меньшей массой, чем, например, из АКС. В результате снижается их металлоемкость и экономятся дорогие и дефицитные материалы.

Вследствие уникального сочетания высокой прочности, вязкости, коррозионной стойкости, свариваемости и экономичности ДКС можно успешно использовать в различных отраслях промышленности, особенно для изделий, эксплуатирующихся в Сl-содержащих средах (химическая, нефтехимическая, нефтегазовая разведка и добыча, в том числе с морского дна и из глубинных кислых Н2-содержащих скважин), целлюлозно- бумажная, пищевая, фармацевтическая, текстильная промышленность, атомная энергетика и др.). Установлена также их биологическая совместимость, и они могут имплантироваться в человеческий организм.

Английский филиал шведской фирмы Sandvik Steel на выставке «Побережье Европы-91» в г. Абердине (Шотландия) объявил о полном освоении любых профилей из супер SAF 2507 для надводного и подводного использования в сильно коррозионных средах.

Отечественная ДКС 03Х23Н6 производится в виде толстого (4-20 мм) и тонкого (0,8-3,6 мм) листа и сорта до диаметра 200 мм, сталь 03Х22Н6М2 — в виде толстого и тонкого листа, а супер ДКС 03X24H6M3 — в виде толстого листа (4-11 мм) и сорта. Области их применения: сталь 03Х23Н6 (ЭИ68) — сварное емкостное оборудование, работающее в производстве минеральных удобрений, серной кислоты и др.; сталь 03Х22Н6М2 (ЭИ67) предназначена для изготовления оборудования, работающего в средах производства сложных минеральных удобрений; сталь Avesta 2205 используется в качестве материала для наливных судов, предназначенных для транспортировки фосфорной и серной кислот с температурой 30-50°С.

Ниже рассматриваются ДКС третьего поколения, которые содержат около 25% Сr, до 4 % Мо и до 0,3 N и имеют очень высокую коррозионную стойкость, выражаемую так называемым эквивалентом сопротивления питтингу:

ЭСП = (%Сг+3,3%Мо+16%N)>40%, что соответствует критической температуре питтингообразования >60°С. Некоторые марки современных наиболее распространенных деформируемых ДСК приведены в табл.1. 

Таблица 1

Группа ДКС	ЭСП, %	Обозначение стали, данное разработчиком	Условная марка стали	Разработчик
с 18-23% Cr	23-25	ЭИ-68 ЭИ-67 SAF2304 Uranus 35N 3RE60 Uranus45N SAF2205 FALC223 AF22 VS22	03X23H6 03X22H6M2 03X23Ah5 03X23Ah5 03X18H5M3C2 03X21H5AM3 03X22H5AM3 03X22H5AM3 03X22H5AM3 03X22H5AM3	ЦНИИЧЕРМЕТ ИМ.И.П. Бородина ЦНИИЧЕРМЕТ ИМ.И.П. Бородина2 Sandvik, Avesta Creusot-Loire Sandvik, Avesta Creusot-Loire Sandvik, Avesta Krupp Stahl Mannesmann Valinox

Фазовый состав ДКС зависит от химического состава и термической обработки и ориентировочно определяется соотношением Сг- и Ni -эквивалентов (в %) по известной диаграмме Шеффлера. Для литого состояния Сгэкв = %Cr + 2%Si +1,5%Мо + 5%V + 5,5%Аl + 1,5%Тi + 1,75%Nb + 0,75%N; Niэкв = %Ni + %Со + 30%С + 25%N + 0,5%Мn + 0,3%Сu. Все ДКС затвердевают через феррит. В интервале температур 1200-1000°С, характерном для пластической деформации, термодинамически стабильны феррит (Ф) и аустенит (А). При 900°С стабильна σ-фаза, при 800°С стабильны нитриды хрома типа Cr2N(e) и χ-фаза, а ниже 800°С — еще и R-фаза. 

При использовании азота как легирующего элемента в ДКС в интервале 700-900°С возможно выделение нитрида Cr2N, которое протекает преимущественно внутри зерен при быстром охлаждении от высоких температур и оказывает отрицательное влияние на свойства этих сталей. Следует отметить, что количество вводимого азота должно обеспечивать его сохранение в твердом растворе, так как только в этом случае обеспечивается высокая коррозионная стойкость стали.

После термической обработки на твердый раствор (закалка от 1000-1100°С в воде или на воздухе, в зависимости от сечения изделий) ДКС должны иметь оптимальное количество Ф и А в структуре. В этом случае они в наибольшей степени приближаются к АКС по пластичности и вязкости (табл. 2) и к ферритным коррозионностойким сталям по сопротивлению коррозии. 

Предел текучести ДКС в 2-3 раза выше, чем АКС типа Х18Н9, так как феррит в соответствии с законом аддитивности упрочняет аустенитную матрицу. ДКС обычно имеют более мелкое зерно, чем АКС, что вносит дополнительный вклад в упрочнение. В ДКС, легированных азотом, он концентрируется в аустените до такой степени, что аустенитная фаза может быть прочнее феррита. Современные супер ДКС дополнительно упрочнены за счет повышенного содержания Сг и Мо в твердом растворе.

Супер ДКС в состоянии поставки (обработка на твердый раствор с ускоренным охлаждением) имеют весьма высокую прочность при относительном удлинении до 20-30%, ударной вязкости до 200-300 Дж/см2 и вязкости разрушения К1с до 3140 Н/мм3/2. Ударная вязкость ДКС после обработки на твердый раствор весьма высока, что обусловлено наличием аустенита, тормозящего рост трещин в зернах феррита. Температура перехода ДКС в хрупкое состояние Ткр<-60°С. Вязкость разрушения в растворах хлоридов К15СС у ДКС в несколько раз выше, чем у АКС и аустенитно-мартенситных коррозионностойких сталей.

ДКС имеют два температурных интервала охрупчивания: 600-900°С (σ-фаза и др.) и 500°С (475-градусная хрупкость). Для избежания распада пересыщенного твердого раствора охлаждение после нагрева при термической обработке должно быть достаточно быстрым.

ДКС имеет высокое сопротивление коррозионной усталости: предел выносливости при испытании в синтетической морской воде почти в 2 раза выше, чему АКС. Сопротивление усталости ДКС в коррозионных средах (водопроводная и синтетическая морская вода, 0,1 Н раствор HCl) не ниже, чем при испытании на воздухе.

Физические свойства ДКС после обработки на твердый раствор, а также для сравнения — свойства АКС и ферритных коррозионностойких сталей (ФКС) приведены в табл. 3. ДКС по физическим свойствам, как и по механическим, занимают промежуточное положение между аустенитными и ферритными сталями.

Горячая обработка давлением проводится в интервале температур 1280- 850°С. После окончательной деформации обязательно проводится отжиг ДКС, заключающийся в обработке на твердый раствор при 1000-1100°С с последующим ускоренным охлаждением. Выделения σ-фазы снижают горячую пластичность ДКС при 900-1200°С, однако эта фаза достаточно быстро диссоциирует при температурах >1000°С. В промышленной практике прокатки целесообразен перегрев слитков из ДКС до 1250-1280°С. Образующееся при этом большое количество феррита вновь уменьшается в результате обратного δ-γ-превращения, протекающего при деформации в интервале более низких температур. Феррит снижает горячую прочность ДКС, что способствует уменьшению усиления их деформирования.

Если горячая пластическая деформация является конечной операцией при изготовлении металлоконструкции или изделия, после нее проводят закалку от 1000-1100°С с охлаждением в воде или на воздухе.

Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости разработаны специальные режимы термомеханической обработки ДКС, включающие нагрев до ферритного состояния (1250°С), быстрое охлаждение и прокатку ниже температуры рекристаллизации (500-800°С) с обжатием ≈30%, рекристаллизацию в двухфазной области (900-1150°С 0,5-20 ч) с последующим быстрым охлаждением (возможно дополнительное старение или холодная деформация).

В холодном состоянии ДКС могут деформироваться всеми известными способами: гибкой, штамповкой, глубокой вытяжкой, выдавливанием, раскаткой, волочением и т.п.

Применение ДКС марки 05Х20Н5АМЗ в холоднодеформированном состоянии позволяет получить σв>1760 Н/мм2, относительную магнитную проницаемость ≈ 8-9 и удовлетворительную стойкость против охрупчивания в среде хлоридов, насыщенной h3S.

Режимы термической обработки оказывают большое влияние на структуру и свойства изделий из ДКС. Снижение скорости охлаждения при пониженном содержании аустенитообразующих элементов приводит к уменьшению пластичности, а при повышенном — и к уменьшению прочности металла. Температура нагрева под закалку в зависимости от состава ДКС выбирается в пределах 1000-1100°С (иногда до 1150°С). Высокие температуры нагрева способствуют более полному растворению избыточных фаз и повышению коррозионной стойкости стали. Время нагрева под закалку устанавливается из расчета 1-3 мин. на 1 мм толщины изделия. При закалке в воде изделий с большой или переменной толщиной от температур ≈1100°С возможно образование закалочных трещин вследствие выделения по границам зерен частиц меди или s-фазы. Во избежание этого рекомендуется промежуточное охлаждение (подстуживание) в печи до 1040-950°С с последующей закалкой в воде, масле или на воздухе. Варьированием температуры нагрева и скорости охлаждения при закалке можно изменять в широких пределах количество феррита (от 50 до 100%) и соответственно физические и механические свойства стали. 

ДКС привлекают к себе внимание не столько высокими механическими свойствами, сколько коррозионной стойкостью. Наиболее опасной является локальная (питтинговая) коррозия, так как при ее развитии создаются места зарождения усталостных трещин или коррозионного растрескивания под напряжением (КРН).

Высокие служебные свойства ДКС обеспечиваются их высокой стойкостью против общей и локальной коррозии, поэтому во многих агрессивных средах они могут заменять не только высоко-никелевые АКС, но и некоторые цветные сплавы. ДКС имеют высокую коррозионную стойкость в растворах солей, кислот и щелочей, органических соединениях, а также хорошо противостоят эрозионной коррозии, в том числе под воздействием высокоскоростных потоков жидкостей.

Двухфазная структура лучше противостоит коррозионному воздействию даже при наличие пор и раковин, образующихся в литых изделиях. Предполагает, что аустенит и феррит гальванически взаимно защищают друг друга. Введение азота в ДКС уменьшает различие концентрации хрома в Ф и А и этим повышает коррозионную стойкость аустенитной фазы, приближая ее к стойкости Ф. 

При эксплуатации ДКС в морской воде вредное влияние оказывают бактерии, отложения которых могут вызвать щелевую коррозию. Для уменьшения активности бактерий рекомендуется непрерывное или периодическое хлорирование морской воды.

Питтинговая коррозия наиболее часто зарождается на межфазных границах Ф/А вследствие возможной сегрегации легирующих элементов, но поскольку современные ДКС являются чистыми сплавами (0,002% S), влияние сегрегации в них считается несущественным, и гораздо большую опасность представляют выделения нежелательных фаз, таких как s- фаза и вторичный аустенит.

Для эксплуатации в проточной морской воде могут применяться и АКС. Однако в неподвижной морской воде при наличии конструктивных зазоров (щелей) АКС подвергаются воздействию питтинговой и щелевой коррозии. В этих условиях отлично ведут себя ДКС. В установках, охлаждаемых морской водой, ДКС имеют более высокую коррозионную стойкость, чем АКС, алюминиевая бронза и Cu-Ni-сплавы. Идеальную стойкость показала супер ДКС Zeron 100 (Х25Н7АМ4ДВ), незначительную коррозию претерпели супер ДКС SAF2507 (Х25Н7АМ4), сплав Nicrofer 6020 hMO (X22H64M9B3Fe2) и АКС 254 SMO (Х20Н18АМ6Д), остальные стали и сплавы L (AISI316L, AISI904L, Sanicro 28, AISI 317LN, SAF 2205, Nicrofer 4221) признаны непригодными для работы в морской воде тропических широт.

Анализ результатов многочисленных исследований показывает, что обычные АКС по своей природе более склонны к КРН, чем ДКС, при сопоставимом содержании Сг и Мо.

Сенсибилизация, приводящая к межкристаллитной коррозии, в ДКС выражена меньше, чем в АКС, так как при выделении зернограничных карбидов хром поставляется в эти участки ферритом, в котором диффузия протекает намного быстрее, чем в аустените. 

В слабо окислительных кислотах (серная кислота, загрязненная и незагрязненная фосфорная кислота, органические кислоты) стойкость супер ДКС превосходит стойкость АКС. И наоборот, в сильно окислительных кислотах (кипящая азотная кислота) высокое содержание феррита в ДКС является вредным.

ДКС легко свариваются всеми известными способами ручной и автоматической электросварки: дуговой, плазменной, электронно-лучевой и др.). В отличие от однофазных АКС они обладают меньшей склонностью к образованию горячих зернограничных трещин даже при большой толщине сварного шва, более высокой прочностью и коррозионной стойкостью шва.

Для обеспечения высокой коррозионной стойкости и достаточной пластичности содержание феррита в сварном шве должно составлять 30-70%. Это указывает на необходимость использования присадочного металла, состав которого сходен с основным металлом, но содержит не более 30% Ф. При сварке разнородных материалов (сварка с простыми углеродистыми или легированными сталями или с другими коррозионностойкими сталями) рекомендуется использовать проволоку типа PHYWELD625 или 82. В других случаях ДКС можно сваривать при тех же условиях, что и стандартные АКС: без предварительного подогрева, с охлаждением шва между проходами до температуры <120°С, с зачисткой до и после сварки, без термической обработки и регенерации (восстановления) структуры после сварки ДКС в отожженном (закаленном) состоянии. Однако при использовании сплавов в упрочненном состоянии после сварки нужно проводить отжиг (закалку) и упрочняющую обработку.

Травление ДКС для удаления окалины после термической обработки проводят в водном растворе 10-20% HNО3 (плотностью 36°В) с 1,5-5% 65%-ной HF. Время погружения составляет несколько часов при комнатной температуре. Оно может быть сокращено до 20 мин. при нагреве ванны до 60°С.

ДКС обрабатываются резанием труднее, чем стандартные АКС, вследствие более высокой прочности и низкого содержания углерода и неметаллических включений (в супер ДКС).

Обзор подготовили: Литвак В. А. Белокопытов Н. П.

 Информационно-справочное издание «Балтийские металлы» июнь 1998, № 2.

Ферритная нержавеющая сталь — обзор

6.4 Предлагаемые стратегии для ограничения эффектов коррозии на границе раздела металл-уплотнение: основные проблемы и перспективы на будущее

Ферритные и аустенитные нержавеющие стали, стальные сплавы на основе хрома, сплавы Ni-Cr, а также хром сплавы рассматривались как возможные материалы для межсоединений. Все эти материалы получают свою стойкость к окислению за счет образования защитного слоя Cr ₂ O ₃ . Предпочтение отдается этим материалам, поскольку Cr ₂ O ₃ является полупроводником и способен обеспечивать достаточно высокую электропроводность при рабочих температурах.Большая часть описанного разложения произошла в результате взаимодействия между защитным слоем оксида хрома и щелочными или щелочноземельными компонентами в герметиках (например, BaCrO ₄ ), как указано в предыдущем разделе. Принимая во внимание высокую температуру эксплуатации SOC, можно ожидать диффузионных эффектов на границе раздела межсоединение-герметик. Во многих исследованиях сообщается о диффузии Cr ₂ O ₃ из межсоединения в герметик. Результат этого может быть неоднозначным; Диффузия хрома может улучшить смачивание межсоединения и герметика, но также сообщалось о потере прочности соединения и разрушении (Chou et al., 2017а, б). В этом разделе представлен обзор стратегии и методов, которые использовались для уменьшения или предотвращения деградации и отказов на границе между межсоединением и герметиком.

Методы, которые использовались для контроля или устранения взаимодействия между материалами межсоединений и герметиками для стекол, были сосредоточены на контроле состава герметика и использовании покрытий или обработки поверхности межсоединения (то есть, предварительное окисление). Как было показано в разделе 2, алюмосиликатные стекла бария подвержены реакциям со слоем защитного оксида Cr ₂ O ₃ межсоединения (Yang et al., 2003) через реакции:

2Cr2O3s + 4Bas + 3O2g → BaCrO4s

CrO2Oh3g + BaOs → BaCrO4s + h3Og

Эти реакции вредны для пакета SOC, поскольку трещины могут образовываться на границе раздела межсоединение-герметик значение BaCrO ₄ . Batfalsky (2006) показал, что после нескольких сотен часов работы из-за нежелательных реакций между стеклокерамическим герметиком и межсоединением Crofer22APU образовались поры размером около 200 мкм на границе межсоединение-уплотнитель. Эти реакции были успешно подавлены путем нанесения на поверхность Crofer22APU тонкого 8% -ного покрытия из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия.

Присутствие щелочноземельных металлов в составе стеклокерамики важно, поскольку они обеспечивают контроль над процессом кристаллизации. Стеклокерамика, содержащая BaO, по-видимому, является одним из наиболее эффективных герметизирующих материалов SOC, однако проблемы, связанные с реакцией с Cr из межсоединения, должны быть решены или обойдены (Mahato et al., 2015).

Таким образом, некоторые исследователи сосредоточили свое внимание на герметиках, не содержащих барий, таких как алюмосиликаты кальция и магния. Реакционная способность алюмоборосиликатных стекол, содержащих MgO, как правило, намного ниже по сравнению со стеклами, содержащими BaO и CaO (Lahl et al., 1999). По данным Eichler et al. (2000), которые работали над композициями на основе системы BaO-MgO-SrO-Al ₂ O ₃ -B ₂ O ₃ -SiO ₂ , MgO также может реагировать с хромом (на границе раздела соединения Cr-5Fe-1Y ₂ O ₃ ) с образованием MgCr ₂ O ₄ . Считалось, что присутствие фазы шпинели, которая имеет относительно низкое значение КТР (6,9 × 10 ^{— 6} K ^{— 1} ), приводит к трещинам в стеклообразной фазе, ведущим к расслоению.

Большая часть усилий по созданию герметиков, не содержащих бария, была проведена Smeacetto et al. (2008a, b), которые успешно присоединили герметик Na ₂ O-CaO-SiO ₂ -Al ₂ O ₃ как к Crofer22APU, так и к YSZ, используя суспензию или электрофоретическое осаждение (EPD). Наблюдалась кристаллизация двух кристаллических фаз, геленита (Ca ₂ Al ₂ SiO ₇ ) и алюмосиликата натрия (NaAlSiO ₄ ). Похоже, что сначала произошла кристаллизация геленита.Отчасти это произошло за счет гетерогенного зародышеобразования, и поверхность раздела как с Crofer22APU, так и с YSZ, таким образом, экранировала содержащую оксид натрия фазу NaAlSiO ₄ от оксида окиси хрома.

Однако некоторые исследования предполагают реакцию между щелочью, содержащейся в некоторых стеклокерамических герметиках, и Cr из межсоединения с последующим образованием хроматов (таких как Na ₂ CrO ₄ или K ₂ CrO ₄ ). Образование этих соединений может привести к явлениям коррозии из-за увеличения испарения хрома или к катодному отравлению (Ogasawara et al., 2007; Цзян и др., 2001; Ingram et al., 2007). Однако точные механизмы, вовлеченные в эти процессы деградации, до сих пор неясны. Многие исследования и патенты были посвящены щелочным герметикам на основе стекла с удовлетворительными результатами (Smeacetto et al., 2014; Sabato et al., 2018; Larsen et al., 2004, 2012; Chou et al., 2011, 2012a, b. ). Систематического понимания того, как Na или K вносят вклад в деградацию присоединения, все еще отсутствует. Экспериментальные данные довольно противоречивы, и нет единого мнения об использовании щелочей в системах SOC.

Работа Smeacetto et al. (2008a, b) продемонстрировали потенциальные средства использования стадии кристаллизации для защиты оксида натрия от оксида хрома. Долгосрочные испытания на старение с использованием Crofer22APU в исходном состоянии (т.е. без предварительного окисления) показали, что диффузия хрома в герметик имела место, но не было никаких доказательств каких-либо побочных реакций, поскольку оксиды натрия и хрома оставались отдельными (Smeacetto et al., 2009 г.).

В случае предварительно окисленного Crofer22APU, на котором был получен устойчивый защитный слой, не было никаких доказательств диффузии хрома в стеклокерамический герметик.Та же группа исследователей в дальнейшем использовала эту стратегию для разделения потенциальных реактивных частиц путем разработки стеклокерамических герметиков на основе диопсида (Sabato et al., 2016, 2018). Образовавшаяся фаза диопсида (CaMgSi ₂ O ₆ ), кристаллизовавшаяся на поверхности нержавеющей стали 441, имела толщину около 3 мкм и отделяла стекловидную фазу, содержащую Na ₂ O, от Cr ₂ . О ₃ . Не было никаких свидетельств каких-либо нежелательных реакций на границе раздела герметик-межсоединение после старения при 800 ° C в течение 3500 часов.

Другой пример описан Ritucci et al. (2018). В своем исследовании они протестировали стеклокерамику на основе Na-содержащего диопсида (без Ba) в контакте как с предварительно окисленным, так и с алюминированным Crofer22APU. Диффузии Cr или Mn в герметик не обнаружено, а также отрицательных реакций (рис. 58). Это подтверждает, как было ранее оценено Chou et al. (2008), что процесс алюминирования может быть эффективным для защиты герметика от поверхности межсоединения.

Рис. 58. Анализ SEM / EDS на границе раздела между стеклокерамическим герметиком и алюминированным Crofer22APU (AlumiLockTM) (A – C и G) и предварительно окисленным Crofer22APU (D – F и H).

Перепечатано из материалов Ritucci, I., Agersted, K., Zielke, P., Wulff, AC, Khajavi, P., Smeacetto, F., Sabato, AG, Kiebach, R., 2018. Герметизирующее стекло без содержания Ba с высокий коэффициент теплового расширения и отличная стабильность интерфейса, оптимизированные для приложений стеков SOFC / SOEC. Int. J. Appl. Ceram. Technol.15 (4), 1011–1022, с разрешения John Wiley and Sons.

В случае предварительного окисления наблюдение, что присутствие стабильного слоя Cr ₂ O ₃ на поверхности межсоединения (например, Crofer22APU) может ограничивать диффузию хрома в герметик, является еще одним возможным средством предотвращения любых вредных эффектов. на стыке герметик-межсоединение. Анализ данных о длительном старении герметиков, контактирующих с предварительно окисленным Crofer22APU, показывает, что может иметь место диффузия как хрома, так и марганца.Понятно, что в таких случаях марганец диффундирует в герметик дальше, чем хром. Это наблюдение можно объяснить рассмотрением данных химической термодинамики для Cr ₂ O ₃ и оксидов марганца. Парциальное давление кислорода, находящегося в равновесии с Mn и его оксидами, больше, чем у кислорода с Cr и Cr ₂ O ₃ . Это говорит о том, что на внешней поверхности защитного слоя предварительно окисленного Crofer22APU будет преобладать оксид марганца, а во внутренних частях — оксид хрома.Если Crofer22APU не подвергается предварительному окислению до равновесия (и, следовательно, оксид марганца не преобладает снаружи), для двух оксидов будет возникать термодинамическая движущая сила, чтобы диффундировать наружу, чтобы двигаться к равновесию, и, следовательно, диффузия в герметик будет повышен. За счет предварительного окисления Crofer22APU до «равновесного» состояния диффузия как Cr, так и Mn будет ниже, как показано Smeacetto et al. (2009).

Использование покрытий на поверхности межсоединения было еще одним способом ограничения межфазной диффузии из межсоединения в герметик.Как упоминалось выше, Batfalsky et al. (2006) смогли подавить вредные межфазные реакции путем нанесения тонкого 8% -ного покрытия из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, на поверхность межсоединения. Как и предполагалось ранее, процесс алюминирования также может быть эффективным для ограничения реакций / диффузии между герметиком и металлическим межсоединением с высоким содержанием хрома. Обработка поверхности алюминированием была также принята Chou et al. (2012a, b) испытание AISI441, герметизированного щелочесодержащим стеклокерамическим герметиком.В другом случае те же авторы использовали покрытие YSZ на AISI441 в качестве защитного слоя от вредных межфазных реакций (Chou et al., 2012a, b).

В заключение, состав герметика всегда следует оценивать с учетом возможных реакций с металлическими межсоединениями. Однако, несмотря на возможное развитие вредных реакций, могут быть приняты эффективные стратегии для ограничения высокой реакционной способности Cr с определенными стеклянными компонентами (Ba, Sr и Na) путем экранирования границы раздела герметик / межсоединение; это условие может быть достигнуто различными методами, такими как стимулирование поверхностной кристаллизации герметика, предварительное окисление, алюминирование или нанесение защитных покрытий.

Что касается длительных испытаний в соответствующих условиях SOC на уровне дымовой трубы, то в некоторых патентах, касающихся систем Ba-B-Si-Al, были предложены очень многообещающие уплотняющие решения с улучшенными характеристиками и долговечностью (Schilm et al., 2017; Reis et al., 2016). Композиционный герметик был приготовлен из стеклянной матрицы на основе системы BaO-CaO-SiO ₂ и усилен частицами YSZ; этот герметик был успешно протестирован Blum et al. (2016) до 70000 ч. Несмотря на огромное количество исследований, все еще невозможно определить универсальное герметизирующее решение; это определенно зависит от рабочей температуры SOC и конструкции трубы.Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять отравляющее действие некоторых герметиков на основе диоксида кремния в режиме обратимого SOC (Irvine et al., 2016). Эти результаты исследований дадут важную информацию для будущих разработок уплотнений, их характеристики и валидации.

Ферритная сталь — обзор

3.03.1 Введение

Корпус реактора высокого давления из ферритной стали легководного реактора (LWR) уникален с точки зрения безопасности атомной станции. Это связано с тем, что корпус реактора представляет собой компонент границы давления, катастрофическое разрушение которого из-за хрупкого разрушения может привести к серьезному повреждению активной зоны и, возможно, к широкому распространению радиоактивности.Помимо процессов термической, механической и химической деградации, общих для всех компонентов первого контура, корпус реактора из ферритной стали из-за его непосредственной близости к активной зоне реактора также претерпевает изменения механических свойств из-за радиационного повреждения от потока быстрых нейтронов. возникающие в результате ядерных реакций в топливе. Целостность корпуса реактора должна быть гарантирована на протяжении всего срока эксплуатации установки. Облучение приводит к процессам упрочнения и охрупчивания, наиболее важным эффектом которых является повышение температуры вязко-хрупкого перехода (DBTT) и снижение вязкости разрушения корпуса реактора.Это может быть важной проблемой в области пояса, которая испытывает наибольший флюенс нейтронов. Эти изменения механических свойств делают корпус реактора более подверженным хрупкому разрушению по мере старения растения. Основная цель этой главы — продемонстрировать наше текущее понимание эффектов радиационного повреждения ферритных сталей для сосудов, работающих под давлением.

Сосуды под давлением из низколегированной ферритной стали используются во всех западных LWR (как в кипящих реакторах (BWR), так и в реакторах с водой под давлением (PWR)), а также в реакторах ВВЭР (LWR) в России и ряде европейских стран (см. е.г., Стил и Стерн ¹ ). В прошлом ферритные стали для корпусов высокого давления также использовались в газоохлаждаемых реакторах Magnox в Соединенном Королевстве. ² (реакторы Magnox со стальными корпусами в настоящее время выводятся из эксплуатации, ³ ). Демонстрация безопасной эксплуатации такой установки привела к обширным международным исследованиям за последние 40–50 лет по эффектам старения ферритных сталей. Необходимость такого научного понимания поднята на самом высоком уровне. Например, сэр Алан Коттрелл, тогдашний главный научный сотрудник правительства Великобритании, в меморандуме о целостности сосудов под давлением LWR от 22 января 1974 г., адресованном Специальному комитету парламента Великобритании по науке и промышленности, заявил: «Возможный постепенный рост мелких трещин в очень высоких напряженные области, вызванные эффектами старения и коррозии во время эксплуатации, требуют дальнейшего научного исследования.” ⁴

Обсуждение здесь показывает, что в области радиационных повреждений большое значение имеет прямое применение фундаментальных исследований к действующим реакторам. В этой главе показано, что развитие понимания механизмов повреждения позволило улучшить описание эксплуатационных свойств корпусов реакторов действующих реакторов. Независимая экспертная оценка играет центральную роль в процессе и особенно важна с точки зрения регулирования. Часто не просто непосредственно вовлеченное исследовательское сообщество должно оценивать любое улучшенное описание процессов деградации; например, в процесс будут вовлечены органы безопасности внутри энергокомпании, эксплуатирующей реактор (или флот), или национальный регулирующий орган.

Самое главное, что не всегда было возможно предсказать свойства сосуда с истекшим сроком службы (EOL) на основе данных, полученных для материалов, облученных в рамках программ наблюдения за сосудом. Программы наблюдения за судном для коммерческих ядерных реакторов предназначены для отслеживания вызванных облучением изменений механических свойств конструкционных материалов с ограниченным сроком службы, подверженных значительному флюенсу нейтронов. Таким образом, они предназначены для предоставления предварительной информации о состоянии ухудшения механических свойств ключевых структурных компонентов.Однако из-за неизбежных различий в мощности дозы нейтронов между стенкой корпуса и такими контрольными образцами (обычно в 5 или более раз), нехваткой таких данных в начале эксплуатации завода и сложной и неожиданной зависимости охрупчивания от состава стали. возникла необходимость в разработке зависимостей «доза-повреждение» (DDR) на основе механистического понимания, которое предсказывает зависимость охрупчивания от материалов и переменных облучения.

Подавляющее большинство исследований эффектов старения ферритных сталей за последние 40–50 лет были посвящены влиянию нейтронного облучения в довольно узком наборе условий облучения, например, температурах облучения ~ 250–300 °. C (хотя был интерес к температуре облучения до 160 ° C) и дозам облучения, типичным для облучения в процессе эксплуатации (<0.1 сна). Ранние исследования были сосредоточены, в первую очередь, на влиянии облучения на механические свойства, в то время как в последние 20 лет такие исследования сочетались с тщательными исследованиями влияния материалов и переменных облучения на микроструктуру, развивающуюся под облучением. Именно эта комбинация позволила существенно понять механизмы, определяющие влияние радиационного повреждения на объемные свойства ферритных сталей для корпусов реакторов. Как будет показано, такие исследования охватывали простые модельные сплавы, стали с контролируемым составом и коммерческие стали, используемые в реальных сосудах.Основным результатом последних лет является разработка основанных на механизме или управляемых DDR, которые используются, часто в рамках нормативной базы, для прогнозирования поведения корпусов реакторов. (Некоторые исследователи называют DDR «корреляциями охрупчивания».) При формулировании таких DDR необходимо было учесть не только переменные облучения, такие как поток, флюенс и температура облучения, но и материальные факторы, такие как состав, термообработка и т. Д. и форма продукта.

При рассмотрении такой давней области необходимо сосредоточить внимание на представлении управляемого набора данных.Как указывалось ранее, в этой главе основное внимание уделяется механизмам, контролирующим охрупчивание корпуса реактора, тому, как такое понимание было включено в механические DDR, а также ограничениям или текущим исследовательским вопросам, связанным с их разработкой. Эти DDR на механической основе были разработаны в основном для реакторов LWR и Magnox, расположенных на Западе, и в этой главе особое внимание уделяется таким исследованиям; то есть в главе не дается обширный обзор исследований по охрупчиванию корпусов реакторов реакторов ВВЭР (см. Николаев и др. ., ⁵ Крюков и др. ., ⁶ Штромбах и Николаев, ⁷ и Брумовский ⁸ за такой обзор). Его организация отражает общую направленность; сначала в главе дается описание сталей для корпусов реакторов (раздел 3.03.2), а затем дается обзор влияния радиационного повреждения на их механические свойства (раздел 3.03.3). Раздел 3.03.4 описывает состояние нашего механистического понимания охрупчивания, вызванного радиационным повреждением. Это понимание оказалось решающим при разработке DDR, описанных в разделе 3.03.5. Неурегулированные проблемы, особенно те, которые возникают в связи с продлением жизни растений, изложены в Разделе 3.03.6.

Ферритная нержавеющая сталь: полезный обзор ферритной стали…

Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь отличается от других типов стали тем, что она содержит хром, никель и другие легирующие элементы, которые придают ей гораздо более высокую степень коррозионной стойкости. В мире нержавеющей стали существует огромное количество вариаций, в настоящее время доступно более 100 уникальных марок.Большинство этих сортов попадают в пять широких категорий:

Каждый из этих видов нержавеющей стали обладает уникальным набором металлургических свойств. Естественно, разные типы имеют разные сильные и слабые стороны с точки зрения потенциального применения. В этой статье более подробно рассматривается ферритная нержавеющая сталь , , и дается некоторая основная информация о том, как классифицируется ферритная сталь, и что отличает ее от других разновидностей нержавеющей стали.

Что такое ферритная нержавеющая сталь?

Ферритная сталь — это сорт сплава нержавеющей стали, содержащий более 12% хрома, который отличается от других типов нержавеющей стали по двум ключевым параметрам: химическому составу и структуре молекулярных зерен.Вот несколько ключевых моментов, которые вам следует знать о каждом из этих различий.

Ферритная нержавеющая сталь на самом деле определяется как класс нержавеющих сплавов с прямым хромом, которые содержат от 10,5% до 30% содержания хрома и менее 20% углерода. Эти стали практически не закаливаются при термообработке и лишь незначительно упрочняются при холодной прокатке. Некоторые марки ферритной нержавеющей стали:

Каков химический состав ферритной стали?

Как отмечалось выше, вся нержавеющая сталь содержит металл, известный как хром, который отличается своей твердостью, коррозионной стойкостью и исключительным блеском при полировке.Ферритные стали уникальны тем, что они обычно содержат более высокий уровень хрома, чем другие типы нержавеющей стали.

Например, один из наиболее распространенных типов аустенитной стали — так называемая нержавеющая сталь 18/10 — содержит 18 процентов хрома, но в отличие от аустенитной стали не содержит никеля. Напротив, ферритные нержавеющие стали могут содержать до 27 процентов хрома. При этом не все типы ферритной нержавеющей стали содержат такое большое количество хрома; у некоторых может быть даже меньше, чем у их аустенитных аналогов.

Более универсальное различие между ферритными и аустенитными нержавеющими сталями состоит в том, что ферритные стали содержат мало никеля, если вообще содержат его. Ферритные нержавеющие стали разделяют эту черту с мартенситными нержавеющими сталями, большинство из которых также не содержат никель . Наконец, ферритные стали характеризуются тем, что они содержат лишь небольшое количество углерода.

О структуре ферритных зерен

Конкретный состав нержавеющей стали оказывает большое влияние на структуру металла на молекулярном уровне.Именно эти конструкции и дали названия различным типам нержавеющей стали. Другими словами, ферритные стали характеризуются тем, что они состоят из микроструктуры, известной как феррит.

Феррит — это металлургическая фаза железа, в которой металлические легирующие элементы находятся в твердом растворе, а углерод практически нерастворим. Феррит практически отсутствует в закаленных мартенситных и аустенитных нержавеющих сталях, но его присутствие характерно для нержавеющих сталей. Также важно отметить, что отожженные мартенситные нержавеющие стали содержат феррит и карбид.

Не углубляясь в химию образования металлов, вы должны понимать, что различные сплавы нержавеющей стали в первую очередь различаются расположением атома железа в каждом зерне. Ферритные стали имеют объемно-центрированную кубическую структуру зерен. Напротив, аустенитная и другие типы нержавеющей стали имеют гранецентрированную зернистую структуру.

Объемно-центрированное кубическое зерно является причиной того факта, что, в отличие от всех других типов нержавеющей стали, ферритные стали имеют магнитную природу.Это различие заключается в квантово-механическом аспекте микроструктуры металла — иными словами, в том, как электроны расположены в ядре металлического зерна.

Характеристики ленты из ферритной нержавеющей стали

Теперь, когда у вас есть базовое представление о том, чем сплавы ферритной стали отличаются от других разновидностей нержавеющей стали, вам, вероятно, интересно, как это влияет на характеристики ферритной стали. Следует помнить о пяти важных характеристиках.

Сталь, стойкая к коррозионному растрескиванию под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) — распространенная форма деградации стали, вызванная сочетанием растягивающего напряжения и коррозионной среды. Аустенитные нержавеющие стали особенно уязвимы к SCC при воздействии хлоридов. Однако микроструктуры ферритных сталей придают им высокую степень устойчивости к SCC, что делает их отличным выбором для использования в средах, где будут присутствовать хлориды.

Сорта нержавеющей стали с хорошей пластичностью и формуемостью

Углерод — это то, что придает стали твердость, но при этом углерод делает сталь более хрупкой и менее пластичной.Поскольку ферритная сталь содержит низкий уровень углерода — всего 0,03 процента, — они, как правило, обладают пластичностью выше среднего. В результате ферритным сталям можно придать широкую форму без риска ослабления.

Низкое содержание углерода в ферритных сталях также придает им отличную формуемость, что означает, что им можно придавать различные формы без возникновения таких проблем, как образование шейки или растрескивание.

Преимущества низкоуглеродистого состава ферритной стали связаны с определенными компромиссами, о которых следует знать.Например, ферритные стали нельзя упрочнять путем термической обработки. Кроме того, некоторые типы ферритной стали могут вызывать проблемы при сварке — например, нежелательное растрескивание вдоль зоны термического влияния.

Типы нержавеющей стали с низким тепловым расширением

Еще одним ключевым преимуществом ферритных сталей является их естественный низкий коэффициент теплового расширения. Это просто указывает на тот факт, что ферритные стали будут подвергаться меньшему расширению при нагреве. Вместо этого металл гораздо легче сохранит свой фиксированный размер.Как вы понимаете, это свойство особенно важно для металлов, которые будут использоваться для высокотемпературных применений.

Нержавеющая сталь с высокой теплопроводностью

Ферритные стали

демонстрируют отличные свойства теплопроводности, что означает, что они позволяют теплу эффективно проходить через них. В результате ферритные стали являются популярным выбором для теплообменников печей и котлов, а также для других применений, связанных с передачей тепла.

Нержавеющая сталь с высокой стойкостью к окислению

Наконец, ферритная нержавеющая сталь демонстрирует выдающуюся стойкость к окислению, особенно при высоких температурах.Это сопротивление связано с образованием на поверхности стали защитной пленки оксида хрома. Производители могут еще больше повысить стойкость к окислению, добавив алюминий и / или кремний при производстве ферритной стали.

Что такое ферросплав?

Вы могли слышать термин «ферросплав» в своих поездках в качестве производителя или человека, который обычно работает с металлами, но что он означает? Ферросплав — это железосодержащий продукт, не относящийся к так называемым сталям, который содержит значительное количество одного или нескольких легирующих элементов.Такими элементами могут быть марганец, кремний, фосфор, ванадий, хром, ферромарганец, феррофосфор и т. Д. В основном эти сплавы используются для добавления соответствующих легирующих элементов в расплавленную сталь.

Пять групп ферритной нержавеющей стали

Ферритные нержавеющие стали

можно разделить на пять групп, которые различаются по точному количеству различных металлов, которые они содержат, а также по своим эксплуатационным характеристикам.

Ферритные стали группы 1 относятся к наименее дорогим формам нержавеющей стали.В них очень низкий уровень хрома, а это означает, что со временем на них обычно накапливается слой локализованной поверхностной ржавчины.

Ферритная сталь группы 2 является наиболее часто встречающейся разновидностью. Благодаря более высокому содержанию хрома эти стали обладают большей коррозионной стойкостью. Ферритные стали группы 2 обычно используются для внутренней техники и строительных элементов.

Ферритная сталь группы 3 отличается простотой сварки и формовки, что дает им более широкий спектр применения.

Ферритные нержавеющие стали группы 4 содержат большее количество молибдена, что еще больше увеличивает их коррозионную стойкость. В результате этот тип стали часто используется в системах с высокой влажностью, таких как резервуары для горячей воды и выхлопные системы.

Наконец, ферритные стали группы 5 имеют наибольшее количество хрома, что придает им степень коррозионной стойкости, сравнимую с некоторыми другими металлами.

Нет одной нержавеющей стали, которая справилась бы со всеми задачами.Вместо этого вы должны выбрать марку стали, наиболее подходящую для вашего конкретного применения. Для получения помощи в выборе правильного сорта ленты или проволоки из нержавеющей стали для вашего следующего проекта, пожалуйста, свяжитесь с отраслевыми экспертами Ulbrich Stainless Steel & Special Metals.

Нержавеющая сталь

: что, где и почему из ферритных марок

Отличная способность к глубокой вытяжке, устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением и хорошая пластичность. Рассмотрим более подробно ферритную нержавеющую сталь.

Сегодня существует около 200 различных марок нержавеющей стали, каждая из которых относится к одному из пяти семейств нержавеющей стали:

1. Аустенитный
2. Ферритный
3. Мартенситный
4. Дуплекс
5. Закалка с осадками

В предыдущих блогах мы изучали аустенитные и мартенситные нержавеющие стали, подробно рассказывая, где использовать некоторые распространенные марки и почему. Здесь основное внимание уделяется ферритным нержавеющим сталям.

Все нержавеющие стали представляют собой сплавы на основе железа, содержащие не менее 10,5% хрома. Остальная часть состава определяется различными легирующими элементами, которые контролируют микроструктуру сплава. Для ферритных нержавеющих сталей в состав входят никель и титан.

Характеристики: Магнитные нержавеющие стали с высоким содержанием хрома с низким содержанием углерода. Известен хорошей пластичностью, устойчивостью к коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Обычно используется в автомобильной промышленности, кухонной посуде и промышленном оборудовании.

Теперь давайте подробнее рассмотрим четыре марки феррита, чтобы увидеть, какие из них лучше всего подходят для каких приложений и почему.

409

Где использовать: выхлопные системы автомобилей, приложения, требующие свариваемости

Почему: Хорошая стойкость к окислению и коррозии и создает возможности для экономичного улучшения характеристик широкого диапазона деталей, для которых внешний вид не важен. Отличная формуемость и свариваемость позволяют использовать его во многих областях.

430

Где использовать: промышленные и потребительские товары, такие как панели холодильников, облицовка дымоходов, облицовка посудомоечных машин и отделка автомобилей.

Почему: Этот сорт сочетает в себе хорошую коррозионную и жаропрочность с хорошими механическими свойствами. Он также обладает отличной стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением, а также к органическим кислотам и азотной кислоте.

439

Где использовать: выхлопные системы автомобилей, теплообменники бытовых печей и торговое пищевое оборудование.

Почему: добавление титана в качестве стабилизатора помогает этой марке избежать потери пластичности после сварки, а также может подвергаться отжигу, холодной штамповке или сварке.

441

Где использовать: кухонное оборудование для общественного питания, компоненты выхлопной системы автомобилей , панели лифтов, стеновые панели и теплообменники.

Почему: этот сплав имеет двойную стабилизацию титаном и колумбием, что снижает распространенность титановых стрингеров.Он также имеет отличную свариваемость, стойкость к окислению и коррозии благодаря добавке титана и стабилизации ниобия.

---

Хотите больше информации? Просмотрите эти три связанных блога ниже:

Свойства и области применения ферритной нержавеющей стали

Ферритные стали — это высокохромистые, магнитные нержавеющие стали с низким содержанием углерода. Ферритные стали, известные своей хорошей пластичностью, стойкостью к коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, обычно используются в автомобильной промышленности, кухонной посуде и промышленном оборудовании.

Характеристики ферритной нержавеющей стали

По сравнению с аустенитными нержавеющими сталями, которые имеют гранецентрированную кубическую структуру зерен (ГЦК), ферритные стали характеризуются объемноцентрированной кубической структурой зерен (ГЦК). Другими словами, кристаллическая структура таких сталей состоит из кубической атомной ячейки с атомом в центре.

Такая зернистая структура типична для альфа-железа, и именно она придает ферритным сталям их магнитные свойства. Ферритные стали нельзя упрочнять или упрочнять термической обработкой, но они обладают хорошей стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением.Их можно подвергнуть холодной обработке и размягчить путем отжига (нагрев и затем медленное охлаждение).

Хотя ферритные сорта не так прочны и устойчивы к коррозии, как аустенитные, они обычно обладают лучшими техническими характеристиками. Хотя обычно они хорошо свариваются, некоторые марки ферритных сталей могут быть склонны к повышенной чувствительности зоны термического влияния сварного шва и к образованию горячих трещин в металле сварного шва. Таким образом, ограничения свариваемости ограничивают использование этих сталей более тонкими калибрами.

Из-за более низкого содержания хрома и отсутствия никеля стандартные ферритные стали обычно дешевле, чем их аустенитные аналоги.Специальные сорта часто включают молибден.

Ферритная нержавеющая сталь обычно содержит от 10,5% до 27% хрома.

Группы ферритных нержавеющих сталей

Ферритные сплавы нержавеющей стали обычно можно разделить на пять групп, три семейства стандартных марок (группы с 1 по 3) и два семейства специальных сталей (группы 4 и 5). Хотя стандартные ферритные стали, безусловно, являются крупнейшей группой потребителей с точки зрения тоннажа, спрос на нержавеющие стали специальных сортов неуклонно растет.

Группа 1 (классы 409 / 410L)

Они имеют самое низкое содержание хрома среди всех нержавеющих сталей и поэтому являются наименее дорогими из пяти групп. Они идеально подходят для слабокоррозионных сред, где допускается наличие локальной ржавчины. Марка 409 изначально была создана для глушителей автомобильных выхлопных систем, но теперь ее можно найти в автомобильных выхлопных трубах и корпусах каталитических нейтрализаторов. Марка 410L часто используется для изготовления контейнеров, автобусов и рам ЖК-мониторов.

Группа 2 (430 класс)

Наиболее часто используемые ферритные стали относятся к Группе 2.Они имеют более высокое содержание хрома и, следовательно, более устойчивы к коррозии азотной кислотой, серными газами и многими органическими и пищевыми кислотами. В некоторых случаях эти марки могут использоваться в качестве замены аустенитной нержавеющей стали марки 304. Марка 430 часто встречается в интерьере бытовой техники, включая барабаны стиральных машин, а также кухонные раковины, внутренние панели, посудомоечные машины, столовые приборы, кухонные принадлежности. , и оборудование для производства продуктов питания.

Группа 3 (классы 430Ti, 439, 441 и другие)

Обладая лучшими характеристиками свариваемости и формуемости, чем ферритные листы стали группы 2, сталь группы 3 может использоваться для замены аустенитной марки 304 в более широком диапазоне применений, в том числе в раковинах, обменных трубах, выхлопных системах и сварных деталях стиральных машин.

Группа 4 (классы 434, 436, 444 и другие)

Марки ферритной нержавеющей стали Группы 4 с более высоким содержанием молибдена обладают повышенной коррозионной стойкостью и используются в резервуарах для горячей воды, солнечных водонагревателях, деталях выхлопной системы, электрических чайниках, элементах микроволновых печей и отделке автомобилей. Марка 444, в частности, имеет эквивалент сопротивления точечной коррозии (PRE), который аналогичен аустенитной нержавеющей стали марки 316, что позволяет использовать ее в более агрессивных наружных средах.

Группа 5 (классы 446, 445/447 и другие)

Эта группа специальных нержавеющих сталей характеризуется относительно высоким содержанием хрома и добавлением молибдена. В результате получается сталь с превосходной стойкостью к коррозии и окалине (или окислению). Фактически, коррозионная стойкость класса 447 эквивалентна коррозионной стойкости металлического титана. Стали группы 5 обычно используются в высококоррозионных прибрежных и морских средах.

Обзор аустенитных и ферритных нержавеющих сталей

Рисунок 1.Благодаря антикоррозийным свойствам нержавеющей стали этот материал часто используется при изготовлении компонентов и оборудования, используемого в пищевой и фармацевтической промышленности.

Нержавеющие стали доступны в различных марках, что позволяет решать самые разные задачи.

Пять основных категорий нержавеющих сталей, каждая из которых обозначена металлургическими характеристиками и фазами в ее микроструктуре:

1. Аустенитная
2. Ферритная
3. Мартенситная
4. Дуплекс
5. Осадочно-упрочненная.

Каждая из этих сталей изготовлена ​​на основе железа и легирована не менее 10,5% хрома, что придает металлу коррозионную стойкость (см. Рисунок 1 ). Тип и распределение других легирующих элементов придают каждой марке уникальные свойства.

Дуплексный сплав представляет собой комбинацию аустенита и феррита, поэтому он предлагает смешанные характеристики этих двух марок. Мартенситные марки, как и их эквивалент из углеродистой стали, сохраняют чрезвычайно высокую прочность при комнатной температуре.Марки с дисперсионным твердением обладают хорошей формуемостью при комнатной температуре и могут достигать прочности 260 KSI после термообработки при сохранении коррозионной стойкости. Однако вместе взятые дуплексные, мартенситные и дисперсионно-твердые марки имеют долю рынка менее 4 процентов. Давайте посмотрим на аустенитные и ферритные нержавеющие стали более внимательно (см. , рис. 2, ).

Аустенитная нержавеющая сталь (серии 200 и 300)

Аустенитная нержавеющая сталь — это наиболее распространенное семейство используемых нержавеющих сталей, с долей рынка 75 процентов еще в 2004 году.Как следует из названия, микроструктура состоит из аустенитной фазы. В серии 300 это достигается при содержании от 16 до 22 процентов хрома и от 8 до 14 процентов никеля. Хотя никель повышает пластичность, он подвержен колебаниям в цене на сырьевые товары, достигнув 50 000 долларов за тонну в 2007 году, но сейчас приближается к 10 000 долларов за тонну. Серия 200, разработанная для того, чтобы обойти высокую цену на никель, частично заменяет никель марганцем и азотом.

Наиболее часто используемый аустенитный сплав — SS304.С его составом 18 процентов хрома и 8 процентов никеля, его иногда называют 18-8 нержавеющей. Однако это обозначение не рекомендуется для общего использования, поскольку в допустимом диапазоне этих элементов есть допуски, которые перекрываются с другими классами. Например, SS316 аналогичен по содержанию хрома и никеля, но также содержит около 2 процентов молибдена для дополнительной коррозионной стойкости.

Эти марки склонны к сенсибилизации, потере целостности сплава. Во время охлаждения после сварки или отжига на границах микроструктурных зерен образуются выделения карбида хрома.В этих областях хром способствует образованию карбидов за счет окружающего металла. При более низком содержании хрома границы зерен подвержены коррозии.

Осаждение карбидов можно уменьшить за счет использования марок с более низким содержанием углерода (около 0,03 процента, а не 0,08 процента). Версии аустенитных марок с низким содержанием углерода обозначаются суффиксом L, например 304L или 316L. Другой способ предотвратить сенсибилизацию — это добавить титан и / или ниобий, которые предпочтительно сочетаются с углеродом.

Ферритная нержавеющая сталь (серия 400)

Около 20 процентов всех марок нержавеющей стали имеют ферритную микроструктуру, из них SS430 является наиболее широко используемым. SS409 имеет более низкое содержание хрома и, следовательно, пониженную стойкость к коррозии. SS439 обладает повышенной устойчивостью к коррозии и повышенной жаропрочностью.

Добавки титана и ниобия сочетаются с углеродом и азотом аналогично сверхмягкому. без межстраничных объявлений. углеродистая сталь сверхглубокой вытяжки.Связывание углерода и азота в виде мелкодисперсных осадков приводит к лучшей сварке и деформируемости.

Рис. 2. Хотя эти нержавеющие стали схожи по своей природе, они действительно имеют некоторые существенные различия.

В зависимости от выбранного сплава свойства и рабочие характеристики могут быть сопоставимы со свойствами SS304. Поскольку ферритные марки нержавеющей стали не содержат никеля, они, как правило, имеют более низкую стоимость, чем марки серии 300.

Свойства и рабочие характеристики

Ни аустенитные, ни ферритные стали не подлежат термической обработке.Все нержавеющие стали серии 200, 300 и 400 подвергаются деформационному упрочнению, становясь прочнее во время штамповки, но аустенитные марки делают это быстрее и в большей степени.

Несмотря на то, что аустенитные сорта обычно имеют лучшую общую коррозионную стойкость, формуемость и свариваемость, колебания цен на никель вынудили некоторые компании внести изменения в процесс обработки, чтобы приспособить формование ферритных сплавов.

В системах с повышенными температурами, таких как выхлопные системы, которые могут достигать 1650 градусов по Фаренгейту, ферритные сорта обеспечивают лучшую стабильность свойств при растяжении и сопротивление термической усталости.У них меньшее тепловое расширение и более высокая теплопроводность, чем у аустенитных марок.

Ферритные нержавеющие стали становятся хрупкими при понижении температуры. Температура перехода составляет около 32 градусов по Фаренгейту, хотя это зависит от состава сплава. Аустенитные нержавеющие стали не подвержены риску стать хрупкими при низких температурах.

Согласно данным компании Specialty Steel Industry Северной Америки, прочность на сдвиг отожженной аустенитной нержавеющей стали составляет от 65 до 70 процентов от ее предела прочности на растяжение; для углеродистой стали это число составляет от 55 до 60 процентов.По этой причине для резки нержавеющих сплавов требуется большее усилие и более тяжелое оборудование, чем для резки углеродистых сталей одинаковой толщины, поэтому секции пресса и штампа должны иметь большую жесткость.

Ферритные нержавеющие стали имеют тенденцию к разрушению после резки примерно на половину их толщины, как углеродистые и низколегированные стали. Аустенитные стали допускают большее проникновение перед разрушением. Большие зазоры из-за плохой настройки или затупившегося инструмента могут привести к большему переворачиванию, что приведет к плохому резанию.Аустенитные сорта упрочняются в большей степени, чем ферритные, поэтому участок опрокидывания режущей кромки имеет более высокую прочность. Отбортовка или расширение этой обрезанной кромки иным образом может вызвать растрескивание кромки. Более узкие зазоры ускоряют износ ножей. Рекомендуются боковые зазоры 5 процентов, причем процент увеличивается по мере увеличения толщины листового металла.

Ферритные нержавеющие стали являются магнитными, а аустенитные нержавеющие стали в отожженном состоянии — нет.Однако, когда аустенитные марки нержавеющей стали формуются в конструктивные формы, они претерпевают микроструктурное преобразование в мартенсит так же, как семейство улучшенных высокопрочных сталей с пластичностью, вызванной превращением (TRIP). Когда аустенит превращается в мартенсит, прочность увеличивается, пластичность увеличивается, и структура становится магнитной. Показатель деформационного упрочнения, известный как n-значение, превышает 0,4 у аустенитных марок, что вдвое больше, чем у ферритных марок нержавеющей стали.

Использование компьютерного моделирования для прогнозирования формования и поведения конструкции сопряжено с дополнительными проблемами, поскольку моделей, используемых для низкоуглеродистых сталей, недостаточно. Прочность на растяжение аустенитных нержавеющих сталей сильно зависит от температуры и скорости испытания. Эти марки имеют значение n, которое увеличивается с деформацией, в то время как ферриты серии 400 имеют относительно постоянное значение n. Эффект TRIP необходимо учитывать в любом прогнозе, касающемся аустенитных нержавеющих сталей.

Как и в случае с любым другим специально разработанным материалом, пользователь должен указать, что необходимо для приложения: не чрезмерно спроектированное, что будет стоить дороже, или недоработанное, что подвергает некоторую степень риска во время использования.Знание ограничений и ограничений, связанных с множеством вариантов, является хорошим шагом в определении оптимального материала для каждого случая применения.

Разница между аустенитной и ферритной нержавеющей сталью

Нержавеющая сталь — один из наиболее часто используемых материалов в мире. Состоящий из железа, хрома и углерода, он содержится во всем: от винтов и болтов до автомобилей, ракет, мостов, железных дорог и т. Д. Хотя вся нержавеющая сталь содержит эти три элемента, они доступны в разных типах.Есть аустенитная нержавеющая сталь, а есть ферритная нержавеющая сталь. В чем разница между аустенитной и ферритной нержавеющей сталью?

Что такое аустенитная нержавеющая сталь?

Аустенитная нержавеющая сталь отличается своей кристаллической структурой. Фактически, термин «аустенитный» относится к кристаллической структуре. Как и все виды нержавеющей стали, она состоит из железа, смешанного с небольшим количеством хрома и углерода. Хром отвечает за его антикоррозионные свойства.Аустенитная нержавеющая сталь просто имеет кристаллическую структуру, отражающую ее уникальные характеристики.

Существует два подтипа аустенитной нержавеющей стали: серия 200 и серия 300, каждая из которых содержит небольшое количество никеля в дополнение к стандартному содержанию железа, хрома и углерода. Аустенитная нержавеющая сталь серии 200 просто содержит более высокую концентрацию никеля.

Что такое ферритная нержавеющая сталь?

С другой стороны, ферритная нержавеющая сталь

характеризуется содержанием хрома 10.От 5% до 30%. Все формы ферритной нержавеющей стали состоят не менее чем на 10,5% хрома. Железо — основной ингредиент, используемый при их строительстве. Тем не менее, ферритная нержавеющая сталь содержит более высокую концентрацию хрома, чем аустенитная нержавеющая сталь.

Важно отметить, что ферритная нержавеющая сталь не подвергается закалке с помощью термической обработки. Например, при горячей прокатке ферритная нержавеющая сталь не закаляется. Ферритная нержавеющая сталь может быть закалена только холодной обработкой, например, холодной прокаткой.Даже в этом случае ферритная нержавеющая сталь устойчива к закалке. Он может до некоторой степени затвердеть, но не будет иметь существенной разницы в твердости.

Сравнение аустенитной и ферритной нержавеющей стали

Основное различие между аустенитной и ферритной нержавеющей сталью состоит в том, что первая имеет кристаллическую структуру, а вторая содержит более высокую концентрацию хрома.

Еще одно различие между этими двумя типами нержавеющей стали состоит в том, что только ферритная сталь является магнитной.Ферритная нержавеющая сталь содержит более высокую концентрацию железа, которое отвечает за ее магнитные свойства. Аустенитная нержавеющая сталь содержит более низкий уровень железа.