Sandvik 8R40: Ниобий-стабилизированная аустенитная нержавеющая сталь для применения до 850 °C

Общие сведения

Sandvik 8R40 — это аустенитная, стабилизированная ниобием нержавеющая хромо-никелевая сталь, предназначенная для эксплуатации при температурах до 850 °C (1560 °F). Сталь обладает высокой теплопрочностью, хорошей устойчивостью к межкристаллитной коррозии и подходит для работы в агрессивных средах высоких температур.

Дата обновления спецификации: 02.09.2019 (заменяет все предыдущие редакции).

Физические и механические свойства

Общие свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Плотность	23 °C	7,9 г/см³
Содержание переработанного материала	—	82,1 %	Среднее значение

Механические свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Ударная вязкость (Charpy)	−196 °C	60 Дж	EN 13445-2 (UFPV-2) и EN 10216-5
Кратковременная теплопрочность (10⁴ ч)	540 °C	253 МПа	ISO, при 10 000 ч
	550 °C	237 МПа	ISO, при 10 000 ч
	580 °C	192 МПа	ISO, при 10 000 ч
	600 °C	166 МПа	ISO, при 10 000 ч
	620 °C	142 МПа	ISO, при 10 000 ч
	650 °C	112 МПа	ISO, при 10 000 ч
	670 °C	96 МПа	ISO, при 10 000 ч
	700 °C	74 МПа	ISO, при 10 000 ч
	800 °C	28 МПа	ISO, при 10 000 ч
Долговременная теплопрочность (10⁵ ч)	540 °C	186 МПа	ISO, при 100 000 ч
	550 °C	172 МПа	ISO, при 100 000 ч
	580 °C	135 МПа	ISO, при 100 000 ч
	600 °C	115 МПа	ISO, при 100 000 ч
	620 °C	97 МПа	ISO, при 100 000 ч
	650 °C	74 МПа	ISO, при 100 000 ч
	670 °C	61 МПа	ISO, при 100 000 ч
	700 °C	48 МПа	ISO, при 100 000 ч
	800 °C	16 МПа	ISO, при 100 000 ч
Модуль упругости	20 °C	200 ГПа
	100 °C	194 ГПа
	200 °C	186 ГПа
	300 °C	179 ГПа
	400 °C	172 ГПа
	500 °C	165 ГПа
Относительное удлинение	23 °C	40 %	мин.
Твердость Виккерса	23 °C	155 HV
Предел прочности при растяжении	23 °C	515–690 МПа
Предел текучести Rp0,1	20 °C	250 МПа	мин.
	50 °C	232 МПа	мин.
	100 °C	210 МПа	мин.
	150 °C	195 МПа	мин.
	200 °C	185 МПа	мин.
	250 °C	175 МПа	мин.
	300 °C	167 МПа	мин.
	350 °C	162 МПа	мин.
	400 °C	159 МПа	мин.
	450 °C	156 МПа	мин.
	500 °C	155 МПа	мин.
	550 °C	152 МПа	мин.
	Предел текучести Rp0,2	20 °C	220 МПа	мин.
		50 °C	195 МПа	мин.
100 °C		175 МПа	мин.
150 °C		165 МПа	мин.
200 °C		155 МПа	мин.
250 °C		147 МПа	мин.
300 °C		139 МПа	мин.
350 °C		133 МПа	мин.
400 °C		129 МПа	мин.
450 °C		126 МПа	мин.
500 °C		124 МПа	мин.
550 °C		118 МПа	мин.

Тепловые свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Коэффициент линейного термического расширения	100 °C	1,7×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	200 °C	1,75×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	300 °C	1,75×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	400 °C	1,8×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	500 °C	1,85×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	600 °C	1,85×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	700 °C	1,9×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	800 °C	1,95×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	900 °C	1,95×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	1000 °C	2,0×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
Удельная теплоемкость	20 °C	485 Дж/(кг·К)
	100 °C	500 Дж/(кг·К)
	200 °C	515 Дж/(кг·К)
	300 °C	525 Дж/(кг·К)
	400 °C	540 Дж/(кг·К)
	500 °C	555 Дж/(кг·К)
	600 °C	575 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	23 °C	14 Вт/(м·К)
	100 °C	15 Вт/(м·К)
	200 °C	17 Вт/(м·К)
	300 °C	18 Вт/(м·К)
	400 °C	20 Вт/(м·К)
	500 °C	21 Вт/(м·К)
	600 °C	23 Вт/(м·К)

Химический состав (масс. %)

Элемент	Содержание	Примечание
Углерод (C)	0,06	макс.
Хром (Cr)	17,5
Железо (Fe)	Остаток
Марганец (Mn)	1,8
Никель (Ni)	11
Ниобий (Nb)	0,6	мин. (Nb > 10×C)
Фосфор (P)	0,04	макс.
Кремний (Si)	0,4
Сера (S)	0,015	макс.

Технологические свойства и применение

Области применения

• Перегреватели паров в паровых электростанциях.
• Охлаждающие трубы в аммиачных конвертерах — благодаря высокой устойчивости к поглощению азота и хорошей коррозионной стойкости.
• Печные трубы в нефтепереработке — благодаря высокой теплопрочности, устойчивости к сероводороду и межкристаллитной коррозии.
• Трубки печей для производства винилхлорида.

Холодная деформация

Отжиг после холодного гибки обычно не требуется, однако решение принимается в зависимости от степени гибки и условий эксплуатации. При необходимости термообработка выполняется в виде снятия напружений или расплавления (см. раздел «Тепловая обработка»).

Коррозионные свойства

Общая коррозия

Sandvik 8R40 имеет (с некоторыми ограничениями для азотной кислоты) ту же стойкость, что и нестабилизированная сталь ASTM 304. Материал обладает хорошей стойкостью в:

• Органических кислотах при умеренных температурах;
• Солевых растворах (сульфаты, сульфиды, сульфиты);
• Щелочных средах при умеренных температурах.

Сталь обычно применяется при температурах выше 500 °C (930 °F), где мокрая коррозия неактуальна.

Межкристаллитная коррозия

Стабилизация ниобием обеспечивает хорошую устойчивость к межкристаллитной коррозии.

Периточная и щелевая коррозия

Сталь может быть чувствительна к периточной и щелевой коррозии даже в растворах с относительно низким содержанием хлоридов.

Коррозия под напряжением

Аустенитные стали подвержены коррозии под напряжением. Она может возникать при температурах выше ~60 °C (140 °F), если сталь испытывает растягивающие напряжения и контактирует с определенными растворами, особенно содержащими хлориды. Такие условия эксплуатации следует избегать. Необходимо учитывать и условия остановки установок, когда конденсаты могут накапливать хлориды, вызывая коррозию под напряжением и периточную коррозию.

Газовая коррозия

Sandvik 8R40 пригоден для использования в:

• Воздухе — до 850 °C (1560 °F);
• Паровой среде — до 750 °C (1380 °F);
• Синтез-газе (аммиачный синтез) — до ~550 °C (1020 °F).

В зоне ползучести необходимо учитывать ползучее поведение. В дымовых газах, содержащих серу, коррозионная стойкость снижается. В таких средах сталь применяется при 600–750 °C (1110–1380 °F) в зависимости от условий: окислительная или восстановительная атмосфера, наличие примесей натрия и ванадия.

Тепловая обработка

Трубы поставляются в термически обработанном состоянии. При необходимости дополнительной обработки после механической обработки рекомендуется:

• Снятие напружений: 850–950 °C (1560–1740 °F), 10–15 мин, охлаждение на воздухе.
• Отжиг расплавления: 1000–1100 °C (1830–2010 °F), 5–20 мин, интенсивное охлаждение на воздухе или в воде.

Горячая деформация

Горячий гиб выполняется при 1100–850 °C (2010–1560 °F) с последующим отжигом расплавления.

Формы поставки

Бесшовные трубы из стали 8R40 поставляются с наружным диаметром до 260 мм в состоянии отжига расплавления с белоым децинкированием или яркого отжига.

Сварка

Свариваемость Sandvik 8R40 хороша. Сварка выполняется без предварительного нагрева, последующая термообработка обычно не требуется. Рекомендуемые методы: ручная дуговая сварка (MMA/SMAW) и дуговая сварка в защитных газах, предпочтительно TIG/GTAW.

Рекомендуемые параметры: тепловой ввод <1,5 кДж/мм, межпроходная температура <150 °C (300 °F).

Рекомендуемые наплавковые материалы:

• TIG/GTAW или MIG/GMAW:
  • ISO 14343 S 19 9 Nb / AWS A5.9 ER347 (например, Exaton 19.9.Nb)
  • ISO 14343 S 19 9 Nb Si / AWS A5.9 ER347Si (например, Exaton 19.9.NbSi)
• MMA/SMAW:
  • ISO 3581 E 19 9 Nb R / AWS A5.4 E347-17 (например, Exaton 19.9.NbR)
• Для наплавки трубных листов и высоконапорных сосудов, где требуется коррозионная стойкость, равная Sandvik 8R40, рекомендуются проволока или ленточные электроды ISO 14343 S 19 9 Nb / AWS A5.9 ER347 (например, Exaton 19.9.LNb).