Sandvik SAF 2304®: Премиальный легированный дуплекс для высокой коррозионной стойкости

Общие сведения

Sandvik SAF 2304® — это лean-дуплексная (аустено-ферритная) нержавеющая сталь, сочетающая отличную устойчивость к коррозии под напряжением, хорошую стойкость к общей и периточной коррозии, высокую прочность (в ~2 раза выше предела текучести аустенитных сталей), преимущественные физические свойства, хорошую технологичность, вязкость и свариваемость.

Подробные технические данные и диаграммы коррозионной, механической и физической характеристик представлены на странице материала.

Дата обновления спецификации: 20.12.2019 (заменяет все предыдущие редакции).

Физические и механические свойства

Общие свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Плотность	23 °C	7,8 г/см³
Содержание переработанного материала	—	82,1 %	Среднее значение

Механические свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Модуль упругости	20 °C	200 ГПа
	100 °C	194 ГПа
	200 °C	186 ГПа
	300 °C	180 ГПа
Относительное удлинение	23 °C	25 %	мин.
Относительное удлинение A2	23 °C	25 %	мин.
Твердость по Rockewell C	23 °C	30 HRC	макс.
Предел прочности при растяжении	23 °C	630–820 МПа	Для труб с наружным диаметром ≤ 25,4 мм гарантируется предел текучести 0,2% — 450 МПа, предел прочности мин. 690 МПа (ASTM A789)
Предел текучести Rp0,2	20 °C	400 МПа	мин., зависит от толщины стенки (для труб с наружным диаметром ≤ 25,4 мм гарантируется 450 МПа)
	50 °C	370–420 МПа	мин., зависит от толщины стенки
	100 °C	330–380 МПа	мин., зависит от толщины стенки
	150 °C	310–360 МПа	мин., зависит от толщины стенки
	200 °C	290–340 МПа	мин., зависит от толщины стенки
	250 °C	280–330 МПа	мин., зависит от толщины стенки
	300 °C	270–310 МПа	мин., зависит от толщины стенки

Тепловые свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Коэффициент линейного термического расширения	100 °C	1,35×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	200 °C	1,4×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	300 °C	1,45×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
	400 °C	1,45×10⁻⁵ 1/К	от 30 °C до указанной температуры
Удельная теплоемкость	20 °C	490 Дж/(кг·К)
	100 °C	505 Дж/(кг·К)
	200 °C	530 Дж/(кг·К)
	300 °C	550 Дж/(кг·К)
	400 °C	590 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	20 °C	16 Вт/(м·К)
	100 °C	17 Вт/(м·К)
	200 °C	18 Вт/(м·К)
	300 °C	19 Вт/(м·К)
	400 °C	21 Вт/(м·К)

Химический состав (масс. %)

Элемент	Содержание	Примечание
Углерод (C)	0,03	макс.
Хром (Cr)	22,5
Медь (Cu)	0,3
Железо (Fe)	Остаток
Марганец (Mn)	2,0	макс.
Молибден (Mo)	0,3
Никель (Ni)	4,5
Азот (N)	0,1
Фосфор (P)	0,04	макс.
Кремний (Si)	1,0	макс.
Сера (S)	0,015	макс.

Технологические свойства и применение

Области применения и преимущества

Sandvik SAF 2304® обладает хорошими механическими и коррозионными свойствами, отличной устойчивостью к коррозии под напряжением и хорошей свариваемостью. Это делает его технически и экономически выгодной альтернативой к аустенитным сталям (ASTM 304, 304L, 316, 316L, 321, 347), ферритным хромовым сталям (ASTM 430, 444) и мартенситным сталям (ASTM 410, 420), а также к малолегированным сталям. Высокая прочность и твердость позволяют снизить массогабаритные характеристики конструкций.

Отрасль	Применение	Используемые сейчас материалы	Преимущества Sandvik SAF 2304®
Процессы промышленности	Теплообменники и трубопроводы в присутствии хлоридов	ASTM 304/304L, 316/316L	Высокая устойчивость к КПН
	Приборостроение, паровые линии трассировки	ASTM 304/304L, AISI 316/316L	Высокая устойчивость к КПН
Нефтехимия	Трубчатые реакторы высоких температур (оболочка из углеродистой стали)	ASTM 304/304L, 316/316L	Коэффициент термического расширения сравним с углеродистой сталью
Целлюлоза и бумага	Предварительные нагреватели диджестеров, испарители	ASTM 304/304L, 316/316L	Высокая устойчивость к КПН
Ядерная энергетика	Перегреватели	Углеродистые стали, ASTM 430, 304/304L	Технологичность, хорошая коррозионная стойкость
Энергетика	Нагреватели питной воды	ASTM 430, 304/304L	Высокая устойчивость к КПН, высокая прочность, технологичность
Машиностроение	Балки, валовые детали	Углеродистые стали, ASTM 304/304L, 316/316L	Высокая прочность, отличная коррозионная стойкость, технологичность, низкая стоимость
Гидравлические системы	Гидравлические трубки	Углеродистые стали	Отличная коррозионная стойкость, снижение затрат на монтаж за счет легкой очистки
Нефть и газ	Охладители onshore/offshore, трубопроводы и линии потока	Углеродистые стали, ASTM 304/304L, 316/316L, 420	Оптимальное сочетание прочности, свариваемости, коррозионной стойкости и стоимости
	Системы натяжения на морских платформах, приборостроение	ASTM 304/304L, 316/316L, углеродистые стали	Высокая прочность в сочетании с высокой коррозионной стойкостью

Сертификация и допуски

• Утвержден Американским обществом механических инженеров (ASME) по Кодексу котлов и сосудов под давлением, Section VIII, div. 1.
• ASME B31.3 Process Piping.
• VdTÜV-Werkstoffblatt 496.
• Утвержден DnV для общего использования на судах.
• Соответствует PED 2014/68/EU.

Важно: При длительном нагреве выше 280 °C (540 °F) микроструктура меняется, снижая ударную вязкость. Это не обязательно влияет на поведение при рабочей температуре (например, трубы теплообменников могут работать при более высоких температурах). Для сосудов под давлением по VdTÜV-Wb 496 максимальная температура — 280 °C (540 °F). Обращайтесь к Sandvik за деталями.

Холодная деформация

Начальная сила для гибки немного выше, чем для ASTM 304/316. Sandvik SAF 2304® можно холодно гнуть до 25% деформации без последующей термообработки. При условиях, повышающих риск КПН (например, температура ~125 °C / 255 °F в нейтральной кислородсодержащей среде с ~100 ppm Cl⁻), рекомендуется термообработка даже после умеренного гиба. Для сосудов под давлением в Германии и скандинавских странах может требоваться термообработка после холодной деформации по VdTÜV-Wb 496 и NGS 1607. Термообработка выполняется в виде отжига расплавления (см. ниже) или контактного отжига.

Коррозионные свойства (подробно)

Общая коррозия

Благодаря высокому содержанию хрома и сбалансированному составу Sandvik SAF 2304® обладает отличной стойкостью в кислых средах. Ниже приведены скорости коррозии в различных кислотах (мм/год).

Кислота	Конц., масс.%	Темп., °C (°F)	SAF 2304	ASTM 304L	ASTM 316L
Уксусная (CH₃COOH)	20	Кип.	0,01 (0,4)	—	0,01 (0,4)
	50	Кип.	0	0,04 (1,6)	0
	70	Кип.	0	—	—
	90	Кип.	0,01 (0,4)	—	—
Муравьиная (HCOOH)	5	60 (140)	0	—	—
	10	Кип.	0,04 (1,6)	0,80 (32)	0,19 (7,6)
	30	60 (140)	0	—	—
	30	90 (194)	0	—	—
	80	90 (194)	0	—	0,50 (20)
90	60 (140)	0	—	—
Соляная (HCl)	0,5	40 (104)	0	—	0
	1	40 (104)	0,30 (12)	—	0,70 (28)
Азотная (HNO₃, 5×2 сут.)	65	Кип.	0,16 (6,4)	0,16 (6,4)	0,30 (12)
Ортофосфорная (H₃PO₄)	30	Кип.	0,10 (4)	0,20 (8)	0,07 (2,8)
	50	100 (212)	0,04 (1,6)	0,09 (3,6)	0,21 (8,4)
	60	90 (194)	0,01 (0,4)	0,2 (0,8)	0,02 (0,8)
80	80 (176)	0,01 (0,4)	0,01 (0,4)	0,06 (2,4)
Серная (H₂SO₄)	5	60 (140)	0	—	—
	5	90 (194)	0,06 (2,4)	3,6 (144)	—
	10	60 (140)	0,10 (4)	—	0,66 (26,4)
	10	70 (158)	0,14 (5,6)	—	1,7 (68)
	10	80 (176)	0,20 (8)	—	7,9 (316)
	15	50 (122)	0,17 (6,8)	—	0,47 (18,8)
20	30 (86)	0,20 (8)	—	0,02 (0,8)

Скорости коррозии в кислотно-водных смесях, мм/год (mpy). Активированные пробы, 1+3+3 дня, среднее за последние два периода для двух проб.

Периточная коррозия

Стойкость определяется содержанием Cr, Mo и N. Важную роль играют технология изготовления и сварки. Для сравнения используется PRE-число (Pitting Resistance Equivalent):

PRE = % Cr + 3,3 × % Mo + 16 × % N

PRE для Sandvik SAF 2304® значительно выше, чем для ASTM 304L, и сопоставим с ASTM 316L. Потенциостатические испытания в хлоридных растворах (pH=6) показывают, что критическая температура периточного образования для SAF 2304® выше, чем для 304L, и сравнима с 316L.

Коррозия под напряжением (КПН)

Благодаря двухфазной структуре и сбалансированному составу SAF 2304® обладает очень высокой устойчивостью к КПН. В испытаниях в 40% CaCl₂ при 100 °C пороговое напряжение для SAF 2304® значительно выше, чем для 304/304L и 316/316L. Сварка (TIG с наплавкой Sandvik 22.8.3.L или MMA с Sandvik 22.9.3.LR) не снижает устойчивость к КПН при соблюдении рекомендаций.

Результаты испытаний в хлоридных растворах при высоких T и P (рис. 9) показывают, что SAF 2304® можно использовать в разбавленных кислородсодержащих хлоридных средах до ~125 °C (260 °F) без риска КПН. Это значительно выше, чем для 304/304L и 316/316L (не выше 60 °C / 140 °F). При T > 125 °C в кислородсодержащих средах с >10 ppm Cl⁻ рекомендуются Sandvik SAF 2205™, SAF 2507® или Sanicro® 28. При низком содержании кислорода (типично для процессной и энергетической промышленности) допустимы значительно более высокие хлориды и температуры.

Межкристаллитная коррозия

SAF 2304® относится к современным дуплексным сталям, химический состав которых обеспечивает быстрое восстановление аустенита в зоне термического влияния при сварке. Это дает микроструктуру с коррозионными свойствами и вязкостью, сравнимыми с базовым металлом. Сварные швы легко проходят испытание по Strauss (SS-EN ISO 3651-2, метод А).

Щелевая коррозия

Стойкость к щелевой коррозии коррелирует с содержанием Cr, Mo, N. SAF 2304® превосходит стали типа 304/304L и сопоставима с 316/316L.

Эрозионно-коррозионный износ

В средах с абразивными частицами (песок) или сверхвысокими скоростями потока аустенитные стали 304/304L и 316/316L подвергаются эрозионно-коррозионному износу. SAF 2304® благодаря сочетанию высокой механической прочности и хорошей коррозионной стойкости демонстрирует отличную устойчивость.

Коррозионная усталость

Более высокая прочность и лучшая коррозионная стойкость по сравнению с обычными аустенитными сталями обеспечивают значительно более высокий предел усталости в коррозионных условиях.

Расширение труб (экспандирование)

Из-за более высокого предела текучести по сравнению с аустенитными сталями, экспандирование труб SAF 2304® в трубные листы требует больших начальных усилий и должно выполняться за одну операцию. Стандартные методы применимы. Обратитесь к нам за детальными рекомендациями.

Тепловая обработка

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

• Отжиг расплавления: 930–1050 °C (1710–1920 °F), интенсивное охлаждение на воздухе или в воде.

Горячая деформация

Горячий гиб при 1100–950 °C (2010–1740 °F) с последующим отжигом расплавления.

Механическая обработка

Будучи двухфазным материалом (аустенит+феррит), SAF 2304® дает другой профиль износа режущего инструмента, чем однопазные стали типа 304L. Рекомендуется снизить скорость резания на ~25% относительно Sanmac® 304/304L. Для черновых операций целесообразно использовать более вязкие сортовые пластины.

Формы поставки

• Бесшовные трубы: до 260 мм наружного диаметра, отжиг расплавления, белое децинкирование или яркий отжиг.
• Для гидравлических труб также продается под маркой PW 400.
• Другие формы: сварные трубы, фитинги, полоса (отжиженная или холоднокатаная), круги, листы, кованые и литые заготовки.

Сварка

Свариваемость хорошая. Сварка без предварительного нагрева, последующая термообработка обычно не требуется. Методы: MMA/SMAW и дуговая сварка в защитных газах (TIG/GTAW — первый выбор).

Рекомендуемые параметры: тепловой ввод 0,5–2,5 кДж/мм, межпроходная температура <150 °C (300 °F).

Рекомендуемые наплавковые материалы:

• TIG/GTAW или MIG/GMAW:
  • ISO 14343 S 23 7 N L (например, Exaton 23.7.L)
  • ISO 14343 S 22 9 3 N L / AWS A5.9 ER2209 (например, Exaton 22.8.3.L)
• MMA/SMAW:
  • ISO 3581 E 23 7 N L R
  • ISO 3581 E 22 9 3 N L R / AWS A5.4 E2209-17 (например, Exaton 22.9.3.LR)