Sandvik 3RE60: Высокопрочный дуплексная нержавеющая сталь с устойчивостью к коррозии

Общие характеристики

Sandvik 3RE60 — это дуплексная (аустено-ферритная) нержавеющая сталь, обладающая следующими ключевыми свойствами:

• Высокая устойчивость к коррозионному трещинобразованию под напряжением (КТН) в хлоридсодержащих средах
• Хорошая устойчивость к общекоррозионному износу и точечной коррозии
• Высокая механическая прочность — предел текучести примерно в два раза выше, чем у аустенитных марок
• Хорошая устойчивость к эрозионной коррозии и коррозионной усталости
• Физические свойства, дающие конструкторские преимущества
• Хорошая свариваемость

Физические свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Плотность	23,0 °C	7,8 г/см³
Содержание переработанного материала		82,1 %	Среднее содержание

Механические свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Модуль упругости	20,0 °C	200 ГПа
	100,0 °C	194 ГПа
	200,0 °C	186 ГПа
	300,0 °C	180 ГПа
Относительное удлинение	23,0 °C	30 %	мин.
Относительное удлинение A2	23,0 °C	30 %	мин.
Твердость по Rockwell C	23,0 °C	28 [-]	макс.
Предел прочности при растяжении	23,0 °C	700–880 МПа	мин.
Предел текучести Rp0,1	23,0 °C	500 МПа	мин.
Предел текучести Rp0,2	20,0 °C	480 МПа	мин.
	50,0 °C	430 МПа	мин.
	100,0 °C	370 МПа	мин.
	150,0 °C	350 МПа	мин.
	200,0 °C	330 МПа	мин.
	250,0 °C	325 МПа	мин.
	300,0 °C	320 МПа	мин.

Тепловые свойства

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Коэффициент теплового расширения	100,0 °C	1,0×10⁻⁵ 1/К	для диапазона 30°C до указанной температуры
	200,0 °C	1,0×10⁻⁵ 1/К	для диапазона 30°C до указанной температуры
	300,0 °C	1,05×10⁻⁵ 1/К	для диапазона 30°C до указанной температуры
	400,0 °C	1,1×10⁻⁵ 1/К	для диапазона 30°C до указанной температуры
Удельная теплоемкость	20,0 °C	475 Дж/(кг·К)
	100,0 °C	505 Дж/(кг·К)
	200,0 °C	530 Дж/(кг·К)
	300,0 °C	555 Дж/(кг·К)
	400,0 °C	580 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	20,0 °C	13 Вт/(м·К)
	100,0 °C	15 Вт/(м·К)
	200,0 °C	16 Вт/(м·К)
	300,0 °C	17 Вт/(м·К)
	400,0 °C	19 Вт/(м·К)

Химический состав

Элемент	Содержание	Примечание
Углерод	0,03 %	макс.
Хром	18,5 %
Железо	Остаток
Марганец	1,5 %
Молибден	2,6 %
Никель	4,5 %
Азот	0,07 %
Фосфор	0,03 %	макс.
Кремний	1,6 %
Сера	0,015 %	макс.

Технологические свойства и применение

Области применения

Сталь 3RE60 идеально подходит для использования в хлоридсодержащих средах, где существует риск точечной коррозии и коррозионного трещинобразования под напряжением. В таких условиях она значительно превоходит стандартные аустенитные стали. Особенно эффективна в теплообменниках, работающих с охлаждающей водой среднего хлоридного содержания.

Типичные примеры применения: нефтеперерабатывающие заводы, химические и нефтехимические предприятия, целлюлозно-бумажная промышленность.

Высокая прочность и твердость делают 3RE60 привлекательной альтернативой аустенитным сталям в конструкциях, подвергающихся высоким нагрузкам или износу.

Сертификация

• Утверждена для использования по ASME Boiler and Pressure Vessel Code section VIII div. 1 и 2, конструкция NGS 1604 (Скандинавские правила применения SS 2376)
• VdTÜV-Werkstoffblatt 385 (Нержавеющая феррито-аустенитная сталь)

Важно: При длительном воздействии температур выше 300 °C (570 °F) микроструктура изменяется, что снижает ударную вязкость. Для сосудов под давлением максимальная температура по VdTÜV-Wb 385 и NGS 1604 составляет 300 °C (570 °F). Трубки теплообменников могут работать при более высоких температурах без проблем. Обратитесь в Sandvik за консультацией.

Холодная деформация

Гибка: Усилие для гибки 3RE60 примерно в два раза выше, чем для AISI 304L/316L, но после преодоления предела текучести пластическая деформация происходит так же легко. Холодная гибка до 25% деформации возможна без последующей термической обработки. Однако при условиях, повышающих риск КТН (например, температура ~150°C в кислородной среде с ~100 ppm Cl⁻), рекомендуется термообработка даже после умеренной холодной гибки.

Коррозионные свойства

Общая коррозия

По устойчивости к общей коррозии 3RE60 сравнима или превосходит AISI 316L в большинстве сред. Ниже приведены данные лабораторных испытаний в муравьиной и соляной кислотах.

Устойчивость к серной кислоте показана изокоррозионной диаграммой (рис. 3). 3RE60 хорошо сравнивается с AISI 316L.

Точечная коррозия

Устойчивость к точечной коррозии повышается за счет увеличения содержания хрома и молибдена. По сравнению со сталями типа AISI 316, 3RE60 содержит больше хрома и обладает лучшей устойчивостью. По сравнению со сталями типа AISI 304 (без молибдена) 3RE60 явно превосходит их. Это подтверждается потенциостатическими измерениями критической температуры начала точечной коррозии (CPT) в хлоридных водных растворах (рис. 4).

Коррозионное трещинобразование под напряжением

Стандартные аустенитные стали AISI 304L и AISI 316L склонны к КТН в хлоридных растворах при температурах выше ~60°C (140°F). Дуплексные нержавеющие стали гораздо менее чувствительны. Хорошая устойчивость 3RE60 подтверждена лабораторными тестами и 20-летним эксплуатационным опытом (рис. 5).

Диаграмма показывает температурно-хлоридный диапазон, где 3RE60, AISI 304L и AISI 316L можно использовать без риска КТН. При высоком хлоридном содержании ограничивающим фактором часто становится устойчивость к точечной коррозии. В таких случаях рекомендуется дуплексная сталь Sandvik SAF 2205 (22% Cr, 5,5% Ni, 3% Mo).

Результаты испытаний в хлориде кальция показаны на рис. 6. Испытания проводились до разрушения или максимум 500 ч. Диаграмма демонстрирует значительно большую устойчивость 3RE60 по сравнению с аустенитными сталями.

Межкристаллитная коррозия

3RE60 относится к современным дуплексным сталям с балансированным составом, обеспечивающим быстрое восстановление аустенита в зоне термического влияния при сварке. Это дает микроструктуру с коррозионными свойствами и вязкостью, близкими к базовому металлу. Долгий опыт применения в сваренных конструкциях подтверждает высокую устойчивость.

Щелевая коррозия

Устойчивость к щелевой коррозии, как и к точечной, зависит от содержания хрома и молибдена. 3RE60 обладает лучшей устойчивостью, чем стали типа AISI 316L.

Эрозионная коррозия

Стали типа AISI 316L подвергаются эрозионной коррозии в текучих средах с абразивными частицами. Благодаря высокой твердости 3RE60 демонстрирует отличную устойчивость в таких условиях.

Коррозионная усталость

В приложениях, таких как всасывающие валы бумажных станков, устойчивость к коррозионной усталоте критична для срока службы. Лабораторные тесты показали, что 3RE60 имеет значительно более высокий предел усталости в коррозионных условиях, чем стали типа AISI 316L. Это относится как к закаленным, так и к сваренным материалам. Разница объясняется превосходной механической прочностью 3RE60.

Испытания на уставшую изгибом при комнатной температуре в растворе с 400 ppm Cl⁻ и 250 ppm SO₄²⁻, pH = 3,5. Результаты на рис. 7.

Расширение трубок

3RE60 имеет более высокий предел текучести 0,2% и предел прочности, чем аустенитные стали. Это необходимо учитывать при расширении трубок в трубоплиты. Обычные методы расширения применимы, но требуется более высокое начальное усилие, и операция должна выполняться в один проход.

Тепловая обработка

Трубки обычно поставляются в термически обработанном состоянии. Если требуется дополнительная обработка после доработки:

• Утверждение: 990–1130°C (1815–2065°F), быстрое охлаждение в воздухе или воде.
• Термообработка проводится в виде упрочнения (см. выше) или сопротивлением.

Горячая деформация

Горячая гибка выполняется при 1100–950°C (2010–1740°F) с последующим упрочнением.

Механическая обработка

Обработка нержавеющих сталей всегда требует корректировки режимов резания. При точке с твердыми сплавами скорость резания должна быть снижена на 20% для чистовой и на 60% для черновой обработки по сравнению с AISI 316. То же относится к другим операциям. При использовании быстрорежущей стали скорость резания примерно та же, что и для AISI 316.

Подробные рекомендации по выбору инструмента и режимам резания см. в буклете S-1,462-ENG. Выбирайте данные для марки 5R60 (AISI 316) с учетом вышеуказанных поправок.

Формы поставки

Бесшовные трубы и трубы Sandvik 4C54 поставляются в размерах до 125 мм наружного диаметра в состоянии упрочнения и белою пиклированным или ярко отжиженным.

Другие формы поставки Sandvik 3RE60:

• Сварные трубы и трубы
• Фитинги
• Полоса, отожженная или холоднокатаная с разной степенью упрочнения
• Круговая сталь
• Лист, полоса и широкая полоса
• Кованые трубоплиты

Бесшовные трубы для теплообменников по ASTM A789 есть на складе в состоянии упрочнения и белою пиклированным: 32 × 1,5 мм (средняя стенка).

Присадки для сварки на складе:

• Сварочная проволока Sandvik 22.8.3.L: 0,80; 1,60; 2,0 и 2,4 мм (2/64, 1/16, 5/64 и 3/32 дюйма)
• Покрытые электроды Sandvik 22.9.3.LR: 2,5; 3,25 и 4,0 мм (3/32, 1/8 и 5/32 дюйма)

Сварка

Свариваемость Sandvik 3RE60 хорошая. Сварка без предварительного нагрева, последующая термообработка обычно не требуется. Подходящие методы плавления: ручная дуговая сварка (MMA/SMAW) и дуговая сварка в защитном газе, предпочтительно TIG/GTAW.

Рекомендуемая тепловводимость: 0,5–2,5 кДж/мм, межпроходная температура <150°C (300°F).

Рекомендуемые присадки:

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