UGI® 4539 — Высокоэффективная аустенитная сталь для стойкости к серной кислоте

UGI® 4539 — аустенитная сталь, разработанная для высокой коррозионной стойкости, особенно в серной кислоте, в широком спектре химических сред. Сочетание высокого содержания хрома и никеля с добавлением молибдена обеспечивает хорошую и отличную коррозионную стойкость.

Сталь имеет полностью аустенитную микроструктуру, не является магнитной во всех состояниях и обладает отличной свариваемостью и формовочностью. Аустенитная структура обеспечивает высокую вязкость даже при криогенных температурах.

Свойства

Общие

Свойство	Значение
Плотность	8,0 г/см³

Механические

Свойство	Температура	Значение	Примечание
Ударная вязкость (Шарпи, V-образная проба)		100 Дж	мин.
Модуль упругости	100 °C	190 ГПа
Модуль упругости	200 °C	180 ГПа
Модуль упругости	300 °C	172 ГПа
Модуль упругости	400 °C	165 ГПа
Модуль упругости	500 °C	158 ГПа
Относительное удлинение		35 %
Твердость по Бринеллю		230	макс.
Временное сопротивление разрыву		530–730 МПа

Тепловые

Свойство	Температура	Значение	Диапазон/Примечание
Коэффициент линейного теплового расширения		1,4·10⁻⁵ 1/К	20–100 °C
Коэффициент линейного теплового расширения		1,6·10⁻⁵ 1/К	20–200 °C
Коэффициент линейного теплового расширения		1,8·10⁻⁵ 1/К	20–300 °C
Коэффициент линейного теплового расширения		2,0·10⁻⁵ 1/К	20–400 °C
Коэффициент линейного теплового расширения		2,2·10⁻⁵ 1/К	20–500 °C
Удельная теплоемкость	100 °C	485 Дж/(кг·К)
Удельная теплоемкость	200 °C	515 Дж/(кг·К)
Удельная теплоемкость	300 °C	545 Дж/(кг·К)
Удельная теплоемкость	400 °C	570 Дж/(кг·К)
Удельная теплоемкость	500 °C	590 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	100 °C	14 Вт/(м·К)
Теплопроводность	200 °C	16 Вт/(м·К)
Теплопроводность	300 °C	18 Вт/(м·К)
Теплопроводность	400 °C	20 Вт/(м·К)
Теплопроводность	500 °C	22 Вт/(м·К)

Электрические

Свойство	Температура	Значение
Электрическое сопротивление	100 °C	9,9·10⁻⁷ Ом·м
Электрическое сопротивление	200 °C	1,07·10⁻⁶ Ом·м
Электрическое сопротивление	300 °C	1,13·10⁻⁶ Ом·м
Электрическое сопротивление	400 °C	1,15·10⁻⁶ Ом·м
Электрическое сопротивление	500 °C	1,17·10⁻⁶ Ом·м

Химический состав

Элемент	Содержание	Примечание
Углерод	0,02 %	макс.
Хром	19,0–21,0 %
Медь	1,0–2,0 %
Марганец	2,0 %	макс.
Молибден	4,0–5,0 %
Никель	23,0–28,0 %
Азот	0,1 %	макс.
Фосфор	0,035 %	макс.
Кремний	0,70 %	макс.
Сера	0,015 %	макс.

Технологические свойства

Области применения

• Химическая и нефтехимическая промышленность
• Оборудование для работы с серной кислотой
• Компоненты наручных часов и ювелирные изделия
• Медицинские и фармацевтические применения
• Целлюлозно-бумажная промышленность

Холодная деформация

UGI® 4539 достаточно пластичен и легко деформируется. Высокая прочность, обеспечиваемая азотом и молибденом, наглядно демонстрируется при сравнении диаграмм напряжение-деформация со стандартными аустенитными марками 304/304L.

Коррозионные свойства

Хотя марка разрабатывалась для равномерной коррозионной стойкости к серной кислоте, она также обладает очень высокой стойкостью к широкому кругу сред. Значение PREN* 33–38 указывает на хорошую стойкость к точечной коррозии в теплой морской воде и других хлоридных средах.

Равномерная коррозия: Возникает при полном разрушении пассивного слоя, обычно в кислотах или горячих щелочных растворах. Ниже приведены предельные температуры для скорости коррозии < 0,1 мм/год:

Концентрация, масс.%	H₂SO₄ 20%	H₂SO₄ 40%	H₂SO₄ 60%	HCl 1%	HCl 2%	HCl 3%	NaOH 20%	NaOH 40%	NaOH 60%
Температурный предел, °C	70	55	40	60	30	20	170	125	160

*Предельная температура может зависеть от состояния поверхности (шероховатость и др.).

Точечная коррозия: Хлорид-ионы в нейтральной или кислой среде вызывают локальное разрушение пассивного слоя. Для сравнения марок используется PREN, но надежнее — критическая температура точечной коррозии (CPT). По методу ASTM G150 (1M NaCl, 35 000 ppm Cl⁻):

Марка	UGI 4404	UGI® 4539	UGI 4462
CPT, °C (ASTM G150)	18	60	50

**CPT также зависит от шероховатости поверхности.

Межкристалличная коррозия: Очень низкое содержание углерода исключает риск выделения карбидов при обычной тепловой обработке и сварке, устраняя межкристалличную коррозию.

Коррозия под напряжением: Благодаря высокому никелю и молибдену, UGI® 4539 высоко стойка к коррозионному растрескиванию в хлоридных растворах, концентрированных гидроксидах и средах, богатых сероводородом (нефть и газ). График пределов стойкости в зависимости от температуры и давления H₂S приведен на исходной странице материала.

Обрабатываемость на станках

Как и другие аустенитные стали, UGI® 4539 вязка и склонна к холодной закалке. Низкое содержание серы делает её менее обрабатываемой, чем марки 410 и 304. Однако при правильном выборе инструмента и режимов получаются вполне удовлетворительные результаты.

Тепловая обработка

Растворительная отжиг: Оптимальные механические и технологические свойства достигаются после отжига при 1060–1150 °C с быстрым охлаждением на воздухе или в воде. Нахождение в диапазоне 600–900 °C следует минимизировать для предотвращения хрупких интерметаллических фаз.

Закалка: UGI® 4539 не закаляется термически, но может быть закалена холодной деформацией.

Горячая деформация

Ковка: Предварительный нагрев 1150–1180 °C, ковка 1180–950 °C. После ковки быстрое охлаждение на воздухе или в воде (при отсутствии риска деформации).

Доступные продукты

Продукт	Форма	Поверхность	Толеранс	Размер
Прутки	Круглые	Волокненные	h9	2–28 мм
	Круглые	Шлифованные	h7–h9	2–80 мм
	Круглые	Токарные, полированные	h10–h11	22–130 мм
	Круглые	В закалине	k12–k13	22–130 мм
	Шестигранные	Волокненные		3–55 мм
Проволочный пруток	Круглый	Оксолированный		5–32 мм
Волокненая проволока	Круглый	Матовый		0,8–14 мм
	Профильный	Яркий		2–70 мм²

Другие форматы — по запросу к поставщику.

Поверхностная обработка

Оксолирование: Необходимо при окисленных поверхностях после нагрева. Используются кванты: соляная, серная или смешанные нитро-гидрофторидные кислоты. Нагрев ванны (до 50 °C) сокращает время. Обязательно тщательное промывание.

Пассивация: Нержавейки с высоким Cr/Mo обычно не требуют пассивации — пассивная пленка образуется спонтанно на воздухе за 24 часа. При загрязнении углеродистой/низколегированной сталью (ферристое загрязнение) требуется пассивация азотной кислотой 30 мин при комнатной температуре с последующим промыванием/нейтрализацией.

Электролитическое полирование: Стандартные режимы для молибденсодержащих аустенитных сталей применимы к UGI® 4539.

Сварка

UGI® 4539 при сварке склонна к горячим трещинам из-за полностью аустенитной структуры затвердевания. Тем не менее, она хорошо сваривается всеми стандартными процессами для аустенитных нержавеек. Сварка без наполнителя не рекомендуется — способствует горячим трещинам. При использовании однородных наполнителей необходимо ограничивать тепловвод низкими значениями для обеспечения плавления. Навивка шва также избегайте для минимизации тепловвода. Послесварочная термообработка не требуется; даже крупные сечения стойки к межкристалличной коррозии после сварки благодаря низкому углероду.