Przewodnik po doborze rur ze stali nierdzewnej ASTM A312

Wyobraź sobie system rur w ekstremalnych temperaturach lub warunkach korozyjnych jako układ naczyniowy ludzkiego ciała. Tak jak kruche naczynia krwionośne mogą prowadzić do katastrofalnych konsekwencji, tak dobór niewłaściwego materiału do krytycznych zastosowań rurowych może skutkować awariami systemu. Rura ze stali nierdzewnej ASTM A312 może być rozwiązaniem, którego szukasz.

ASTM A312 to standardowa specyfikacja opracowana przez American Society for Testing and Materials (ASTM), która obejmuje rury bez szwu, spawane szwem prostym i mocno obrobione na zimno, ze stali nierdzewnej austenitycznej. Zaprojektowana specjalnie do wysokich temperatur i ogólnych środowisk korozyjnych, specyfikacja ta obejmuje niektóre z najczęściej używanych gatunków, takich jak stal nierdzewna 304/304L i 316/316L. Ten artykuł zawiera szczegółową analizę normy ASTM A312, badając jej skład chemiczny i właściwości mechaniczne, aby pomóc w procesie doboru materiału.

Rury ze stali nierdzewnej odgrywają istotną rolę w zastosowaniach wysokotemperaturowych ze względu na ich wyjątkową odporność na korozję. W miarę jak przemysł coraz bardziej wymaga materiałów, które mogą wytrzymać trudne warunki pracy, stal nierdzewna wyłoniła się jako ewolucja standardowej stali węglowej. Dodając do podstawowego żelaza pierwiastki stopowe, takie jak nikiel i chrom, stal nierdzewna znacznie poprawia swoją odporność na środowiska korozyjne.

Przed zbadaniem różnych gatunków stali nierdzewnej, ważne jest zrozumienie typowych rodzajów dostępnych na rynku i ich klasyfikacji.

Ogólnie rzecz biorąc, każdą stal stopową o zawartości chromu co najmniej 10,5% można uznać za „stal nierdzewną”. Jednak w zależności od konkretnej kombinacji pierwiastków stopowych (takich jak nikiel, chrom, molibden, tytan, miedź, azot itp.) dostępnych jest wiele różnych gatunków, z których każdy ma odrębne właściwości strukturalne, chemiczne i mechaniczne.

Najbardziej godną uwagi cechą stali nierdzewnej jest jej wyjątkowa odporność na korozję, która jest przypisywana ochronnej warstwie tlenku chromu, która tworzy się na jej powierzchni. Ta warstwa tlenku reaguje z tlenem, tworząc mikroskopijną barierę, która skutecznie zapobiega korozji. Dodatkowo, w porównaniu ze stalą węglową, stopy stali nierdzewnej wykazują lepszą wytrzymałość w zastosowaniach niskotemperaturowych, wyższą wytrzymałość i twardość, doskonałą ciągliwość i niższe koszty konserwacji.

Stale nierdzewne można szeroko podzielić na następujące serie w oparciu o ich strukturę metalurgiczną:

Jest to najpopularniejszy rodzaj stali nierdzewnej. Dodanie takich pierwiastków jak nikiel, mangan i azot zapewnia austenitycznej stali nierdzewnej doskonałą spawalność i formowalność. Zwiększając zawartość chromu, molibdenu i azotu, można dodatkowo zwiększyć jej odporność na korozję. Jednak podstawowe stale austenityczne są podatne na pękanie korozyjne naprężeniowe (wymagana jest wyższa zawartość niklu, aby poprawić odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe). Stale austenityczne nie mogą być utwardzane przez obróbkę cieplną, ale mogą być obrabiane na zimno do bardzo wysokich poziomów wytrzymałości przy zachowaniu znacznej wytrzymałości i ciągliwości.

Chociaż stale austenityczne są generalnie niemagnetyczne, mogą wykazywać pewien stopień magnetyzmu w zależności od rzeczywistego składu stopu i stopnia obróbki na zimno zastosowanej podczas produkcji. Austenityczne stale nierdzewne dzielą się na serię 200 (stopy chromu-manganu-niklu) i serię 300 (stopy chromu-niklu, takie jak 304, 309, 316, 321, 347 itp.). Stal nierdzewna gatunku 304 jest najpopularniejszą austenityczną stalą nierdzewną, odpowiednią do większości środowisk korozyjnych. Każdy inny gatunek z serii 300 może poprawić podstawowe właściwości SS304.

Martenzytyczne stale nierdzewne są podobne do stali ferrytycznych pod tym względem, że oba mają znaczną zawartość chromu, ale stale martenzytyczne mają wyższą zawartość węgla, do 1%. Wysoka zawartość węgla pozwala na utwardzanie i odpuszczanie stali martenzytycznych, podobnie jak standardowych stali stopowych węglowo-chromowych (chociaż zwykle wykazują one gorszą spawalność i ciągliwość). Ten rodzaj stali nierdzewnej nadaje się do zastosowań wymagających wysokiej wytrzymałości i umiarkowanej odporności na korozję. W przeciwieństwie do standardowych austenitycznych stali nierdzewnych, stale martenzytyczne są magnetyczne. Typowe gatunki stali martenzytycznej to 410, 420 i 440C.

Ferrytyczne stale nierdzewne mają znaczną zawartość chromu, ale niską zawartość węgla (zazwyczaj poniżej 0,1%). Nazwa tej stali nierdzewnej pochodzi od jej struktury metalurgicznej, która ściśle przypomina strukturę stali węglowych i niskostopowych. Stale te mają szeroki zakres zastosowań, ale nie nadają się do cienkich powierzchni ze względu na słabą odporność na spawanie i ograniczoną formowalność (ferrytyczne stale wykazują mniejszą formowalność i ciągliwość). Ferrytyczne stale nierdzewne nie mogą być utwardzane przez obróbkę cieplną. Dodanie molibdenu do stali ferrytycznej pozwala na stosowanie materiału w wysoce korozyjnych zastosowaniach, takich jak zakłady odsalania i środowiska morskie. Stale te wykazują również doskonałą odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe. Podobnie jak stale martenzytyczne, ferrytyczne stale nierdzewne są magnetyczne. Najpopularniejsze gatunki stali ferrytycznej to 430 (17% chromu) i 409 (11% chromu), szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym.

Stale utwardzane wydzieleniowo (PH) osiągają wyjątkową wytrzymałość dzięki dodaniu takich pierwiastków jak miedź, niob i aluminium. Stale te mogą być przetwarzane w bardzo specyficzne kształty z wysokimi tolerancjami przed poddaniem końcowemu utwardzaniu starzeniowemu. Różni się to od tradycyjnego utwardzania i odpuszczania stali martenzytycznych, które są podatne na deformacje podczas przetwarzania. Odporność na korozję stali utwardzanych wydzieleniowo jest porównywalna z odpornością standardowych stali austenitycznych, takich jak SS304. Najpopularniejszą stalą nierdzewną utwardzaną wydzieleniowo jest 17-4PH, która zawiera 17% chromu i 4% niklu.

Wymiary standardowych rur ze stali nierdzewnej są określone przez specyfikację ANSI ASME B36.19. Rury ze stali nierdzewnej bez szwu są dostępne w rozmiarach od 1/8" do 24", natomiast rury ze stali nierdzewnej spawane są produkowane w rozmiarach od 2" do 36" (rury ASTM A312, które są rurami ze stali nierdzewnej austenitycznej chromowo-niklowej spawanymi elektrycznie lub rurami walcowanymi).