Руководство по выбору труб из нержавеющей стали ASTM A312

Представьте себе систему трубопроводов в условиях экстремальной жары или коррозии, как кровеносную систему человеческого тела. Как и хрупкие кровеносные сосуды могут привести к катастрофическим последствиям, выбор неправильного материала для критически важных трубопроводов может привести к выходу системы из строя. Труба из нержавеющей стали ASTM A312 вполне может быть решением, которое вы ищете.

ASTM A312 - это стандартная спецификация, разработанная Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM), которая охватывает бесшовные, прямошовные сварные и сильно холоднодеформированные сварные трубы из аустенитной нержавеющей стали. Разработанная специально для высокотемпературных и общих коррозионных сред, эта спецификация включает в себя некоторые из наиболее часто используемых марок, такие как нержавеющая сталь 304/304L и 316/316L. Эта статья предоставит подробный анализ стандарта ASTM A312, изучая его химический состав и механические свойства, чтобы помочь вам в процессе выбора материала.

Трубы из нержавеющей стали играют жизненно важную роль в высокотемпературных применениях благодаря своей исключительной коррозионной стойкости. Поскольку отрасли промышленности все чаще требуют материалы, способные выдерживать суровые условия эксплуатации, нержавеющая сталь стала эволюцией стандартной углеродистой стали. Добавляя легирующие элементы, такие как никель и хром, к основному железу, нержавеющая сталь значительно улучшает свою устойчивость к коррозионным средам.

Прежде чем изучать различные марки нержавеющей стали, важно понимать распространенные типы, доступные на рынке, и их классификацию.

Как правило, любая сталь с содержанием хрома не менее 10,5% может считаться «нержавеющей сталью». Однако, в зависимости от конкретной комбинации легирующих элементов (таких как никель, хром, молибден, титан, медь, азот и т. д.), существует множество различных доступных марок, каждая из которых обладает различными структурными, химическими и механическими свойствами.

Наиболее заметной характеристикой нержавеющей стали является ее выдающаяся коррозионная стойкость, которая обусловлена защитным слоем оксида хрома, образующимся на ее поверхности. Этот слой оксида реагирует с кислородом, создавая микроскопический барьер, который эффективно предотвращает коррозию. Кроме того, по сравнению с углеродистой сталью, сплавы нержавеющей стали демонстрируют лучшую прочность в условиях низких температур, более высокую прочность и твердость, превосходную пластичность и более низкие затраты на техническое обслуживание.

Нержавеющие стали можно условно разделить на следующие серии в зависимости от их металлургической структуры:

Это наиболее распространенный тип нержавеющей стали. Добавление таких элементов, как никель, марганец и азот, обеспечивает аустенитной нержавеющей стали отличную свариваемость и формуемость. Увеличивая содержание хрома, молибдена и азота, можно дополнительно повысить ее коррозионную стойкость. Однако основные аустенитные стали подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением (для улучшения устойчивости к коррозионному растрескиванию под напряжением требуется более высокое содержание никеля). Аустенитные нержавеющие стали не могут быть закалены термической обработкой, но могут быть подвергнуты холодной обработке до очень высоких уровней прочности, сохраняя при этом значительную прочность и пластичность.

Хотя аустенитные стали обычно немагнитны, они могут проявлять некоторую степень магнетизма в зависимости от фактического состава сплава и степени холодной обработки, применяемой в процессе производства. Аустенитные нержавеющие стали делятся на серии 200 (хромо-марганцево-никелевые сплавы) и 300 (хромо-никелевые сплавы, такие как 304, 309, 316, 321, 347 и т. д.). Нержавеющая сталь марки 304 является наиболее распространенной аустенитной нержавеющей сталью, подходящей для большинства коррозионных сред. Любая другая марка в серии 300 может улучшить основные свойства SS304.

Мартенситные нержавеющие стали похожи на ферритные стали тем, что обе имеют значительное содержание хрома, но мартенситные стали имеют более высокое содержание углерода, до 1%. Высокое содержание углерода позволяет мартенситным сталям закаливаться и отпускаться, как стандартные углеродистые и хромовые легированные стали (хотя они обычно демонстрируют меньшую свариваемость и пластичность). Этот тип нержавеющей стали подходит для применений, требующих высокой прочности и умеренной коррозионной стойкости. В отличие от стандартных аустенитных нержавеющих сталей, мартенситные стали магнитны. К распространенным маркам мартенситной стали относятся 410, 420 и 440C.

Ферритные нержавеющие стали имеют значительное содержание хрома, но низкое содержание углерода (обычно ниже 0,1%). Название этой нержавеющей стали происходит от ее металлургической структуры, которая очень похожа на структуру углеродистых и низколегированных сталей. Эти стали имеют широкий спектр применений, но не подходят для тонких поверхностей из-за их плохой устойчивости к сварке и ограниченной формуемости (ферритные стали демонстрируют меньшую формуемость и пластичность). Ферритные нержавеющие стали не могут быть закалены термической обработкой. Добавление молибдена в ферритную сталь позволяет использовать материал в условиях сильной коррозии, таких как опреснительные установки и морская среда. Эти стали также демонстрируют отличную устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением. Как и мартенситные стали, ферритные нержавеющие стали магнитны. Наиболее распространенными марками ферритной стали являются 430 (17% хрома) и 409 (11% хрома), широко используемые в автомобильной промышленности.

Стали с дисперсионным твердением (PH) достигают исключительной прочности за счет добавления таких элементов, как медь, ниобий и алюминий. Эти стали можно обрабатывать в очень специфические формы с высокими допусками перед окончательным старением. Это отличается от традиционной закалки и отпуска мартенситных сталей, которые подвержены деформации во время обработки. Коррозионная стойкость сталей с дисперсионным твердением сопоставима с коррозионной стойкостью стандартных аустенитных сталей, таких как SS304. Наиболее распространенной нержавеющей сталью с дисперсионным твердением является 17-4PH, которая содержит 17% хрома и 4% никеля.

Размеры стандартных труб из нержавеющей стали установлены спецификацией ANSI ASME B36.19. Бесшовные трубы из нержавеющей стали доступны в размерах от 1/8" до 24", а сварные трубы из нержавеющей стали производятся в размерах от 2" до 36" (трубы ASTM A312, представляющие собой электросварные аустенитные хромоникелевые трубы из нержавеющей стали или катаные трубы).