Загальна характеристика аустенітно-феритних сталей (сталей аустенітно-феритного класу)
Аустенітно-феритні сталі — високолеговані сталі, основу структури яких складають дві фази: аустеніт та ферит.
Кількість кожної з них зазвичай від 40% до 60%. У зв`язку з цією ознакою за кордоном такі стали назвали дуплексними. Стали розроблені як замінники хромонікелевих сталей аустенітного класу. Їх корозійна стійкість у багатьох агресивних середовищах забезпечується за рахунок високого вмісту хрому (як правило, >20%).
Аустенітно-феритні сталі знаходять за кордоном широке застосування як конструкційний матеріал для теплообмінного обладнання. Для цих конструкцій хромонікелеві аустенітні сталі малопридатні внаслідок схильності до корозійного хлоридного розтріскування. Дуплексні сталі мають також переваги перед сплавами на основі міді, які схильні до щілинної корозії та утворення піттингів.
Формування дуплексної структури сприяє значному підвищенню міцності порівняно зі сталями з простою аустенітною структурою, забезпечуючи при цьому такі важливі властивості, як стійкість проти піттингоутворення та щілинної корозії, корозійного розтріскування.
Серед легуючих елементів, що визначають стійкість сталей до піттингоутворення та щілинної корозії, найважливішими є хром, молібден, вольфрам, азот. Вибір марки сталі залежить від умов середовища (температура, вміст кисню і хлору, рН, швидкість потоку). Для оцінки потенційної стійкості сталі проти локальних видів корозії використовують так званий еквівалент піттингоутворення:
PRE = 1%Cr+ 3,3%(Мо + 0,5W) + 16%N.
Стійкість до піттингоутворення перевіряється різними методами, що моделюють окислювальний характер робочих середовищ, що містять хлор, і охолоджуючої води. Найчастіше застосовується метод ASTM G 48, що відповідає випробуванням за стандартом 9.912-89, у 6%-ному розчині хлорного заліза. При випробуваннях визначається температура, за якої утворюються піттинги зі втратою маси зразка, що дорівнює 1,0 г/м.кв. за 24 год. У табл. 2 наведено відомості про корозійну стійкість дуплексних сталей.
Завдяки дрібнозернистій структурі, що є сумішшю фериту і аустеніту, за міцністю дуплексні сталі значно перевершують широко застосовувані в даний час хромонікелеві аустенітні сталі при задовільній пластичності і ударної в`язкості (табл. 3).
- Дивитись Таблицю 1. Хімічний склад аустенітно-феритних сталей.
- Дивитись Таблицю 2. Відомості про корозійну стійкість аустенітно-феритних сталей.
- Дивитись Таблицю 3. Аустенітно-феритні сталі: механічні властивості.
Зварювання аустенітно-феритних сталей
Властивості зварних сполук залежать від хімічного складу сталей та технології зварювання (табл. 4), головним чином від погонної енергії при зварюванні. Для зварювання рекомендуються зварювальні матеріали, що забезпечують одержання феритно-аустенітної або аустенітної структури металу шва.
Аустенітно-феритні сталі застосовуються в основному як замінники хромонікелевих аустенітних сталей. У зв`язку з цим для зварювання сталей-замінників використовують аустенітні присадні матеріали. Зарубіжні марки дуплексних сталей зварюють, як правило, із застосуванням зварювальних матеріалів з хімічним складом, близьким до основного металу.
Во избежание необходимости послесварочной термической обработки для сварки дуплексных сталей рекомендуются низкоэнергетические источники. Тепловложения при сварке не должны превышать 2,5 кДж/мм. При этом температура изделия в процессе сварки не должна быть >150-250 °С.
При високих температурах структура основного та зварювального металу складається на 100% з фериту. У процесі охолодження від високих температур частина фериту трансформується в аустеніт.
Оптимальний режим зварювання можна розрахувати, використовуючи залежність теплопокладання від зварювальних параметрів:
Q= 60UIзв / 1000vзв,
При обмеженні значення Q до 2,5 кДж/мм, напруги дуги до 15В і швидкості зварювання до 60 мм/хв, величина зварювального струму в процесі АрДЗ не повинна перевищувати 160А. При зварюванні дуже тонкого металу, наприклад при виробництві тонкостінних зварних труб з дуплексних сталей, неможливо уникнути 100% феритної структури в металі шва і в ЗТВ. Тому після зварювання зварні труби піддають термічній обробці шляхом нагрівання до 1050-1100 °С подальшим швидким охолодженням. У зазначеному інтервалі температур ~50% фериту перетворюється на аустеніт, що забезпечує високу пластичність зварених сполук.