Разница в производительности между дуплексными нержавеющими стальными трубами и аустенитными нержавеющими стальными трубами

Разница в характеристиках между двухфазными нержавеющими стальными трубами и аустенитными нержавеющими стальными трубами обусловлена различиями в их микроструктуре и составе сплава. Ниже приведено сравнение по таким ключевым параметрам, как механические свойства, коррозионная стойкость и технологичность, а также в сочетании с типичными сценариями применения для иллюстрации:

1. Сравнение микроструктуры и состава сплава

Рисунок 1

2. Анализ различий в ключевых характеристиках

1. Механические свойства: разница в балансе между прочностью и вязкостью

Двухфазная нержавеющая сталь

Высокая прочность: предел текучести (σ ₀)₂ может достигать 450 - 650 МПа, что примерно в два раза больше, чем у аустенитной стали 304 (предел текучести 304 ≈ 210 МПа) из - за эффекта "упрочнения по фазовым границам" двухфазной структуры; эффекта упрочнения раствором азота (N) (содержание N 0,15% - 0,3%).

Умеренная вязкость: ударная вязкость при комнатной температуре (AKV) составляет примерно 80 - 120 Дж, что ниже, чем у аустенитной стали (например, AKV ≈ 200 Дж для 316), но лучше, чем у ферритной стали.

Аустенитная нержавеющая сталь 

Низкая прочность: предел текучести обычно ≤ 300 МПа, но удлинение (δ) может достигать 40% - 60%. Она обладает превосходной пластичностью и подходит для глубокой вытяжки (например, нержавеющей стальной посуды).

Сверхвысокая вязкость: ударная вязкость не снижается или даже повышается при низких температурах (например, -196 °С), что делает ее подходящей для оборудования для сжиженного природного газа (СПГ).

2. Сопротивление коррозии: различия в характеристиках в разных средах

Двуфазная нержавеющая сталь

Сопротивление язвенной и щелевой коррозии: благодаря синергетическому эффекту высокого содержания Cr (22% - 26%), Mo (2,5% - 5%) и N, индекс язвенной коррозии PREN (=Cr + 3,3Mo + 16N) может достигать 40 - 50, что значительно лучше, чем у 304 (PREN ≈ 22) и 316 (PREN ≈ 29), и подходит для сред, содержащих Cl ⁻ (например, морской воды и химических рассолов).

Сопротивление стресс-разрушению (SCC): двухфазная структура снижает склонность к межкристаллитной коррозии, и ферритная фаза может блокировать распространение трещин в аустените. В средах, содержащих Cl ⁻, сопротивление SCC намного лучше, чем у аустенитной стали (например, 304, которая склонна к SCC в морской воде).

Аустенитная нержавеющая сталь 

Сопротивление коррозии: Пассивирующая пленка Cr Ni стабильна и демонстрирует превосходные свойства в таких средах, как азотная кислота и атмосфера, но имеет слабое сопротивление язвенной коррозии в средах, содержащих Cl ⁻.

Риск межкристаллитной коррозии: Если содержание углерода (C>0,03%) или термообработка неправильные, легко может выпасть Cr ₂ ∝ C ₆, что приводит к обеднению хромом. Это можно улучшить путем добавления Ti, Nb (например, 321) или снижения C (например, 304L).

3. Технологические и сварочные свойства: Разная технологическая пригодность

Двуфазная нержавеющая сталь

Быстрое упрочнение при деформировании: Во время холодной деформации прочность быстро повышается, а пластичность снижается. Необходимо проводить отжиг по стадиям (например, растворяющее отжигание при 1050 ℃), иначе материал склонен к растрескиванию.

При сварке требуется контроль температуры: В зоне термического влияния (ЗТВ) легко может произойти избыточный рост феррита или уменьшение аустенита, что приводит к снижению вязкости. Требуется сварка с низким током и высокой скоростью, и после сварки не требуется термообработка (если толщина не>30мм).

Аустенитная нержавеющая сталь 

Отличная холодная формообразуемость: низкая скорость упрочнения при деформировании, может быть многократно изогнута (например, нержавеющие стальные гофрированные трубы) и не требует промежуточной отжига.

Отличная свариваемость: однофазная структура не склонна к фазовым переходным напряжениям, можно использовать обычную дуговую сварку. Как правило, после сварки не требуется термообработка (но низкоуглеродистые марки, такие как 316L, должны избегать зон сенсибилизации при температурах от 400 до 800 °C).

4. Высокая и низкая температура стойкость

Двуфазная нержавеющая сталь

Хорошая высокотемпературная прочность: прочность ферритной фазы медленно снижается при температурах от 500 до 600 °C, что делает ее подходящей для высоконапорных трубопроводов (например, нефтепереработки), но длительное использование при температурах ≤ 300 °C (чтобы избежать охрупчивания из-за выделения σ-фазы).

Низкая низкотемпературная вязкость: ударная вязкость начинает снижаться ниже -50 °C, что делает ее непригодной для чрезвычайно низких температурных сценариев.

Аустенитная нержавеющая сталь 

Устойчивость к окислению при высоких температурах: 310S (Cr25Ni20) может выдерживать высокие температуры до 1200 ℃ и обычно используется в трубах печи;

Преимущество при сверхнизких температурах: 304L сохраняет вязкость при -196 ℃ и используется для емкостей для хранения жидкого кислорода.

5. Магнитность и стоимость

Двуфазная нержавеющая сталь

Слабая магнитность: Содержание ферритной фазы определяет силу магнитности. Из - за равновесия двух фаз, 2205 имеет более слабую магнитность, чем чистая ферритная сталь, но более сильную, чем аустенитная сталь.

Высокая стоимость: Содержание Mo и N высоко, и процесс выплавки сложен (требуется контроль соотношения двух фаз), с ценой примерно в 2 - 3 раза выше, чем у 304.

Аустенитная нержавеющая сталь 

Безмагнитная: Единственная аустенитная структура, подходящая для магнитно - чувствительного оборудования (например, медицинского оборудования).

Разница в стоимости: 304 доступна по цене, 316 немного дороже из - за содержания Mo, а сверхаустенитная сталь (например, 904L) имеет чрезвычайно высокую стоимость из - за высокого содержания Ni и Mo.

3. Сравнение типичных сценариев применения

Рисунок 3

4. Заключение: Как выбрать?

Приоритет дуплексной нержавеющей стали: Если требования - "высокая прочность + устойчивость к коррозии Cl ⁻ + устойчивость к коррозии под напряжением", например, в морской инженерии и химических высоконапорных трубопроводах, 2205/2507 - это предпочтительный выбор.

Приоритет аустенитной нержавеющей стали: Если требования - "высокая пластичность + низкотемпературная вязкость + немагнитность + низкая стоимость", например, в пищевом оборудовании, низкотемпературных контейнерах и обычных коррозионно-стойких трубопроводах, 304/316 более подходят.

Разница в характеристиках между ними по сути представляет собой компромисс между "прочностью и коррозионной стойкостью" и "вязкостью и технологичностью", что требует комплексного решения на основе рабочих условий, стоимости и технологических требований.

Теги: Механические свойства , Сопротивление коррозии , Приспособляемость к различным технологиям