Что такое ферритные стали
Что такое ферритные стали
Ферритные стали обязаны своим названием ферриту. Так называется фазовая составляющая сплавов железа. При ближайшем рассмотрении это оказывается твердый раствор легирующих элементов и углерода, находящийся в α-железе. Одна из его особенностей – наличие кубической объемоцентрированной решетки. Часто феррит выступает как составляющая и других структур.
Современные ферритные нержавеющие стали выделяются своей устойчивостью к коррозии. Они лучше всего показывают себя при использовании в тех средах, которые не содержат ионов хлора. При использовании в таких средах, они остаются качественными и во многом не уступают хромоникелевым аналогам. Существует ряд сред, в которых такого типа стали превосходят описанные аналоги и показывают лучшую устойчивость, в том числе к коррозийному растрескиванию.
Такая разновидность продукции хорошо поддается дополнительному легированию. Это помогает улучшать характеристики состава и расширять границы его использования.
В таблице ниже представлены химические свойства сталей такого типа в зависимости от использования различных легирующих элементов:
Таблица 1. Хромистые ферритные стали: химический состав.
Марка стали | C | Si | Mn | Cr | Mo | S | P | прочих элементов |
08X13 | ≤0,08 | ≤0,8 | ≤0,8 | 12,0..14,0 | – | ≤0,025 | ≤0,030 | ≥6(C+N) Ti |
08Х17Т | 16,0. 18,0 | ≤0,035 | 0,50. 0,80 Ti | |||||
08Х23С2Ю | 1,5. 1,8 | 0,4. 0,7 | 22,0. 24,0 | ≤0,015 | ≤0,030 | Не регламентируется | ||
04Х14Т3Р1Ф (ЧС-82) | 0,02. 0,06 | ≤0,6 | ≤0,5 | 13,0. 16,00 | 0,020 | 0,025 | 2,3 . 3,5 Ti, 1,1 . 1,8 V | |
ЭП 882-ВИ | ≤0,015 | ≤0,5 | 16,5. 18,5 | 1,5. 2,0 | ≤0,020 | ≤0,025 | 0,15. 0,35 Nb | |
ЭП 904-ВИ | ≤0,012 | ≤0,3 | 18 | – | 0,1 . 0,4 Nb, 2,2 . 3,5 А1 | |||
15Х25Т | ≤0,08 | ≤0,8 | ≤0,8 | 29,0. 27,0 | ≤0,025 | ≤0,035 | 0,5 . 0,9 Ti |
Центральные свойства и особенности использования материала
При использовании такой разновидности продукции потребуется учитывать ряд значимых особенностей, накладывающих ограничения или расширяющих возможности применения. Среди таких особенностей можно выделить:
- Высокая стойкость к коррозии. Как уже было отмечено, особенно такая стойкость проявляется в условиях, когда в среде не присутствуют ионы хлора. Еще один показатель – возможность сохранения стабильных характеристик использования при воздействии азотной кислоты. Такого типа материал хорошо выдерживает язвенную коррозию, а также растрескивание и коррозийное повреждение под высоким напряжением. Специалисты называют оптимальной коррозийную стойкость стали после медленного охлаждения и после отжига при повышенных температурах.
- Сталь выдерживает достаточно высокий нагрев, так как закаляется при повышенных температурах.
- При обработке образует достаточно уязвимые сварные швы. Потому к варке потребуется подходить с осторожностью (об этом будет дополнительно рассказано ниже).
- Материал отличается высокой прочностью и хорошо переносит механическое воздействие.
Центральные области применения
Описанные выше возможности объяснили обширную область применения ферритных сталей. В зависимости от конкретной марки стали, она может использоваться при создании деталей высокотемпературного оборудования, внутренних элементов химических аппаратов. Не менее значимая область использования – создание змеевиков пиролиза, а также различного рода контейнеров и емкостей.
Использование определяется при анализе технических характеристик конкретной марки. Для того чтобы читатель получил лучшее представление о таких механических свойствах, мы собрали их в рамках отдельной таблицы, приведенной ниже:
Таблица 2. Хромистые ферритные стали: механические свойства, не менее.
Марка стали | σв, МПа | σ0,2,МПа | δ5, % | ψ,% | KCU, Дж/см 2 | Примеры использования |
08Х13 | 590 | 410 | 20 | 60 | 10 | Внутренние устройства химических аппаратов |
08Х17Т | 372 | – | 17 | – | – | |
08Х23С2Ю | 490 | 10 | 60 | Змеевики пиролиза | ||
04Х14Т3Р1Ф | 500 | 320 | 15 | 20 | 10 | Стеллажи ядерного топлива, контейнеры |
ЭП 882-ВИ | 372 | 245 | 22 | – | 60 | Заменитель Сг – Ni аустенитных сталей |
ЭП 904-ВИ | 440 | 323 | 24 | Детали высокотемпературного оборудования | ||
15Х25Т | – | 14 | 20 | Внутренние устройства химических аппаратов |
Особенности сварки
О том, можно ли сваривать ферритные стали, что получается в итоге и какие характеристики имеют получаемые швы, существует масса противоречивых сведений.
Свариваемость таких типов стали напрямую зависит от их состава. При ограничении в составе C и N удается добиться хороших показателей свариваемости. Также во многом параметры отличаются в зависимости от уровня содержания углерода. К примеру, если углерода и азота
0,020 %, материал приобретает хорошую пластичность и высокую ударовязкость, а при сваривании не становится хрупким. Показатель хрупкости сварных соединений хромистых ферритных сталей связан содержанием в твердом растворе примесей внедрения.
Также стоить обратить внимание на то, что при правильном выборе материала сварные соединения хромистых ферритных сталей будут устойчивы к коррозии. Это актуально также при использовании в агрессивных средах. Одной из возможностей повышения качества шва, является легирование с использованием титана или ниобия. Это дополнительно повышает стойкость к появлению межкристаллической коррозии. Причем такая стойкость остается неизменной и после термической обработки.
В таблице ниже собраны основные рекомендации по тепловому режиму сваривания такого типа стали. Их соблюдение гарантирует, что материал будет оставаться прочным и получит высокий уровень устойчивости к различного рода внешним типам воздействия.
Таблица 3. Рекомендации по тепловому режиму сварки хромистых ферритных сталей.
Марка стали | Температура подогрева, о С | Продолжительность хранения до термической обработки, ч | Термическая обработка |
08Х13 | 150. 250 | Не ограничено | Отпуск при 680. 700 о С |
08Х13 (плакирующий слой биметалла) | без подогрева | Не регламентируется | |
08Х17Т, 15Х25Т | 150. 200 | ||
08Х17Т, 15Х25Т (плакирующий слой биметалла) | без подогрева | ||
08Х23С2Ю | 200 . 250 | Не допускается | Отжиг при 900 о С |
ЭП 882-ВИ, ЭП 904-ВИ | без подогрева | Не регламентируется |
Помимо этого, при работе с ферритными сталями от специалистов требуется использовать правильное оборудование и нужный способ сварки. Предусмотрена возможность сварки с использованием ручного дугового, электронно-лучевого и лазерного метода. Вопрос выбора зависит от того, какая марка стали используется вами на данный момент.
Подробности выбора определенного типа воздействия в зависимости от марки стали приведены в таблице ниже:
Таблица 4. Способы сварки, сварочные материалы и механические свойства свариых соединеиий хромистых ферритных сталей.
Марка стали | Способ сварки, сварочные материалы | Механические свойства сварных соединений | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
σв, МПа | KCU, Дж/см 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
08Х13 | Ручная дуговая сварка: – электроды Э-10Х25Н13Г2 ОЗЛ-6, ЦЛ-25, Э-10Х25Н13Г2Б ЦЛ-9, Э-08Х20Н15ФБ АНВ-9, Э-10Х20Н15Б АНВ-10 |
540 | 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
– электроды Э-2Х13 УОНИ-13НЖ, АНВ-1, ЦЛ-51 | 590 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
АДС: проволока Св-07Х25Н12Г2Т, Св-06Х25Н12ТЮ, Св-06Х25Н12БТЮ, флюс АН-26с, АНФ-14, ОФ-6, АН-18 |
540 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
АрДС: проволока CB-06X25Н12Т, Cв-06Х25Н12БТЮ, Cв-07X25Н12Г2Т, аргон |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
08Х17Т | РДС: электроды Э-10Х25Н13Г2Б ЦЛ-9, УОНИ-10Х17Т. АДС: проволока Св-10ХI7Т, флюсы АНФ-6, ОФ-6 |
440 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
08Х23С2Ю | РДС: электроды ЦТ-33, ЦТ-38 |
500 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
04Х14Т3Р1Ф | Электронно-лучевая и лазерная сварка | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ЭП 882-ВИ | РДС: электроды Э-10Х25Нl3Г2 ЦЛ-25, ЦТ-45, ЭА-400/10Т. АрДС: проволока Св-02ХI8М2Б-ВИ, аргон |
372 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ЭП 904-ВИ | РДС: электроды ЦТ-52 |
390 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
АрДС: проволока Св-02Х19Ю3Б-ВИ, аргон |
372 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
15Х25Т | РДС: электроды 3иО-7, ЭА-48М/22, АНВ-9, АН9-10. АрДС: проволока Св-07Х25Н 13, аргон АДС: проволока Св-07Х25Н13, флюсы АН-26с, АНФ-14, ОФ-6, АН-16 |
440 |
≤0,8 | ≤0,8 | 12,0..14,0 | – | ≤0,025 | ≤0,030 | ≥6(C+N) Ti | |
08Х17Т | 16,0. 18,0 | ≤0,035 | 0,50. 0,80 Ti | ||||
08Х23С2Ю | 1,5. 1,8 | 0,4. 0,7 | 22,0. 24,0 | ≤0,015 | ≤0,030 | Не регламентируется | |
04Х14Т3Р1Ф (ЧС-82) | 0,02. 0,06 | ≤0,6 | ≤0,5 | 13,0. 16,00 | 0,020 | 0,025 | 2,3 . 3,5 Ti, 1,1 . 1,8 V |
ЭП 882-ВИ | ≤0,015 | ≤0,5 | 16,5. 18,5 | 1,5. 2,0 | ≤0,020 | ≤0,025 | 0,15. 0,35 Nb |
ЭП 904-ВИ | ≤0,012 | ≤0,3 | 18 | – | 0,1 . 0,4 Nb, 2,2 . 3,5 А1 | ||
15Х25Т | ≤0,08 | ≤0,8 | ≤0,8 | 29,0. 27,0 | ≤0,025 | ≤0,035 | 0,5 . 0,9 Ti |
08Х17Т | 372 | – | 17 | – | – | |
08Х23С2Ю | 490 | 10 | 60 | Змеевики пиролиза | ||
04Х14Т3Р1Ф | 500 | 320 | 15 | 20 | 10 | Стеллажи ядерного топлива, контейнеры |
ЭП 882-ВИ | 372 | 245 | 22 | – | 60 | Заменитель Сг – Ni аустенитных сталей |
ЭП 904-ВИ | 440 | 323 | 24 | Детали высокотемпературного оборудования | ||
15Х25Т | – | 14 | 20 | Внутренние устройства химических аппаратов |
Механические свойства сварных соединений зависят от применяемых сварочных материалов (табл. 4).
При использовании аустенитных сварочных материалов металл шва отличается высокой пластичностью, ударной вязкостью. При сварке однородными с основным металлом сварочными материалами с обычным содержанием примесей внедрения металл шва и сварные соединения отличаются высокой хрупкостью. Лишь в случае низкого содержания примесей в присадочной проволоке при АрДС сталей ЭП 882-ВИ и ЭП 904-ВИ могут быть достигнуты высокие значения пластичности и ударной вязкости у металла шва.
Сварные соединения всех хромистых ферритных сталей коррозионно-устойчивы во многих агрессивных средах. Легирование металла шва ниобием (или титаном) обеспечивает стойкость против межкристаллитной коррозии как в исходном после сварки состоянии, так и после термической обработки.
Таблица 3. Рекомендации по тепловому режиму сварки хромистых ферритных сталей .
08Х17Т, 15Х25Т | 150. 200 | ||
08Х17Т, 15Х25Т (плакирующий слой биметалла) | без подогрева | ||
08Х23С2Ю | 200 . 250 | Не допускается | Отжиг при 900 о С |
ЭП 882-ВИ, ЭП 904-ВИ | без подогрева | Не регламентируется |
Таблица 4. Способы сварки, сварочные материалы и механические свойства свариых соединеиий хромистых ферритных сталей .
Нержавеющие стали
Нержавеющая сталь, (сложнолегирована сталь) является стойкой против появления ржавчины в атмосферных условиях и коррозии в агрессивных средах. Главный легирующий элемент нержавеющей стали – Cr (содержание 12-20%). Кроме того, нержавеющая сталь содержат элементы, которые сопутствуют железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р) и элементы, вводимые в сталь для придания ей нужных физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo). Чем выше содержание Cr в стали, тем выше ее сопротивление коррозии и жаропрочность; при содержании Cr 12% и более сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, 17% и более – коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности в азотной кислоте крепостью до 50%. Коррозионная стойкость нерж. стали объясняется тем, что на поверхности контакта хромсодержащего сплава со средой образуется тончайшая защитная пленка окислов либо др. нерастворимых соединений. Немаленькое значение при этом имеют однородность металла, которое соответствует состояние поверхности, отсутствие у стали склонности к межкристаллитной коррозии. В сильных кислотах (соляной, серной – которая образуется в дымоходах, фосфорной, плавиковой и их смесях) высокую коррозионную стойкость показывают сложнолегированные нерж. стали и сплавы с более высоким содержанием Ni с присадками Mo, Cu, Si в разных сочетаниях. При этом для каждых конкретных условий (температура и концентрация среды) выбирается соответствующая марка стали.
Нержавеющие стали обычно делятся на 3 немаленькие группы, в зависимости от их структуры:
♦ аустенитные стали обычно содержат 16-25% хрома, 6-14% никеля, кое-когда 2-6% молибдена и маленькое число иных элементов. Стали это группы – максимально широко используемые и представляют 60-70% мирового потребления. Область их применения довольно-таки широка.
♦ ферритные стали (кое-когда называемые хромистые стали) содержат по большей части 12-20% хрома. Кое-какие марки могут содержать маленькое число титана и молибдена. Коррозионная стойкость и иные свойства хуже чем у аустенитных сталей, но из-за более низкой стоимости ферритные стали используются для меньше ответственного применения.
♦ мартениститные нержавеющие стали применяются в специальных случаях, когда требуется высокая твердость и прочность. Дальше будут рассматриваться по большей части аустенитные марки. Области применения аустенитных нержавеющих сталей.
Различают аустенитные нерж. стали, которые не склонны к межкристаллитной коррозии, так называемые стабилизированные – с добавками Ti и Nb. Резкое понижение склонности нерж. стали к межкристаллитной коррозии достигается также сокращением содержания углерода (до 0.03%). Стабилизированные аустенитные нерж. стали применяются для изготовления сварной аппаратуры, которая работает в агрессивных средах (при этом после сварки термическая обработка не обязательна). В качестве жаропрочного и жаростойкого материала данные стали используются для изготовления изделий, которые подвергаются воздействию температур 550-800 °С. Стали, которые склоны к межкристаллитной коррозии, после сварки, обычно, подвергаются термической обработке (для деталей, которые сварены роликовой или точечной сваркой, термическая обработка не требуется). Хромомарганцевоникелевые и Хромоникелевые нерж. стали находят широкое применение в промышленности и быту. Для высоконагруженных элементов конструкций, которые работают при повышенных температурах (до 550 °С), применяются так называемые мартенситно-стареющие нерж. стали аустенитно-мартенситного типа, которые обладают значительной прочностью (sb = 1200-1500 Мн/м2, либо 120-150 кгс/мм2), высокой вязкостью и отличной свариваемостью.
В последнее время на рынке дымоотводящих труб и газоходов стали появляться случаи использования нержавеющих сталей не аустенитного, а ферритного класса.
Основные недостатки нержавеющих сталей ферритного класса (AISI 430, 439, 409, аналоги по Российской классификации 08Х17Т, 15Х25Т, 08Х13, 08Х18Т1) по сравнению со сталями аустенитного класса (AISI 304, 321, 316, аналоги по Российской классификации 08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 20Х23Н18) следующие:
♦ Неупрочняемые при термообработке.
♦ Ферритные стали склонны к охрупчиванию при длительном использовании в диапазоне температур от 300 до 600.
♦ Вязкость может быть до некоторой степени ограничена при низких температурах и в заготовках крупного сечения (переход пластичность-хрупкость).
ВНИМАНИЕ:
Срок службы дымоходных труб, изготовленных из ферритных нержавеющих сталей, толщиной 0,5 мм от 1 года составляет менее 2-х лет!
ВНИМАНИЕ:
Сварка швов ферритных нержавеющих сталей должна производиться с особой осторожностью.
ВНИМАНИЕ:
Рекомендуемая максимальная температура применения в течение длительного времени (до 10 000 час) до 800°С установлена только для нержавеющих сталей аустенитного класса. Для ферритных нержавеющих сталей данные условия использования категорически запрещены!
ВНИМАНИЕ:
Отличить ферритную сталь от аустенитной можно с помощью магнита – ферриная сталь обладает магнитными свойствами в отличии от аустенитной.
Ферритная фаза
В процессе остывания сталей они проходят этап (фазу) кристаллизации. Ферритная фаза определяет количество мелкодисперсионного дельта феррита. Например, в аустенитных марках типа Е308 или Е308L процент содержания этого элемента колеблется от трёх до десяти процентов.Это количество позволяет предотвратить появление трещин и не допустить так называемое «охрупчивание» металла при высоких температурах.
Строение и свойства
При повышении температуры аустенитные стали превращаются в жидкий раствор с определённым процентным отношением железа и углерода. Если температура раствора превышает линию так называемого ликвидуса (это около 1700 °C),образовавшийся расплав становится статически неустойчивым. Его состояние оценивают по двум составляющим:фазовой и структурной.
Для первой составляющей основным показателем является фаза состояния полученной смеси. Она определяет состояние металла по следующим показателям:
- раствора углерода в железе;
- количество различных образований (непосредственно феррит, в том числе высокотемпературный, аустенит, цементит).
Структурная составляющая часть образца определяется как гомогенная или квазигомогенная форма. Общая структура образовавшегося феррита составляет равноосные кристаллы. В трёхмерном пространстве решётка ферритной фазы представляет объёмно-центрированный куба. Эти кристаллы определяют твёрдость феррита и способность углерода в нём растворяться. Опыт показывает, что при температуре равной 727 градусов в феррите растворяется только 0,02% углерода.
Кроме этого к основным свойствам феррита относятся:
- обладает сильными ферромагнитными свойствами (до температуры 770 °С — точка Кюри);
- является теплопроводным элементом;
- хорошим проводником электрического тока;
- обладает повышенной пластичностью.
К основным недостаткам относятся невысокая прочность и недостаточная твёрдость. Последний показатель зависит от величины образованного зерна и находится в интервале от 65 до 130 НВ.
В зависимости от этапа проходящих превращений ферритная фаза находится в следующих состояниях:
- как основа кристаллической решётки образовавшегося сплава;
- второе или избыточное состояние (располагается по границам так называемых перлитных образований);
- элемент феррито-графитного эвтектоида.
Каждое состояние требует точного определения и выявления возникающих преобразований. От них во многом зависят характеристики конечного продукта.Полное отсутствие ферритного образования или незначительное его содержание проявляется с образованием горячих трещин. Завышенное содержание этого показателя снижает пластичность, ударную вязкость и антикоррозийную стойкость.
Контроль ферритной фазы
Особенность влияния ферритной фазы на образец проявляется при небольших изменениях содержания этого показателя (несколько процентов). Могут существенным образом измениться конечные свойства изготовленной стали. Поэтому практически все образцы подвергаются проверке.
Этот процесс регламентируется ГОСТ Р 53686-2009. В нём приведен порядок, как должен осуществляться контроль содержания ферритной фазы.На основании этого стандарта должна проходить проверка, которая должна определить следующие показатели:
- содержание ферритной фазы;
- процент этого показателя;
- ферритное число.
ГОСТ Р 53686-2009 Определение содержания ферритной фазы в металле сварного шва аустенитных и двухфазных феррито-аустенитных хромоникелевых коррозионностойких сталей
Определение содержания ферритной фазы указывает на её объёмную долю в сталях аустенитного или аустенитно-ферритного класса.
Особенно подробное испытание проводится для сталей в которых в дальнейшем будет применяться сварка. Полученный сварной шов проверяется на прочность и долговечность путём проверки ферритной фазы. Она не должна превышать шести процентов.Пониженный процент ферритной фазы ухудшает механические характеристики.
Для проведения контроля ферритной фазы используют специально отобранные образцы. Они проверяются на специальных приборах определяющих силу отрыва контрольного магнита от готового сварного соединения. На основе нескольких измерений с использованием калибровочной кривой рассчитывают ферритовое число.
Adblockdetector