1. Уводзіны
Устойлівыя да карозіі сплавы ляжаць у аснове крытычна важнай інфраструктуры - ад марскіх платформаў да хімічных заводаў.
Паколькі асяроддзе службы становіцца ўсё больш агрэсіўным, выбар правільнай маркі нержавеючай сталі вельмі важны.
У прыватнасці, дуплекс 2205 (ЗША S32205) і звышаўстэнітныя 254 МЫ (ЗША S31254) займаюць вядучыя ролі, дзе хларыд, атака кіслатой або кіслым газам пагражае цэласнасці актываў.
Такім чынам, гэты артыкул забяспечвае прафесіянал, Параўнанне нержавеючай сталі S32205 і S31254 на аснове дадзеных,
структураваны, каб накіроўваць інжынераў і спецыфікатараў па хіміі, мікраструктура, Механічныя характарыстыкі, Карозійнае паводзіны, фабрыкацыя, тэрмічная апрацоўка, прыкладанне, і адпаведныя стандарты.
2. Хімічны склад & Мікраструктура
| Элемент | S32205 (2205) | S31254 (254 МЫ) |
|---|---|---|
| Кр | 22.0–23,0 мас.% | 20.0–22,0 мас.% |
| У | 4.5–6,5 мас.% | 17.0–19,0 мас.% |
| Мо | 2.5–3,5 мас.% | 6.0–7,0 мас.% |
| N | 0.08–0,20 мас.% | 0.24–0,32 вага% |
| Cu | 0.50 максімум | - |
| Мн | 2.00 максімум | 2.00 максімум |
| І | 1.00 максімум | 1.00 максімум |
| C | 0.03 максімум | 0.02 максімум |
Акрамя таго, S32205 дэманструе прыкладна 50/50 ферыта-аўстэнітная дуплексная мікраструктура, які забяспечвае высокую трываласць і добрую трываласць.
У адрозненне, S31254 утварае цалкам аўстэнітную матрыцу, стабілізаваную высокім утрыманнем нікеля (≈18 мас.%) і азоту (да 0.32 вага%).
У выніку, памеры зерняў у S31254, як правіла, застаюцца аднастайнымі пры награванні, у той час як двайныя фазы 2205 супрацьстаяць лакалізаванай дэфармацыі.
Moreover, Павышанае ўтрыманне малібдэна і азоту S31254 узмацняе кантроль уключэння і душыць адукацыю сігма-фазы, павышэнне доўгатэрміновай каразійнай стойкасці.
3. Параўнанне механічных уласцівасцей
| Маёмасць | S32205 | S31254 |
|---|---|---|
| Сіла выхаду (Rp0.2) | ~450 Мпа | ~300 Мпа |
| Трываласць на расцяжэнне (Rm) | ~650 Мпа | ~650 Мпа |
| Падаўжэнне (A%) | ≥25 % | ≥40 % |
| Скарачэнне плошчы (Z%) | ≥50 % | ≥60 % |
| Уплыў на трываласць (Шарпі В) | ≥150 Дж пры –40°C | ≥100 Дж пры –20°C |
| Супраціў паўзучасці | Да 300 °C абслугоўванне | Да 350 °C абслугоўванне |
Пры пакаёвай тэмпературы, S32205 забяспечвае найвышэйшую мяжу цякучасці — прыблізна 450 МПа супраць S31254 300 МПа—дзякуючы дуплекснай фазавай загартоўцы.
Тым не менш, абодва сплаву дасягаюць аднолькавай трываласці на разрыў (~650 Мпа). У дадатак, S31254 можа пахваліцца больш высокай пластычнасцю (40 % падаўжэнне) і памяншэнне плошчы (60 %), якія спрыяюць глыбокай выцяжцы і складанай фармоўцы.
Пры эксплуатацыі пры падвышаных тэмпературах, S31254 захоўвае ўстойлівасць да паўзучасці да 350 ° С, у той час як S32205 звычайна абмяжоўвае абслугоўванне вакол 300 ° С.
На заканчэнне, выпрабаванні на стомленасць у хларыдным асяроддзі паказваюць супастаўныя крывыя S–N, хоць S31254 дэманструе невялікую перавагу ў стомленасці пры высокім цыкле з-за яго аднастайнай аўстэнітнай матрыцы.
4. Устойлівасць да карозіі S32205 супраць. S31254
| Рэжым карозіі | S32205 (Вуд ≈ 35) | S31254 (Вуд ≈ 49) |
|---|---|---|
| Аплавоў | Парог хларыду ~0,8 мас.% NaCl | ~3,5 мас.% NaCl |
| Шчыліна | Умераны | Выдатны |
| Хларыд SCC | 50–60 °C | 70–80 °C |
| Агульная кіслотная карозія (H₂SO₄) | ~10 мм/год @ 20 ° С | ~2 мм/год @ 20 ° С |
| Акісляльныя кіслоты (HNO₃) | Добры | Вельмі добры |
| Сульфідны SCC (SSC) | Рызыка пры H₂S > 1 забараняць | Мінімум да 5 бар H₂S |
Таму што ПРЭН (Эквівалентны лік устойлівасці да пітынгу = Cr + 3.3 Мо + 16 N) карэлюе з устойлівасцю да лакалізаванай карозіі, S31254 (Вуд ≈ 49) пераўзыходзіць S32205 (Вуд ≈ 35).
Такім чынам, S31254 вытрымлівае ўзровень хларыду да 3.5 мас.% пры тэмпературы навакольнага асяроддзя без вылучэння, дзе 2205 шапкі вакол 0.8 вага%.
Moreover, S31254 супрацьстаіць хларыднаму каразійнаму расколіне (SCC) да 80 ° С, у параўнанні з 60 °C для S32205.
У дадатак, агрэсіўныя аднаўляюць кіслоты (e.g., 10 мас.% H₂SO₄) карозія S32205 пры ~10 мм/год, але толькі ~2 мм/год атакуе S31254 пры тых жа ўмовах.
На заканчэнне, тэсты на кіслы газ паказваюць высокую прадукцыйнасць S31254 у абслугоўванні H₂S да 5 забараняць, у той час як S32205 паказвае адчувальнасць да SSC вышэй 1 забараняць.
5. Выдумка & Зварваемасць S32205 супраць. S31254
| Аспект | S32205 | S31254 |
|---|---|---|
| Халодная праца | Да 30% памяншэнне таўшчыні | Да 50% |
| Мін. Радыус выгібу | 3 × таўшчыня (дуплексныя абмежаванні) | 2 × таўшчыня |
| Увод цяпла зваркі | 0.5–1,5 кДж/мм; рызыка сігма-фазы, калі >2 | 1.0–2,5 кДж/мм; падтрыманы аўстэніт супрацьстаіць парэпання |
| Адпал пасля зваркі | 1020 °C × 30 мін | 1100 °C × 15 мін |
| Апрацоўка | 40 - 50 % аб 304 Ss; знос інструмента ўмераны | 30 - 40 % аб 304 Ss; знос інструмента вышэй |
На практыцы, S31254 пераносіць больш сур'ёзную апрацоўку ў халодным рэжыме - да 50 % памяншэнне плошчы — дзякуючы сваёй аўстэнітнай пластычнасці, у той час як S32205 праца-цвярдзее хутчэй, лімітавае скарачэнне да 30 %.
Падчас згінання, інжынеры падтрымліваюць мінімальны радыус 3 × таўшчыня для 2205 каб пазбегнуць парэпання ферыту; у адрозненне, S31254 дазваляе больш шчыльныя выгібы 2 × таўшчыня.
Вінжаванне 2205 патрабуе падводу цяпла паміж 0.5 і 1.5 кДж/мм для захавання дуплекснага балансу; празмернае цяпло (>2 кДж/мм) рызыка адукацыі сігма-фазы.
З часам, 254 Цалкам аўстэнітная структура SMO вытрымлівае да 2.5 кДж/мм без расколін.
Пасля зваркі, 2205 выгады ад адпалу раствора пры 1020 °C для 30 хвіліны, у той час як S31254 патрабуе 1100 °C для 15 хвілін для паўторнага растварэння нітрыдаў.
На заканчэнне, Тэсты на апрацоўваемасць ацэньваюць S32205 на 40–50% ад 304 Хуткасць выдалення матэрыялаў СС, у той час як S31254 працуе крыху павольней (30–40%) і паскарае знос інструмента дзякуючы высокаму ўтрыманню Mo.
6. Параўнанне метадаў цеплавой апрацоўкі
| Абыходжанне | S32205 | S31254 |
|---|---|---|
| Раствор адпалу | 1020 °C × 15–30 мін → загартоўка вадой | 1100 °C × 10–20 мін → загартоўка вадой або паветрам |
| Зняцце стрэсу | 600–650 °C × 1 ч | 650–700 °C × 1 ч |
| Старэнне | Пазбягайце вышэй 300 ° С (рызыка σ-фазы) | Стабільны да 400 ° С; абмежаванае старэнне |
Каб аднавіць аптымальны дуплексны баланс у S32205 пасля фармоўкі або зваркі, металургі выконваюць растворны адпал пры 1020 °C на працягу 15-30 хвілін, пасля чаго варта паліванне вадой.
У адрозненне, S31254 патрабуе больш высокай тэмпературы адпалу раствора 1100 °C на працягу 10-20 хвілін, з загартоўкай вадой або паветрам, каб захаваць сваю аўстэнітную структуру.
Калі зняцце стрэсу аказваецца неабходным (e.g., пасля цяжкай вырабу), 2205 патрабуе 600–650 °C на працягу адной гадзіны, у той час як S31254 вытрымлівае 650–700 °C без неспрыяльных фазавых змен.
На заканчэнне, даследаванні старэння паказваюць, што S32205 можа ўтварыць шкодную сігма-фазу, калі яе трымаць вышэй 300 °C на працягу доўгага часу, тады як S31254 застаецца стабільным да 400 ° С, памяншэнне патрэбы ў нізкатэмпературных цыклах зняцця стрэсу.
7. Прамысловае прымяненне S32205 супраць. S31254
Нафтахімічны & Афшорныя платформы:
Інжынеры ўказваюць S32205 для абалонак і верхняй часткі пры ўмераным уздзеянні хларыду і высокай трываласці..
Аднак, платформы, якія сутыкаюцца з сур'ёзнай салёнасцю ў зоне пырскаў, абапіраюцца на найвышэйшую ўстойлівасць S31254 да кропкавай кропкавай і SCC.
Апрасняльныя ўстаноўкі & Апрацоўка марской вады:
У зваротна-осмасічных мембранах і трубаправодах, PREN S31254 (~49) вытрымлівае працяглы кантакт з марской вадой (3.5 вага% NaCl), тады як S32205 (Дрэва ~ 35) лепш за ўсё функцыянуе на этапах падачы вады з меншай салёнасцю.
Хіміка-тэхналагічнае абсталяванне:
Цеплаабменнікі працуюць з гарачай H₂SO₄ (10–20 мас.%) перавага S31254 за нізкі ўзровень карозіі (~2 мм/год).
І на карысці, S32205 падыходзіць для менш агрэсіўных паслуг, такіх як ахаладжальнікі расола, дзе яго высокая трываласць памяншае таўшчыню сценак.
Прадукцыйнасць у рэальным свеце:
Мадэрнізаваная платформа Паўночнага мора заменена састарэлай 2205 стаякі с 254 МЫ, рэзка ямкавы рамонт шляхам 80%.
З часам, нафтахімічны завод рапартуе пра пяць гадоў безаварыйнай працы ў в 3 % HCl з дуплексам 2205 кандэнсатары.
8. Спасылачныя стандарты
- ASTM A240/A240M: «Стандартная спецыфікацыя для пласціны з хрому і хроманікеля з нержавеючай сталі, Прасціна, і стужка для сасудаў пад ціскам і агульнага прымянення»
- ASTM A182/A182M: «Стандартная спецыфікацыя для каванага або катанага сплаву- і фланцы для труб з нержавеючай сталі, Кованая фурнітура, і клапаны і дэталі для эксплуатацыі пры высокіх тэмпературах»
- Абазначэнні UNS: S32205 (дуплекс 2205), S31254 (254 МЫ)
- NACE MR0175/ISO 15156: «Матэрыялы для выкарыстання ў асяроддзях, якія змяшчаюць H₂S, пры здабычы нафты і газу»
9. Эквівалентныя адзнакі
Ніжэй прыведзены спіс агульных міжнародных эквівалентаў UNS S32205 (Дуплекс 2205) і UNS S31254 (254 МЫ), палягчэнне перакрыжаваных спасылак паміж асноўнымі органамі па стандартызацыі.
| Матэрыял | Нас | ВАШ АДЗІН | EN Назва | АФНОР | Ён | ДАСТ | кітайскі |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Дуплекс 2205 | S32205 | 1.4462 (X2CrNiMoN22-5-3) | X2CrNiMoN22-5-3 | Z3CN22-05-03 | SUS329J4L | 07Х22Н5М3 | 0Cr22Ni5Mo3N |
| Супераустенитный 254 МЫ | S31254 | 1.4547 (X1NiCrMoCu25-20-5) | X1NiCrMoCu25-20-5 | Z2CNCD25-20 | SUS3107 | 08H25N20M6 | 0Cr25Ni20Mo3CuN |
Нататкі аб эквівалентах
- Абазначэнне DIN— напрыклад, «1,4462» для 2205—з'яўляецца побач з хімічным сімвалам сталі (X2CrNiMoN22-5-3), дзе «22-5-3» абазначае намінальны ўзровень Cr-Ni-Mo-N.
- АФНОР (французскі) адзнакі выкарыстоўваюць прэфікс Z: «Z3CN22-05-03» люстры 2205 ст 22 % Кр, 5 % У, 3 % Мо.
- Ён (Японскі) і ДАСТ (рускі) абазначэнні адлюстроўваюць нацыянальныя сістэмы нумарацыі; дададзенае "L" у SUS329J4L паказвае патрабаванні да нізкатэмпературнай ударнай глейкасці.
- кітайскі маркі - 0Cr22Ni5Mo3N і 0Cr25Ni20Mo3CuN - цесна адпавядаюць кампазіцыям UNS, з указаннем вугляроду (0), хром, нік, ўтрыманне малібдэна і азоту.
10. Ўсебаковае параўнанне S32205 з. S31254
Каб усе асноўныя адрозненні былі выразнымі, табліца ніжэй абагульняе хімію, выкананне, паказчыкі вытворчасці і кошту для UNS S32205 (Дуплекс 2205) і UNS S31254 (254 МЫ).
| Крытэрый | S32205 (Дуплекс 2205) | S31254 (254 МЫ) |
|---|---|---|
| Фазавая структура | ~50 % ферыт / 50 % аустениты | 100 % аўстэнітны |
| Cr–Ni–Mo–N хімія | 22 % Кр, 5 % У, 3 % Мо, 0.14 % N | 20 % Кр, 18 % У, 6.5 % Мо, 0.28 % N |
| Дрэва | ≈ 35 | ≈ 49 |
| Сіла выхаду | 450 МПА | 300 МПА |
| Трываласць на расцяжэнне | 650 МПА | 650 МПА |
| Падаўжэнне | 25 % | 40 % |
| Цвёрдасць па Шарпі | ≥ 150 D пры –40°C | ≥ 100 J пры –20°C |
| Точкавы парог | ~ 0.8 % NaCl | ~ 3.5 % NaCl |
| Супраціў SCC | ≤ 60 ° С | ≤ 80 ° С |
| Ліміт абслугоўвання Creep | ≤ 300 ° С | ≤ 350 ° С |
| Ліміт халоднай працы | 30 % памяншэнне таўшчыні | 50 % памяншэнне таўшчыні |
| Увод цяпла зваркі | 0.5–1,5 кДж/мм (пазбягаць > 2.0) | 1.0–2,5 кДж/мм |
| Раствор адпалу | 1 020 °C × 15–30 мін → загартоўка вадой | 1 100 °C × 10–20 мін → загартоўка вадой або паветрам |
| Індэкс выдаткаў | 1.0 (база) | ~ 1.4 (≈ 40 % прэміум) |
Ключавыя выезды:
- Сіла супраць. Карозія: S32205 забяспечвае больш высокі мяжа цякучасці (≈ 450 МПА) and excellent toughness, што робіць яго ідэальным для нясучых частак.
Аднак, яго ўстойлівасць да вылучэнняў (Вуд ≈ 35) абмяжоўвае абслугоўванне хларыдам ~ 0.8 % NaCl. - Вышэйшая карозійная ўстойлівасць: Павышаныя Mo і N у S31254 павышаюць PREN да ≈ 49, пераносіць марскую ваду (3.5 % NaCl) і супрацьстаяць SCC да 80 ° С, хаця і на а 40 % больш высокі кошт матэрыялу.
- Прастата вырабу: Цалкам аўстэнітны S31254 падтрымлівае больш глыбокую халодную апрацоўку (50 % скарачэнне) і больш шырокія вокны зваркі (да 2.5 кДж/мм),
у той час як дуплексны клас патрабуе больш дакладнага падводу цяпла для падтрымання фазавага балансу. - Цеплавая ўстойлівасць: Вы можаце працаваць S31254 пры ўмерана больш высокіх тэмпературах (да 350 ° С) без рызыкі старэння, у той час як S32205 застаецца стабільным да прыкладна 300 ° С.
11. Высновы
S32205 і S31254 забяспечваюць розныя перавагі. Разумеючы іх хімію, мікраструктура, Механічныя паводзіны, каразійныя характарыстыкі, нюансы вырабу, і тэрмаапрацоўка вокнаў, інжынеры могуць інфармаваць, аўтарытэтныя рашэнні.
Гэтае гэта ідэальны выбар для вашых вытворчых патрэбаў, калі вам патрэбна якасная з нержавеючай сталі ліхі.
FAQ
Якія асноўныя фактары вызначаюць выбар паміж S32205 і S31254?
На практыцы, інжынеры важаць трываласць супраць каразійнай стойкасці. S32205 забяспечвае больш высокі мяжа цякучасці (~450 Мпа) па больш нізкай цане,
у той час як S31254 забяспечвае найвышэйшую ўстойлівасць да кропкавай кропцы (Вуд ≈ 49) і хларыд-SCC ўстойлівасць да 80 ° С.
Ці магу я апрацаваць S31254 больш агрэсіўна, чым S32205?
Так. Цалкам аўстэнітная структура S31254 падтрымлівае да 50% памяншэнне таўшчыні, у той час як S32205 цвярдзее хутчэй і звычайна абмяжоўвае астуджэнне да 30% каб пазбегнуць парэпання.
Якія меры засцярогі пры зварцы прымяняюцца да гэтых марак?
Для S32205, падтрымліваць паступленне цяпла паміж 0.5–1,5 кДж/мм і выканаць адпал раствора пры 1 020 °C, каб аднавіць дуплексны баланс.
У адрозненне, S31254 пераносіць 1.0–2,5 кДж/мм і заклікае а 1 100 °C адпал раствора для паўторнага растварэння нітрыдаў.
Які сплаў лепш працуе ў кіслотным газавым асяроддзі?
На службе H₂S, S31254 супрацьстаіць сульфіднаму расколіне пад напругай да прыбл 5 забараняць, у той час як S32205 паказвае адчувальнасць да SSC вышэй 1 забараняць.
Вось чаму, 254 SMO часта становіцца пераважным выбарам для ўжывання кіслага газу.
