Технические характеристики стали и труб 12х18н10т

Сегодня наиболее распространенная и используемая для изготовления труб – нержавеющая сталь 12х18н10т, это титаносодержащая нержавеющая сталь аустенитного типа. Химический сплав стали обозначен ГОСТом 5632 72 нержавеющих видов стали аустенитного типа.

Характеристики стали и труб 12х18н10т

Оптимальной термообработкой для этих сталей считается закалка 1050-1080 градусов с использованием воды, после прохождения закалки механические показатели характеризуются максимальной эластичностью и вязкостью, удовлетворительной твердостью и прочностью. Основные преимущества нержавеющей стали и труб 12х18н10т, это:

• высокая ударная вязкость;
• отличная пластичность.

Аустенитные нержавеющие металлы применяют как жароустойчивые при эксплуатации в температурах до 600С. Главные легирующие элементы, это CrNi. Однофазные стали устойчивы по структуре однородного аустенита с небольшим количеством карбидов титана (для предупреждения коррозии между кристаллами, этот сплав получается после закалки с температурой 1050-1080С). Металлы аустенитно-ферритного и аустенитного типа имеют довольно невысокий порог прочности (710-860 МПа).

Устойчивая к коррозии хромоникелевая сталь с разной степенью упрочнения применяется при необходимости комбинации с высокими упругими и прочностными характеристиками металла, находящегося в средних условиях агрессивности (например, трубы 12х18н10т устанавливают на кузова пассажирских вагонов, транспортерные ленты, отрезные круги для сверхтвердых материалов, диафрагмы компрессоров дыхательных устройств и так далее).

Главные потребительские качества – это относительное удлинение и предел прочности стали, регламентируются с определенной степенью приближенности, а справочные материалы не учитывают упрочняемости стали конкретного химического сплава и технологических данных предварительной обработки.

Трубы 12Х18Н10Т рекомендованы для сооружения сварных изделий, для эксплуатации в разбавленных растворах фосфорной, уксусной, азотной кислот, растворах солей и щелочей и других местах, работающих под давлением с температурой 197-600С.

Влияние легирующих элементов на состав стали и труб 12Х18Н10Т

Сталь 12Х18Н10Т является аустенитной. После предварительной термообработки, которая состоит из закалки при 1050С с водяным охлаждением, металл получает структуру раствора. Эта сталь не терпит каких-то превращений при разогревании под горячую пластичную деформацию и при остывании до -196С. Во время продолжительных выдержек с интервалом 440 — 640С происходит образование карбидов хрома состава Cr23C6, это вызывает образование склонности металла к межкристаллитной коррозии с коротким инкубационным временем при 640С и равняется 7-9 часов (тестировалась в кипящей 60%-ной азотной кислоте, 3 цикла по двое суток).

Легирование хромом

Хром, количество которого в стали находится 18-20%, представляет главный элемент, который обеспечивает способность металла к пассивации и повышает ее высокую устойчивость к коррозии.

Легирование никелем

Никель. Легирование этим металлом увеличивает g-область и при определенном количестве (9-13 %) приводит к преобразованию стали с аустенитной структурой, то есть, переводит металл в аустенитную группу, а это имеет принципиальное значение, потому что дает возможность объединять отличную технологичность металла с уникальным комплексом эксплуатационных свойств. Эти стали имеют такие преимущества:

• свариваются без охрупчивания зон возле швов. Влияние никеля на устойчивость к коррозии в стали такого класса состоит в том, что он, имея высокое сопротивление воздействию кислот, сообщает данное свойство металлу;
• отлично прокатываются в холодном и горячем состояниях;
• имеют повышенную, в отличие от ферритных металлов, коррозионную устойчивость в большом количестве агрессивных веществ, в числе которых серная кислота и некоторые иные кислоты.

Легирование углеродом

При содержании 0,10% углерода металл имеет при температуре более 900С абсолютно аустенитную структуру, это объясняется повышенным аустенитообразующим действием углерода. Пропорция концентраций никеля и хрома оказывает особое воздействие на нормализацию аустенита во время охлаждения температуры обработки на затвердевший раствор.

Помимо влияния главных элементов, нужно также учитывать наличие в стали алюминия, титана и кремния, которые способствуют появлению феррита.

Легирование титаном

Введением титана убирается склонность к коррозии между кристаллами, так как он сильный карбидообразующий металл. Он во время кристаллизации связывает углерод в прочный карбид TiC, потому не допускает возможность появления карбидов хрома и снижения его количества в аустените.

Легирование кремнием

Количество кремния не более 0,8 %. Он, дегазируя сталь, увеличивает плотность слитка. Кремний делает лучше прочность стали, при этом значительно повышается грань текучести. Но происходит определенное снижение эластичности, что осложняет холодную прокатку стали для марки труб 12Х18Н10Т.

Легирование серой

Сера имеет неограниченную растворимость в жидком металле и ограниченную растворимость в застывшем металле. При кристаллизации металла по контуру зерен образуются застывающие в самом конце сульфиды железа. Железо и его сульфиды создают низкоплавкую эвтектику, которая при наличии кислорода расплавляется при еще более пониженных температурах.

Межзеренные слои фазы, обогащенные серой, во время нагревания стали перед ковкой или прокаткой размягчаются и металл утрачивает свои характеристики, начинает разрушение стали. Количество серы в стали необходимо не больше 0,02%.

Легирование фосфором

Фосфор негативно влияет на механические характеристики стали. При кристаллизации появляется сильнейшая первичная ликвация. Находящиеся в межзеренном пространстве хрупкие слои, обогащенные фосфором, понижают пластические характеристики стали, тем более, при низких температурах. Допустимое количество фосфора не больше 0,045%. В этом случае это очень критично, так как сталь и трубы 12Х18Н10Т применяются в криогенной технике.

Любой металл в твердом и жидком состоянии содержит некоторое количество кислорода, азота и водорода, которые являются вредными примесями.

Количество кислорода зависит от количества углерода. При кристаллизации в изложницах происходит и даже порой повышается реакция углерода с кислородом. Что вызывает появление СО, металл получается хрупким, с порами газа, непригодный для эксплуатации. Слиток хорошего качества можно получить при снижении количества растворенного в металле кислорода до 0,03%.

Водород в металлическую ванну добавляется шихтовыми материалами, проходит из печной атмосферы, при этом решающее действие оказывает влажность раскислителей, ферросплавов, окислителей и шлакообразующих. При кристаллизации растворимость водорода снижается, он преобразуется в маточный раствор, создавая высокую зональную ликвацию в металле. Выделение водорода выходит в дефектные места решетки и пустоты стали, он молекуляризуется. Во время прокатки труб 12Х18Н10Т возле микрообъемов появляется большое напряженное состояние из-за повышенного давления водорода, это вызывает сильное снижение эластичности материала. Вероятно появление разрывов флокенов. Количество водорода должно быть более 0,0004%.

Во время кристаллизации, при отсутствии элементов, которые образуют нитриды при повышенных температурах (в этой стали находится Ti), после появления ?-Fe происходит образование азота из раствора в форме включений. Данное выделение может проходить долгое время, вызывая охрупчивание (старение) стали. Тем более вредно снижение свойств металла и труб 12Х18Н10Т, где много азота, во время эксплуатации при пониженных температурах.

Способы упрочнения стали и труб 12Х18Н10Т

Одним из вариантов упрочнения стали и сортового проката труб 12Х18Н10Т является высокотемпературная термическая обработка (ВТМО). Возможности уплотнения с помощью ВТМО тестировали на комбинированном полунепрерывном стане 360. Трубы 12Х18Н10Т (10х10 см, размером 2,6-5 м.) разогревали в методической печи до 1140-1210С и держали при этой температуре несколько часов.

Прокатку трубы 12Х18Н10Т делали по стандартной технологии; готовые прутья сечением 35 мм запускали в закалочные ванны, заполненные проточной водой, в которой они охлаждались ниже 90С. Самую большую прочность имел прокат, подвергался ВТМО во время наименьших температурах деформации и временном промежутке от завершения прокатки до закалки.

Таким образом, при ВТМО предел текучести металла повысился на 50-65%, в отличие с его уровнем после простой термообработки и в 1,8-2,3 раза в отличие от ГОСТ-5949 75. При этом пластические характеристики уменьшились не существенно и остались на допустимом уровне.

Сталь 12Х18Н10Т уплотняется больше, нежели ее аналог 08Х18Н10Т, но разупрочнение по степени повышения температуры увеличивается в большей степени в результате снижения стойкости металла против разупрочнения при высоком содержании углерода. Высокотемпературные кратковременные тестирования доказали, что более высокая степень прочности термомеханически уплотненного проката труб 12Х18Н10Т, при комнатной температуре, сохраняется и при высоких температурах.

Нержавеющие хромоникелевые металлы и трубы 12Х18Н10Т применяются для сварочных конструкций в криогенной технике с температурой не более -268С, для реакционного, теплообменного и емкостного оборудования, в том числе для водопроводов и паронагревателей повышенного давления с температурой работы до 600С, для коллекторов выхлопных систем, муфелей, элементов печной аппаратуры. Максимальная температура использования жаростойких трубопроката из этих сталей в протяжении 10000 часов составляет 800С, температура начала активного окалинообразования составляет 850С. При постоянной работе металл устойчив против окисления в атмосфере продуктов горения топлива при температурах меньше 900С и в условиях теплосмен менее 800С.

Область использования стали и труб 12х18н10т

Сталь и трубы 12х18н10т используются для производства деталей, которые способны сохранять свои свойства при температуре до 600С. Эти детали применяют в сварочных агрегатах, сосудах, которые работают с азотной кислотой и иными окислительными веществами, определенными органическими растворителями и кислотами, в атмосферных условиях и так далее. Трубы 12Х18Н10Т применяются в:

• Пищевой промышленности;
• В строительстве;
• В нефтехимической области;
• В медицинском оборудовании;
• В машиностроении;
• В автомобилестроении.

Трубы из нержавеющей стали не имеют ни одного недостатка, помимо, вероятно, немного более высокой цены, в отличие от труб, изготовленных со швами. Но нержавеющая труба это, в первую очередь, надежность и прочность конструкции, где она применяется, а также повышенная сопротивляемость отрицательным воздействиям и отличная стойкость к коррозионным процессам. Для всех этих изделий обязательно создан ГОСТ сортамента трубопроката, и его придерживаются все изготовители этих труб.