2.25Cr-1Mo сталь: свойства и ключевые применения

Сталь 2.25Cr-1Mo (тип F22/P22) является низколегированной сталью, в первую очередь классифицируемой как среднеуглеродистая легированная сталь. Она содержит хром (Cr) и молибден (Mo) в качестве основных легирующих элементов, которые значительно улучшают ее механические свойства и устойчивость к высокотемпературным условиям. Этот сорт стали особенно известен своей отличной прочностью и жесткостью, что делает его подходящим для применения в энергетике и нефтехимической промышленности.

Основные характеристики стали 2.25Cr-1Mo включают:

• Высокая прочность и жесткость: Легирующие элементы способствуют улучшению прочности на разрыв и текучести, позволяя выдерживать высокие напряжения.
• Хорошая свариваемость: Эта сталь может быть сварена различными методами, хотя предварительный подогрев и термообработка после сварки часто рекомендуются для минимизации риска трещинообразования.
• Устойчивость к высоким температурам: Она сохраняет свои механические свойства при повышенных температурах, что делает ее пригодной для использования в сосудах под давлением и трубопроводных системах.

Преимущества и ограничения

Преимущества:
- Отличные механические свойства при высоких температурах.
- Хорошая устойчивость к окислению и ползучести.
- Универсальность в процессах обработки и сварки.

Ограничения:
- Подверженность водородной хрупкости, если не обращаться с ней правильно во время сварки.
- Требуется тщательная термообработка для достижения желаемых свойств.
- Ограниченная коррозионная устойчивость по сравнению с нержавеющими сталями.

Исторически сталь 2.25Cr-1Mo широко использовалась в строительстве сосудов под давлением, трубопроводов и других компонентов в нефтегазовой промышленности, отражая ее важность в критических приложениях.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартизирующая организация	Обозначение/Группа	Страна/Регион происхождения	Заметки/Комментарии
UNS	K21590	США	Ближайший эквивалент ASTM A335 P22
ASTM	A335 P22	США	Используется для высокотемпературной службы
ASTM	A387 Gr. 22	США	Похожие свойства, но для сосудов под давлением
EN	1.7380	Европа	Эквивалент в европейских стандартах
JIS	G3461 STBA22	Япония	Незначительные изменения в составе
DIN	13CrMo44	Германия	Похожие, но с другими легирующими элементами

Таблица выше подчеркивает различные стандарты и эквиваленты стали 2.25Cr-1Mo. Важно отметить, что хотя ASTM A335 P22 является прямым эквивалентом, различия в термообработке и механических свойствах могут повлиять на производительность в конкретных приложениях.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Диапазон процентов (%)
C (Углерод)	0.10 - 0.20
Cr (Хром)	1.90 - 2.50
Mo (Молибден)	0.87 - 1.13
Mn (Марганец)	0.30 - 0.60
Si (Кремний)	0.10 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.025
S (Сера)	≤ 0.010

Ключевые легирующие элементы в стали 2.25Cr-1Mo играют важные роли:
- Хром: Увеличивает устойчивость к окислению и прочность при высоких температурах.
- Молибден: Улучшает закаливаемость и устойчивость к ползучести.
- Углерод: Увеличивает прочность и твердость, но должен контролироваться, чтобы избежать хрупкости.

Механические свойства

Свойства при комнатной температуре

Свойство	Условие/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрическая система)	Типичное значение/Диапазон (имперская система)	Ссылка на стандарт по методу испытания
Прочность на сжатие	Отожженная	415 - 550 МПа	60 - 80 ksi	ASTM E8
Прочность на текучесть (0.2% сдвиг)	Отожженная	250 - 350 МПа	36 - 51 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
Твердость (HB)	Отожженная	150 - 200	150 - 200	ASTM E10

Свойства при повышенной температуре

Свойство	Условие/Температура	Температура испытания (°C)	Типичное значение/Диапазон (метрическая система)	Типичное значение/Диапазон (имперская система)	Ссылка на стандарт по методу испытания
Стойкость к ползучести	Закаленная и отпусканная	600	150 - 200 МПа	22 - 29 ksi	ASTM E139
Ударная прочность (Шарпи)	Закаленная и отпусканная	-40	27 Дж	20 фут-фунт	ASTM E23

Механические свойства стали 2.25Cr-1Mo делают ее подходящей для применения в условиях высокая нагрузки, особенно в средах, где высокие температуры являются проблемой. Ее прочность и жесткость обеспечивают структурную целостность под механической нагрузкой.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (метрическая система)	Значение (имперская система)
Плотность	-	7.85 г/см³	0.284 фунта на дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20 °C	45 Вт/м·К	31 BTU·дюйм/ч·фут²·°F
Удельная теплоемкость	-	460 Дж/кг·К	0.11 BTU/фунт·°F

Плотность и температура плавления стали 2.25Cr-1Mo указывают на ее прочность, в то время как теплопроводность подразумевает хорошие свойства теплоотведения, что критично в условиях высокой температуры.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C)	Степень устойчивости	Заметки
Хлориды	3-5	25	Удовлетворительная	Риск появления точечной коррозии
Серная кислота	10	60	Плохая	Не рекомендуется
Хлороводородная кислота	5	25	Плохая	Не рекомендуется

Сталь 2.25Cr-1Mo демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, особенно в средах с хлоридами. Однако она не подходит для условий с высокой кислотностью, так как может страдать от точечной коррозии и коррозионного растрескивания (SCC). По сравнению с нержавеющими сталями, ее коррозионная стойкость ограничена, что делает ее менее идеальной для приложений, где ожидается воздействие агрессивных сред.

Теплостойкость

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной службы	400	752	Подходит для длительного воздействия
Максимальная температура прерывистой службы	500	932	Только кратковременное воздействие
Температура начала окисления	600	1112	Начинает окисляться при данной температуре
Учет стойкости к ползучести	600	1112	Стойкость к ползучести начинает снижаться

Сталь 2.25Cr-1Mo сохраняет хорошие механические свойства при повышенных температурах, что делает ее подходящей для применения на электростанциях и нефтеперерабатывающих заводах. Однако необходимо избегать длительного воздействия на температуры выше ее максимального предела непрерывной службы, так как это может привести к ухудшению свойств материала.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый filler metal (классификация AWS)	Типичное защитное газ/флюс	Заметки
SMAW	E8018-C3	Аргон/CO2	Рекомендуется предварительный подогрев
GTAW	ER70S-6	Аргон	Советуем термообработку после сварки

Сталь 2.25Cr-1Mo в общем свариваема с использованием стандартных техник, но предварительный подогрев часто необходим для предотвращения трещинообразования. Термообработка после сварки может еще больше улучшить свойства сварного шва.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Сталь 2.25Cr-1Mo	Сталь AISI 1212	Заметки/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	60	100	Требуются более медленные скорости резания
Типичная скорость резания	20 м/мин	40 м/мин	Используйте карбидные инструменты для достижения лучших результатов

Обработка стали 2.25Cr-1Mo может быть сложной из-за ее жесткости. Оптимальные условия и инструменты необходимы для достижения желаемых отделок поверхности.

Формуемость

Сталь 2.25Cr-1Mo демонстрирует умеренную формуемость. Ее можно формовать холодным и горячим способом, но следует избегать деформации с уплотнением. Рекомендуется придерживаться радиусов сгиба, чтобы предотвратить трещинообразование.

Термообработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C)	Типичное время на пропитку	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	700 - 800	1 - 2 часа	Воздух	Уменьшение жесткости, улучшение пластичности
Закалка	900 - 950	30 минут	Масло	Увеличение прочности
Отпуск	600 - 700	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, улучшение жесткости

Процессы термообработки значительно влияют на микроструктуру и механические свойства стали 2.25Cr-1Mo. Правильная термообработка может улучшить жесткость и прочность, делая ее подходящей для высоких напряжений.

Типичные применения и конечные области использования

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Нефть и газ	Сосуды под давлением	Высокая прочность, жесткость и термостойкость	Необходимо для высоконапорных условий
Энергетика	Трубы котлов	Устойчивость к ползучести и окислению	Критично для систем генерации пара
Химическая обработка	Трубопроводные системы	Коррозионная стойкость и механическая целостность	Необходимо для безопасной транспортировки жидкостей

• Другие применения включают:
• Теплообменники
• Компоненты турбин
• Реакторы

Сталь 2.25Cr-1Mo выбирается для применения в условиях, где критически важны высокая прочность и устойчивость к высоким температурам. Ее свойства делают ее идеальной для сред, где механическая целостность является первостепенной.

Важные аспекты, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/свойство	Сталь 2.25Cr-1Mo	Нержавеющая сталь AISI 316	Сталь AISI 4140	Краткая записка о преимуществах и недостатках
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Отличная коррозионная стойкость	Хорошая жесткость	Торговля между коррозионной стойкостью и прочностью
Ключевой аспект коррозии	Умеренная устойчивость	Отличная устойчивость	Плохая устойчивость	2.25Cr-1Mo менее устойчива, чем нержавеющая сталь
Свариваемость	Хорошая	Отличная	Удовлетворительная	2.25Cr-1Mo требует термообработки до/после сварки
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Удовлетворительная	2.25Cr-1Mo труднее обрабатывать
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Высокая	Низкая	Стоимость может повлиять на выбор
Типичная доступность	Распространенная	Распространенная	Распространенная	Доступность, как правило, хороша для всех сортов

При выборе стали 2.25Cr-1Mo учитываются ее механические свойства, экономическая эффективность и доступность. Хотя она предлагает отличную производительность в условиях высокой температуры, ее ограничения по коррозионной стойкости по сравнению с нержавеющими сталями должны быть признаны. Понимание конкретных требований приложения направит процесс выбора, обеспечивая оптимальную производительность и безопасность.