Нержавеющая сталь 318 (дуплекс): свойства и ключевые применения

Нержавеющая сталь 318, также известная как дуплексная нержавеющая сталь, является уникальным сплавом, который сочетает в себе полезные свойства как аустенитной, так и ферритной нержавеющих сталей. Классифицируемая как дуплексная нержавеющая сталь, она обычно содержит сбалансированную микроструктуру, состоящую примерно из 50% аустенита и 50% феррита. Основные легирующие элементы включают хром (Cr), никель (Ni) и молибден (Mo), которые значительно влияют на ее коррозионную стойкость, механическую прочность и общие характеристики.

Комплексный обзор

Нержавеющая сталь 318 особенно известна своей высокой прочностью и отличной коррозионной стойкостью, что делает ее подходящей для различных требовательных приложений. Сплав обычно содержит около 24% хрома, 6% никеля и 3% молибдена, которые способствуют его надежной работе в суровых условиях. Двухфазная микроструктура обеспечивает повышенную прочность и пластичность по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями.

Преимущества:
- Коррозионная стойкость: Исключительная стойкость к питтингу и коррозии в трещинах, особенно в хлоридных средах.
- Механическая прочность: Более высокая предел прочности по сравнению с аустенитными марками, позволяющая использовать более тонкие секции в конструкционных приложениях.
- Свариваемость: Хорошая свариваемость с подходящими filler materials, что делает ее подходящей для изготовления.

Ограничения:
- Стоимость: Обычно дороже стандартных аустенитных нержавеющих сталей из-за легирующих элементов.
- Хрупкость при низких температурах: Потенциальное снижение прочности в криогенных приложениях.
- Чувствительность к образованию фазы сигма: При повышенных температурах длительное воздействие может привести к образованию фазы сигма, что может сделать сплав хрупким.

Исторически дуплексные нержавеющие стали, такие как 318, были разработаны для преодоления ограничений аустенитных и ферритных марок, особенно в отношении прочности и коррозионной стойкости. Сегодня они занимают значительное место на рынке, особенно в таких отраслях, как нефтегазовая, химическая переработка и морские приложения.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания
UNS	S31803	США	Ближайший эквивалент к 318L
AISI/SAE	318	США	Незначительные составные различия, о которых стоит помнить
ASTM	A240/A240M	США	Стандартная спецификация для хромовой и хром-никелевой нержавеющей стали в листах, листах и лентах для сосудов под давлением и общих приложений
EN	1.4462	Европа	Европейский эквивалент с аналогичными свойствами
JIS	SUS318	Япония	Японское стандартное обозначение

Различия между эквивалентными марками могут быть тонкими, но значительными. Например, хотя S31803 и 1.4462 имеют схожие составы, их механические свойства и коррозионная стойкость могут немного различаться из-за различий в производственных процессах и термической обработке.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Диапазон процентов (%)
Хром (Cr)	24.0 - 26.0
Никель (Ni)	4.5 - 6.5
Молибден (Mo)	2.5 - 3.5
Марганец (Mn)	0.5 - 1.5
Азот (N)	0.08 - 0.20
Углерод (C)	≤ 0.03
Фосфор (P)	≤ 0.03
Сера (S)	≤ 0.02

Основная роль хрома заключается в повышении коррозионной стойкости, тогда как никель способствует прочности и пластичности. Молибден дополнительно улучшает стойкость к питтингу и коррозии в трещинах, особенно в хлоридных средах. Азот добавляется для увеличения прочности и улучшения стойкости к коррозионным трещинам под напряжением.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрическая - SI единицы)	Типичное значение/Диапазон (имперские единицы)	Справочный стандарт для испытательного метода
Прочность на разрыв	Отожженная	620 - 850 МПа	90 - 123 ksi	ASTM E8
Предел прочности (0.2% смещение)	Отожженная	450 - 650 МПа	65 - 94 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	25 - 40%	25 - 40%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу B)	Отожженная	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
Ударная вязкость (Шарпи)	-20°C	40 Дж	29.5 фут-фунтов	ASTM E23

Сочетание высокой прочности на разрыв и предела прочности делает нержавеющую сталь 318 подходящей для применения, требующего структурной целостности при механических нагрузках. Ее удлинение и ударная вязкость указывают на хорошую пластичность и прочность, что необходимо для динамических условий нагрузки.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическая - SI единицы)	Значение (имперские единицы)
Плотность	-	7.8 г/см³	0.283 фунта/дюйм³
Температура плавления	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Теплопроводность	20 °C	15 Вт/м·К	86 BTU·in/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	20 °C	500 Дж/кг·К	0.12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	20 °C	0.72 мкΩ·м	0.00000072 Ω·м
Коэффициент теплового расширения	20 - 100 °C	16.5 x 10⁻⁶ /К	9.2 x 10⁻⁶ /°F

Плотность нержавеющей стали 318 указывает на прочный материал, в то время как теплопроводность и удельная теплоемкость свидетельствуют о ее способности эффективно выдерживать тепловые нагрузки. Коэффициент теплового расширения имеет важное значение для приложений, в которых возможны колебания температуры, обеспечивая размерную стабильность.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлориды	3-10	20-60 °C / 68-140 °F	Отлично	Риск питтинга при высоких концентрациях
Серная кислота	10-30	20-40 °C / 68-104 °F	Хорошо	Ограниченная стойкость при высоких температурах
Солевые кислоты	1-5	20-25 °C / 68-77 °F	Умеренно	Не рекомендуется для высоких концентраций
Морская вода	-	Приемлемая температура	Отлично	Высокая стойкость к коррозии морской водой

Нержавеющая сталь 318 демонстрирует отличную стойкость ко многим коррозионным агентам, особенно в морских условиях и при химической переработке. Ее характеристики в отношении хлоридов заслуживают особого внимания, что делает ее подходящей для оффшорных и прибрежных приложений. Однако следует быть осторожным в средах с высокими концентрациями серной и соляной кислот, где могут быть более подходящие альтернативные материалы.

По сравнению с другими нержавеющими сталями, такими как 316L и 2205, 318 предлагает превосходную стойкость к питтингу и коррозионному трещинообразованию, особенно в средах, богатых хлоридами. Тем не менее, 316L может показывать лучшие результаты в сильно кислых условиях, тогда как 2205 предоставляет повышенную прочность.

Термостойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	300 °C	572 °F	Подходит для непрерывного использования при этой температуре
Максимальная температура прерывной эксплуатации	350 °C	662 °F	Кратковременное воздействие может быть допустимо
Температура окисления	600 °C	1112 °F	Риск окисления выше этой температуры
Учет прочности на время	500 °C	932 °F	Сопротивляемость к ползучести начинает уменьшаться при этой температуре

При повышенных температурах нержавеющая сталь 318 сохраняет хорошие механические свойства, хотя продолжительное воздействие может привести к окислению и образованию фазы сигма, что может сделать сплав хрупким. Важно учитывать условия эксплуатации и колебания температуры при выборе этого материала для высокотемпературных приложений.

Свойства обработки

Сваряемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
TIG	ER318L	Аргон	Хорошие результаты при правильной технике
MIG	ER318L	Смесь аргона/CO2	Подходит для более толстых секций
SMAW	E318-16	-	Требует предварительного нагрева для более толстых секций

Нержавеющая сталь 318 считается хорошо свариваемой, особенно с подходящими filler materials. Предварительный нагрев может быть необходим для более толстых секций, чтобы избежать трещин. Постсварочная термическая обработка может улучшить механические свойства и relieve residual stresses.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Нержавеющая сталь 318	AISI 1212	Примечания/Советы
Индикатор относительной обрабатываемости	40%	100%	Требует более медленных скоростей резания
Типичная скорость резания	20-30 м/мин	60-80 м/мин	Используйте карбидные инструменты для наилучших результатов

Обработка нержавеющей стали 318 может быть сложной из-за ее прочности и прочности. Рекомендуется использовать инструменты из быстрорежущей стали или карбида и поддерживать более низкие скорости резания для достижения оптимальных результатов.

Формуемость

Нержавеющая сталь 318 демонстрирует хорошую формуемость, что позволяет проводить холодные и горячие формовочные процессы. Однако из-за своей прочности она может требовать больших усилий по сравнению с аустенитными марками. Материал можно сгибать и формировать с помощью соответствующего инструмента, но следует быть осторожным, чтобы избежать упрочнения при работе.

Термическая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Растворное отжиг	1020 - 1100 °C / 1868 - 2012 °F	30 минут	Воздух или вода	Растворение карбидов и улучшение пластичности
Релаксация напряжений	300 - 600 °C / 572 - 1112 °F	1 час	Воздух	Снижение остаточных напряжений

Процессы термической обработки, такие как растворное отжиг, имеют существенное значение для оптимизации микроструктуры и свойств нержавеющей стали 318. Эта обработка помогает растворить карбиды и увеличивает пластичность, делая материал более подходящим для производства.

Типичные приложения и конечное использование

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (кратко)
Нефть и газ	Оффшорные платформы	Высокая прочность, коррозионная стойкость	Критически важна для суровых морских условий
Химическая переработка	Резервуары для хранения	Отличная стойкость к агрессивным химикатам	Обеспечивает долговечность и безопасность
Морская	Строительство судов	Сопротивление коррозии морской водой	Критически важно для структурной целостности
Генерация электроэнергии	Теплообменники	Хорошая теплопроводность и коррозионная стойкость	Эффективный теплопередача в суровых условиях

Другие приложения включают:
- Индустрия целлюлозы и бумаги: Используется в процессах отбеливания и химической переработки.
- Пищевая переработка: Оборудование, требующее высоких стандартов гигиены и коррозионной стойкости.
- Фармацевтика: Оборудование и трубопроводные системы, где чистота и коррозионная стойкость имеют первостепенное значение.

Выбор нержавеющей стали 318 для этих приложений в основном обусловлен ее превосходными механическими свойствами и коррозионной стойкостью, что является важным для поддержания производительности и безопасности в сложных условиях.

Важные аспекты, критерии выбора и дальнейшие сведения

Особенность/Свойство	Нержавеющая сталь 318	Нержавеющая сталь 316L	Дуплексная нержавеющая сталь 2205	Краткая запись о преимуществах/недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Хорошая пластичность	Более высокая прочность	318 обеспечивает баланс между прочностью и пластичностью
Ключевой аспект коррозии	Отличная стойкость к хлоридам	Хорошая стойкость к кислотам	Отличная стойкость к хлоридам	318 превосходит в хлоридных средах
Свариваемость	Хорошая	Отличная	Хорошая	316L легче сваривать
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	316L легче обрабатывать
Формуемость	Хорошая	Отличная	Умеренная	316L предлагает лучшую формуемость
Ориентировочная относительная стоимость	Выше	Умеренная	Выше	Стоимость варьируется в зависимости от рыночного спроса
Типичное наличие	Умеренное	Высокое	Умеренное	316L чаще в наличии

При выборе нержавеющей стали 318 важны такие факторы, как стоимость, доступность и конкретные требования приложения. Хотя она может быть дороже стандартных аустенитных марок, ее превосходная производительность в коррозионных средах часто оправдывает инвестиции. Кроме того, ее уникальные свойства делают ее подходящей для нишевых приложений, где другие материалы могут не справляться.

В заключение, нержавеющая сталь 318 является универсальным и прочным материалом, который превосходит во многих требовательных приложениях, особенно в условиях, где коррозионная стойкость и механическая прочность имеют первостепенное значение. Ее уникальные свойства и преимущества делают ее предпочтительным выбором во многих отраслях, обеспечивая безопасность и долговечность в критических приложениях.