Супераустенитные нержавеющие стали 904L и UNS S31254: сравнение чрезвычайной коррозионной стойкости

Обзор: два семейства супераустенитных сталей

904L и UNS S31254 — это полностью аустенитные нержавеющие стали с высоким содержанием никеля, разработанные для тех случаев, когда 316L и стандартные дуплексные марки недостаточны. Их часто обсуждают вместе, поскольку оба принадлежат к супераустенитному семейству, но их философия легирования различается.. 904L – это сплав с высоким содержанием никеля 20–25 и умеренным содержанием молибдена, оптимизированный для устойчивости к равномерной коррозии под действием сильных кислот. UNS S31254 — это марка, усиленная азотом молибдена на 6 %, оптимизированная для устойчивости к локальной коррозии в условиях эксплуатации в хлоридной и морской воде. Выбор между ними требует соответствия доминирующему механизму коррозии конкретного применения.

Сравнение химического состава

Приведенные ниже пределы состава взяты из ASTM A240 для пластин, листов и полос.

Элемент, %	904Л (УНС Н08904)	УНС S31254
C	0.020 max	0.020 max
Мин.	2.00 max	1.00 max
P	0.045 max	0.030 max
S	0.035 max	0.010 max
Си	1.00 max	0.80 max
Кр	19.0-23.0	19.5-20.5
Ни	23.0-28.0	17.5-18.5
Мо	4.0-5.0	6.0-6.5
Cu	1.0-2.0	0.5-1.0
N	0.10 max	0.18-0.25

Обозначения EN: 1,4539 (X1NiCrMoCu25-20-5) для 904L и 1,4547 (X1CrNiMoCuN20-18-7) для UNS S31254. Ключевыми отличиями являются очень высокое содержание никеля в 904L и более высокое содержание молибдена и азота в UNS S31254.

Механические свойства

Минимальные свойства пластины при комнатной температуре согласно ASTM A240 показаны ниже.

Свойство	904Л (УНС Н08904)	УНС S31254
Предел прочности, МПа	490 min	650 min
0,2% Предел текучести, МПа	220 min	310 min
Удлинение, %	35 min	35 min

Коррозионная стойкость в различных средах

Кислотная служба: 904L

Сплав 904L является идеальным выбором для предприятий химической переработки, работающих с сильными кислотами, такими как серная кислота от разбавленной до умеренной, фосфорная кислота и многие органические кислоты при умеренных температурах. Очень высокое содержание никеля подавляет равномерную коррозию, а добавление меди повышает, в частности, устойчивость к серной кислоте. Если при проектировании проблемой является общая потеря металла, а не локальное разрушение, 904L часто обеспечивает наилучший баланс производительности и стоимости.

Хлоридная служба: UNS S31254

UNS S31254 доминирует в морской нефтегазовой отрасли, опреснении морской воды, целлюлозно-бумажной промышленности и очистке прибрежных сточных вод, где горячие растворы хлоридов разрушают даже кислотостойкие марки в результате точечной и щелевой коррозии. UNS S31254 с показателем PREN выше 43 по сравнению с примерно 30 от низкого до среднего для 904L, UNS S31254 противостоит локальному воздействию в условиях, в которых может возникнуть коррозия 904L, а его азотное усиление одновременно обеспечивает более высокую механическую прочность.

Компромиссы стоимости и жизненного цикла

Обе марки относятся к материалам премиум-класса.. 904L имеет очень высокое содержание никеля, что делает их дороже стандартных аустенитных сталей. UNS S31254 обычно имеет более высокую цену за килограмм, чем 904L, из-за содержания в нем молибдена и азота, а разница обычно составляет 30–40%. Однако в суровых хлоридных средах более длительный срок службы, сокращение затрат на техническое обслуживание и меньший риск отказа UNS S31254 компенсируют его более высокую первоначальную стоимость. В условиях эксплуатации с преобладанием кислоты сталь 904L обычно обеспечивает более низкую стоимость жизненного цикла, поскольку она противостоит доминирующему механизму коррозии без необходимости более высокого содержания сплава, как марка молибдена с 6% содержанием.

Различия в изготовлении

Обе марки являются аустенитными и требуют сварки с низким тепловложением с использованием соответствующих или перелегированных присадочных металлов, чтобы избежать сенсибилизации и сохранить коррозионную стойкость. UNS S31254 имеет более высокую прочность и более высокую скорость упрочнения, поэтому для формовки требуется больше мощности, а механическая обработка более требовательна.. 904L обеспечивает лучшую пластичность, и ему легче придавать сложные формы. Для обеих марок сварочные процедуры должны быть аттестованы для конкретной эксплуатации, а послесварочная очистка сварного шва и зоны термического влияния имеет важное значение.

Часто задаваемые вопросы

1. Каковы основные составы и сильные стороны этих двух классов?

Сплав 904L (UNS N08904) содержит 19–23% Cr, 23–28% Ni и 4–5% Mo с низким содержанием углерода, превосходно подходит для работы с серной и фосфорной кислотой. UNS S31254 содержит 19,5–20,5 % Cr, 17,5–18,5 % Ni, 6,0–6,5 % Mo и высокое содержание азота, обеспечивая превосходную стойкость к точечной коррозии с PREN выше 43 в средах с высоким содержанием хлоридов.

2. Как различается их коррозионная стойкость в экстремальных условиях?

Сплав 904L предпочтителен для химических предприятий, работающих с сильными кислотами, такими как разбавленная серная кислота, при умеренных температурах. UNS S31254 доминирует в морских условиях, при опреснении морской воды, а также в целлюлозно-бумажной промышленности, устойчив к точечной и щелевой коррозии даже в горячих растворах хлоридов.

3. Когда один класс предпочтительнее другого?

Выбирайте 904L, когда основное внимание уделяется сильной кислотостойкости и равномерной коррозии. Выбирайте UNS S31254, если вы сталкиваетесь с высокими концентрациями хлоридов и риском точечной коррозии, например, в подводных трубопроводах, прибрежных системах сточных вод и охлаждении морской воды.

4. Каковы ключевые компромиссы между двумя классами?

904L имеет более высокое содержание никеля и дороже, чем стандартные аустенитные материалы, но, как правило, дешевле, чем UNS S31254. Более высокое содержание молибдена и азота в UNS S31254 повышает его стоимость примерно на 30-40% по сравнению с 904L, но более длительный срок службы в суровых хлоридных средах компенсирует эту разницу.

5. Какие рекомендации по изготовлению важны для этих супераустенитных марок?

Оба требуют сварки с низким тепловложением, чтобы избежать сенсибилизации, с использованием соответствующих супераустенитных или сверхлегированных присадочных металлов для оптимальной коррозионной стойкости. UNS S31254 обладает более высокой прочностью и скоростью наклепа, что требует корректировки давления формовки, а 904L обеспечивает лучшую пластичность для сложной формовки. Квалифицируйте процедуры сварки и очищайте места сварки после изготовления.