2.2. Ферритные низкоуглеродистые никелевые стали
Ферритные низкоуглеродистые стали содержат до 9 % никеля. Содержание углерода в них ограничено 0,06%, концентрация остальных элементов также невелика. Поэтому фактически эти стали представляют собой железоникелевые сплавы. Стали этого типа сравнительно дешевы, они технологичны, хорошо свариваются и имеют вязкий характер разрушения при низких температурах.
Используя положительное влияние никеля на хладноломкость, можно получать низкоуглеродистые никельсодержащие стали с различным значением порога хладноломкости.
Содержание никеля,
%. . . . . . . . . . 0 1 2 3 4 5 6 7 9
Т90 K . . . . . . . 0 250 230 220 200 180 170 150 140
Т50 К . . . . . . 230 210 170 150 130 120 90 77 77
KCU при 77К,
МДж/м2 . . . . . 0,05 0,1 0,15 0,23 0,31 0,38 0,8 1,2 1,2
σв при 293 К, МПа 420 450 500 500 520 550 600 600 650
Порог хладноломкости Т90 соответствует началу появления хрупкой составляющей в изломе, а Т50 - температуре, когда она занимает 50 % площади излома. В первом приближении допустимая рабочая температура конструкций, испытывающих статическую нагрузку, может быть установлена по критерию Т50, а для динамически нагруженных материалов - по критерию Т90 .
Отсюда ориентировочные преимущественные температурные области применения ферритных сталей в зависимости от содержания никеля составляют:
Марка стали ОНЗА ОН6А ОН9А
Содержание никеля % 3 6 9
Температура применения, К, не ниже:
при статической нагрузке 150 90 77
при динамической нагрузке 220 170 140
Термическая обработка стали с 9 % никеля производится по двум режимам: двойная нормализация с нагревом до 900 и 800˚С и отпуск при 600˚С с охлаждением на воздухе; закалка от 830˚С в воде и отпуск при 580˚С с охлаждением в воде или на воздухе.
После термообработки сталь имеет структуру феррита с небольшим количеством остаточного аустенита и карбидов.
Механические свойства ферритных никельсодержащих сталей приведены в табл. 25.
Из-за отсутствия хрома сталь ОН9А также, как ее менее легированные аналоги OH3A и 0H6A, склонна к атмосферной коррозии. Это необходимо учитывать при изготовлении и эксплуатации установок.
Ферритные никельсодержащие стали хорошо свариваются всеми видами сварки и не требуют после нее термической обработки. В качестве присадочного материала используют проволоку Св-10Х16Н25АМ6.
Коэффициент прочности сварного соединения составляет около 0,95. Сварное соединение сохраняет высокую ударную вязкость при 77 К: в центре шва не менее 1,5 МДж/м2, в зоне термического влияния — 0,8 МДж/м2.
По сравнению с хромоникелевыми аустенитными сталями ферритные никельсодержащие стали имеют значительно более высокую (в 3 - 4 раза) теплопроводность.
Их температурный коэффициент линейного расширения на 30 % ниже хромоникелевых аустенитных сталей, что необходимо учитывать при конструировании соединений из разных марок сталей.