Сплав 02Х24Н6AМ3

Сплав 02Х24Н6АМ3 (кодовое обозначение ДИ91) — высоколегированная коррозионностойкая сталь аустенитно-ферритного класса. За рубежом такие стали называют дуплексными (duplex): их структура состоит из двух фаз — аустенита и феррита приблизительно в равном соотношении. Высокое содержание хрома (24%) в сочетании с молибденом (до 3,5%) и азотом обеспечивает стойкость в широком спектре агрессивных сред при механических свойствах, в 1,5–2 раза превышающих свойства стандартных аустенитных нержавеющих сталей.

Расшифровка марки 02Х24Н6АМ3

Обозначение марки строится по ГОСТ 5632 и читается следующим образом: цифры 02 означают максимальное содержание углерода 0,02% (в сотых долях процента); Х24 — хром 23,5–25,0%; Н6 — никель 5,8–6,8%; А в высоколегированных сталях обозначает азот; М3 — молибден 2,5–3,5%. Ближайший аналог — 03Х24Н6АМ3 (ЗИ130), отличающийся чуть более широким допуском по углероду (≤ 0,030%).

Химический состав стали 02Х24Н6АМ3

Состав по ГОСТ 5632 приведён в таблице ниже. Основа — железо.

Элемент	Содержание, %	Роль в сплаве
C	≤ 0,02	Минимизация карбидов хрома → стойкость к МКК
Si	≤ 0,4	Раскислитель
Mn	≤ 2,0	Аустенитообразующий элемент, повышает растворимость азота
Cr	23,5–25,0	Основа коррозионной стойкости и питтингостойкости
Ni	5,8–6,8	Стабилизация аустенита, пластичность
Mo	2,5–3,5	Стойкость к питтингу и щелевой коррозии в хлоридных средах
N	0,05–0,15	Аустенитообразующий, повышает прочность и питтингостойкость
P	≤ 0,035	Примесь, нормируется по ГОСТ 5632
S	≤ 0,020	Примесь, пониженная норма для коррозионностойких сталей

Микроструктура: двухфазный аустенитно-ферритный состав

После закалки в интервале 1040–1080°C сталь формирует двухфазную структуру: феррит и аустенит в соотношении 40/60 % — 60/40 %. Именно это соотношение фаз обеспечивает уникальное сочетание характеристик — высокая прочность феррита складывается с пластичностью и вязкостью аустенита. Зерно в обеих фазах мелкое, что дополнительно повышает прочность по механизму Холла–Петча.

При нагреве в диапазоне 1100–1350°C сталь переходит в стопроцентно ферритное состояние. Аустенитная фаза формируется в процессе охлаждения. При замедленном охлаждении или выдержке в критических температурных зонах возможно образование нежелательных фаз (см. раздел «Термообработка»).

Макроструктура металла не должна содержать видимых невооружённым глазом трещин, пузырей, усадочных раковин, шлаковых включений. Наличие подобных дефектов является основанием для рекламации плавки.

Механические свойства 02Х24Н6АМ3 (не менее)

Характеристика	Значение
Предел текучести σ0,2	≥ 390 МПа
Временное сопротивление σв	≥ 690 МПа
Относительное удлинение δ	≥ 25%

Предел текучести 02Х24Н6АМ3 почти вдвое выше, чем у стандартной аустенитной стали 08Х18Н10Т (σ_0,2 ≈ 200 МПа). Это позволяет проектировать аппараты с уменьшенной толщиной стенки при тех же рабочих давлениях, сокращая металлоёмкость конструкции.

При горячей деформации сталь обладает хорошей пластичностью. Температурный интервал горячей обработки давлением: 1050–1200°C с обязательным последующим охлаждением в воде для восстановления дуплексной структуры.

Коррозионная стойкость: области применения по средам

Для оценки стойкости к локальной (точечной и щелевой) коррозии используется эквивалент питтингостойкости:

PRE = %Cr + 3,3 · %Mo + 16 · %N

Для 02Х24Н6АМ3 при средних значениях легирования: PRE ≈ 24 + 3,3 · 3 + 16 · 0,10 = 24 + 9,9 + 1,6 ≈ 35. Это уровень, сопоставимый со сверхдуплексными и высоколегированными аустенитными сталями.

Агрессивная среда	Стойкость	Примечание
Растворы серной кислоты	Высокая	В широком диапазоне концентраций при умеренных температурах
Растворы азотной кислоты	Высокая	—
Растворы фосфорной кислоты	Высокая	—
Хлоридсодержащие среды (питтинг)	До ≥ 30°C	Порог образования питтингов по ASTM G48 / ГОСТ 9.912-89
Хлоридсодержащие среды (щелевая коррозия)	До ≥ 20°C	—
Морская и хлоридная вода (теплообменники)	Применима	Основная область применения дуплексных сталей данного уровня
Межкристаллитная коррозия (МКК)	Не склонна	При соблюдении режима термообработки
Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН)	Повышенная стойкость	Преимущество перед аустенитными сталями

Сталь применяется в коррозионно-эрозионных условиях: высокая прочность снижает скорость эрозионного износа по сравнению с аустенитными аналогами.

Ограничения по температуре эксплуатации

Безопасный диапазон рабочих температур: от −40 до +250°C при длительной эксплуатации. Кратковременная работа при температурах до 300°C допустима, однако длительное воздействие в диапазоне 250–500°C приводит к постепенному охрупчиванию ферритной фазы — этот эффект накапливается и необратим без повторной термообработки.

Термическая обработка стали 02Х24Н6АМ3

Единственный вид термообработки — закалка (обработка на твёрдый раствор). Назначение: растворение нитридов и карбидов хрома, восстановление оптимального соотношения фаз, обеспечение стойкости к МКК.

Режим закалки:

• Температура нагрева: 1040–1080°C;
• Выдержка при нагреве: для изделий толщиной до 10 мм — 30 мин; для изделий толщиной более 10 мм — 20 мин плюс 1 мин на каждый миллиметр максимальной толщины сверх 10 мм;
• Охлаждение: в воде или на воздухе (оба варианта применимы для большинства сечений).

После правильно проведённой закалки формируется аустенитно-ферритная структура с долей каждой фазы в диапазоне 40–60%.

Критические температурные диапазоны — избегать при нагреве

Дуплексные стали имеют два температурных интервала охрупчивания, которые необходимо учитывать при любых нагревательных операциях:

• 475–500°C — «475-градусное» охрупчивание феррита: в этом диапазоне необходимо исключить длительную выдержку или обеспечить последующую повторную закалку;
• 600–900°C — выделение σ-фазы (хромо-молибденовый интерметаллид) и нитридов Cr₂N: резкое падение пластичности и коррозионной стойкости. При термообработке этот диапазон проходят быстро — на нагреве и на охлаждении.

Охлаждение после нагрева при закалке должно быть достаточно быстрым, чтобы избежать распада пересыщенного твёрдого раствора в указанных диапазонах.

Сварка 02Х24Н6АМ3

Сталь хорошо сваривается. Основная особенность — при нагреве в зоне термического влияния структура стремится к полностью ферритной. Для восстановления дуплексной структуры сварного шва необходимо контролировать тепловложение.

Требования к режиму сварки:

• Тепловложение — не более 2,5 кДж/мм;
• Межпроходная температура — не выше 150–250°C;
• Не допускается работа в диапазонах 475–500°C и 600–900°C (исключить длительную выдержку при нагреве).

Присадочные материалы: для ручной дуговой сварки — электроды ОЗЛ-37, ОЗЛ-4; для автоматической дуговой сварки — проволока Св-03Х24Н6АМ3 (нержавеющая сварочная проволока). Присадочный материал обеспечивает получение ферритно-аустенитной или аустенитной структуры металла шва.

Послесварочная термообработка: для толстостенных конструкций при соблюдении параметров сварки не требуется. Для тонкостенных сварных труб (где шов имеет полностью ферритную структуру) проводят термообработку: нагрев 1050–1100°C с последующим быстрым охлаждением в воде — для восстановления дуплексной структуры и механических свойств сварного соединения.

Область применения стали 02Х24Н6АМ3 (ДИ91)

Основная область применения — химическое оборудование, работающее в кислотных и хлоридсодержащих средах:

• сварочная проволока (Св-02Х24Н6АМ3, Св-03Х24Н6АМ3) для сварки аустенитно-ферритных и аустенитных коррозионностойких сталей;
• теплообменные аппараты (морская вода, рассольные растворы, кислотные среды);
• аппараты и трубопроводы производств серной, фосфорной и азотной кислот;
• оборудование, контактирующее с хлоридсодержащими технологическими средами;
• ответственные детали с повышенными требованиями к прочности и коррозионной стойкости одновременно.

Благодаря более высокому пределу текучести по сравнению с аустенитными сталями, 02Х24Н6АМ3 позволяет снижать массу оборудования при сохранении расчётной прочности. Это актуально при изготовлении аппаратов, рассчитываемых на прочность (колонны, реакторы, теплообменники).

Близкая по составу аустенитная сталь 08Х25Н13БТЮ используется для работы в жаростойких условиях при более высоких температурах — при выборе между марками ориентируйтесь на тип нагрузки: для коррозионно-агрессивных сред при температурах до 250°C — 02Х24Н6АМ3; для высокотемпературных условий свыше 600°C — 08Х25Н13БТЮ.

Формы поставки

Сплав 02Х24Н6АМ3 (ДИ91) поставляется в следующих видах проката: листы и полосы (горяче- и холоднокатаные), круглые прутки и профили, трубы (горячедеформированные и холоднодеформированные), сварочная проволока. Поставка осуществляется по заявке с паспортом плавки и сертификатом на химический состав и механические свойства.