Сталь 02Х21Н25М5ДБ

Описание и структура

Сталь 02Х21Н25М5ДБ (торговое обозначение ЭК5) — высоколегированная коррозионностойкая сталь с аустенитной структурой на железной основе. Высокое содержание никеля (25 %), хрома (21 %), молибдена (до 5 %), меди и азота в сочетании с добавками ниобия и церия обеспечивает устойчивость к питтинговой коррозии, коррозионному растрескиванию под напряжением и межкристаллитной коррозии в средах, содержащих хлориды и фториды.

В России сталь производится по следующим нормативным документам:

• ТУ 14-1-3230-81 — лист горячекатаный;
• ТУ 14-1-3327-82 — заготовка трубная.

Зарубежные аналоги

Ниже приведены ближайшие зарубежные аналоги по коррозионным и механическим свойствам. Они не являются строгими эквивалентами: в частности, стандартный состав N08926 / 1.4529 предусматривает содержание молибдена 6,0–7,0 %, тогда как в 02Х21Н25М5ДБ молибден нормируется в пределах 4–5 %. При проектировании и замене необходимо сверять химические составы по актуальным стандартам.

Страна / регион	Обозначение
США (UNS)	N08926, Alloy 926
Европа (EN)	1.4529, X1NiCrMoCuN25-20-7
Япония	NAS 255NM

Химический состав

Состав по ТУ 14-1-3230-81 / ТУ 14-1-3327-82 (массовая доля, %):

Элемент	Содержание, %
Железо (Fe)	Основа
Никель (Ni)	24–26
Хром (Cr)	20–22
Молибден (Mo)	4–5
Азот (N)	0,18–0,25
Медь (Cu)	1,2–1,8
Ниобий (Nb)	0,2–0,4
Титан (Ti)	0,01–0,1
Марганец (Mn)	не более 1,5
Кремний (Si)	не более 0,2
Углерод (C)	не более 0,02
Церий (Ce)	не более 0,02
Фосфор (P)	не более 0,02
Сера (S)	не более 0,02

Роль основных легирующих элементов

Хром (20–22 %) формирует пассивную оксидную плёнку, обеспечивающую базовую коррозионную стойкость. Никель (24–26 %) стабилизирует аустенитную структуру, повышает пластичность и сопротивление коррозионному растрескиванию под напряжением. Молибден (4–5 %) резко увеличивает стойкость к питтингу и щелевой коррозии в хлоридсодержащих средах. Медь (1,2–1,8 %) улучшает стойкость в восстановительных кислотах, в частности к разбавленной серной кислоте. Азот (0,18–0,25 %) повышает механическую прочность без ущерба для пластичности, стабилизирует аустенит и снижает склонность к выделению интерметаллических фаз. Ниобий (0,2–0,4 %) связывает углерод, предотвращая межкристаллитную коррозию в зоне термического влияния сварных швов, не требуя стабилизирующего отжига. Ультранизкое содержание углерода (≤ 0,02 %) дополнительно снижает риск образования хромистых карбидов.

Выплавка

Сталь выплавляется в электродуговых печах с последующей внепечной обработкой — вакуумным дегазированием или продувкой в аргонокислородных конвертерах (процесс AOD). Метод AOD обеспечивает получение сверхнизкого содержания углерода (≤ 0,02 %) без значительных потерь хрома, что критично при таком высоком его содержании.

Физические свойства

Свойство	Значение	Условия
Плотность	8 100 кг/м³	20 °С
Температура плавления: солидус / ликвидус	1 320 °С / 1 390 °С	—
Удельная теплоёмкость	0,415 кДж/(кг·°С)	20 °С
Теплопроводность	12,0 Вт/(м·°С)	20 °С
Теплопроводность	12,9 Вт/(м·°С)	100 °С
Удельное электросопротивление	0,96 мкОм·м	20 °С
Коэффициент линейного теплового расширения (КТР)	15,7 × 10⁻⁶ °С⁻¹	среднее в диапазоне 20–200 °С

Теплопроводность стали 02Х21Н25М5ДБ, как и у большинства высоколегированных аустенитных сталей, значительно ниже, чем у углеродистых. Это необходимо учитывать при расчёте сварочных режимов и при конструировании теплообменников: при тех же мощностях тепловая зона шире, чем у обычной нержавеющей стали.

Механические свойства

Нормированные значения при 20 °С (состояние поставки)

Характеристика	Значение
Предел прочности σв	не менее 490 МПа
Условный предел текучести σ0,2	не менее 245 МПа
Относительное удлинение после разрыва δ5	не менее 40 %

Механические свойства при 20 °С после термообработки

Данные для листа толщиной 6,0 мм после закалки с 1 070 °С с охлаждением в воде:

Характеристика	Значение
Предел прочности σв	не менее 680 МПа
Условный предел текучести σ0,2	не менее 340 МПа
Относительное удлинение после разрыва δ5	не менее 40 %
Ударная вязкость KCU	не менее 150 Дж/см²

Сварка

Сталь 02Х21Н25М5ДБ обладает хорошей свариваемостью. Применяется сварочная проволока состава Св-01Х23Н28М3Д3Т (ЭП516). Дополнительная термообработка после сварки по ТУ не требуется — благодаря ультранизкому содержанию углерода и введению ниобия предотвращается сенсибилизация в зоне термического влияния. Вместе с тем необходимо соблюдать стандартные требования к подготовке под сварку и тепловому режиму, характерные для высоколегированных аустенитных сталей: пониженный погонный тепловой ввод, обязательная очистка кромок от загрязнений.

Обработка давлением

Сталь формуется практически всеми методами холодного и горячего формоизменения. Диапазон пластической горячей деформации: 1 200–950 °С, с последующим ускоренным охлаждением для восстановления оптимальных коррозионных свойств. Высокое содержание молибдена и азота увеличивает склонность к деформационному упрочнению — это следует учитывать при расчёте допусков на пружинение при холодной гибке.

Коррозионные свойства и область применения

Сталь 02Х21Н25М5ДБ предназначена для изготовления сварных элементов химической аппаратуры, эксплуатируемой в жидких слабокислых средах (pH = 1), содержащих соединения фтора и хлора. Рекомендуемая температура эксплуатации — до +80 °С.

Ключевые особенности коррозионного поведения:

• высокая стойкость к питтинговой и щелевой коррозии в хлоридных и фторидных средах;
• устойчивость к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением;
• стойкость к межкристаллитной коррозии в сварных соединениях без дополнительного отжига;
• высокое сопротивление эрозионному износу.

По аналогичному назначению — химическая аппаратура в контакте с кислыми хлоридсодержащими средами — применяется сталь 06Х23Н28М3Д3Т (ЭИ943), отличающаяся более высоким содержанием никеля и меди при несколько меньшей концентрации молибдена.

Формы поставки и сортамент

Из стали 02Х21Н25М5ДБ (ЭК5) изготавливают:

• по российским ТУ: лист горячекатаный, заготовка трубная, трубы, поковки;
• по международным стандартам (ASTM B625, EN 10088-2, ASME SB625): лист, полоса, лента, круг, труба.