Сталь 02Х27Н31М4
- от объёма, заполните заявку
Сталь 02Х27Н31М4 — высоколегированный аустенитный коррозионностойкий сплав на основе системы Fe–Ni–Cr–Mo–Cu. Марка разработана для эксплуатации в агрессивных средах, содержащих серную, фосфорную кислоты и их смеси, а также в сероводородсодержащих средах нефтегазовой промышленности. Высокое содержание никеля (около 31 %) обеспечивает устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением в хлоридных растворах, а совокупность хрома (около 27 %) и молибдена (3–4 %) определяет стойкость к питтинговой и щелевой коррозии.
Нормативная база и обозначения стали 02Х27Н31М4
Сталь 02Х27Н31М4 регламентирована ГОСТ ISO 13680-2016 «Трубы бесшовные обсадные, насосно-компрессорные и трубные заготовки для муфт из коррозионно-стойких высоколегированных сталей и сплавов для нефтяной и газовой промышленности». Этот стандарт пришёл на замену ранее действовавшему ГОСТ Р ИСО 13680-2011 и идентичен международному ISO 13680.
Обозначение марки в различных системах:
| Система обозначений | Марка / номер |
|---|---|
| ГОСТ ISO 13680-2016 | 02Х27Н31М4 (CrNiMo 27-31-4) |
| UNS (США) | N08028 |
| EN (Европа) | 1.4563 / X1NiCrMoCu31-27-4 |
| ASTM | B668 (трубы), B709 (листы, полосы) |
Российский аналог — сплав ХН30МДБ (ЭК77)
Ближайшим отечественным аналогом стали 02Х27Н31М4 является сплав ХН30МДБ (ЭК77), выпускаемый по ТУ 14-1-4056-85, ТУ 14-1-5155-92, ТУ 14-1-5156-92, ТУ 14-1-4998-91, ТУ 14-1-4745-89 и ТУ 14-3-1711-90. ХН30МДБ отличается наличием микродобавки ниобия (0,05–0,2 %) и несколько иным соотношением легирующих элементов, однако по коррозионным свойствам близок к 02Х27Н31М4.
Химический состав стали 02Х27Н31М4 (N08028)
Ниже приведён химический состав марки по EN 10028-7 / ASTM B668, соответствующий обозначению UNS N08028. Эти же нормы лежат в основе требований ГОСТ ISO 13680 для данной марки.
| Элемент | Массовая доля, % |
|---|---|
| Углерод (C) | ≤ 0,020 |
| Кремний (Si) | ≤ 0,70 |
| Марганец (Mn) | ≤ 2,00 |
| Фосфор (P) | ≤ 0,030 |
| Сера (S) | ≤ 0,010 |
| Хром (Cr) | 26,0–28,0 |
| Никель (Ni) | 30,0–32,0 |
| Молибден (Mo) | 3,00–4,00 |
| Медь (Cu) | 0,70–1,50 |
| Азот (N) | ≤ 0,11 |
| Железо (Fe) | основа |
Низкое содержание углерода (≤ 0,020 %) снижает склонность к межкристаллитной коррозии после сварки. Медь повышает стойкость в серной кислоте. Молибден и хром совместно обеспечивают высокий показатель PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) — не менее 39, что характеризует хорошую стойкость к питтинговой коррозии.
Сравнение с составом аналога ХН30МДБ (ЭК77)
Для удобства выбора между отечественной и международной маркой приведено сравнение химических составов:
| Элемент | 02Х27Н31М4 (N08028) | ХН30МДБ (ЭК77) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0,020 | ≤ 0,02 |
| Cr | 26,0–28,0 | 27–29 |
| Ni | 30,0–32,0 | 29–31 |
| Mo | 3,00–4,00 | 2,8–3,5 |
| Cu | 0,70–1,50 | 0,9–1,5 |
| Mn | ≤ 2,00 | 0,5–1,8 |
| Si | ≤ 0,70 | ≤ 0,2 |
| Nb | — | 0,05–0,2 |
Ключевое отличие ХН30МДБ — наличие ниобия, стабилизирующего структуру и повышающего стойкость к межкристаллитной коррозии, а также несколько более узкий диапазон по молибдену (2,8–3,5 % против 3,0–4,0 %).
Физические свойства стали 02Х27Н31М4 при 20 °C
Данные приведены для состояния после аустенизации (отжиг на твёрдый раствор).
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Плотность | 8000 кг/м³ (8,0 г/см³) |
| Температура солидуса | ≈ 1370 °C |
| Температура ликвидуса | ≈ 1420 °C |
| Удельная теплоёмкость | 450 Дж/(кг·К) |
| Теплопроводность (20 °C) | 12 Вт/(м·К) |
| Удельное электросопротивление | 1,0 мкОм·м |
| Модуль упругости (модуль Юнга) | 195 ГПа |
Коэффициент линейного теплового расширения
| Диапазон температур | α, ×10⁻⁶ К⁻¹ |
|---|---|
| 20–100 °C | 15,8 |
| 20–200 °C | 16,1 |
| 20–300 °C | 16,5 |
| 20–400 °C | 16,9 |
| 20–500 °C | 17,3 |
Сравнительно высокий коэффициент теплового расширения (на уровне аустенитных нержавеющих сталей) необходимо учитывать при проектировании трубопроводных систем и сварных конструкций с жёстким закреплением.
Механические свойства стали 02Х27Н31М4
Свойства в отожжённом состоянии (аустенизация)
После стандартной термической обработки — аустенизации при 1100–1150 °C с последующим охлаждением в воде — сталь имеет следующие характеристики при 20 °C:
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Предел текучести σ0,2 | ≥ 220 МПа |
| Предел прочности σв | 500–750 МПа |
| Относительное удлинение δ5 | ≥ 35 % |
| Твёрдость | ≤ 230 HB |
Высокая пластичность в отожжённом состоянии позволяет проводить холодную деформацию — вытяжку, гибку, штамповку.
Свойства холоднодеформированных изделий по ГОСТ ISO 13680
Для трубной продукции нефтегазового назначения ГОСТ ISO 13680-2016 устанавливает группы прочности, достигаемые холодной деформацией. Числовое обозначение группы соответствует минимальному пределу текучести в тысячах фунтов на квадратный дюйм (ksi).
| Параметр | Группа 110 | Группа 125 | Группа 140 |
|---|---|---|---|
| σ0,2, МПа | 758–965 | 862–1034 | 965–1103 |
| σв, МПа, не менее | 793 | 896 | 1000 |
| δ, %, не менее | 11 | 10 | 9 |
| Твёрдость HRC, не более | 35 | 37 | 38 |
Повышение прочности достигается исключительно за счёт холодной деформации (наклёпа) без изменения химического состава. По мере роста группы прочности снижается пластичность, что ограничивает допустимую степень изгиба труб при монтаже.
Коррозионная стойкость сплава 02Х27Н31М4
Сочетание легирующих элементов обеспечивает стали 02Х27Н31М4 высокую стойкость одновременно в окислительных и восстановительных средах, что выгодно отличает её от многих стандартных аустенитных марок.
Стойкость к различным видам коррозии
Серная кислота. Медь в составе сплава существенно повышает стойкость к серной кислоте в широком диапазоне концентраций и температур. В деаэрированных растворах H₂SO₄ сталь 02Х27Н31М4 значительно превосходит сплавы типа 904L и 316L.
Фосфорная кислота. Сплав разрабатывался в том числе для работы в производстве фосфорной кислоты мокрым способом, где среда содержит примеси фторидов, хлоридов и сульфатов. Скорость коррозии в загрязнённой суперфосфорной кислоте при 200 °C составляет порядка 0,03 мм/год.
Хлоридсодержащие среды. Высокий PREN (≥ 39) определяет хорошую стойкость к питтинговой и щелевой коррозии. Критическая температура питтингообразования существенно выше, чем у сталей типа 316/316L.
Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН). Высокое содержание никеля (30–32 %) обеспечивает устойчивость к хлоридному КРН, характерному для аустенитных нержавеющих сталей с низким содержанием никеля (типа 304, 316).
Сероводородсодержащие среды. Марка одобрена для применения в соответствии с NACE MR0175 / ISO 15156 в условиях сероводородной коррозии (sour service), что и определяет её широкое использование в нефтегазовой отрасли.
Область применения стали 02Х27Н31М4
Основные сферы использования определяются сочетанием коррозионной стойкости и высокой прочности (в холоднодеформированном состоянии):
Нефтегазовая промышленность — обсадные и насосно-компрессорные трубы для скважин с сероводородсодержащими средами (sour gas wells); оборудование для очистки природного газа с повышенным содержанием серы и её соединений; внутрискважинное оборудование (downhole equipment).
Химическая промышленность — аппараты и трубопроводы для работы с серной, фосфорной кислотами и их смесями; реакторы, теплообменники, испарители, насосы в производстве удобрений; оборудование для рекуперации и регенерации кислот.
Нефтепереработка и нефтехимия — оборудование для процессов, протекающих в среде хлоридов, сульфатов и органических кислот при повышенных температурах.
Энергетика и переработка отходов — элементы систем очистки дымовых газов (FGD), работающие в агрессивных конденсатах; оборудование для опреснительных установок.
Свариваемость и термическая обработка
Сталь 02Х27Н31М4 обладает хорошей свариваемостью. Рекомендуемые методы: аргонодуговая сварка (TIG/GTAW) как метод первого выбора, а также ручная дуговая сварка покрытыми электродами (MMA/SMAW) и полуавтоматическая сварка (MIG/GMAW).
Термическая обработка — аустенизация при 1100–1150 °C с выдержкой 0,5–1 мин/мм толщины и последующим охлаждением в воде. Медленное охлаждение в диапазоне 700–1100 °C недопустимо, так как приводит к выделению интерметаллидных фаз (σ-фаза) и снижению коррозионной стойкости. Горячую деформацию завершают при температуре не ниже 850 °C.
Обработка резанием стали 02Х27Н31М4
По обрабатываемости сплав уступает стандартным маркам 316/316L. При токарной обработке твердосплавным инструментом с покрытием скорость резания снижают примерно на 50–55 % по сравнению с 316L. Подачу уменьшают незначительно. Рекомендуется применять обильное охлаждение и жёсткий инструмент с положительными передними углами.
Формы поставки стали 02Х27Н31М4
Сталь 02Х27Н31М4 поставляется в виде:
| Нормативный документ | Виды продукции |
|---|---|
| ГОСТ ISO 13680-2016 | Бесшовные трубы (обсадные, насосно-компрессорные), трубные заготовки для муфт |
| ASTM B668 | Бесшовные трубы |
| ASTM B709 | Листы, полосы |
| EN 10028-7 | Листовой прокат для сосудов давления |
Также из сплава данной марки выпускают круглый и плоский прокат, поковки, сварные трубы, проволоку, ленту — по соответствующим нормам ASTM, EN и ISO.
Сплав 02Х27Н31М4 занимает промежуточную нишу между стандартными аустенитными нержавеющими сталями (316L, 317L) и более дорогими никелевыми сплавами (06ХН28МДТ, 625), что делает его экономически обоснованным выбором при работе в средне- и высокоагрессивных средах.
Марки по международным стандартам ISO и другим регламентам
E Ni 6059 · B 271 (C 95900) · BFe30-2-2 · N06985 · ВКНА-25 · A4018-WY · 0Х27Ю5 · B 37 Grade 980A · Ti-P65002 · CW712R · B 176 (C86500) · G AlSi7 · EN-GJSA-XNi35 · БО4С · ЭИ485 · CHRONIMO 1.4539 · P-AlCu4,4SiMnMg
