Еще раз о новых металлических материалах для арматуростроения

МЕТАЛЛУРГИЯ

Э.Ф. кирилин, к.т.н., ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»

Е.с. семенова, начальник лаборатории материаловедения и технологии изготовления, ЗАО «НПФ «ЦКБА» Ю.и. тарасьев, Первый заместитель генерального директора, ЗАО «НПФ»ЦКБА»

еще раз о новых металлических материалах для арматуростроения

Переходя к анализу результатов коррозионных испытаний хромомарганцевой нестабилизированной стали 12Х15Г9НД, считаем необходимым высказать свое мнение по этому вопросу.

Трубопроводная арматура - это ответственное техническое устройство, применяемое на различных предприятиях, в том числе и опасных производственных объектах. Условия проектирования, а также выбор материалов основных деталей предусмотрены в целом ряде нормативных документов Ростехнадзора: ПБ 10-573 «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды», ПБ 03-585 «Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов», а также в стандарте СТ ЦКБА 005 «Арматура трубопроводная. Металлы, применяемые в арматуростроении» (стандарт согласован с Ростехнадзором). В соответствии с правилами Ростехнадзора применение новых марок материалов для изготовления трубопроводной арматуры допускается при положительном заключении специализированной металловедческой организации (в частности, ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей») и согласовании Ростехнадзором. Для получения заключения должны быть представлены данные о химическом составе, механических, физических и технологических свойствах материала. Заводами-изготовителями или соответствующими специализированными организациями должна быть подтверждена возможность изготовления трубопроводной арматуры из новой марки стали с соблюдением установленного уровня свойств.

На сегодняшний день стали типа 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т и другого близкого или аналогичного состава (ГОСТ 5632)находят самое широкое применение в химической, нефтехимической промышленности и атомном энергомашиностроении.

Эти стали освоены и хорошо зарекомендовали себя при работе в различных условиях эксплуатации, в т. ч. в особо «тяжелых»: агрессивные среды (азотная кислота, аммиачная селитра, средах спец-техники, судпрома, криогенной техники, сероводородных средах).

В 2006 г. ЗАО «НПФ «ЦКБА» проводило работы по изучению свойств стали марки 12Х15Г9НД с целью выявления возможности включения ее в стандарты ЗАО «НПФ» ЦКБА».

Были рассмотрены представленные материалы по стали и заключения по проведенным испытаниям. На основании их проработки выдано отрицательное заключение о возможности замены стали 12Х18Н9Т на 12Х15Г9НД по следующим причинам.

1. Сталь 12Х15Г9НД по результатам проведенных испытаний нельзя назвать жаропрочной и рекомендовать для использования на температуры до 900°С. При кратковременных испытаниях механических свойств при этой температуре получены низкие абсолютные значения предела текучести (~ 90 МПа) и предела прочности (~ 100 МПа). Не определен предел ползучести, который также закладывается в прочностной расчет оборудования, работающего при температуре выше 450°С.

2. Для общепромышленной арматуры, где возможно применить указанную марку стали, максимально возможной температурой может быть 450°С.

Для решения вопроса о возможности применения стали при высоких температурах необходимы данные по механическим свойствам (ст02 и аВ) в диапазоне температур до 450°С (через интервал в 50°С). Эти свойства ни в ТУ на сталь 12Х15Г9НД, ни в исследованиях не приведены.

3. Испытания на стойкость к МКК указанной марки стали проведены с отступлениями от требований ГОСТ 6032: для Сг-Мп сталей типа 07Х21Г7АН5 (ЭП 222) должен применяться метод А длительностью не 8 часов, а 15 часов, а если применен метод АМУ, то концентрация используемых растворов должна быть выше почти в 2 раза (по серной кислоте).

Кроме того, испытывались нестандартные образцы, в сварных образцах не оценивалась самая уязвимая зона - зона сплавления, что необходимо учитывать для неста-билизированных сталей с повышенным (до 0,12%) содержанием углерода. Нет указаний о том, что сварные соединения этой марки стали проходили аустениза-цию при температуре 1000°С.

Для обеспечения коррозионной стойкости сварных соединений содержание углерода в аналогичных марках стали должно быть не более 0,03%.

4. Для определения возможности свариваемости материала необходимо:

• провести испытания механических свойств сварных соединений по зоне термического влияния (предел прочности, угол загиба, ударная вязкость) при нормальной, повышенной и отрицательной температурах;

• определить влияния технологических нагревов на свойства основного металла и сварного соединения, т.к. в ряде конструкций арматуры, именно после сварки, производится наплавка уплотнительных и трущихся поверхностей твердыми износостойкими материалами (стеллит, ЦН-12М, ЦН-6Л и др.) с подогревом под наплавку и последующей термообработкой. Технология наплавки не должна снижать: свойства основного материала, сварного соединения

20 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № 11 \\ ноябрь \ 2008

и наплавленного металла, а также их стойкость к МКК;

• провести испытания на стойкость к МКК сварного соединения.

5. Хромомарганцевая экономнолегированная никелем (до 1%) марка стали может быть заменой стали 12Х18Н9Т только для сред слабой агрессивности. Применение стали 12Х15Г9НД для агрессивных сред (растворы неорганических кислот НС1, НNO3, Н2БО4), где по сочетанию температурных параметров и концентраций применима сталь типа 12Х18Н9Т, может быть решено только после получения соответствующих результатов коррозионных испытаний этой марки стали не только в лабораторных условиях, но и при опытно-промышленной эксплуатации.

6. Все изложенное говорит о том, что приведенные данные недостаточны для принятия решения о применимости в арматуростроении данной марки стали взамен 12Х18Н9Т без дополнительных исследований.

7. Аналогичные известные российские Сг-Мп марки сталей ДИ 13 (10Х14АГ15) и ДИ 61 (10Х13Г18Д) применяются в пищевой промышленности и медицине, где нет агрессивных сред, а требуется только сохранить их чистоту, не загрязняя составляющими сталей. Близкая по классу сталь ЭП 222 (07Х21Г7АН5) широко применяется как хладостойкий высокопрочный материал для криогенного оборудования.

В США аналогичные марки сталей 17-84-М, АШ 201, 202, 204 и др. применяются при строительстве вагонов метро и поездов, подверженных только атмосферной коррозии.

В результате совместной работы была составлена и согласована программа необходимых испытаний, по результатам которых предполагалось сделать выводы о возможности применения стали 12Х15Г9НД в арматуростроении и внести эту сталь в стандарты ЦКБА. Однако результаты испытаний до настоящего момента не были представлены.

По имеющимся данным, никаких дополнительных испытаний по данной стали до сих пор не проводилось. В то же время продолжается широкое рекламирование стали 12Х15Г9НД как «полного аналога» стали 12Х18Н9Т (например, статья в журнале «Арматуро-строение», №2'08).

На сегодняшний день сталь 12Х15Г9НД не входит ни в один перечень материалов, разрешенных Ростехнадзором для применения в трубопроводной арматуре. Применение стали 12Х15Г9НД для изготовления трубопроводной арматуры является незаконным, органы сертификации не имеют права сертифицировать арматуру, изготовленную из этой марки стали.

Считаем утверждение, что сталь 12Х15Г9НД является заменителем стали 12Х18Н9Т некорректным. По-видимому, сталь 12Х15Г9НД может применяться в арматуростроении, но не как «полный аналог» стали 12Х18Н10Т, а как сталь с ограничением по условиям эксплуатации: рабочим средам, температуре, давлению (например, для работы в слабоагрессивных средах). Однако при использовании в таких рабочих условиях сталь 12Х15Г9НД неконкурентоспособна, т.к. возможно использование более дешевых низколегированных сталей, таких как 17ГС, 09Г2С и др.

В качестве примера правильных методов введения новых сталей для использования в арматуростроении приведем экономнолегированную никелем сталь 03Х18Н3АГ5Л (ТУ У 27.1-00218325021:2005). Эта сталь после проведения всего комплекса необходимых испытаний и согласования включена в отраслевые стандарты ЗАО НПФ «ЦКБА» и действительно может являться заменителем сталей типа 12Х18Н9ТЛ, 10Х18Н9Л и 07Х17Н16ТЛ по ГОСТ 977-88 для отливок всех групп по уровню требований, включая отливки особо ответственного назначения.

Производство литой трубопроводной арматуры и поковок сегодня успешно освоено на ОАО «Армапром» (г. Миргород), входящем в ЗАО «Промарматура» г. Днепропетровск, Украина.

В настоящее время к включению в отраслевые стандарты ЗАО НПФ «ЦКБА» готовятся материалы по новой низколегированной модифицированной стали 15ГСЛ, которая по уровню механических свойств (предел текучести о02 > 400МПа, ударная вязкость КСУ при -60 0С >29,4 Дж/ см2.) существенно превосходит указанные выше стандартные стали. Производство арматуры из этой стали сегодня также осваивается на том же предприятии. Еще раз возвращаясь к опубликованной статье, считаем необходимым подчер-

кнуть, что такие утверждения, как «сталь 12Х15Г9НД в 80-90% случаев успешно заменяет дорогие хромоникелевые стали типа 12Х18Н10Т, 08Х18Н9»; «на сегодняшний день доказана техническая эффективность и экономическая целесообразность применения стали 08-12Х15Г9НД для изготовления арматуры»; «новая сталь хорошо зарекомендовала себя в широком диапазоне температур: от - 400С до + (750-800) 0С, что обеспечивает массовое ее применение практически в любых узлах и изделиях» не подкреплены конкретными ссылками на результаты исследований, заключениями специализированных металловедческих организаций и формируют ошибочное представление у производителей и потребителей арматуры. Несанкционированное, в установленном порядке, применение непроверенной стали для изготовления арматуры опасных производственных объектов считаем недопустимым.

Список литературы:

1. В.Г. Азбукин, В.И. Горынин, В.Н. Павлов. Перспективные коррозпонностойкие материалы для оборудования и трубопроводов АЭС. -СПб: ЦНИИ КМ «Прометей», 1998 -118 с.

2. Г.В. Феник, В.Н. Павлов, И.И. Василенко и др. Коррозионное поведение аустенитных хромомаргенцево-никелевой и хромомаргенцевой сталей 06Х18Г9Н5АБ и 07Х13АГ20// ФХММ, №6, 1985, с. 46-51.

3. В.Г. Азбукин, Е.Н. Башаева, В.Н. Павлов и др. Перспективы применения азотсодержащих сталей в атомной энергетике. I Всесоюзная конференция по высокоазотистым сталям. Тезисы докладов. Киев, 1990, с. 42-43.

4. Р.К. Мелехов, Г.В. Чумало, В.Н. Павлов и др. Коррозионное поведение сварных соединений аустенитной стали 06Х18Г9Н5 // ФХММ, № 5, 1993 г., с. 7-15

зао «промарматура»

49005, украина г. Днепропетровск, ул. Симферопольская, 17 Тел.: +38 (0562) 35-66-01 приемная ПР0М

+38 (056) 370-38-93 АРМАТУР*

факс: +38 (0562) 35-66-04 pa@promarmatura.dp.ua

Открытое акционерное общество

«армапром» миргородский арматурный завод

37600, украина Полтавская область г. миргород, ул. Хорольская 35, тел.: +38 (05355) 4-01-32 факс: +38 (05355) 4-01-45 inbox@armaprom.com.ua

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ МЕТАЛЛУРГИЯ \\ 21