Краткое описание характеристик применяемых сталей и коррозия металла

Для корректного выбора системы дымоотведения, помимо разработки проекта, необходимо правильно подобрать сталь для производства оптимального дымохода.
Сталь должна полностью соответствовать параметрам и свойствам теплогенерирующего аппарата. Важность правильного выбора обусловлено тем, что в зависимости от вида топлива, на котором работает агрегат, меняются требования к применяемой стали по следующим критериям:
— температура выходящих газов и их агрессивность;
— протеканию физико-химических процессов внутри и снаружи дымоотводящего канала;
— образование конденсата.

ОСНОВНЫЕ СТАЛИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ СОЗДАНИЯ ДЫМОХОДНЫХ СИСТЕМ

Аустенитные нержавеющие стали

Сталь AISI316, AISI316L, а также AISI316Ti. — является основным и качественным выбором при изготовлении системы дымоотведения. Подходит практически для всех систем отопления при использовании всевозможных типов топлива. Не имеет аналогов при создании дымоходов для конденсационных котлов и является лучшим решением в проектах дымоотведения в дизельных и газовых агрегатах.

Основные преимущества материала:
-возможность применения в широком температурном спектре;
-устойчивость к окислению (к большому объему концентрированных кислот);
-устойчивость к коррозии от воздействия конденсата дымовых газов;
-стойкость при тепловых нагрузках (до 600 oС — при длительном режиме, до 900С при краткосрочном);
-позволяет давать гарантийный срок на дымоходы до 15 лет;
-отсутствуют магнитные качества.

Сталь AISI310 – состав включает в себя высокий процент хрома и никеля. Лучший выбор стали для отопительных агрегатов на дровах, угле, коксе и подобном топливе. Идеальна для возведения систем дымоотведения от высокотемпературных пиролизных агрегатов, газопоршневых, дизельгенераторных и других аналогичных установок.

Основные преимущества материала:
— жаростойкость (длительные температуры работы 1000 oС);
— жаропрочность (сохраняется не только геометрия, но и другие внешние качества системы дымохода);
— устойчивость к окислению;
— отсутствуют магнитные качества.

Сталь AISI304 – применяется при производстве дымоходов, работающих с низкоагрессивными средами, а также при изготовлении вентиляционных каналов в детских образовательных учреждениях и в учреждениях здравоохранения, а также в пищевых и косметических производственных цехах. Является гарантией качества при производстве различных видов крепежей, несущих изделий, а также декоративных элементов. Идеальна для установки на наружный контур сэндвич-дымоходов.

Основные преимущества материала:

— кислотостойкость пв сухом режиме (в низкотемпературных агрегатах, до 250 oС);
— устойчивость к слабо и средне агрессивным средам;
— надежность в высоких температурах в сухом режиме (малоагрессивные среды, до 600 oС);
— отсутствуют магнитные качества.

Сталь AISI321 – состав металла в который входит хром и никель с добавлением титана. При всех своих кислотостойких и жаропроочных качествах, обладает недостаточной стойкостью в серосодержащих средах, её невозможно примененять в кислых агрессивных средах с высокими показателями (в сваренном состоянии).
Основные преимущества материала:
— устойчивость к коррозии;
— стойкость к высоким температурам (в длительном режиме 600-800 oС);
— отсутствуют магнитные качества.

Ферритные нержавеющие стали

Сталь AISI444 – легирована молибденом, стабилизирована титаном и ниобием. В сплаве высокое содержание хрома (18%). Является бюджетным материалом дымоходных систем для низкотемпературных котлов, коаксиальных котлов для поквартирного отопления и других подобных агрегатов.
Основные преимущества материала:
— устойчивость к коррозии (в слабоагрессивных средах стойкость аналогична аустенитным маркам стали AISI316/316L);
— надежность при высоких температурах в сухом режиме (в малоагрессивных средах, до 450 oС);
Особенности:
— после 450 oС начинается выраженная потеря прочности;
— жаростойкость ниже, чем у AISI430 и AISI439;
— присутствуют магнитные свойства.

Сталь AISI439 – стабилизирована титаном, не содержит никель.
Основные преимущества материала:
— высокая устойчивость к коррозии (в большинстве сред, общая стойкость сопоставима со стойкостью аустенитных сталей AISI321 и AISI304;
— устойчивость к появлению коррозии при нахождении на воздухе;
— устойчивость к окислению в высокотемпературном режиме, в растворах многих щелочей и в большинстве органических кислот;
— устойчивость к коррозионному межкристаллическому разрушению (при интервале температурного режима 500-800 oС).
Особенности:
— присутствуют магнитные свойства.

Сталь AISI430 – подходит для применения в мягкой коррозийной среде.
Основные преимущества материала:
— умеренная жаростойкость (до 450 oС).
Особенности:
— присутствуют магнитные свойства.

Сталь AISI409 — хромистый сплав, стабилизированный титаном. Сталь общего назначения, подходит только для нейтральных сред.
Основные преимущества материала:
— жаростойкость до 500 oС (свыше указанной температуры происходит быстрая деградация
жаропрочности материала).
Особенности:
— присутствуют магнитные свойства.

СОДЕРЖАНИЕ ОСНОВНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В РАЗЛИЧНЫХ МАРКАХ СТАЛИ, %

AISI ГОСТ С Mn Si Cr Ni Mo Ti
201 12Х15Г9НД 0.15 5.5-7.5 1 16 1
430 12X17 0.12 0.8 0.8 16
439 08X17T 0.08 0.08 0.8 17 1
444 02Х18М2БТ 0.02 0.75 1 17 2 1
304 08Х18Н10 0.08 0.2 0.8 17 9
321 08Х18Н10Т 0.08 2 0.8 17 9 1
316L 03Х16Н15М3 0.03 0.8 0.6 17 14 2
310S 20Х23Н18 0.1 2 1.5 24 20

ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ СТАЛИ ОТ ПРИСУТСТВУЮЩИХ В ИХ СОСТАВЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Хром — основной компонент во всех нержавеющих сталях. Его присутствие значительно увеличивает коррозийную стойкость твердость сплавов. Стали, содержащие 20-25% хрома, обладают повышенной
стойкостью к высокотемпературному окислению.

Сплав, включающий никель характеризуются повышенной коррозионной стойкостью и в нормальных условиях эксплуатации и при эксплуатации в агрессивных средах при высокой температуре применения.

Молибден применяется для легирования сталей для достижения ими жаропрочных и коррозионностойких свойств. Молибден одновременно повышает прочностные, вязкие свойства стали и коррозионную стойкость.

Титан делает стали, которые им легированны, устойчивыми к межкристаллической коррозии. Они отличаются эластичностью, стойкостью к перепадам температур и повышенной прочностью.

Высокое содержание углерода в стали, как правило, являться причиной возникновения кристаллизационных трещин при сварке, а также малопластичных закалочных структур в окрестностях сварного
шва. Для повышения стойкости уменьшают содержание углерода в сплаве. Стали с низким содержанием углерода (до 0,25%) отличаются повышенной коррозионной стойкостью и пластичностью. Благодаря
этому также обеспечивается равномерное сварное соединение с основным металлом, получение сварных швов без дефектов, раковин и разрывов.

СОДЕРЖАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ПРОДУКТАХ ГОРЕНИЯ

Вид топлива NO2 (диоксид азота) SO3 (оксид серы) CO2 (диоксид углерода) W (влажность)
Дрова 0.5% 90% 6%
Природный газ 90% 10%
Дизельное топливо 3% 90% 10%
Уголь 1% 3% 90% 6%

КИСЛОТЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

Образование серной кислоты — это результат взаимодействия серного ангидрида SO3 и паров воды. Серный ангидрид содержится в отходящих газах теплогенераторов, в особенности, в агрегатах работающих на дизельном топливе:
SO3 + H2O <=> H2SO4
Образование азотной кислоты — это результат взаимодействия диоксида азота (результат процесса горения) и сформировавшихся в процессе паров воды:
2NO2 + H2O <=> HNO3 + HNO2
Образование угольной кислоты — это результат взаимодействия растворимого в воде углекислого газа с водяным паром:
CO2 + H2O <=> H2CO3

ОБРАЗОВАНИЕ КОРРОЗИИ В МЕТАЛЛАХ

Серная кислота: концентрация свыше 55% приводит к коррозии металла. В серной кислоте с концентрацией 95%-98%, в условиях нормального температурного режима, хромистые стали (хром – около 17%), с небольшой добавкой молибдена, показывают хороший показатель устойчивости.

Азотная кислота: при повышении концентрации до 35%-45%, коррозия малоуглеродистых сталей увеличивается. А при концентрации, приближающейся к 100%, азотная кислота становится окислителем. Молекулы азотной кислоты и нитратиона при коррозии, выступают в роли катодных деполяризаторов. Повышение устойчивости хромистой стали достигается добавлением в сплав никеля и молибдена.

Угольная кислота: для возникновения электрохимической коррозии значение имеет количество кислорода, водородный показатель рН и наличие угольной кислоты. Кислородная коррозия образуется в угольной кислоте в случаях, когда на поверхность металла беспрерывно поступает кислород. И если интенсивность поступления
кислорода не меняется, то создаются все условия для образования кислородной коррозии.

СКОРОСТЬ ПРОТЕКАНИЯ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛА В КИСЛОТАХ

AISI 430 AISI 444 AISI 304 AISI 316
Азотная кислота •• ••
Угольная кислота ••
Серная кислота ••• ••

• – 0,01-0,1 мм в год / незначительное воздействие
•• – 0,1-1,0 мм в год / заметное воздействие
••• – 1,0 мм в год / сильное воздействие
Информация о скорости коррозии металла предоставлена компанией JFE Steel Corporation.