Сплав 625, Grade 1 и Grade 2: состояние термообработки, а не уровень качества

Во многих стандартах на материалы больший номер Grade означает большую прочность или лучшее качество. Со сплавом 625 (UNS N06625) это не так. Кто заказывает Grade 2, считая его ступенью выше Grade 1, получает материал с пределом текучести на треть ниже.

Grade — это окончательная термообработка

ASTM делит сплав 625 на два Grade, и единственная разница между ними — температура последней термообработки перед поставкой.

Приведённые значения прочности относятся к бесшовным трубам (ASTM B444). Другие виды продукции — в следующем разделе.

Более высокая температура закалки даёт более крупное зерно. Крупное зерно немного уступает в прочности при комнатной температуре, но лучше сопротивляется ползучести под длительной нагрузкой при высокой температуре. Поэтому два Grade служат двум видам нагрузки:

• Коррозионностойкие конструкции от комнатной температуры до 1100 °F, например морская вода, химические процессы, скважинное оборудование: выбирайте Grade 1 ради прочности.
• Детали под длительной нагрузкой выше 1100 °F, например элементы печей и выхлопные системы: выбирайте Grade 2.

После закалки на твёрдый раствор Grade 2 можно дополнительно подвергнуть стабилизирующему отжигу при температуре не ниже 1800 °F (982 °C), чтобы повысить стойкость к сенсибилизации. Стандарты допускают его с этой операцией и без неё, поэтому, если она нужна, укажите её в заказе.

Минимальные значения зависят от вида продукции

Материал с маркировкой Grade 1 имеет разную минимальную прочность в виде тонкого листа, толстого листа и прутка большого диаметра. Таблица ниже сверена с каждым стандартом на продукцию. В каждой ячейке — временное сопротивление в ksi, предел текучести в ksi и относительное удлинение в %, всё минимальные значения.

В единицах СИ, как они напечатаны в стандартах: 120 ksi — это 827 МПа, 110 — 758, 100 — 690, 60 — 414, 55 — 379, 50 — 345 и 40 — 276. Только B705 печатает для 120, 60 и 40 ksi значения 825, 415 и 275.

Три вещи, на которые стоит обратить внимание:

• У Grade 1 есть нижняя ступень. Горячекатаный лист, пруток большого диаметра и поковки большого сечения имеют минимум временного сопротивления 110 ksi, а не 120.
• Grade 2 одинаков во всех видах продукции: 100 ksi временного сопротивления и 40 ksi предела текучести.
• Для прутка есть Grade 3. Закалка на твёрдый раствор, затем нагартовка, до 2,5 дюйма (63 мм), с минимумами 135 ksi (930 МПа) временного сопротивления, 100 ksi (690 МПа) предела текучести и 25 % удлинения. Он есть только в стандарте на пруток B446. У листа, труб и поковок такого Grade нет.

Авиационные спецификации AMS устанавливают собственные требования. Полное сравнение по видам продукции — на странице сплава 625.

Нет Grade в заказе — значит Grade 1

В разделах о заказе всех семи стандартов стоит одна и та же фраза: если Grade не указан, поставляется Grade 1.

Поэтому, если для высокотемпературной работы нужен Grade 2, а в заказе написано только «N06625, ASTM B444», поставщик, отгрузивший Grade 1, выполнил заказ полностью. Обратное тоже важно. Если для коррозионной работы при комнатной температуре написать Grade 2, материал придёт с более низким минимумом прочности, и расчётные значения, взятые для Grade 1, перестанут действовать.

Пять деталей, которые легко упустить

Значения в СИ — не стандартные значения. Стандарты на лист, трубы, пруток, поковки, сварные трубы указывают, что стандартными являются дюймово-фунтовые единицы, а значения СИ в скобках — справочный пересчёт. Те же 120 ksi напечатаны как 827 МПа в B704 и как 825 МПа в B705. Если приёмка обсуждается по метрическому протоколу испытаний и результат попадает в этот промежуток, действует дюймово-фунтовое значение.

Фитинг получает Grade от собственной термообработки. По ASTM B366 фитинги Grade 1 и Grade 2 могут изготавливаться из исходного материала любого из двух Grade. Разница — в испытаниях. Фитинги Grade 1 подлежат испытанию на растяжение от каждой партии. Фитинги Grade 2 освобождаются от него только тогда, когда в протоколе испытаний исходного материала указан Grade 2 и окончательная термообработка фитинга отвечает требованию к закалке на твёрдый раствор. Grade в сертификате на исходный материал — это не Grade фитинга.

Напряжение при гидроиспытании разное. Для бесшовных труб B444 испытательное давление рассчитывается по допускаемому напряжению 30 000 psi (207 МПа) для Grade 1 и 25 000 psi (172 МПа) для Grade 2.

У части материала нет гарантии механических свойств. Трубы «под горячую штамповку» и пруток «под ковку» поставляются только по химическому составу и контролю поверхности, без испытания на растяжение. Освобождены и очень тонкие лист и лента: предел текучести не нормируется при толщине менее 0,020 дюйма (0,508 мм), удлинение — менее 0,010 дюйма (0,254 мм).

Повторный нагрев меняет состояние. В стандартах есть примечание: горячая обработка или повторный отжиг могут существенно изменить свойства в зависимости от истории обработки и температур. Если вы покупаете Grade 2 и сами деформируете его в горячем состоянии, состояние после деформации нужно восстановить.

У титана Grade — это другой сплав

Стандарты ASTM на титан тоже используют это слово, но там каждый Grade — отдельный сплав со своим номером UNS и составом. Ниже — самые распространённые в стандарте на лист ASTM B265. Прочность в ksi, в скобках — МПа.

• У нелегированных Grade 1–4 больший номер прочнее, потому что допускается больше кислорода и железа. Плата — удлинение падает с 24 % до 15 %, а формовка становится труднее. Больший номер всё равно не означает более высокого уровня качества.
• Grade 23 слабее Grade 5. Это вариант Ti-6Al-4V с особо низким содержанием примесей внедрения: кислород снижен с 0,20 % до 0,13 %, для случаев, где нужна большая вязкость.
• Grade с индексом H (2H, 7H и другие) сохраняют тот же состав и только повышают минимум временного сопротивления до 58 ksi (400 МПа), в основном для сосудов под давлением.

Третье значение: уровень прочности

В мартенситностареющей стали 18Ni это слово означает ещё одно. По MIL-S-46850D Grade 200, 250, 300 и 350 — это номинальное временное сопротивление в ksi. Это и есть число в названиях 18Ni250, 18Ni300 и 18Ni350. В той же спецификации есть ещё Type I–IV — способ выплавки. В заказе нужно указать и то и другое.

Одно слово — три значения. Увидев «Grade», сначала проверьте, из какого он стандарта.