Stal Duplex: opis, dane techniczne i cechy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Dziś stal dupleks staje się coraz bardziej popularna. Praktycznie wszystkie firmy z branży metalurgicznej zajmują się produkcją tego rodzaju stopów nierdzewnych. Więcej o tym, czym jest stal duplex i jakie ma zalety, możesz przeczytać w tym artykule.

Informacje ogólne

Stal Duplex jest rozpoznawana na całym świecie. Jakie ma cechy? Po pierwsze, wysoka wytrzymałość tego materiału pozwala obniżyć ostateczną wagę każdego produktu. Po drugie słynie z ogromnej odporności na korozję. Jest to szczególnie widoczne, gdy rozważa się odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe.

Warto powiedzieć, że w chwili obecnej surowiec nie jest jeszcze znany producentom, dlatego co kilka lat odbywają się konferencje, na których rozważane są artykuły techniczne dotyczące wszystkich cech stali duplex. Jak dotąd, pomimo dość dużego zainteresowania tego typu produktami, udział w światowym rynku to zaledwie 1-3%.

Historia występowania

Warto zauważyć, że idea tworzeniastal duplex narodziła się w 1920 roku. Ale pierwszy materiał pojawił się dopiero w 1930 roku w Szwecji. Szerokie rozpowszechnienie i wykorzystanie tego rodzaju surowca rozpoczęło się dopiero w ostatniej dekadzie. Główną tego przyczyną jest fakt, że w ciągu tych lat technologia produkcji uległa znacznemu udoskonaleniu. W szczególności producenci byli w stanie dokładniej kontrolować zawartość azotu.

Aby zrozumieć zalety i dlaczego narodziła się stal nierdzewna typu duplex, musisz zrozumieć pozostałe dwa główne typy.

Stopy austenityczne, takie jak AISI 304 lub 08X18H10, a także gatunki ferrytyczne AISI 430 lub 12X17, są dość łatwe w produkcji. Jak sama nazwa wskazuje, składają się głównie z austenitu lub ferrytu. Chociaż są szeroko stosowane, mają wady techniczne.

Wady tradycyjnych stali

Jeśli mówimy o stalach austenitycznych, to do wad należy niska wytrzymałość, a także niska odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe. Jeśli chodzi o materiał ferrytyczny, jego wytrzymałość jest nieco wyższa, ale nadal „nie osiąga” ideału. Ponadto spawalność stali znacznie się pogarsza wraz ze wzrostem grubości materiału i staje się dość krucha w niskich temperaturach.

Kolejną małą wadą stopu austenitycznego jest zawartość niklu w składzie. Prowadzi to do wyższych kosztów produktu, z których oczywiście żaden konsument końcowy nie jest zadowolony.

Korzyści dupleksu

Pomysł stworzenia stali nierdzewnej typu duplex wziął się z chęci zrównania bazy ferrytycznej i austenitycznej w celu uzyskania nowego materiału o wyższej jakości. W przybliżeniu taka sama ilość stali ferrytycznej i austenitycznej przyniosła następujące korzyści:

• Wysoka wytrzymałość. Zakres granicy plastyczności przy 0,2% wyniesie 400 do 450 MPa, czyli o 150 do 200 MPa więcej niż można zaobserwować w przypadku stopów austenitycznych lub ferrytycznych. Doprowadziło to do tego, że możliwe jest zmniejszenie grubości produktu, nie tracąc przy tym na wytrzymałości. A zmniejszenie grubości spowodowało zmniejszenie masy końcowej. Jest to bardzo ważne w dziedzinie konstrukcji budowlanych, zbiorników i zbiorników ciśnieniowych.
• Jakie są zalety stali duplex oprócz wytrzymałości? Spawalność metalu jest całkiem dobra nawet przy dużych grubościach.
• Wysoka udarność. Dużo lepsze niż stopy ferrytyczne. Jest to szczególnie widoczne, gdy temperatura otoczenia spada do -50, a czasami do -80 stopni Celsjusza.
• Wysoka odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe. Materiały austenityczne są bardzo podatne na tę wadę. Ten parametr odgrywa ważną rolę w branżach takich jak zbiorniki browarnicze, koncentratory, ramy basenów.
• Kotły ze stali Duplex są znacznie bardziej niezawodne niż kotły austenityczne.

Pękanie

Obecnie regularnestal narażona jest na taką wadę jak pękanie korozyjne lub SCC - naprężeniowe pękanie korozyjne. Ten rodzaj korozji zwykle występuje w określonych warunkach. Czynnikiem sprawczym może być silne naprężenie rozciągające, podwyższona temperatura (50 stopni Celsjusza powyżej zera). A jeśli mówimy o basenach, to ze względu na stałe narażenie na działanie wody ten rodzaj korozji może wystąpić nawet przy 25 stopniach.

Ta wada ma duży wpływ na gatunki stali austenitycznej. Pod tym względem bardziej niezawodny jest stop ferrytyczny, podobnie jak stal nierdzewna typu duplex a890 3a zgodnie z ASTM i innymi gatunkami. Wysoki współczynnik oporu pozwala na wykorzystanie tego materiału w produkcji podgrzewaczy wody, kadzi warzelnych, odsalalni. Czyli tam, gdzie występuje podwyższona temperatura i kontakt z cieczami.

Z powodu tej wady całkowicie zabrania się wykonywania ram basenowych ze zwykłych stali austenitycznych. Wcześniej konieczne było zastosowanie stopu o bardzo wysokiej zawartości niklu, co prowadziło do wzrostu kosztu produktu. Obecnie można stosować stal duplex lub super duplex.

Materiał dupleksowy „Super” i „Hyper”

Warto powiedzieć, że jeśli dodasz nikiel do ferrytycznej stali chromowej, możesz uzyskać mieszaną strukturę bazową. Oznacza to, że będzie zawierał zarówno austenit, jak i ferryt. Jak już stało się jasne, właśnie taką mieszankę zaczęto nazywać materiałem dupleksowym. Przedrostki „super” lub „hiper” stal duplex wskazują, że surowiec zawiera zwiększonąilość składników stopowych. Wskazuje to na jeszcze większą odporność na korozję niż w przypadku materiałów konwencjonalnych.

Stale duplex "Super" i "hiper" są dość aktywnie wykorzystywane w sprzęcie do produkcji gazu. Ponadto surowce są wykorzystywane w przemyśle spożywczym, chemicznym, budowlanym, a nawet medycznym.

Materiał spawalniczy

Pomimo dobrej spawalności tego produktu, należy przestrzegać pewnych zasad. Przed rozpoczęciem spawania zwróć uwagę na:

• aby zapewnić dobrą jakość penetracji materiału, szczelina u nasady złącza i kąt cięcia krawędzi powinny być nieco większe niż w przypadku zwykłej stali;
• połączenie, a także metal wokół tego miejsca, zaleca się dokładnie oczyścić z wszelkich zanieczyszczeń;
• Można stosować wyłącznie szczotki wykonane z drutu metalowego odpornego na korozję;
• Elektroda spawalnicza musi być sucha.

Podczas spawania stali duplex należy przestrzegać następujących zasad:

• Bardzo ważne jest monitorowanie takiego parametru, jak dopływ ciepła. Nie powinien być za niski lub odwrotnie, za wysoki. W przypadku zwykłej stali duplex podczas spawania należy przestrzegać zakresu 0,5-2,5 kJ/mm. Ponadto temperatura międzyściegowa nie powinna przekraczać 200 stopni Celsjusza.
• Z tyłu spoiny nie powinien pojawić się żużel. Tutaj bardzo ważne jest, aby wybrać odpowiedni gaz, który ochroni korzeń szwu. Najczęściej stosowaną mieszaniną gazów do celów ochronnych jest argon o wysokiej czystości i wodór lub azot.
• Spawanie powinno być wykonywane wyłącznie przez wysoko wykwalifikowaną osobę. Wynika to z faktu, że w miejscach przypaleń metal znacznie zwiększy skłonność do korozji, a także istnieje duże prawdopodobieństwo pękania.
• Podczas spawania nie należy wywoływać szerokich poprzecznych drgań elektrody. Może to prowadzić do zbyt dużego dopływu ciepła, co będzie sprzeczne z zasadami.

Praca po spawaniu

Istnieją pewne wytyczne, których należy przestrzegać po spawaniu.

• Aby zapewnić wysoką ochronę przed korozją metalu spoiny, należy go dokładnie wyczyścić. Konieczne jest całkowite usunięcie warstwy tlenku i usunięcie wszelkich pozostałości żużla.
• Szczotkowanie odbywa się wyłącznie ręcznie i wyłącznie szczotką drucianą o właściwościach antykorozyjnych. Jeśli używane są urządzenia mechaniczne, może to prowadzić do mikrorozdarcia w obszarze szwu, co zmniejszy jego wytrzymałość.
• Najczęściej nie jest wymagana obróbka cieplna spoiny po spawaniu.

Niedociągnięcia surowców

Pomimo rozpowszechnienia materiału i jego pozornie oczywistych i znaczących zalet, wciąż nie zyskał on powszechnego uznania i prawdopodobnie nigdy nie zdobędzie wiodącej pozycji na rynku. Wynika to z kilku wad,które warto poznać. Dzięki nim taki stop zawsze będzie „niszowy”.

Od razu warto zacząć od wysokiej wytrzymałości materiału. Wydawałoby się to znaczną zaletą, ale staje się ogromną wadą, gdy zachodzi konieczność obróbki metalu środkami mechanicznymi lub ciśnieniem. Kolejną wadą wysokiej wytrzymałości jest silne zmniejszenie możliwości odkształceń plastycznych. Z tego powodu surowce duplex nie nadają się do produkcji jakichkolwiek produktów, które muszą mieć wysoką ciągliwość.

Nawet jeśli wydaje się, że plastyczność jest na akceptowalnym poziomie do pracy, nadal trzeba włożyć wiele wysiłku. Z tego powodu stale duplex i stopy do armatury olejowej i gazowej nie są szeroko stosowane.

Następną wadą jest duża złożoność technologiczna wytapiania stali nierdzewnej typu duplex. Materiał austenityczny i ferrytyczny jest znacznie łatwiejszy do topienia. Jeśli technologia produkcji zostanie naruszona, zwłaszcza podczas procesu obróbki cieplnej, w materiale powstaną inne fazy oprócz austenitu i ferrytu, co jest całkowicie niepożądane. Najczęściej występuje faza sigma lub kruchość 475 stopni.

Niepożądane fazy w surowcach

Faza Sigma powstaje w takim produkcie w temperaturze 1000 stopni Celsjusza i wyższej. Zazwyczaj te temperatury występują, gdy proces chłodzenia po spawaniu lub podczas produkcji nie jest wystarczająco szybki. Ponadto więcej pierwiastków stopowych będzie zawartych wskład, tym większe prawdopodobieństwo pojawienia się takiej fazy. Innymi słowy, tworzenie stali super duplex lub hyper duplex jest niezwykle trudne.

Jeśli chodzi o kruchość 475 stopni, pojawia się ona w przypadku tworzenia się fazy zwanej udarem alfa. Jak sama nazwa wskazuje, najbardziej niebezpieczna temperatura to 475 stopni Celsjusza, ale problem może pojawić się również przy znacznie niższych wartościach, około 300 stopni. Z tego powodu na produkty z tego rodzaju surowca nakładane jest maksymalne ograniczenie temperatury. Oczywiście z tego powodu zakres stali jest jeszcze bardziej zawężony.

Na podstawie wszystkich powyższych informacji możemy wyciągnąć taki wniosek. Gatunki stali duplex są dobrym rozwiązaniem i zamiennikiem standardowych materiałów, ale w bardzo wąskim zakresie.

Wyniki

Stop Duplex jest znacznie rzadziej stosowany niż inne rodzaje metali. Jest jednak popularny w niektórych obszarach. Najczęściej znajduje zastosowanie w przemyśle petrochemicznym, motoryzacyjnym oraz przy produkcji basenów. Doskonała spawalność, odporność na korozję i wysoka odporność na zużycie sprawiają, że ten materiał jest prawdziwym odkryciem dla wielu.