Дуплексные стали и их виды
Описание
Сталь Дуплекс
Важно обратить внимание, что двухфазной эту сталь называют потому, что она имеет в себе аустенитную и ферритную фазы.
Дуплексная нержавеющая сталь достаточно востребована. В последнее время она приобрела еще большую популярность. Ее производством занимаются многие производители. Этому предшествуют определенные причины:
- повышенная степень прочности, которая позволяет снизить массу изготавливаемых изделий;
- устойчивость к коррозионным процессам, особенно растрескиванию.
Примерно каждые два или три года проводятся конференции, посвященные дуплексу. На них происходит презентация интересных статей с глубоким техническим содержанием. Сегодня сталь дуплекс активно продвигают на рынке товаров, услуг. Регулярно на рынке появляются новые бренды, выпускающие этот продукт.
Несмотря на высокую долю оптимизма, согласно статистике, этого продукта около одного — трех процентов на рынке.
Общие сведения
Впервые идея создания продукта возникла в начале прошлого столетия. В 30-е годы осуществлена первая плавка. Заметный прирост доли применения материала заметен в последние годы. Это происходит благодаря усовершенствованию технологических процессов производства. Ранее было урегулировано содержание в продукции азота.
Аустенитные (AISI 304), ферритные (AISI 430) нержавейки просты в изготовлении. Легко обрабатываются. Состоят из одной фазы — аустенита или феррита. Они достаточно широко применяются в различных сферах. Каждый тип имеет свои технические минусы:
1. Аустенитные. Отличаются низкими прочностными характеристиками. Примерный предел текучести — 0,2% сразу после аустенизации 200 МПа. Продукт имеет низкую степень сопротивления коррозионному растрескиванию.
2. Ферритные. Характерны такие недостатки: минимальная прочность, которая немного больше, чем у предыдущего вида. Приблизительные границы текучести — 0,2% составляют 250 МПа. Продукт плохо сваривается при больших толщинах. Отличается хрупкостью при падении температурного режима.
Из-за повышенного содержания никеля в составе аустенитные нержавейки дорогие. Это делает продукт менее востребованным.
Идея создания рассматриваемого продукта состоит в выборе подходящего химического состава, при котором образуется похожий объем феррита, аустенита. Фазовый состав дает такие положительные качества:
1. Прочностные качества. Примерный предел текучести — 0,2%. Производители предлагают продукт после аустенизации — 400 — 450 МПа. Это сводит к минимуму сечение элементов. Вес изделия становится меньше. Имеет смысл в таких областях:
- сосуды, находящиеся под давлением, стальные баки;
- мосты.
2. Возможность сваривания больших толщин.
3. Высокая степень ударной вязкости. Выше, чем у ферритных нержавеек. Особенно четко прослеживается при низких температурных режимах: — 50 градусов по Цельсию. Может выдерживать до — 80 градусов по Цельсию.
4. Устойчивость перед коррозионным растрескиванием. Аустенитные нержавейки отличаются восприимчивостью к этому явлению. Современные материалы позволяют противостоять процессу. Преимущество важно при производстве таких конструкций:
- баки, предназначенные для нагрева горячей воды;.
- баки для пивоварения;.
- обогатительные установки;.
- каркасы бассейнов.
Посредством чего достигается равновесие дуплексных нержавеющих сталей?
Понять, как получается такой продукт можно благодаря сравнению состава двух видов: аустенитной — AISI 304 и ферритной — AISI 430 нержавеек.
Главные составляющие материалов можно подразделить на ферритизирующие, аустенизирующие. Каждый из них помогает формированию определенной структуры.
Ферритизирующие элементы выступают в виде Cr (хрома), Si (кремния), Mo (молибдена), W (вольфрама), Ti (титана), Nb (ниобия).
Аустенизирующие компоненты: C (углерод), Ni (никель), Mn (марганец), N (азот), Cu (медь).
| Структура | Марка | Обозначение по EN | Mo | Ni | Cr | N | S | P | Mn | Si | C |
| Аустенитная | 304 | 1,4301 | - | 8,0−10,5 | 17,5−19,5 | 0,11 | 0,015 | 0,045 | 2,00 | 1,00 | 0,07 |
| Ферритная | 430 | 1,4016 | - | - | 16,0−18,0 | - | 0,015 | 0,040 | 1,00 | 1,00 | 0,08 |
Марка AISI 430 имеет ферритизирующие элементы. Ее структура ферритная. Марка AISI 304 отличается аустенитной структурой за счет присутствия в составе никеля в количестве восьми процентов. Для получения дуплекса с присутствием каждой фазы около пятидесяти процентов нужен баланс аустенизирующих и ферритизирующих составляющих. В этом и состоит главная причина, почему концентрация никеля в таких нержавейках значительно ниже, чем в аустенитных.
| Марка | Номер по EN/UNS | Тип | Примерное содержание | ||||||
| Cr | Ni | Mo | N | Mn | W | Cu | |||
| Ferrinox255/ Uranus 2507Cu |
1.4507/ S32520/ S32550 |
Супер | 25 | 6,5 | 3,5 | 0,25 | - | - | 1,5 |
| Zeron 100 | 1.4501/ S32760 |
Супер | 25 | 7 | 3,2 | 0,25 | - | 0,7 | 0,7 |
| 2507 | 1.4410/ S32750 |
Супер | 25 | 7 | 4 | 0,27 | - | - | - |
| 2205 | 1.4462/ S31803/ S32205 |
Стандартная | 22 | 5,7 | 3,1 | 0,17 | - | - | - |
| 2304 | 1.4362/ S32304 |
Малолегированная | 23 | 4,8 | 0,3 | 0,10 | - | - | - |
| RDN 903 | 1.4482/ S32001 |
Малолегированная | 20 | 1,8 | 0,2 | 0,11 | 4,2 | - | - |
| DX 2202 | 1.4062/ S32202 | Малолегированная | 23 | 2,5 | 0,3 | 0,2 | 1,5 | - | - |
| LDX 2101 | 1.4162/ S32101 |
Малолегированная | 21,5 | 1,5 | 0,3 | 0,22 | 5 | - | - |
Некоторые, недавно появившиеся на современном рынке марки, для существенной минимизации присутствия никеля задействуют соединение марганца, азота. Это благотворно сказывается на формировании стоимости продукции.
По сей день технология производства таких нержавеек постепенно набирает обороты. Каждый производитель предлагает свою марку. Брендов, которые занимаются изготовлением, реализацией дуплексных сталей очень много. Немного позднее можно будет увидеть, как на рынок выходят производители-лидеры.
Устойчивость дуплекса к коррозионным процессам
Благодаря большому разнообразию материала при выявлении коррозионной устойчивости их приводят вместе с аустенитными, ферритными марками. Одинаковой меры стойкости к коррозии нет. Для классификации производителей можно пользоваться эквивалентом стойкости к питтинговой коррозии (PREN).
| Марка | Номер по EN/UNS | Тип | Ориентировочный PREN |
| 6% Mo | 1.4547/ S31254 |
Аустенитная | 44 |
| 2507 | 1.4410/ S32750 |
Дуплексная | 43 |
| Ferrinox 255/ Uranus 2507Cu |
1.4507/ S32520/ S32550 |
Дуплексная | 41 |
| Zeron 100 | 1.4501/ S32760 |
Дуплексная | 41 |
| 2205 | 1.4462/ S31803/ S32205 |
Дуплексная | 35 |
| 904L | 1.4539/ N08904 |
Аустенитная | 34 |
| DX2202 | 1.4062/ S32202 | Дуплексная | 27 |
| 2304 | 1.4362/ S32304 |
Дуплексная | 26 |
| 2101 LDX | 1.4162/ S32101 |
Дуплексная | 26 |
| 316L 2.5 Mo | 1.4435 | Аустенитная | 26 |
| 444 | 1.4521/ S44400 |
Ферритная | 24 |
| 316 | 1.4401/ S31600 |
Аустенитная | 24 |
| RDN 903 | 1.4482/ S32001 |
Дуплексная | 22 |
| 441 | 1.4509/ S43932 |
Ферритная | 19 |
| 304 | 1.4301/ S30400 |
Аустенитная | 19 |
| 430 | 1.4016/ S43000 |
Ферритная | 16 |
При выборе вида стали нужно обращать внимание на то, насколько она подходит для эксплуатации в той или иной коррозионной среде.
Коррозионное растрескивание
SCC — вид коррозии, появляющийся при воздействии целого набора внешних факторов:
- коррозионная среда;
- растягивающее напряжение;
- высокий температурный режим, составляющий до +50 градусов по Цельсию.
Сталь дуплекс, например, аустенитная, такая как AISI 304 и AISI 316 отличается восприимчивостью к коррозионному растрескиванию. Следующие материалы обладают более внушительной сопротивляемостью к растрескиванию:
- ферритные;
- дуплексные стали;
- аустенитные стали, отличающиеся высокой концентрацией никеля в составе.
Сопротивление коррозионному растрескиванию дает возможность использовать дуплекс во многих видах процессов, осуществляемых при высоких температурных режимах:
- применяют для изготовления водонагревающих конструкций;
- используют для производства баков, предназначенных для варения пива;
- задействуют для изготовления опреснительных установок.
Конструкции каркасов бассейнов из стали также известны своей склонностью к коррозионному растрескиванию. Применение для сварки простых аустенитных нержавеющих сталей категорически запрещено. Для этой процедуры подходят аустенитные стали, известные высокой концентрацией никеля в составе. Отличной альтернативой этому материалу является супер дуплексная сталь.
Причины, которые влияют на медленное повсеместное распространение дуплексных сталей
Высокая прочность, большой диапазон значений устойчивости перед коррозионными явлениями, средняя степень свариваемости — все это должно повысить уровень производства этого материала. Но, нужно понимать, что у таких сталей есть определенные недостатки. Они не дают дуплексным сталям полностью охватить рынок данных товаров.
Повышенная степень прочности считается одним из недостатков, когда дело касается технологичности обрабатывания сырья давлением. Это говорит о более низкой, чем у аустенитных сталей, способности к деформационным процессам. По этой причине материал непригоден для изготовления изделий, которым нужна высокая степень пластичности. Когда способность к данному виду деформации находится на допустимом уровне, для придания подходящей формы сырью, к примеру, при гибке труб, необходимо достаточное усилие. В отношении неудовлетворительной обрабатываемости резкой присутствует одно исключение из правил: марка LDX 2101, производитель Outokumpu.
Процесс плавки дуплексных сталей является достаточно сложным, трудоемким. При нарушении технологии производства может появляться больше количество нежелательных фаз.
Формирование сигма-фазы отмечается при дефиците скорости охлаждения во время производства, сварки. Если в стали преобладает большое количество легирующих элементов, то возрастает вероятность образования этой фазы. В данном случае самыми уязвимыми являются супер дуплексные стали.
Как правило, 475-градусная хрупкость отмечается во время образования фазы, которая носит название α′ (альфа-штрих). Этот температурный режим является опасным. Стоит отметить, что хрупкость может появляться и при температуре в 300 градусов по Цельсию. Это провоцирует появление определенных ограничений на максимальную температуру использования этого сырья. Нередко данное ограничение еще больше сужает круг возможных сфер использования.
Важно обратить внимание, что даже при минимально допустимом температурном режиме применения такого материала существуют определенные ограничения. Дуплексные стали при проверке на ударопрочность имеют хрупко-вязкий переход. Допустимый температурный режим проведения испытаний продукции, которая применяется для изготовления конструкций для шельфовой добычи нефти, газа, составляет — 46 градусов по Цельсию.
Обзор основных свойств дуплекса
Они следующие:
1. Прочность материала в несколько раз больше, чем у других видов.
2. Отличается внушительным диапазоном значений коррозионной устойчивости. Это дает возможность подобрать подходящую марку в зависимости от назначения.
3. Высокая степень ударной прочности составляет до — 80 градусов по Цельсию. Это значительно ограничивает область использования в криогенных средах.
4. Высокая степень устойчивости к коррозионному растрескиванию.
5. Отличная свариваемость больших сечений.
6. Появление некоторых трудностей при механической обработке, штамповке.
7. Максимальная температура применения рассматриваемого материала ограничена 300 градусами по Цельсию.
Цена этого материала доступна, поэтому его можно купить в нашей стране по хорошей стоимости. Он обладает множеством преимуществ. К примеру, стоимость двухфазного сырья значительно ниже, чем цена других нержавеющих металлов. Прочностные характеристики значительно выше, чем у продукта класса AISI 300. Это дает возможность использовать гораздо меньше сырья для одного и того же вида оборудования.
Сталь дуплекс активно применяется для автомобилестроения. Многие предприятия задействуют именно этот материал. Это позволяет создать модель транспорта, которая отвечает основным требованиям защиты, без увеличения массы изделия. При задействовании современных технологий и материалов, как правило, вес авто становится больше примерно на треть. Именно поэтому стоит применять двухфазные стали для значительного снижения веса транспортных средств. Одновременно с этим решается проблема безопасности. Дуплекс позволяет производить автомобили, которые отвечают всем основным нормам безопасности. При этом никакого удорожания конечного продукта благодаря использованию этого вида сырья не происходит.
