Hvad er duplex rustfrit stål
Duplex rustfrit stål kaldes "duplex", fordi dets metallografiske mikrostruktur består af to typer rustfrit stålkorn, ferrit og austenit. Når duplex rustfrit stål smelter, størkner det først til en komplet ferritstruktur, når det størkner fra flydende tilstand. Når materialet afkøles til stuetemperatur, omdannes omkring halvdelen af ferritkornene til austenitkorn. Som et resultat heraf består ca. 50% af mikrostrukturen af austenitfase og 50% af ferritfase.
Styrken af duplex rustfrit stål er cirka dobbelt så stor som konventionelt austenitisk rustfrit stål eller ferritisk rustfrit stål. Derfor kan designere reducere tykkelsen af tynde vægge i visse applikationer. Følgende figur sammenligner flydespændingen for flere duplex rustfrit stål og 316L austenitisk rustfrit stål i temperaturområdet stuetemperatur til 300 ℃. Selvom duplex rustfrit stål har høj styrke, udviser de god plasticitet og sejhed. Sejheden og duktiliteten af duplex rustfrit stål er betydeligt bedre end dem af ferritisk rustfrit stål og kulstofstål, og det bevarer en god sejhed selv ved meget lave temperaturer såsom -40 ℃/F. Men det kan stadig ikke nå det fremragende niveau af austenitisk rustfrit stål.
Korrosionsbestandigheden af rustfrit stål afhænger hovedsageligt af dets kemiske sammensætning. I de fleste anvendelsesmiljøer udviser duplex rustfrit stål høj korrosionsbestandighed på grund af dets høje chromindhold, hvilket er fordelagtigt til oxiderende syrer, og tilstrækkelige mængder af molybdæn og nikkel til at modstå korrosion i medium reducerende sure medier.
Duplex rustfrit ståls evne til at modstå chloridiongruber og sprækkekorrosion afhænger af dets indhold af krom, molybdæn, wolfram og nitrogen. Det relativt høje indhold af chrom, molybdæn og nitrogen i duplex rustfrit stål giver dem fremragende modstandsdygtighed over for kloridgruber og sprækkekorrosion. De har en række forskellige korrosionsbestandige egenskaber, lige fra kvaliteter svarende til 316 rustfrit stål korrosionsbestandighed, såsom økonomisk duplex rustfrit stål 2101, til kvaliteter svarende til 6% molybdæn rustfrit stål korrosionsbestandighed, såsom SAF2507.
Dobbeltfaset rustfrit stål har fremragende modstand mod spændingskorrosionsrevner (SCC), som nedarves fra ferritsiden. Alle duplex rustfrit stål har væsentlig bedre modstandsdygtighed over for kloridspændingskorrosion end 300-seriens austenitiske rustfrie stål. Standard austenitiske rustfri stålkvaliteter såsom 304 og 316 kan undergå spændingskorrosionsrevner under forhold med chloridioner, fugtig luft og forhøjede temperaturer. I mange applikationer i den kemiske industri, hvor der er høj risiko for spændingskorrosion, anvendes duplex rustfrit stål derfor ofte i stedet for austenitisk rustfrit stål.
Mellem austenitisk rustfrit stål og ferritisk rustfrit stål, men tættere på ferritisk rustfrit stål og kulstofstål. Sammenlignet med austenitiske rustfrie stålkvaliteter med samme korrosionsbestandighed, har duplex rustfrit stål lavere nikkel- og molybdænindhold. Grundet det lave indhold af legeringselementer kan duplex rustfrit stål have en fordel i prisen, især når legeringstillægget er højt. På grund af den høje flydespænding af duplex rustfrit stål kan dets tværsnitsstørrelse desuden ofte reduceres. Sammenlignet med brug af austenitisk rustfrit stål kan brug af duplex rustfrit stål reducere omkostninger og vægt betydeligt.
Dobbeltfaset rustfrit stål har en historie på over 80 år. Tidlige kvaliteter var legeringer af chrom, nikkel og molybdæn. Det første parti smedet og valset duplex rustfrit stål blev produceret i Sverige i 1930 og brugt i sulfitpapirindustrien. Disse kvaliteter blev udviklet til at reducere intergranulære korrosionsproblemer i tidligt austenitisk rustfrit stål med højt kulstofindhold. I 1930 producerede Finland duplex støbegods i rustfrit stål. Forgængeren til Uranus 50 blev patenteret i Frankrig i 1936. Efter Anden Verdenskrig blev AISI 329 rustfrit stål en moden kvalitet og blev meget brugt i varmevekslerrørledninger til salpetersyreanlæg. 3RE60 er en af den første generation af dupleks rustfri stålkvaliteter udviklet specifikt til at forbedre dens modstandsdygtighed over for chloridspændingskorrosion (SCC). Senere blev både smedet og støbt duplex rustfrit stål i forskellige forarbejdningsindustrier, herunder beholdere, varmevekslere og pumper.
Den første generation af duplex rustfrit stål har god ydeevne, men har begrænsninger i den svejste tilstand. Den varmepåvirkede zone (HAZ) af svejsesømmen har lav sejhed på grund af overdreven ferrit, og dens korrosionsbestandighed er betydeligt lavere end basismetallets. Disse begrænsninger begrænser anvendelsen af første generation af dupleks rustfrit stål til visse specifikke anvendelser i ikke-svejsede tilstande. Opfindelsen af raffinering af rustfrit stål og argon oxygen decarburization (AOD) proces i 1968 gjorde det muligt at producere en række nye rustfri stålkvaliteter. Et af de mange fremskridt, som AOD har medført, er den bevidste tilsætning af nitrogen som et legeringselement. Tilføjelse af nitrogen til duplex rustfrit stål kan gøre HAZ's sejhed og korrosionsbestandighed i svejset tilstand tæt på grundmaterialets egenskaber. Med forbedringen af austenitstabiliteten reducerer nitrogen også dannelseshastigheden af skadelige intermetalliske faser. Nitrogenholdigt duplex rustfrit stål kaldes andengenerations duplex rustfrit stål. Denne nye kommercialiseringsfremgang begyndte i slutningen af 1970'erne, faldende sammen med udviklingen af offshore olie- og gasfelter i Nordsøen og markedsefterspørgslen efter rustfrit stål med fremragende modstandsdygtighed over for chloridionkorrosion, god bearbejdningsydelse og høj styrke. 2205 er blevet den vigtigste kvalitet af andengenerations duplex rustfrit stål og er meget udbredt i offshore olieplatforms gasopsamlingsrørledninger og behandlingsfaciliteter. På grund af dette ståls høje styrke kan vægtykkelsen reduceres, hvorved vægten af platformen reduceres. Derfor har anvendelsen af dette rustfri stål stor appel.
Dobbeltfaset rustfrit stål inkluderer en række kvaliteter med forskellige korrosionsbestandighedskarakteristika, og dets korrosionsbestandighed afhænger af deres legeringssammensætning. I henhold til korrosionsbestandighed er moderne duplex rustfrit stål opdelt i fem kategorier:
1. Økonomisk duplex rustfrit stål uden bevidst tilsætning af molybdæn, såsom 2304;
2. Økonomisk duplex rustfrit stål indeholdende molybdæn, såsom S32003;
Standard duplex rustfrit stål med et Cr-indhold på ca. 22% og et Mo-indhold på 3%, såsom 2205, er hovedkvaliteten, der tegner sig for ca. 60% af duplex-rustfrit stålforbruget;
3. Super duplex rustfrit stål med et Cr-indhold på ca. 25% og et Mo-indhold på 3%, med en PREN-værdi på 40-45, såsom 2507; 5. Super duplex rustfrit stål med højere Cr- og Mo-indhold end super duplex rustfrit stål, PREN-værdi større end 45, såsom S32707
Den lokale korrosionsbestandighed af rustfrit stål er stærkt korreleret med indholdet af legeringselementer. De elementer, der kan øge modstanden mod grubetæring, er hovedsageligt Cr, Mo og NW Selvom W ikke er almindeligt anvendt, er dets effektive bidrag omkring halvdelen af Mo (i vægtprocent). Forholdet mellem rustfrit ståls relative pitting-modstand i chloridionopløsning og sammensætningen af rustfrit stål kan beskrives ved en empirisk ligning kaldet pitting-resistensækvivalenttal (PREN). PREN-beregningsformlen for austenitisk rustfrit stål og duplex rustfrit stål er som følger: PREN (pitting-korrosionsækvivalent)=% Cr+3.3 (% Mo+0.5% W)+16% N
Det antages generelt, at god ydeevne kan opnås, når forholdet mellem ferritfase og austenitfase i duplex rustfrit stål er 30% til 70%. Duplex rustfrit stål anses dog ofte for at have nogenlunde lige store andele af ferrit og austenit. I den nuværende kommercielle produktion, for at opnå optimal sejhed og forarbejdningsegenskaber, har andelen af austenit en tendens til at være lidt højere. Interaktionerne mellem de vigtigste legeringselementer, især chrom, molybdæn, nitrogen og nikkel, er meget komplekse. For at opnå en stabil bifasisk struktur, der er befordrende for forarbejdning og fremstilling, er det nødvendigt at være opmærksom på det passende indhold af hvert element.
Ud over faseligevægt er det andet store problem vedrørende duplex rustfrit stål og dets kemiske sammensætning dannelsen af skadelige intermetalliske faser ved forhøjede temperaturer. σ-fasen og χ-fasen er dannet i rustfrit stål med højt krom og højt molybdænindhold og præcipiterer fortrinsvis i ferritfasen. Tilsætningen af nitrogen forsinkede i høj grad dannelsen af disse faser. Derfor er det meget vigtigt at opretholde en tilstrækkelig mængde nitrogen i den faste opløsning. Med den stigende erfaring med fremstilling af duplex rustfrit stål er folk i stigende grad opmærksomme på vigtigheden af at kontrollere et snævert udvalg af komponenter.
Det oprindelige sammensætningsområde for 2205 duplex rustfrit stål (UNS S31803) var for bredt. Erfaring har vist, at for at opnå optimal korrosionsbestandighed og undgå dannelse af intermetalliske faser, bør chrom-, molybdæn- og nitrogenindholdet i S31803 holdes ved den øvre og midterste grænse af indholdsområdet. Dette har ført til introduktionen af det forbedrede 2205 duplex stål UNS S32205 med et snævrere sammensætningsområde. Sammensætningen af S32205 er typisk for det kommercialiserede 2205 duplex rustfrit stål i dag.
Hvad er 2205 duplex rustfrit stål
2205 duplex rustfrit stål er et (austenitisk ferritisk) duplex rustfrit stål bestående af 22% krom, 3% molybdæn og 4.5% nikkelnitrogenlegering (benævnt 2205 dupleksstål). I sin faste opløsningsstruktur udgør ferrit- og austenitfaserne omkring halvdelen hver, og minimumsfaseindholdet skal generelt nå op på 30 %. Derfor har den ydeevneegenskaberne for både ferrit og austenitisk rustfrit stål. 2205 duplex rustfrit stål er et nitrogendoteret duplex rustfrit stål med høj styrke, god slagfasthed og fremragende overordnet og lokal spændingskorrosionsbestandighed. 2205 duplex stål er særligt velegnet til temperaturområdet -50 ° F/+600 ° F. Anvendelser ud over dette temperaturområde kan også overveje denne legering.
Hovedtræk ved 2205 duplex rustfrit stål er, at dets flydespænding kan nå 400-550 MPa, hvilket er dobbelt så meget som almindeligt austenitisk rustfrit stål. Denne egenskab gør det muligt for designere at reducere vægten, når de designer produkter, og dermed spare materialer. Denne legering har en prisfordel i forhold til 316317L og reducerer udstyrsfremstillingsomkostningerne. Med hensyn til korrosionsbestandighed, især under barske medium miljøer såsom havvand med højt chloridionindhold, er modstanden mod grubetæring, sprækkekorrosion, spændingskorrosion og korrosionstræthed af duplex rustfrit stål betydeligt bedre end for almindeligt austenitisk rustfrit stål, og kan sammenlignes med højlegeret austenitisk rustfrit stål. På grund af de særlige ydeevneegenskaber for 2205 duplex stål omfatter produkttyperne stang, tråd, svejset rør, sømløse rør, stålplade, smedet materiale, bånd osv. Det har en bred vifte af anvendelser og er stadig den mest udbredte kvalitet i duplex stål.
Fysiske og mekaniske egenskaber af 2205 duplex rustfrit stål
Massefylde: 8.0 g/cm3. Trækstyrke: σ b ≥ 620Mpa. Flydestyrke: σ 0.2 ≥ 450Mpa, forlængelsesgrad: δ ≥ 25%.
Korrosionsbestandighed af 2205 duplex rustfrit stål
Ensartet korrosion: På grund af chromindholdet (22 %), molybdænindhold (3 %) og nitrogenindhold (0.18 %) i 2205 duplex stål er dets korrosionsbestandighed overlegen i forhold til 316L og 317L i de fleste miljøer.
Lokaliseret korrosionsbestandighed: Indholdet af krom, molybdæn og nitrogen i 2205 dupleksstål gør det meget modstandsdygtigt over for punktkorrosion og sprækkekorrosion i oxiderende og sure opløsninger.
Spændingskorrosionsbestandighed: Den dobbeltfasede mikrostruktur af 2205 dupleksstål hjælper med at forbedre modstandsdygtigheden over for spændingskorrosionsrevner i rustfrit stål. Under visse temperatur-, stress-, oxygen- og chloridforhold vil austenitisk rustfrit stål undergå chloridspændingskorrosion. På grund af vanskeligheden ved at kontrollere disse forhold er brugen af 304L, 316L og 317L begrænset i denne henseende. Korrosionstræthedsbestandighed: Den høje styrke og korrosionsbestandighed af 2205 duplex stål giver det et højt niveau af korrosionstræthedsbestandighed. Behandlingsudstyr er modtageligt for korrosive miljøer og belastningscyklusser, og egenskaberne for 2205 er meget velegnede til sådanne applikationer.
Anvendelsesområder af 2205 duplex rustfrit stål
Anvendelsesområder for 2205 dupleksstål: neutralt kloridmiljø, raffineringsindustri, petrokemisk og kemisk industri, kemisk industri, transportrørledninger, petroleums- og naturgasindustri, pulp- og papirindustri, gødningsindustri, urinstofindustri, fosfatgødningsindustri, havvandsmiljø, energi og miljøbeskyttelsesindustrien, let industri og fødevareindustrien, udstyr til fødevare- og medicinalindustrien, højstyrke strukturelle komponenter, undersøiske rørledninger, røggasafsvovling, infiltrationsafsaltningsudstyr, svovlsyreanlæg, skibstekniske befæstelser mv.
Som en speciel type stål er 2205 overlegen i forhold til almindeligt rustfrit stål i både hårdhed og ydeevne.