Дуплексная нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь, имеющая как аустенитную, так и ферритную фазы

Слиток дуплексной нержавеющей стали 2507

Дуплексные нержавеющие стали ^{[1] [2] [3] [4] [5]} — это семейство нержавеющих сталей . Их называют дуплексными (или аустенитно-ферритными), поскольку их металлургическая структура состоит из двух фаз: аустенита (гранецентрированная кубическая решетка) и феррита (объемноцентрированная кубическая решетка) примерно в равных пропорциях. Они разработаны для обеспечения лучшей коррозионной стойкости, в частности, хлоридной коррозии под напряжением и хлоридной точечной коррозии, а также более высокой прочности, чем стандартные аустенитные нержавеющие стали, такие как тип A2/304 или A4/316 . Основные различия в составе по сравнению с аустенитной нержавеющей сталью заключаются в том, что дуплексные стали имеют более высокое содержание хрома, 20–28%; более высокое содержание молибдена, до 5%; более низкое содержание никеля, до 9% и 0,05–0,50% азота. Как низкое содержание никеля, так и высокая прочность (позволяющая использовать более тонкие секции) дают значительные преимущества в стоимости. Поэтому они широко используются в оффшорной нефтегазовой промышленности для трубопроводных систем, коллекторов, стояков и т. д., а также в нефтехимической промышленности в виде трубопроводов и сосудов под давлением. В дополнение к улучшенной коррозионной стойкости по сравнению с серией 300 дуплексные нержавеющие стали также имеют более высокую прочность. Например, нержавеющая сталь типа 304 имеет условный предел текучести 0,2% в районе 280 МПа (41 ksi), дуплексная нержавеющая сталь 22%Cr имеет минимальный условный предел текучести 0,2% около 450 МПа (65 ksi), а супердуплексная марка - минимум 550 МПа (80 ksi). ^[6]

Марки дуплексных нержавеющих сталей

Микроструктуры четырех видов дуплексной нержавеющей стали в каждом направлении

Дуплексные нержавеющие стали обычно делятся на три группы в зависимости от их стойкости к точечной коррозии, характеризуемой числом эквивалентности стойкости к точечной коррозии, PREN = %Cr + 3,3  %Mo + 16  %N . ^[7]

Стандартный дуплекс (диапазон PREN: 28–38)

Обычно класс EN 1.4462 (также называется 2205). Он типичен для среднего диапазона свойств и, возможно, является наиболее используемым сегодня.

Супердуплекс (диапазон PREN: 38–45)

Обычно класс EN 1.4410 вплоть до так называемых гипердуплексных классов (PREN: >45), разработанных позже для удовлетворения особых требований нефтегазовой и химической промышленности. Они обеспечивают превосходную коррозионную стойкость и прочность, но их сложнее обрабатывать, поскольку более высокое содержание Cr , Mo , N и даже W способствует образованию интерметаллических фаз, которые резко снижают ударную стойкость стали. Неправильная обработка приведет к низкой производительности, и пользователям рекомендуется иметь дело с надежными поставщиками/переработчиками. ^[8] Области применения включают глубоководную добычу нефти на шельфе.

Тощие дуплексные сорта (диапазон PREN: 22–27)

Обычно класс EN 1.4362 был разработан совсем недавно для менее требовательных применений, особенно в строительной отрасли. Их коррозионная стойкость ближе к стандартной аустенитной марке EN 1.4401 (с плюсом по стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением), а их механические свойства выше. Это может быть большим преимуществом, когда важна прочность. Это касается мостов, сосудов под давлением или стяжек.

Химический состав

Химический состав марок по стандарту EN 10088-1 (2014) приведен в таблице ниже: ^[9]

Механические свойства

Механические свойства согласно европейскому стандарту EN 10088-3 (2014) ^[9] (для толщины изделия менее 160  мм):

*для толщины ≤ 5 мм (0,20 дюйма)

Минимальные значения предела текучести примерно в два раза выше, чем у аустенитных нержавеющих сталей .

Поэтому дуплексные марки привлекательны, когда важны механические свойства при комнатной температуре, поскольку они позволяют изготавливать более тонкие секции.

475 °C охрупчивание

Карта EBSD с исключенными зернами аустенита (белая). Масштабная линейка составляет 500 мкм. Цвета обозначают ориентацию кристаллов и берутся из обратной полюсной фигуры в нижнем правом углу. Дуплексная нержавеющая сталь широко используется в промышленности, поскольку она обладает превосходной стойкостью к окислению, но может иметь ограниченную прочность из-за большого размера ферритного зерна, и они закалены и склонны к охрупчиванию при температурах от 280 до 500 °C, особенно при 475 °C, где происходит спинодальный распад пересыщенного твердого раствора феррита на богатую железом нанофазу ( ) и богатую хромом нанофазу ( ), сопровождающийся выделением G-фазы, ^{[13] [14] [15]} что делает ферритную фазу предпочтительным местом зарождения микротрещин. ^[16] ${\displaystyle {\acute {a}}}$ ${\displaystyle {\acute {a}}{\acute {}}}$

Термическая обработка

Дуплексные марки нержавеющей стали необходимо охлаждать до комнатной температуры как можно быстрее после горячей формовки, чтобы избежать осаждения интерметаллических фаз (в частности, сигма-фазы), которые резко снижают ударную вязкость при комнатной температуре, а также коррозионную стойкость. ^[17]

Легирующие элементы Cr, Mo, W, Si повышают стабильность и образование интерметаллических фаз. Поэтому супердуплексные марки имеют более высокий диапазон температур горячей обработки и требуют более высоких скоростей охлаждения, чем бедные дуплексные марки.

Применение дуплексных нержавеющих сталей

Дуплексные нержавеющие стали обычно выбирают из-за их высоких механических свойств и хорошей или очень высокой коррозионной стойкости (особенно к коррозионному растрескиванию под напряжением).

• Архитектура
  • Здание на набережной Стокгольма ^[18]
  • Лувр Абу-Даби ^[19]
  • Саграда Фамилия ^[20]
• Инфраструктура:
  • Мост Хеликс , Сингапур ^[21]
  • Мост Кала Галдана ^[22]
  • Мост и подводный туннель Гонконг-Чжухай-Макао ^[23]
  • морские стены, пирсы и т. д.
  • туннели
• Нефть и газ :
  • широкий спектр оборудования: выкидные линии, коллекторы, стояки, насосы, клапаны и т. д. ^[24]
• Целлюлозно-бумажная промышленность :
  • варочные котлы, сосуды под давлением, резервуары для жидкости и т. д. ^[25]
• Химическая инженерия:
  • сосуды под давлением, теплообменники, конденсаторы, дистилляционные колонны, мешалки, морские танкеры-химовозы и т. д. ^[26]
• Вода:
  • опреснительные установки, большие резервуары для хранения воды, очистка сточных вод ^[27]
• Возобновляемая энергия: Биогазовые резервуары
• Подвижность: трамвайные и автобусные рамы, автоцистерны, вагоны для перевозки железной руды ^[5]
• Машиностроение: насосы, клапаны, фитинги, пружины и т. д.

Дальнейшее чтение

• TMR Stainless. Практические рекомендации по изготовлению дуплексных нержавеющих сталей. 3-е изд. Международная ассоциация молибдена (IMOA); 2014.

Смотрите также

• Дуплексная нержавеющая сталь, подвергнутая старению
• Спинодальный распад

Ссылки

1. Пекнер, Дональд; Бернстайн, ИМ (1977). "глава 8". Справочник по нержавеющим сталям . McGraw Hill. ISBN 9780070491472.
2. Лакомб, П.; Бару, Б.; Беранже, Г. (1990). «глава 18». Les Aciers Inoxydables . Les Editions de Physique. ISBN 2-86883-142-7.
3. Международная ассоциация молибдена (IMOA) (2014). Практические рекомендации по изготовлению дуплексных нержавеющих сталей (PDF) . ISBN 978-1-907470-09-7– через www.imoa.info.
4. Charles, Jacques (2010). Труды конференции по дуплексной нержавеющей стали, Бон (2010). EDP Sciences, Париж. стр. 29–82. Архивировано из оригинала 2022-05-06 . Получено 2019-10-27 .
5. Международный форум по нержавеющей стали (2020). «Дуплексные нержавеющие стали» (PDF) .
6. Доктор Джеймс Фриц. «Практическое руководство по использованию дуплексных нержавеющих сталей». Институт никеля .
7. Британская ассоциация нержавеющей стали. «Расчет эквивалентного числа стойкости к точечной коррозии (PREN)» . bssa.org.uk.
8. "Центр знаний — Sandvik Materials Technology". www.materials.sandvik . Получено 25.03.2019 .
9. "Стандарт доступен в магазине BSI".
10. "Марки нержавеющей стали, перечисленные в международном стандарте ISO 15510:2010 Сравнительные обозначения марок с аналогичным составом из других важных стандартов. (перечислены по типу структуры стали и по возрастанию промежуточного трехзначного кода наименования ISO)" (PDF) . Международный форум по нержавеющей стали . Получено 10 марта 2023 г. .
11. Мохамед Коко, А. (2022). Характеристика in situ полного поля концентраций деформации (двойники деформации, полосы скольжения и трещины) (диссертация на степень доктора философии). Оксфордский университет.
12. Коко, Абдалраман; Элмукашфи, Элсиддиг; Беккер, Торстен Х.; Карамчед, Фани С.; Уилкинсон, Ангус Дж.; Марроу, Т. Джеймс (2022-10-15). "In situ характеристика полей деформации внутризеренных полос скольжения в феррите с помощью высокоразрешающей дифракции обратного рассеяния электронов". Acta Materialia . 239 : 118284. doi : 10.1016/j.actamat.2022.118284 . ISSN  1359-6454.
13. Örnek, Cem; Burke, MG; Hashimoto, T.; Engelberg, DL (апрель 2017 г.). «748 K (475 °C) Охрупчивание дуплексной нержавеющей стали: влияние на микроструктуру и поведение при разрушении». Metallurgical and Materials Transactions A. 48 ( 4): 1653–1665. Bibcode : 2017MMTA...48.1653O. doi : 10.1007/s11661-016-3944-2 . ISSN  1073-5623. S2CID  136321604.
14. Weng, K. L; Chen, H. R; Yang, J. R (2004-08-15). «Низкотемпературная старческая хрупкость в дуплексной нержавеющей стали 2205». Materials Science and Engineering: A. 379 ( 1): 119–132. doi :10.1016/j.msea.2003.12.051. ISSN  0921-5093.
15. Битти, Х. Дж.; Верснидер, Ф. Л. (июль 1956 г.). «Новая сложная фаза в высокотемпературном сплаве». Nature . 178 (4526): 208–209. Bibcode :1956Natur.178..208B. doi :10.1038/178208b0. ISSN  1476-4687. S2CID  4217639.
16. Лю, Ган; Ли, Ши-Лэй; Чжан, Хай-Лун; Ван, Си-Тао; Ван, Янь-Ли (август 2018 г.). «Характеристика поведения ударной деформации термически состаренной дуплексной нержавеющей стали с помощью EBSD». Acta Metallurgica Sinica (английские буквы) . 31 (8): 798–806. doi : 10.1007/s40195-018-0708-6 . ISSN  1006-7191. S2CID  139395583.
17. Международная ассоциация молибдена (IMOA). "Горячая формовка и термическая обработка дуплексных нержавеющих сталей" (PDF) . www.imoa.info .
18. Euro-Inox. "Инновационные фасады из нержавеющей стали". Издательство Euro-Inox, серия Building . Том 19. С. 34. ISBN 978-2-87997-372-2.
19. Международная ассоциация молибдена (2019). «Лувр Абу-Даби: дождь света». Moly Review . № 1.
20. "Базилика Саграда Фамилия". Асеро Неокисляемый . № 82. Сединокс. Июнь 2018.
21. Институт стальных конструкций (2012). «Пешеходный мост Helix».
22. "Мост Кала Галдана". Институт стальных конструкций. 2010.
23. "Мост Гонконг-Чжухай-Макао: самый длинный в мире морской мост". www.roadtraffic-technology.com . Получено 29.04.2021 .
24. Zuili, D (2010). «Использование нержавеющих сталей в нефтегазовой промышленности». Труды конференции Duplex Stainless Steel Conference : 575. Архивировано из оригинала 2022-05-06 . Получено 2019-10-27 .
25. Чатер, Джеймс (2007). «Целлюлозно-бумажная промышленность переходит на дуплекс» (PDF) . Мир нержавеющей стали .
26. Ноттен, Г. (1997). Применение дуплексной нержавеющей стали в химической промышленности (PDF) . 5-я всемирная конференция по дуплексной нержавеющей стали. Stainless Steel World .
27. Генеральный директорат по исследованиям и инновациям (2013). Дуплексные нержавеющие стали в резервуарах для хранения. Публикация ЕС. doi :10.2777/49448. ISBN 978-92-79-34576-0.