Дуплекс из нержавеющей стали

Нержавеющая сталь, имеющая как аустенитную, так и ферритную фазы.

Слиток дуплексной нержавеющей стали 2507.

Дуплексные нержавеющие стали ^{[1] [2] [3] [4] [5]} относятся к семейству нержавеющих сталей . Их называют дуплексными (или аустенитно-ферритными) марками, поскольку их металлургическая структура состоит из двух фаз: аустенита (гранецентрированная кубическая решетка) и феррита (объемноцентрированная кубическая решетка) в примерно равных пропорциях. Они разработаны для обеспечения лучшей коррозионной стойкости, особенно 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%; высший молибден – до 5%; меньше никеля – до 9% и азота – 0,05–0,50%. Как низкое содержание никеля, так и высокая прочность (позволяющая использовать более тонкие секции) обеспечивают значительную экономическую выгоду. Поэтому они широко используются в морской нефтегазовой промышленности для систем трубопроводов, манифольдов, стояков и т. д., а также в нефтехимической промышленности в виде трубопроводов и сосудов под давлением. Помимо улучшенной коррозионной стойкости по сравнению с дуплексными нержавеющими сталями серии 300, дуплексные нержавеющие стали также обладают более высокой прочностью. Например, нержавеющая сталь типа 304 имеет испытательную прочность 0,2% в районе 280 МПа (41 фунт на квадратный дюйм), дуплексная нержавеющая сталь с содержанием 22% Cr имеет минимальный предел прочности 0,2% около 450 МПа (65 фунтов на квадратный дюйм) и является супердуплексной маркой. минимум 550 МПа (80 фунтов на квадратный дюйм). ^[6]

Марки дуплексных нержавеющих сталей

Микроструктуры четырех видов дуплексной нержавеющей стали в каждом направлении.

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

Стандартный дуплекс (диапазон PREN: 28–38)

Обычно класс EN 1.4462 (также называемый 2205). Он типичен для объектов среднего класса и, пожалуй, наиболее часто используется сегодня.

Супердуплекс (диапазон PREN: 38–45)

Обычно это класс EN 1.4410 или так называемый гипердуплексный класс (PREN: >45), разработанный позднее для удовлетворения особых требований нефтегазовой, а также химической промышленности. Они обладают превосходной коррозионной стойкостью и прочностью, но их сложнее обрабатывать, поскольку более высокое содержание Cr , Mo , N и даже W способствует образованию интерметаллических фаз, которые резко снижают ударную вязкость стали. Неправильная обработка приведет к снижению производительности, поэтому пользователям рекомендуется иметь дело с надежными поставщиками/переработчиками. ^[8] Приложения включают добычу нефти на глубоководном море.

Бедные 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 сила. Это относится к мостам, сосудам под давлением или шпалам.

Химические составы

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

Механические свойства

Механические свойства по 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 получить более тонкие сечения.

охрупчивание при 475 °C

Карта EBSD с исключенными аустенитными зернами (белый). Масштабная линейка составляет 500 мкм. Цвета обозначают ориентацию кристаллов и взяты из обратной полюсной фигуры в правом нижнем углу. Дуплексная нержавеющая сталь широко используется в промышленности, поскольку она обладает превосходной стойкостью к окислению, но может иметь ограниченную вязкость из-за большого размера ферритного зерна и затвердеть. и тенденции к охрупчиванию в диапазоне температур от 280 до 500 °C, особенно при 475 °C, где спинодальный распад пересыщенного твердого раствора феррита на богатую железом нанофазу ( ) и богатую Cr нанофазу ( ), сопровождающийся выделением G-фазы , происходит, ^{[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 должны быть охлаждены как можно быстрее до комнатной температуры после горячей штамповки, 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. Таким образом, 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 выбираются из-за их высоких механических свойств и коррозионной стойкости от хорошей до очень высокой (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 Гонконг – Чжухай – Макао и подводный туннель ^[23]
  • дамбы, пирсы и т. д.
  • туннели
• Нефти и газа :
  • широкий спектр оборудования: выкидные трубопроводы, манифольды, стояки, насосы, клапаны и т.д. ^[24]
• Целлюлоза и бумага :
  • варочные котлы, сосуды под давлением, резервуары для спирта и т. д. ^[25]
• Химическая инженерия:
  • сосуды под давлением, теплообменники, конденсаторы, ректификационные колонны, мешалки, морские танкеры-химовозы и т.д. ^[26]
• Вода:
  • опреснительные установки, большие резервуары для хранения воды, очистка сточных вод ^[27]
• возобновляемые источники энергии: резервуары для биогаза
• Мобильность: трамвайные и автобусные рамы, автоцистерны, железорудные вагоны ^[5]
• Машиностроение: насосы, клапаны, фитинги, пружины и т.д.

дальнейшее чтение

• ТМР нержавеющая сталь. Практическое руководство по изготовлению дуплексных нержавеющих сталей. 3-е изд. Международная молибденовая ассоциация (IMOA); 2014.

Смотрите также

• Дуплексная нержавеющая сталь, закаленная с возрастом
• Спинодальное разложение

Рекомендации

1. Пекнер, Дональд; Бернштейн, ИМ (1977). «глава 8». Справочник по нержавеющим сталям . МакГроу Хилл. 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 молибденовая ассоциация (IMOA) (2014). Практическое руководство по изготовлению дуплексных нержавеющих сталей (PDF) . ISBN 978-1-907470-09-7– через www.imoa.info.
4. Чарльз, Жак (2010). Материалы конференции по дуплексной нержавеющей стали, Бон (2010). EDP ​​Sciences, Париж. стр. 29–82. Архивировано из оригинала 06 мая 2022 г. Проверено 27 октября 2019 г.
5. Международный форум по нержавеющей стали (2020). «Дуплексная нержавеющая сталь» (PDF) .
6. Доктор Джеймс Фриц. «Практическое руководство по использованию дуплексных нержавеющих сталей». Никелевский институт .
7. Британская ассоциация производителей нержавеющей стали. «Расчет эквивалентного числа питтинговой устойчивости (PREN)». bssa.org.uk.​
8. «Центр знаний — Sandvik Materials Technology». www.materials.sandvik . Проверено 25 марта 2019 г.
9. «Стандарт доступен в магазине BSI».
10. «Марки нержавеющей стали, перечисленные в международном стандарте ISO 15510: 2010. Сравнительные обозначения марок аналогичного состава из других важных стандартов (перечислены по типу стальной конструкции и путем увеличения промежуточного трехзначного кода названия ISO)» (PDF) . Международный форум по нержавеющей стали . Проверено 10 марта 2023 г.
11. Мохамед Коко, А. (2022). Полнополевая характеристика концентраций деформаций in situ (двойники деформации, полосы скольжения и трещины) (кандидатская диссертация). Оксфордский университет.
12. Коко, Абдалраман; Эльмукашфи, Эльсиддиг; Беккер, Торстен Х.; Карамчед, Фани С.; Уилкинсон, Ангус Дж.; Марроу, Т. Джеймс (15 октября 2022 г.). «In situ характеристика полей деформации внутризеренных полос скольжения в феррите методом дифракции обратного рассеяния электронов высокого разрешения». Акта Материалия . 239 : 118284. doi : 10.1016/j.actamat.2022.118284 . ISSN  1359-6454.
13. Орнек, Джем; Берк, Миннесота; Хасимото, Т.; Энгельберг, Д.Л. (апрель 2017 г.). «748 K (475 ° C) Охрупчивание дуплексной нержавеющей стали: влияние на микроструктуру и поведение при разрушении». Металлургические и сырьевые операции А . 48 (4): 1653–1665. Бибкод : 2017MMTA...48.1653O. дои : 10.1007/s11661-016-3944-2 . ISSN  1073-5623. S2CID  136321604.
14. Венг, К.Л; Чен, HR; Ян, младший (15 августа 2004 г.). «Охрупчивание дуплексной нержавеющей стали 2205 в результате низкотемпературного старения». Материаловедение и инженерия: А. 379 (1): 119–132. doi : 10.1016/j.msea.2003.12.051. ISSN  0921-5093.
15. Битти, HJ; Верснидер, Флорида (июль 1956 г.). «Новая сложная фаза в жаропрочном сплаве». Природа . 178 (4526): 208–209. Бибкод : 1956Natur.178..208B. дои : 10.1038/178208b0. ISSN  1476-4687. S2CID  4217639.
16. Лю, Банда; Ли, Ши-Лэй; Чжан, Хай-Лонг; Ван, Си-Тао; Ван, Ян-Ли (август 2018 г.). «Характеристика ударной деформации термически состаренной дуплексной нержавеющей стали с помощью EBSD». Acta Metallurgica Sinica (английские буквы) . 31 (8): 798–806. дои : 10.1007/s40195-018-0708-6 . ISSN  1006-7191. S2CID  139395583.
17. Международная ассоциация молибдена (IMOA). «Горячая штамповка и термообработка дуплексных нержавеющих сталей» (PDF) . www.imoa.info .
18. Евро-Инокс. «Инновационные фасады из нержавеющей стали». Публикация Euro-Inox, серия «Строительство» . Том. 19. с. 34. ISBN 978-2-87997-372-2.
19. Международная ассоциация молибдена (2019). «Лувр Абу-Даби: дождь света». Обзор Моли . № 1.
20. "Базилика Саграда Фамилия" . Асеро Неокисляемый . № 82. Сединокс. Июнь 2018.
21. Институт стальных конструкций (2012). «Пешеходный мост Хеликс».
22. "Мост Кала Галдана". Институт стального строительства. 2010.
23. «Мост Гонконг-Чжухай-Макао: самый длинный морской мост в мире» . www.roadtraffic-technology.com . Проверено 29 апреля 2021 г.
24. Зуили, Д. (2010). «Применение нержавеющих сталей в нефтегазовой промышленности». Материалы конференции по дуплексной нержавеющей стали : 575. Архивировано из оригинала 06 мая 2022 г. Проверено 27 октября 2019 г.
25. Чейтер, 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. Мир нержавеющей стали .
27. Генеральный директорат по исследованиям и инновациям (2013). Дуплексные нержавеющие стали в резервуарах для хранения. Публикация ЕС. дои : 10.2777/49448. ISBN 978-92-79-34576-0.