Duplex- ja superduplex-teräkset 1.4462, 1,4362, 1.4162, 1.4460, 1.4410, 1.4501, 1.4507

Duplex- ja superduplex-ruostumattomat teräkset

Duplex 1.4462, X2CrNiMoN22-5-3, UNS S32205 / S31803, 1.4362, X2CrNiN23-4, UNS S32304, 1.4162, X2CrMnNiN21-5-1, UNS S32205 / S31803, UNS S321. X2CrNiN22-2, UNS S82011,
1.4362 – duplex-teräs X2CrNiN23-4, UNS S32304, Duplex 2304
1.4162 – duplex-teräs X2CrMnNiN21-5-1, UNS S32101, LDX 2101®, ASTM A182 F69.
1.4460 – duplex-teräs X3CrNiMoN27-5-2, AISI 329, UNS S32900, AFNOR Z5CND27-05Az, SS 2324.
1.4462 – duplex-teräs X2CrNiMoN22-5-3 – UNS S31803 / S32205 – F51 / F60 – Duplex 2205

Superduplex 1.4410, X2CrNiMoN25-7-4, UNS S32750, 1.4501, X2CrNiMoCuWN25-7-4, UNS S32760 (Zeron® 100), 1.4507, X2CrNiMoCuN25-7-4, S3-3,50 1.4517, X2CrNiMoCuN25-6-3, UNS S32520
1.4410 – superduplex-teräs X2CrNiMoN25-7-4 – UNS S32750 – Superduplex 2507
1.4501 – superduplex-teräs X2CrNiMoCuWN25-7-4 – UNS S32760
1.4507 – superduplex-teräs X2CrNiMoCuN25-6-3 – UNS S32550 – F61 / Seos 255

Duplex-teräkset ovat ryhmä nykyaikaisia ​​ruostumattomia teräksiä, joiden nimi tulee latinan sanasta duplex , joka tarkoittaa "kaksinkertaista". Tämä viittaa niiden ominaiseen mikrorakenteeseen, joka koostuu kahdesta faasista – austeniitista ja ferriitistä – joita esiintyy samankaltaisissa suhteissa. Näiden kahden rakenteen yhdistelmä mahdollistaa duplex-terästen korkean mekaanisen lujuuden ja erinomaisen korroosionkestävyyden yhdistämisen. Duplex-terästen kehitys oli vastaus klassisten ruostumattomien terästen rajoituksiin. Suunnittelijoiden oli vuosien ajan valittava austeniittisten terästen, jotka olivat erinomaisia ​​korroosionkestävyydessä, mutta eivät aina tarjonneet riittävää lujuutta, ja ferriittisten terästen, jotka tarjosivat suurempaa lujuutta, mutta olivat heikompia sitkeyden ja hitsattavuuden suhteen. Siksi etsittiin materiaalia, joka yhdistäisi molempien ryhmien parhaat ominaisuudet.

Ensimmäiset duplex-teräkset kehitettiin vuonna 1930 Avestan rautatehtaalla Avestassa, Ruotsissa. Aluksi tavoitteena oli parantaa kestävyyttä raerajakorroosiota vastaan. Todellinen läpimurto tapahtui kuitenkin 70-luvulla, kun metallurgian kehitys ja typen lisääminen johtivat nykyaikaisten duplex-terästen kehittämiseen, joilla on korkea lujuus, erinomainen hitsattavuus ja erittäin korkea korroosionkestävyys.

Nykyään duplex-teräkset ja niiden kehittyneempi muunnos, super duplex , ovat tärkeimpiä materiaaleja, joita käytetään vaativimmilla teollisuudenaloilla. Ne korvaavat onnistuneesti klassiset ruostumattomat teräkset, kuten AISI 304 ja AISI 316L, kaikkialla, missä korkea lujuus, kestävyys aggressiivisissa ympäristöissä ja pitkäaikainen, häiriötön toiminta ovat olennaisia. Niitä käytetään esimerkiksi kemian-, petrokemian-, energia-, meri-, offshore- ja paperiteollisuudessa sekä asennuksissa, jotka ovat kosketuksissa meriveden ja kloridipitoisten ympäristöjen kanssa.

Mitä ovat duplex-teräkset?

Duplex-teräksen ainutlaatuiset ominaisuudet johtuvat kahden erillisen faasin läsnäolosta. Ferriitti on ensisijaisesti vastuussa suuresta mekaanisesta lujuudesta ja kloridien aiheuttaman jännityskorroosionkestävyydestä, kun taas austeniitti tarjoaa hyvän venyvyyden, korkean iskulujuuden ja erinomaiset hitsausominaisuudet. Molempien faasien huolellisesti valitut suhteet mahdollistavat materiaalin luomisen, joka yhdistää austeniittisten ja ferriittisten terästen edut ja minimoi niiden haitat. Käytännössä tämä tarkoittaa, että duplex-terästen myötölujuus on noin kaksinkertainen suosittuihin austeniittisiin teräksiin verrattuna, samalla kun ne säilyttävät erittäin korkean pistekorroosion-, rakokorroosion- ja kloridien aiheuttaman korroosionkestävyyden. Tämä antaa suunnittelijoille mahdollisuuden käyttää ohuempia komponenttien poikkileikkauksia, vähentää rakenteen painoa ja samalla ylläpitää korkeaa turvallisuus- ja kestävyystasoa.

Edistynein ryhmä koostuu superduplex-teräksistä , jotka sisältävät suurempia määriä kromia, molybdeeniä ja typpeä. Niiden kemiallinen koostumus tarkoittaa entistä parempaa korroosionkestävyyttä, erityisesti klorideja ja merivettä sisältävissä ympäristöissä. Tästä syystä näitä materiaaleja käytetään laajalti offshore-, kaivos- ja kemianteollisuudessa sekä kaikissa sovelluksissa, joissa komponenttien vikaantuminen voi aiheuttaa merkittäviä kustannuksia tai turvallisuusriskin.

Duplex-teräksen tärkeimmät ominaisuudet

Wysoka wytrzymałość mechaniczna

Duplex-teräksille on ominaista huomattavasti suurempi mekaaninen lujuus kuin suosituille austeniittisille teräksille, kuten 304 tai 316L. Tämä mahdollistaa monissa sovelluksissa komponenttien paksuuden pienentämisen samalla, kun vaaditut lujuusparametrit säilyvät.

Vastustuskyky pistekorroosio

Korkeat kromi-, molybdeeni- ja typpipitoisuudet antavat duplex-teräksille erinomaisen pistekorroosionkestävyyden. Tämä ominaisuus on erityisen tärkeä kloridia sisältävissä ympäristöissä, joissa paikallisten pintavaurioiden riski on huomattavasti suurempi.

Vastustuskyky rakokorroosio

Duplex-teräkset toimivat hyvin alueilla, jotka ovat alttiita rakokorroosiolle, jota voi esiintyä tiivisteiden, laippojen tai kerrostumien alla. Niiden huolellisesti valittu kemiallinen koostumus mahdollistaa materiaalin erinomaisen kestävyyden myös näissä käyttöolosuhteissa.

Vastustuskyky jännityskorroosiohalkeilu

Yksi duplex-teräksen suurimmista eduista on sen korkea kestävyys kloridien aiheuttamaa jännityskorroosiohalkeilua vastaan. Tämä tekee materiaalista ihanteellisen asennuksiin, jotka toimivat suurten mekaanisten kuormien alaisina ja aggressiivisissa kemiallisissa ympäristöissä.

rivo hitsattavuus

Korkeasta lujuudestaan ​​huolimatta duplex-teräksiä voidaan hitsata useimmilla yleisillä menetelmillä. Optimaalisten materiaaliominaisuuksien säilyttämiseksi hitsausprosessi tulee suorittaa kyseisen teräkslajin suositusten ja asianmukaisten teknologisten parametrien mukaisesti.

Hyvä iskunkestävyys

Duplex-teräkset säilyttävät hyvän iskulujuuden , minkä ansiosta ne kestävät dynaamisia kuormia ja äkillisiä käyttöolosuhteiden muutoksia. Tämä ominaisuus on erityisen tärkeä vaihtelevien kuormien alaisuudessa toimivissa rakenteissa.

Korkea väsymiskestävyys

Mikrorakenteensa ansiosta duplex-teräkset kestävät erittäin hyvin pitkäaikaista syklistä kuormitusta. Siksi niitä käytetään usein komponenteissa, jotka altistuvat tärinälle, sykkivälle paineelle ja toistuville rasituksille.

Edullinen lujuus-painosuhde

Korkea mekaaninen lujuus mahdollistaa komponenttien suunnittelun pienemmillä poikkileikkauksilla kuin perinteisillä ruostumattomilla teräksillä. Käytetyn materiaalin määrän vähentäminen voi johtaa pienempään rakenteen painoon ja pienempiin rakennuskustannuksiin.

Duplex-teräksen kemiallinen koostumus

Verrattuna perinteisiin ruostumattomiin teräksiin ne sisältävät enemmän kromia, molybdeeniä ja typpeä, kun taas nikkelipitoisuus on yleensä alhaisempi.

Kromi (Cr) – Yleisimmin esiintyvä pitoisuus on noin 21–26 % . Se muodostaa passiivisen oksidikerroksen, joka suojaa terästä korroosiolta. Mitä suurempi kromipitoisuus, sitä parempi on sen kestävyys yleistä korroosiota ja pistekorroosiota vastaan.

Nikkeli (Ni) – Nikkeli stabiloi austeniittista faasia ja auttaa ylläpitämään oikean austeniitti-ferriittisuhteen. Duplex-teräksissä sen pitoisuus on tyypillisesti 4–8 % , mikä on vähemmän kuin klassisissa austeniittisissa teräksissä. Tämä alentaa materiaalikustannuksia ja säilyttää samalla erinomaiset mekaaniset ominaisuudet.

Molybdeeni (Mo) – Molybdeeni parantaa merkittävästi piste- ja rakokorroosionkestävyyttä, erityisesti klorideja sisältävissä ympäristöissä. Laadusta riippuen sen pitoisuus on tyypillisesti 2–5 %.

Typpi (N) – Typpi on yksi tärkeimmistä seosaineista nykyaikaisissa duplex-teräksissä. Se lisää mekaanista lujuutta, parantaa korroosionkestävyyttä ja vakauttaa austeniittista rakennetta. Typen käyttö on mahdollistanut nykyaikaisten duplex- ja superduplex-teräslaatujen kehittämisen.

Laadusta riippuen duplex-teräkset voivat sisältää myös mangaania, piitä, kuparia, volframia ja pieniä määriä muita seosaineita. Niiden tarkoituksena on parantaa valittujen materiaalien ominaisuuksia tai mukauttaa niitä tiettyihin ympäristöihin.

Erilaisten ruostumattomien terästen korroosionkestävyyden vertailu

Alaotsikko:

• ★★★★★★+ – korkein vastus
• ★★★★★ – erittäin korkea vastustuskyky
• ★★★☆☆ – hyvä vastustuskyky
• ★★☆☆☆ – kohtalainen vastustuskyky
• ★☆☆☆☆☆ – heikko immuniteetti
• ✖ – materiaalia ei yleensä suositella pitkäaikaiseen käyttöön tällaisissa olosuhteissa

Saostumisvaiheet duplex- ja superduplex-teräksissä

Ensisijaisten faasien – ferriitin (α) ja austeniitin (γ) – lisäksi duplex- ja superduplex-teräkset voivat muodostaa myös sekundäärisiä faaseja. Niiden läsnäolo riippuu ensisijaisesti materiaalin lämmityslämpötilasta ja -ajasta. Jotkut niistä parantavat teräksen tiettyjä ominaisuuksia, mutta useimmat vaikuttavat haitallisesti lujuuteen, venyvyyteen ja korroosionkestävyyteen. Siksi duplex-terästen valmistuksen, lämpökäsittelyn ja hitsauksen aikana kiinnitetään erityistä huomiota lämpötilan säätöön.

Korkean kromipitoisuuden omaava α'-ferriitti on metastabiili faasi, joka saostuu noin 400–550 °C :n lämpötila-alueella . Se aiheuttaa niin sanottua 475 °C:n haurastumista, mikä johtaa duplex-teräksen iskulujuuden ja venyvyyden merkittävään heikkenemiseen. Tämä ilmiö on yksi tärkeimmistä rajoituksista materiaalin käytössä korotetuissa lämpötiloissa.

Sekundaarinen γ₂-austeniitti muodostuu noin alle 650 °C: n lämpötiloissa tapahtuvien muutosten aikana. 650–800 °C: n lämpötila-alueella se voi omaksua tunnusomaisen Widmanstätten-rakenteen, kun taas korkeammissa lämpötiloissa se osallistuu muutoksiin, jotka johtavat σ-faasin muodostumiseen. Sen läsnäolo vaikuttaa paikallisiin muutoksiin materiaalin kemiallisessa koostumuksessa.

Γ-faasi on runsas molybdeenin lähde ja saostuu useimmiten pitkäaikaisen kuumennuksen aikana 700–900 °C :n lämpötiloissa . Se muodostuu pääasiassa ferriitti-austeniitti-rajapinnassa. Sen läsnäolo lisää teräksen haurautta ja heikentää sen korroosionkestävyyttä.

ε-faasi saostuu 500–600 °C: n lämpötilassa . Se on kuparipitoinen ja muodostuu ferriittiin lujittaen sitä. Samalla se voi vaikuttaa positiivisesti passiivikerroksen vakauteen ja pinnan korroosionkestävyyteen.

G-faasi esiintyy pitkäaikaisen kuumennuksen aikana noin 300–400 °C:n lämpötiloissa , erityisesti teräksissä, jotka sisältävät enemmän nikkeliä ja piitä. Se esiintyy yleensä samanaikaisesti korkean kromipitoisuuden omaavan α'-ferriitin kanssa.

΄-faasi saostuu pitkäaikaisen hehkutuksen aikana 550–650 °C :ssa . Se muodostuu pääasiassa ferriittiraerajoille ja vaikuttaa materiaalin mekaanisten ominaisuuksien heikkenemiseen.

R- ja Fe₂M₂O -faasit ovat runsaasti molybdeeniä sisältäviä ja muodostuvat 550–650 °C:n lämpötiloissa . Niiden läsnäolo heikentää duplex-teräksen iskulujuutta ja pistekorroosionkestävyyttä.

Σ-faasi on yksi duplex-teräksissä esiintyvistä epäedullisimmista saostumisfaaseista. Se muodostuu useimmiten 650–1000 °C:n lämpötiloissa ja aiheuttaa merkittävää korroosionkestävyyden ja mekaanisten ominaisuuksien heikkenemistä. Sen muodostumiseen liittyy paikallinen kromin ja molybdeenin ehtyminen, mikä edistää raerajakorroosion ja pistekorroosion kehittymistä.

Krominitridit – Cr₂N- ja CrN -nitridejä voi vapautua pitkäaikaisessa kuumentamisessa 700–900 °C :n lämpötiloissa tai nopeassa jäähdytyksessä esimerkiksi hitsauksen jälkeen. Ne aiheuttavat paikallista kromin ehtymistä ferriitissä, mikä johtaa korroosionkestävyyden heikkenemiseen.

Kromikarbidit – M₂₃C₆- ja M₇C₃ -karbidit muodostuvat hehkutuksen aikana noin 600–1050 °C:n lämpötiloissa . Niiden saostuminen johtaa kromipitoisuuden vähenemiseen raerajojen lähellä, mikä lisää materiaalin alttiutta raerajakorroosiolle.

Duplex-teräkselle vaarallisimmat faasit ovat σ- ja χ-faasit, koska ne aiheuttavat samanaikaisesti mekaanisten ominaisuuksien heikkenemisen ja korroosionkestävyyden merkittävän heikkenemisen. Siksi duplex- ja superduplex-terästen hitsauksen ja lämpökäsittelyn aikana on erittäin tärkeää noudattaa asianmukaisia ​​teknologisia parametreja ja välttää pitkäaikaista kuumentamista lämpötiloissa, jotka edistävät niiden saostumista.

Duplex-teräs
1.4362 – kromi-nikkeli-duplex-teräs, johon on lisätty molybdeeniä, kuparia ja typpeä X2CrNiN23-4, UNS S32304, Duplex 2304
1.4162 – kromi-mangaani-nikkeli-duplex-teräs, johon on lisätty Mo- ja Cu-seoksia X2CrMnNiN21-5-1, UNS S32101, LDX 2101®, A182 F69.
1.4460 – kromi-nikkeli-molybdeeni-duplex-teräs, johon on lisätty typpeä X3CrNiMoN27-5-2, AISI 329, UNS S32900, SS 2324.
1.4462 – kromi-nikkeli-molybdeeni-duplex-teräs, johon on lisätty typpeä X2CrNiMoN22-5-3, UNS S31803, S32205, Duplex 2205
Super Duplex
1.4410 – Super Duplex -kromi-nikkeli-molybdeeniteräs typpilisäyksellä X2CrNiMoN25-7-4 – UNS S32750 – Super Duplex 2507
1.4501 – superduplex-kromi-nikkeli-molybdeeniteräs, johon on lisätty Cu:ta, W:tä ja N:ää X2CrNiMoCuWN25-7-4 – UNS S32760
1.4507 – superduplex-kromi-nikkeli-molybdeeniteräs, johon on lisätty Cu:ta ja N:ää X2CrNiMoCuN25-6-3 – UNS S32550 – F61 / Seos 255

Katso myös muut korroosionkestävät teräkset