Duplex-teräs: kuvaus, tekniset tiedot ja ominaisuudet

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Nykyään duplex-teräs on tulossa yhä suositummaksi. Käytännössä kaikki metallurgian yritykset harjoittavat tämän tyyppisen ruostumattoman metalliseoksen tuotantoa. Voit lukea lisää siitä, mitä duplex-teräs on ja mitä etuja sillä on.

Yleistä tietoa

Duplex-teräs tunnetaan kaikkialla maailmassa. Mitä ominaisuuksia hänellä on? Ensinnäkin tämän materiaalin korkea lujuus mahdollistaa minkä tahansa tuotteen lopullisen painon vähentämisen. Toiseksi se on kuuluisa v altavasta korroosionkestävyydestään. Tämä on erityisen havaittavissa, kun otetaan huomioon jännityskorroosion halkeilukestävyys.

On syytä sanoa, että tällä hetkellä raaka-aine ei ole vielä tullut valmistajille tutuksi, ja siksi muutaman vuoden välein järjestetään konferensseja, joissa tarkastellaan teknisiä artikkeleita kaikista duplex-teräksen ominaisuuksista. Huolimatta melko suuresta kiinnostuksesta tämäntyyppisiä tuotteita kohtaan, globaali markkinaosuus on toistaiseksi vain 1-3%.

Esiintymishistoria

On syytä huomata, että ajatus luomisestaduplex-teräs syntyi vuonna 1920. Mutta ensimmäinen materiaali ilmestyi vasta vuonna 1930 Ruotsissa. Tämän tyyppisen raaka-aineen laaja levitys ja käyttö alkoi vasta viime vuosikymmenellä. Pääsyynä tähän on se, että näiden vuosien aikana tuotantotekniikkaa on parannettu huomattavasti. Erityisesti tuottajat ovat pystyneet kontrolloimaan typpipitoisuuttaan tarkemmin.

Ymmärtääksesi edut ja miksi duplex ruostumaton teräs syntyi, sinun on ymmärrettävä kaksi muuta päätyyppiä.

Austeniittiset seokset, jotka ovat AISI 304 tai 08X18H10 sekä AISI 430 tai 12X17 ferriittisiä laatuja, ovat melko helppoja valmistaa. Kuten niiden nimestä voi päätellä, ne koostuvat pääasiassa austeniitista tai ferriitistä. Vaikka niitä käytetään laajasti, niissä on teknisiä puutteita.

Perinteisten terästen haitat

Jos puhumme austeniittisista teräksistä, niin haittoja ovat alhainen lujuus sekä alhainen kestävyys jännityskorroosiohalkeilua vastaan. Mitä tulee ferriittiseen materiaaliin, sen lujuus on hieman korkeampi, mutta silti "ei saavuta" ihannetta. Lisäksi teräksen hitsattavuus heikkenee suuresti materiaalin paksuuden kasvaessa ja muuttuu melko hauraaksi matalissa lämpötiloissa.

Toinen pieni austeniittisen lejeeringin haittapuoli on koostumuksen nikkelipitoisuus. Tämä johtaa tuotteen korkeampiin kustannuksiin, joihin yksikään loppukuluttaja ei tietenkään ole tyytyväinen.

Kaksipuoliset edut

Ajatus ruostumattoman duplex-teräksen luomisesta syntyi halusta rinnastaa ferriittiset ja austeniittiset pohjat uuden, laadukkaamman materiaalin saamiseksi. Suunnilleen sama määrä ferriittistä ja austeniittista terästä johti seuraaviin etuihin:

• Suuri vahvuus. Myötölujuusalue 0,2 %:lla on 400 - 450 MPa, mikä on 150 - 200 MPa enemmän kuin mitä voidaan nähdä austeniittisilla tai ferriittisillä seoksilla. Tämä johti siihen, että on mahdollista vähentää tuotteen paksuutta menettämättä kuitenkaan lujuutta. Ja paksuuden pieneneminen aiheutti lopullisen massan pienenemisen. Tämä on erittäin tärkeää rakennusrakenteiden, säiliöiden ja paineastioiden alalla.
• Mitä etuja duplex-teräksellä on lujuuden lisäksi? Metallin hitsattavuus on melko hyvä myös suurilla paksuuksilla.
• Suuri iskunkestävyys. Paljon parempi kuin ferriittiset seokset. Tämä pätee erityisesti silloin, kun ulkoilman lämpötila laskee -50 ja joskus -80 celsiusasteeseen.
• Suuri kestävyys jännityskorroosiohalkeilua vastaan. Austeniittiset materiaalit ovat erittäin alttiita tälle vialle. Tällä parametrilla on tärkeä rooli teollisuudenaloilla, kuten panimosäiliöissä, rikastimissa ja uima- altaiden kehyksissä.
• Duplex-teräskattilat ovat paljon luotettavampia kuin austeniittikattilat.

Häröily

Tällä hetkellä säännöllinenteräs on alttiina sellaiselle vialle kuin korroosiohalkeilu tai SCC - Stress Corrosion Cracking. Tämän tyyppistä korroosiota esiintyy yleensä tietyissä olosuhteissa. Syynä voi olla voimakas vetojännitys, kohonnut lämpötila (50 astetta nollan yläpuolella). Ja jos puhumme uima- altaista, niin jatkuvan vesi altistuksen vuoksi tällaista korroosiota voi esiintyä jopa 25 asteessa.

Tämä vika vaikuttaa melkoisesti austeniittisiin teräslajeihin. Ferriittiseos on tässä suhteessa luotettavampi, samoin kuin duplex ruostumaton teräs a890 3a ASTM:n ja muiden laatujen mukaan. Korkea vastuskerroin mahdollistaa tämän materiaalin käytön vedenlämmittimien, panimosäiliöiden ja suolanpoistolaitosten valmistuksessa. Eli silloin, kun lämpötila on kohonnut ja kosketus nesteiden kanssa.

Altaan runkojen valmistaminen tavallisista austeniittisista teräksistä on tämän vian vuoksi täysin kiellettyä. Aikaisemmin oli tarpeen käyttää metalliseosta, jossa oli erittäin korkea nikkelipitoisuus, mikä johti tuotteen kustannusten nousuun. Nykyään voidaan käyttää duplex- tai superduplex-terästä.

"Super" ja "Hyper" kaksipuolinen materiaali

On syytä sanoa, että jos lisäät nikkeliä ferriittiseen kromiteräkseen, saat sekapohjarakenteen. Eli se sisältää sekä austeniittia että ferriittiä. Kuten on jo käynyt selväksi, juuri tällaista seosta alettiin kutsua duplex-materiaaliksi. Etuliitteet "super" tai "hyper" duplex steel osoittavat, että raaka-aine sisältää lisättyäseostettavien komponenttien määrä. Tämä osoittaa jopa paremman korroosionkestävyyden kuin perinteiset materiaalit.

"Super" ja "hyper" duplex-terästä käytetään melko aktiivisesti kaasuntuotantolaitteissa. Lisäksi raaka-aineita käytetään elintarvike-, kemian-, rakennus- ja jopa lääketeollisuudessa.

Hitsausmateriaali

Huolimatta tuotteen hyvästä hitsattavuus, tiettyjä sääntöjä on noudatettava. Huomioi seuraavat asiat ennen hitsauksen aloittamista:

• materiaalin hyvän tunkeutumisen varmistamiseksi rako liitoksen juurella ja reunojen leikkauskulma tulee tehdä hieman tavallista terästä suurempi;
• liitos sekä tämän paikan ympärillä oleva metalli on suositeltavaa puhdistaa perusteellisesti kaikista epäpuhtauksista;
• ainoastaan korroosionkestävästä metallilangasta valmistettuja harjoja voidaan käyttää;
• hitsauselektrodin on oltava kuiva.

Noudata näitä sääntöjä hitsaessasi duplex-terästä:

• On erittäin tärkeää valvoa sellaista parametria kuin lämmöntuotto. Se ei saa olla liian matala tai päinvastoin liian korkea. Tavalliselle duplex-teräkselle hitsauksen aikana tulee noudattaa 0,5-2,5 kJ/mm aluetta. Lisäksi läpikulkulämpötilan ei tulisi olla yli 200 celsiusastetta.
• Hitsisauman takapuolelle ei saa ilmestyä kuonaa. Tässä on erittäin tärkeää valita oikea kaasu, joka suojaa sauman juurta. Yleisin suojatarkoituksiin käytetty kaasuseos on erittäin puhdas argon ja vety tai typpi.
• Hitsauksen saa suorittaa vain erittäin pätevä henkilö. Tämä johtuu siitä, että palovammoissa metalli lisää huomattavasti korroosiotaipumusta ja on myös suuri halkeilun todennäköisyys.
• Hitsauksen aikana ei saa aiheuttaa leveää poikittaista värähtelyä elektrodiin. Tämä voi johtaa liian suureen lämmöntuontiin, mikä on sääntöjen vastaista.

Työ hitsauksen jälkeen

Hitsauksen jälkeen on noudatettava tiettyjä ohjeita.

• Hitsimetallin korkean korroosiosuojan varmistamiseksi se on puhdistettava perusteellisesti. On tarpeen poistaa oksidikalvo kokonaan ja poistaa kaikki kuonajäännökset.
• Harjaustyöt tehdään vain käsin ja vain teräsharjalla, jolla on korroosionkestävyysominaisuudet. Jos käytetään mekaanisia laitteita, se voi aiheuttaa mikrorepeämiä sauman alueella, mikä heikentää sen lujuutta.
• Useimmiten sauman lämpökäsittelyä hitsauksen jälkeen ei tarvita.

Raaka-ainepuutteita

Materiaalin leviämisestä ja sen näennäisesti ilmeisistä ja merkittävistä eduista huolimatta se ei ole vieläkään saanut yleistä tunnustusta, eikä se todennäköisesti koskaan ota markkinoiden johtoa. Tämä johtuu useista haitoista,jotka kannattaa tietää. Niiden ansiosta tällainen seos on aina "niche".

Välittömästi kannattaa aloittaa materiaalin lujuudesta. Se vaikuttaisi merkittävältä edulta, mutta siitä tulee v altava haitta, kun on välttämätöntä käsitellä metallia mekaanisin keinoin tai paineella. Toinen suuren lujuuden haittapuoli on plastisen muodonmuutoksen mahdollisuuden voimakas väheneminen. Tästä syystä duplex-raaka-aineet eivät itse asiassa sovellu sellaisten tuotteiden valmistukseen, joilla on oltava korkea sitkeys.

Vaikka plastisuus näyttäisi olevan työn kann alta hyväksyttävällä tasolla, sinun on silti ponnisteltava paljon. Tästä syystä duplex-teräksiä ja -seoksia öljy- ja kaasuliittimiin ei käytetä laaj alti.

Seuraava haittapuoli on ruostumattoman duplex-teräksen sulatuksen suuri teknologinen monimutkaisuus. Austeniittista ja ferriittistä materiaalia on paljon helpompi sulattaa. Jos valmistustekniikkaa rikotaan, erityisesti lämpökäsittelyn aikana, materiaaliin muodostuu muita faaseja austeniitin ja ferriitin lisäksi, mikä on täysin ei-toivottua. Useimmiten esiintyy sigmavaihe tai 475 asteen hauraus.

Ei-toivotut vaiheet raaka-aineissa

Sigmafaasi muodostuu tällaisessa tuotteessa yli 1000 celsiusasteessa. Tyypillisesti näitä lämpötiloja esiintyy, jos jäähdytysprosessi hitsauksen jälkeen tai tuotannon aikana ei ole riittävän nopea. Lisäksi se sisältää enemmän seosaineitakoostumus, sitä suurempi on tällaisen vaiheen ilmaantumisen todennäköisyys. Toisin sanoen superduplex- tai hyperduplex-teräksen luominen on erittäin vaikeaa.

Mitä tulee 475 asteen haurauteen, se ilmenee alfa-iskuksi kutsutun vaiheen muodostumisen tapauksessa. Kuten nimestä voi päätellä, vaarallisin lämpötila on 475 celsiusastetta, mutta ongelma voi ilmetä myös paljon alhaisemmissa arvoissa, noin 300 asteessa. Tästä syystä tämäntyyppisistä raaka-aineista valmistettujen tuotteiden käytölle on asetettu enimmäislämpötilarajoitus. Luonnollisesti tämän vuoksi teräksen kattavuus kaventuu entisestään.

Kaiken edellä olevan perusteella voimme tehdä tällaisen johtopäätöksen. Duplex-teräslajit ovat hyvä ratkaisu ja korvike vakiomateriaaleille, mutta erittäin kapeassa laajuudessa.

Tulokset

Duplex-seosta käytetään paljon harvemmin kuin muita metalleja. Se on kuitenkin suosittu tietyillä alueilla. Useimmiten sitä käytetään petrokemian alalla, autoteollisuudessa ja uima- altaiden valmistuksessa. Erinomainen hitsattavuus, korroosionkestävyys ja korkea kulutuskestävyys tekevät tästä materiaalista todellisen löydön monille.