Дуплекс из нержавеющей стали
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, они 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
[ редактировать ]
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 марки EN 1.4410 или так называемые гипердуплексные марки (PREN: >45), разработанные позднее для удовлетворения особых требований нефтегазовой, а также химической промышленности. Они обладают превосходной коррозионной стойкостью и прочностью, но их труднее 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 ] Область применения включает глубоководную морскую добычу нефти.
- 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 устойчивости 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
[ редактировать ]Химический состав марок по стандарту EN 10088-1 (2014) приведен в таблице ниже: [ 9 ]
| Обозначение стали по ISO | Номер | эквивалент США [ 10 ] | С, макс. | И | Мин. | П, макс. | С, макс. | Н | Кр | С | Мо | В | Другой |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Х2КрНиН22-2 | 1.4062 | S32202 | 0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | 0.04 | 0.010 | от 0,16 до 0,28 | от 21,5 до 24,0 | - | ≤0.45 | от 1,00 до 2,90 | - |
| X2CrCuNiN23-2-2 | 1.4669 | 0.045 | ≤1.00 | с 1.00 до 3.00 | 0.04 | 0.030 | от 0,12 до 0,20 | от 21,5 до 24,0 | с 1.60 до 3.00 | ≤0.50 | с 1.00 до 3.00 | - | |
| X2CrNiMoSi18-5-3 | 1.4424 | S31500 | 0.03 | с 1.40 до 2.00 | с 1.20 до 2.00 | 0.035 | 0.015 | от 0,05 до 0,10 | от 18,0 до 19,0 | - | от 2,5 до 3,0 | от 4,5 до 5,2 | - |
| Х2КрНиН23-4 | 1.4362 | S32304 | 0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | 0.035 | 0.015 | от 0,05 до 0,20 | от 22,0 до 24,5 | от 0,10 до 0,60 | от 0,10 до 0,60 | от 3,5 до 5,5 | - |
| Х2КрМнНиН21-5-1 | 1.4162 | S32101 | 0.04 | ≤1.00 | от 4,0 до 6,0 | 0.040 | 0.015 | от 0,20 до 0,25 | от 21,0 до 22,0 | от 0,10 до 0,80 | от 0,10 до 0,80 | от 1,35 до 1,90 | - |
| X2CrMnNiMoN21-5-3 | 1.4482 | 0.03 | ≤1.00 | от 4,0 до 6,0 | 0.035 | 0.030 | от 0,05 до 0,20 | от 19,5 до 21,5 | ≤1.00 | от 0,10 до 0,60 | от 1,50 до 3,50 | - | |
| X2CrNiMoN22-5-3 | 1.4462 | С31803,
S32205 |
0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | 0.035 | 0.015 | от 0,10 до 0,22 | от 21,0 до 23,0 | - | от 2,50 до 3,50 | от 4,5 до 6,5 | - |
| X2CrNiMnMoCuN24-4-3-2 | 1.4662 | 0.03 | ≤0.70 | от 2,5 до 4,0 | 0.035 | 0.005 | от 0,20 до 0,30 | от 23,0 до 25,0 | от 0,10 до 0,80 | с 1.00 до 2.00 | от 3,0 до 4,5 | ||
| X2CrNiMoCuN25-6-3 | 1.4507 | S32520 | 0.03 | ≤0.70 | ≤2.00 | 0.035 | 0.015 | от 0,20 до 0,30 | от 24,0 до 26,0 | от 1.00 до 2.50 | от 3,0 до 4,0 | от 6,0 до 8,0 | - |
| X3CrNiMoN27-5-2 | 1.4460 | S31200 | 0.05 | ≤1.00 | ≤2.00 | 0.035 | 0.015 | от 0,05 до 0,20 | от 25,0 до 28,0 | - | с 1.30 до 2.00 | от 4,5 до 6,5 | - |
| X2CrNiMoN25-7-4 | 1.4410 | S32750 | 0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | 0.035 | 0.015 | от 0,24 до 0,35 | от 24,0 до 26,0 | - | от 3,0 до 4,5 | от 6,0 до 8,0 | - |
| X2CrNiMoCuWN25-7-4 | 1.4501 | S32760 | 0.03 | ≤1.00 | ≤1.00 | 0.035 | 0.015 | от 0,20 до 0,30 | от 24,0 до 26,0 | от 0,50 до 1,00 | от 3,0 до 4,0 | от 6,0 до 8,0 | В 0,50 это 1,00 |
| X2CrNiMoN29-7-2 | 1.4477 | S32906 | 0.03 | ≤0.50 | от 0,80 до 1,50 | 0.030 | 0.015 | от 0,30 до 0,40 | от 28,0 до 30,0 | ≤0.80 | от 1,50 до 2,60 | от 5,8 до 7,5 | - |
| X2CrNiMoCoN28-8-5-1 | 1.4658 | S32707 | 0.03 | ≤0.50 | ≤1.50 | 0.035 | 0.010 | от 0,30 до 0,50 | от 26,0 до 29,0 | ≤1.00 | от 4,0 до 5,0 | от 5,5 до 9,5 | Каждые 0,50 — это 2,00 |
| X2CrNiCuN23-4 | 1.4655 | S32304 | 0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | 0.035 | 0.015 | от 0,05 до 0,20 | от 22,0 до 24,0 | с 1.00 до 3.00 | от 0,10 до 0,60 | от 3,5 до 5,5 | - |
Механические свойства
[ редактировать ]Механические свойства согласно европейскому стандарту EN 10088-3 (2014). [ 9 ] (для толщины изделия менее 160 мм):
| ISO дизайн. | RU нет. | 0,2% испытательное напряжение, мин | Предельная прочность на растяжение | Удлинение, мин (%) |
|---|---|---|---|---|
| Х2КрНиН23-4 | 1.4362 | 400 МПа (58 фунтов на квадратный дюйм) | От 600 до 830 МПа (от 87 до 120 фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| X2CrNiMoN22-5-3 | 1.4462 | 450 МПа (65 фунтов на квадратный дюйм) | От 650 до 880 МПа (от 94 до 128 тысяч фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| X3CrNiMoN27-5-2 | 1.4460 | 450 МПа (65 фунтов на квадратный дюйм) | От 620 до 680 МПа (от 90 до 99 фунтов на квадратный дюйм) | 20 |
| Х2КрНиН22-2 | 1.4062 | 380 МПа (55 фунтов на квадратный дюйм) | От 650 до 900 МПа (от 94 до 131 фунтов на квадратный дюйм) | 30 |
| X2CrCuNiN23-2-2 | 1.4669 | 400 МПа (58 фунтов на квадратный дюйм) | От 650 до 900 МПа (от 94 до 131 фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| X2CrNiMoSi18-5-3 | 1.4424 | 400 МПа (58 фунтов на квадратный дюйм) | От 680 до 900 МПа (от 99 до 131 фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| Х2КрМнНиН21-5-1 | 1.4162 | 400 МПа (58 фунтов на квадратный дюйм) | От 650 до 900 МПа (от 94 до 131 фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| X2CrMnNiMoN21-5-3 | 1.4482 | 400 МПа (58 фунтов на квадратный дюйм) | От 650 до 900 МПа (от 94 до 131 фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| X2CrNiMnMoCuN24-4-3-2 | 1.4662 | 450 МПа (65 фунтов на квадратный дюйм) | От 650 до 900 МПа (от 94 до 131 фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| X2CrNiMoCuN25-6-3 | 1.4507 | 500 МПа (73 фунта на квадратный дюйм) | От 700 до 900 МПа (от 100 до 130 тысяч фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| X2CrNiMoN25-7-4 | 1.4410 | 530 МПа (77 фунтов на квадратный дюйм) | От 730 до 930 МПа (от 106 до 135 тысяч фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| X2CrNiMoCuWN25-7-4 | 1.4501 | 530 МПа (77 фунтов на квадратный дюйм) | От 730 до 930 МПа (от 106 до 135 тысяч фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| X2CrNiMoN29-7-2 | 1.4477 | 550 МПа (80 фунтов на квадратный дюйм) | От 750 до 1000 МПа (от 109 до 145 тысяч фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
| X2CrNiMoCoN28-8-5-1* | 1.4658 | 650 МПа (94 фунта на квадратный дюйм) | От 800 до 1000 МПа (от 120 до 150 тысяч фунтов на квадратный дюйм) | 25 |
*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
[ редактировать ]
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 ударную 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 происходит спинодальный распад пересыщенного твердого ферритного раствора на богатую железом нанофазу ( ) и богатая Cr нанофаза ( ), сопровождающееся выделением G-фазы, [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] что делает ферритную фазу предпочтительным местом зарождения микротрещин. [ 16 ]
Термическая обработка
[ редактировать ]| США Нет. Степени | RU Нет. | Диапазон температур горячей штамповки | Минимальная температура замачивания |
|---|---|---|---|
| S32304 | 1.4362 | От 1150 до 950 °C (от 2100 до 1740 °F) | 980 ° С (1800 ° F) |
| S32205 | 1.4462 | От 1230 до 950 °C (от 2250 до 1740 °F) | 1040 ° С (1900 ° F) |
| S32750 | 1.4410 | От 1235 до 1025 ° C (от 2255 до 1877 ° F) | 1050 ° С (1920 ° F) |
| S32520 | 1.4507 | От 1230 до 1000 °C (от 2250 до 1830 °F) | 1080 ° С (1980 ° F) |
| S32760 | 1.4501 | От 1230 до 1000 °C (от 2250 до 1830 °F) | 1100 ° С (2010 ° F) |
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 обедненные дуплексные марки.
Применение дуплексных нержавеющих сталей
[ редактировать ]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 ]
- Святое семейство [ 20 ]
- Инфраструктура:
- Мост Хеликс , Сингапур [ 21 ]
- Кала Галдана Мост [ 22 ]
- Мост Гонконг-Чжухай-Макао и подводный туннель [ 23 ]
- дамбы, пирсы и т. д.
- туннели
- Нефть и газ :
- 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, дистилляционные колонны, мешалки, морские танкеры-химовозы и т. д. [ 26 ]
- Вода:
- опреснительные установки, большие резервуары для хранения воды, очистка сточных вод [ 27 ]
- возобновляемые источники энергии: для биогаза резервуары
- Мобильность: трамваи и автобусные рамы, автоцистерны, железорудные вагоны. [ 5 ]
- Машиностроение: насосы, клапаны, фитинги, пружины и т.д.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- ТМР нержавеющая сталь. Практическое руководство по изготовлению дуплексных нержавеющих сталей . 3-е изд. Международная молибденовая ассоциация (IMOA); 2014.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пекнер, Дональд; Бернштейн, ИМ (1977). «глава 8». Справочник по нержавеющим сталям . МакГроу Хилл. ISBN 9780070491472 .
- ^ Лакомб, П.; Бару, Б.; Беранже, Г. (1990). «глава 18». Нержавеющие стали . Физические издания. ISBN 2-86883-142-7 .
- ^ Международная молибденовая ассоциация (IMOA) (2014 г.). Практическое руководство по изготовлению дуплексных нержавеющих сталей (PDF) . ISBN 978-1-907470-09-7 – через www.imoa.info.
- ^ Шарль, 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.
- ^ Перейти обратно: а б Международный форум по нержавеющей стали (2020). «Дуплексная нержавеющая сталь» (PDF) .
- ^ Доктор Джеймс Фриц. «Практическое руководство по использованию дуплексных нержавеющих сталей» . Никелевский институт .
- ^ Британская ассоциация производителей нержавеющей стали. «Расчет эквивалентного числа питтинговой устойчивости (PREN)» . bssa.org.uk.
- ^ «Центр знаний — Sandvik Materials Technology» . www.materials.sandvik . Проверено 25 марта 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Стандарт доступен в магазине BSI» .
- ^ «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.
- ^ Мохамед Коко, А. (2022). Полнополевая характеристика концентраций деформаций (двойников деформации, полос скольжения и трещин) на месте (кандидатская диссертация). Оксфордский университет.
- ^ 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 .
- ^ Орнек, Цем; 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 .
- ^ 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. дои : 10.1016/j.msea.2003.12.051 . ISSN 0921-5093 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Международная молибденовая ассоциация (IMOA). «Горячая штамповка и термообработка дуплексных нержавеющих сталей» (PDF) . www.imoa.info .
- ^ Евро-Инокс. «Инновационные фасады из нержавеющей стали» . Публикация Euro-Inox, серия «Строительство» . Том. 19. с. 34. ISBN 978-2-87997-372-2 .
- ^ Международная молибденовая ассоциация (2019). «Лувр Абу-Даби: Дождь света» . Обзор Моли . № 1.
- ^ «Базилика Святого Семейства» . Нержавеющая сталь . № 82. Сединокс. Июнь 2018.
- ^ Институт металлоконструкций (2012). «Пешеходный мост Хеликс» .
- ^ «Мост Кала Галдана» . Институт стального строительства. 2010.
- ^ «Мост Гонконг-Чжухай-Макао: самый длинный морской мост в мире» . www.roadtraffic-technology.com . Проверено 29 апреля 2021 г.
- ^ 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.
- ^ Чейтер, Джеймс (2007). «Целлюлозно-бумажная промышленность переходит на дуплекс» (PDF) . Мир нержавеющей стали .
- ^ Ноттен, Г. (1997). Применение дуплексной нержавеющей стали в химической промышленности (PDF) . 5-я Всемирная конференция по дуплексной нержавеющей стали. Мир нержавеющей стали .
- ^ Генеральный директорат по исследованиям и инновациям (2013 г.). Дуплексные нержавеющие стали в резервуарах для хранения . Публикация ЕС. дои : 10.2777/49448 . ISBN 978-92-79-34576-0 .