Дуплексна сталь: опис, характеристики та особливості

Сьогодні Дуплексна сталь отримує все більшу популярність. Виробництво цього типу нержавіючого сплаву займаються практично всі компанії в області металургії. Детальніше про те, що таке Дуплексна сталь, і якими перевагами вона володіє, ви зможете прочитати в цій статті.

Загальні відомості

Дуплексна сталь отримала визнання у всьому світі. Якими характеристиками вона володіє? По-перше, висока міцність цього матеріалу дозволяє скоротити кінцевий вага будь-якого виробу. По-друге, вона славиться величезною стійкістю до корозії. Особливо це помітно при розгляді стійкості до корозійного розтріскування.

Варто сказати, що на даний момент сировина все ще не стала звичною для виробників, а тому раз на кілька років проводяться конференції, на яких розглядаються технічні статті, присвячені всім особливостям дуплексної сталі. Поки що, незважаючи на досить високий інтерес до цього виду виробу, частка на світовому ринку становить всього 1-3%.

Історія виникнення

Варто відзначити, що ідея створення дуплексної сталі народилася ще в 1920 році. Але на світ перший матеріал з`явився лише в 1930 році в Швеції. Широке поширення і застосування цього виду сировини почалося лише в останньому десятилітті. Основна причина цього криється в тому, що в ці роки технологія виробництва була сильно вдосконалена. Зокрема, виробники отримали можливість більш точного регулювання вмісту азоту.

Щоб зрозуміти переваги і причину появи на світ нержавіючої сталі duplex, слід розібратися в двох інших основних видах.

Аустенітні сплави, які представлені маркою AISI 304 або 08Х18Н10, а також феритні марки AISI 430 або 12Х17 досить прості у виробництві. Як зрозуміло з їх назви, складаються вони в основному з аустеніту або ж фериту. Незважаючи на досить широке застосування, у них є технічні недоліки.

Недоліки традиційних сталей

Якщо говорити про аустенітних сталях, то до недоліків можна віднести низький показник міцності, а також маленьку стійкість до корозійного розтріскування. Що ж стосується феритного матеріалу, то його міцність трохи вище, але все одно "не дотягує" до ідеалу. Крім того, зварюваність стали сильно погіршується з підвищенням товщини матеріалу, а при низьких температурах стає досить крихкою.

Ще один невеликий недолік аустенітного сплаву-вміст нікелю в складі. Це призводить до більш високої вартості продукту, Чому, природно, не радий жоден кінцевий споживач.

Переваги duplex

Ідея створення нержавіючої сталі duplex з`явилася з бажання зрівняти феритну і аустенітну основу для того, щоб отримати новий, більш якісний матеріал. Приблизна однакова кількість феритної та аустенітної сталі призвела до отримання наступних переваг:

• Високий показник міцності. Діапазон межі текучості при 0,2% становитиме від 400 до 450 МПа, що більше на 150-200 МПа показника, який можна спостерігати у аустенітних або феритних сплавів. Це і призвело до того, що можна зменшити товщину виробу, при цьому не втративши міцності. А зменшення товщини викликало зниження кінцевої маси. Це дуже важливо в області будівельних конструкцій, баків і посудин, що піддаються тиску.
• Якими переваги володіє Дуплексна сталь крім міцності? Зварюваність металу досить хороша навіть при великій товщині.
• Високі показники ударної в`язкості. Набагато краще, ніж у феритних сплавів. Особливо це стосується випадків, коли навколишня температура повітря сильно опускається до -50, а іноді і до - 80 градусів за Цельсієм.
• Високий показник стійкості до корозійного розтріскування. До цього дефекту дуже схильні аустенітні матеріали. Цей параметр відіграє важливу роль в таких сферах виробництва, як пивоварні баки, установки збагачувального типу, каркаси для басейнів.
• Бойлери з дуплексної сталі набагато надійніше, ніж з аустеніту.

Розтріскування

В даний час звичайна сталь схильна до такого дефекту, як корозійне розтріскування або SCC-Stress Corrosion Cracking. Даний вид корозії зазвичай виникає при певних умовах. Збудником може стати сильне розтягуюче напруження, підвищена температура (50 градусів за Цельсієм вище нуля). А якщо говорити про басейни, то через постійний вплив води такий вид корозії може проявлятися і при 25 градусах.

Аустенітні марки стали досить сильно схильні до впливу цього дефекту. Більшою надійністю в цьому плані володіє феритний сплав, а також Дуплексна нержавіюча сталь А890 3А по ASTM та інших марок. Великий коефіцієнт опору дозволяє застосовувати цей матеріал у виробництві водонагрівачів, пивоварних баків, опріснювальних установок. Тобто там, де спостерігається підвищена температура і зіткнення з рідинами.

Виготовляти каркаси басейнів зі звичайних аустенітних сталей і зовсім забороняється через даного дефекту. Раніше доводилося використовувати сплав з сильно підвищеним вмістом нікелю, що призводило до подорожчання виробу. На сьогоднішній же день можна застосовувати дуплексну або супердуплексную сталь.

"Супер" і "гіпер" дуплексний матеріал

Варто сказати, що якщо додати в феритну хромову сталь нікель, то можна отримати структуру змішаної основи. Тобто вона буде містити і аустеніт, і ферит. Як вже стало зрозуміло, саме таку суміш стали називати дуплексним матеріалом. Приставка "супер" або "гіпер" Дуплексна сталь вказують на те, що в сировині міститься підвищена кількість леггирующих компонентів. Це говорить про ще більший опір корозії, ніж у звичайних матеріалів.

"Супер" і "гіпер" Дуплексна сталь в обладнанні для газовидобутку використовується досить активно. Крім цього, сировину застосовують в харчовій, хімічній, будівельній і навіть медичній галузях.

Зварювання матеріалу

Незважаючи на хорошу зварюваність цього продукту, слід дотримуватися певних правил. Перед початком зварювальних робіт потрібно звернути увагу на наступне:

• щоб забезпечити хорошу якість проплавлення матеріалу, слід зазор в корені стикування і кут оброблення крайок зробити трохи більше, ніж для звичайної сталі;
• місце стику, а також метал навколо цього місця рекомендується ретельно очистити від будь-яких забруднень;
• застосовувати при цьому можна лише щітки з металевого дроту зі стійкістю до корозії;
• електрод для зварювання обов`язково повинен бути сухим.

Під час зварювання дуплексної сталі слід дотримуватися таких правил:

• Дуже важливо стежити за таким параметром, як тепловкладення. Він не повинен бути занадто низькими або, навпаки, занадто високими. Для звичайної дуплексної сталі під час зварювання слід дотримуватися діапазону в 0,5-2,5 кДж / мм. Крім того, міжпрохідна температура повинна становити не більше 200 градусів за Цельсієм.
• На зворотному боці зварювального шва не повинна з`являтися окалина. Тут дуже важливо правильно вибрати газ, який буде захищати корінь шва. Найчастіше для захисних цілей використовується така суміш газів, як високочистий аргон і водень або азот.
• Сварка повинна виконуватися лише фахівцем з високою кваліфікацією. Це обумовлено тим, що в місцях пропалів у металу сильно підвищиться схильність до появи корозії, а також велика ймовірність появи тріщин.
• Під час проведення зварювальних робіт не слід робити широких поперечних коливань електрода. Це може привести до занадто великого тепловкладення, що суперечить правилам.

Робота після зварювання

Є певні рекомендації, яким варто слідувати і після проведення зварювальних робіт.

• Щоб забезпечити високий захист від корозії у наплавленого металу, його слід ретельно почистити. Потрібно повністю видалити оксидну плівку і зняти всі залишки шлаку.
• Робота по зачистці виконується тільки вручну і тільки щіткою з дроту з властивостями стійкості до корозії. Якщо використовувати механічні пристосування, то це може привести до появи мікронадривів в області шва, що знизить його міцність.
• Найчастіше ніяка термообробка шва після зварювання вже не потрібно.

Недоліки сировини

Незважаючи на поширення матеріалу і його, здавалося б, очевидні і вагомі переваги, він все ще не отримав загального визнання і, швидше за все, ніколи не буде займати лідируючі рядки на ринку. Це обумовлено кількома недоліками, про які варто знати. Через них такий сплав завжди буде "нішевим".

Відразу варто почати з високої міцності матеріалу. Здавалося б, вагома перевага, проте саме воно стає величезним недоліком, коли виникає необхідність обробки металу механічними способами або тиском. Ще один мінус високої міцності-це сильне зниження можливості до пластичної деформації. З цієї причини дуплексне сировину фактично не придатне для виробництва будь-яких виробів, які повинні володіти високою пластичністю.

Навіть у тих випадках, коли пластичність, здавалося б, знаходиться на прийнятному для роботи рівні, все одно доводиться прикладати величезні зусилля. З цієї причини Дуплексні сталі і сплави для нафтогазової арматури застосовуються не дуже часто.

Наступний недолік-це велика технологічна складність виплавки нержавіючої сталі дуплексного типу. Аустенітний і феритний матеріал набагато простіше виплавляти. Якщо порушити технологію виготовлення, особливо в процесі термічної обробки, в матеріалі крім аустеніту і фериту будуть утворюватися і інші фази, що зовсім небажано. Найчастіше утворюється сигма-фаза або 475-градусна крихкість.

Небажані фази в сировині

Сигма-фаза утворюється в такому продукті при 1000 градусах за Цельсієм і вище. Зазвичай такі температури виникають в тих випадках, якщо процес охолодження після зварювання або в процесі виробництва протікає недостатньо швидко. До того ж, чим більше легуючих елементів буде міститися в складі, тим вище ймовірність появи такої фази. Іншими словами, надзвичайно важко створити супердуплексну або гіпердуплексну сталь.

Що стосується 475-градусної крихкості, то вона з`являється в разі утворення фази з назвою альфа-штрих. Як випливає з назви, найнебезпечніша температура - це 475 градусів за Цельсієм, але проблема може з`явитися і при набагато нижчих показниках, приблизно 300 градусів. Через це накладається максимальне температурне обмеження на застосування виробів з такого типу сировини. Природно, через це ще сильніше звужується коло застосування стали.

Виходячи з усього вищесказаного, можна зробити такий висновок. Марки дуплексних сталей є хорошим рішенням і заміною стандартним матеріалам, але в дуже вузькій сфері.

Підсумок

Дуплексний сплав має набагато менш широке поширення, ніж інші види металів. Проте він користується популярністю в певних сферах. Найчастіше його використовують у нафтохімічній галузі, автомобілебудуванні та у виробництві басейнів. Відмінна зварюваність, стійкість до корозії і велика зносостійкість роблять цей матеріал справжньою знахідкою для багатьох.