Дуплексная нержавеющая сталь - это инженерный материал, обладающий высокой прочностью, отличной коррозионной стойкостью и экономичностью. Она широко используется в нефтехимии, судостроении, атомной энергетике, пищевой промышленности и других областях. В этом блоге мы расскажем об определении, характеристиках, классификации, применении и методе выбора материала из дуплексной нержавеющей стали, чтобы помочь вам лучше выбрать подходящий класс нержавеющей стали.
Основные характеристики дуплексной нержавеющей стали
Примечательной особенностью дуплексной нержавеющей стали является сосуществование в микроструктуре двух кристаллических структур - феррита (α-Fe) и аустенита (γ-Fe), которые обычно сосуществуют в объемном соотношении, близком к 1:1. Такая дуплексная структура достигается за счет точного контроля соотношения таких элементов, как хром (Cr), никель (Ni) и молибден (Mo): хром является ферритообразующим элементом, а никель - стабилизатором аустенита. Баланс этих двух элементов обеспечивает соотношение двух фаз, близкое к 50:50. Добавление азота дополнительно стабилизирует фазу аустенита, повышая прочность и коррозионную стойкость.
С точки зрения эксплуатационных характеристик, ферритная фаза придает материалу высокую прочность и устойчивость к коррозионному растрескиванию под действием хлоридов, а аустенитная фаза обеспечивает вязкость и кислотостойкость. Этот синергетический эффект позволяет дуплексной нержавеющей стали достичь оптимального баланса между прочностью, коррозионной стойкостью и вязкостью. Например, обычная аустенитная нержавеющая сталь (такая как 304) подвержена коррозионному растрескиванию под напряжением в среде хлорид-ионов, в то время как высокохромистая ферритная сталь более хрупкая. Дуплексная нержавеющая сталь преодолевает недостатки обоих типов материалов. Данные испытаний показывают, что предел текучести дуплексной нержавеющей стали может достигать 400-550 МПа, что более чем в два раза выше, чем у нержавеющей стали 304 (около 205 МПа), а удлинение остается на уровне 25%-40%, что значительно выше, чем у высокопрочной низколегированной стали.
Что касается коррозионной стойкости, то эквивалент питтинговой стойкости (PREN) дуплексной нержавеющей стали может быть рассчитан по формуле:
PREN= %Cr + 3,3 ×%Mo + 16 ×%N
Для примера возьмем марку 2205, Cr 22%, Mo 3%, N 0.15%, ее значение PREN достигает 33-34, что намного выше, чем у нержавеющей стали 304 (PREN≈18) и нержавеющей стали 316 (PREN≈24). Что еще более важно, дуплексная нержавеющая сталь демонстрирует сильную устойчивость к коррозионному растрескиванию под действием хлоридов (SCC) - в морской воде, содержащей хлорид-ионы, обычная аустенитная нержавеющая сталь может растрескаться в течение нескольких месяцев, в то время как дуплексная нержавеющая сталь может безопасно использоваться в течение десятилетий.
Классификация и типичные марки дуплексной нержавеющей стали
В настоящее время дуплексная нержавеющая сталь в основном подразделяется на четыре поколения. Характеристики и типичные марки каждого поколения следующие:
Представитель первого поколения марки 2205 (S31803) содержит Cr 22%, Ni 5%, Mo 3% и N 0,15%. Классическая формула обеспечивает баланс между коррозионной стойкостью и прочностью и широко используется в химическом оборудовании и трубопроводах для морской воды. Супердуплексная сталь второго поколения 2507 (S32750) содержит Cr 25%, Ni 6%, Mo 3,5% и N 0,25%. Значение PREN составляет ≥40, а коррозионная стойкость выше. Она подходит для морских платформ и оборудования СПГ. Третье поколение 2507Cu добавляет элементы Cu в 2507 для повышения стойкости к щелевой коррозии. Он подходит для соляной кислоты высокой концентрации и бумажной промышленности. Четвертое поколение экономичной марки LDX 2101 содержит низкое содержание никеля (1,5%), высокое содержание марганца (5,5%), Cr 21%, Mo 0,3%, значение PREN 26-28. Используется в строительном и природоохранном оборудовании.
Ключевой момент: первое и второе поколения - это основные марки для применения. Второе поколение значительно повышает коррозионную стойкость за счет увеличения содержания хрома, молибдена и азота; третье поколение оптимизировано для специфических коррозионных сред (например, соляной кислоты высокой концентрации); четвертое поколение обеспечивает контроль затрат за счет снижения содержания никеля.
Применение и выбор материала дуплексной нержавеющей стали
Нефтегазовая промышленность является основной областью применения дуплексной нержавеющей стали. В системе коллекторов глубоководных нефтедобывающих платформ используется дуплексная нержавеющая сталь (например, 2507), выдерживающая коррозию в морской воде (PREN≥40) и высокое давление (≥600 МПа); для облицовки резервуара для хранения СПГ используется сталь 2205 или 2507 с учетом низкотемпературной вязкости (-50℃) и устойчивости к сероводородной коррозии под напряжением. В химической промышленности и энергетике, в устройствах мокрой сероочистки и трубопроводах теплоносителя атомных электростанций используется 2205 или 2507, чтобы противостоять коррозии в среде серной и фосфорной кислот и высокотемпературной коррозии под действием сероводорода. В строительстве и охране окружающей среды LDX 2101 используется для ограждений мостов и оборудования для очистки сточных вод, снижая эксплуатационные расходы благодаря низкой стоимости никеля (1,5%) и хорошей устойчивости к атмосферной/сточной коррозии.
При выборе материала следует ориентироваться на коррозионную среду (например, морская вода, концентрация кислот, хлорид-ионов), механические свойства (устойчивость к давлению, ударопрочность), стоимость (содержание никеля и расход материала), а также требования к обработке и сварке. Например, 2507 с PREN ≥ 40 предпочтительнее использовать в морской воде; для химического оборудования необходимо выбирать 2205 или 2507 в зависимости от концентрации среды; а экономичный LDX 2101 можно использовать для строительных ограждений. Типичные решения проблем включают: контроль нагрева при сварке во избежание охрупчивания (использование подходящей сварочной проволоки и многослойного многопроходного процесса сварки); обработку поверхности (Ra ≤ 0,8 мкм) и конструктивное исполнение (исключение зазоров) для предотвращения точечной коррозии.
Производственный процесс и пункты контроля качества
Производство дуплексной нержавеющей стали начинается с выплавки. Сырье плавится в электродуговой печи (EAF), затем передается в аргонокислородную печь для обезуглероживания (AOD), при этом содержание углерода контролируется на уровне ≤0,03% (для супердуплексной стали требуется ≤0,02%). Вакуумное кислородное обезуглероживание (VOD) дополнительно снижает содержание примесей, и после непрерывной разливки в слябы, осуществляется горячая прокатка (1050-1150℃) и холодная прокатка, и, наконец, отжиг (1020-1100℃ закалка в воде) для восстановления дуплексного баланса.
_______________________________________________________________________________________
Daxun Alloy Co., Ltd. предоставляет высококачественную дуплексную нержавеющую сталь клиентам по всему миру, включая листы, рулоны, трубы, прутки и т.д., со стандартными производственными процессами и строгими правилами. Если ваш проект требует этого, пожалуйста, немедленно свяжитесь с нами, чтобы получить лучшее предложение.
