Содержание
Дуплексная нержавеющая сталь: определение, группы, состав, свойства, применение и многое другое
- Джон
Дуплексная нержавеющая сталь — важный материал в современной технике. Этот универсальный сплав известен своей двухфазной микроструктурой. Он сочетает в себе прочность, коррозионную стойкость и экономию средств. В этой статье мы рассмотрим, что делает дуплексную нержавеющую сталь уникальной, где она обычно используется и почему она является лучшим выбором для многих отраслей.
Что такое дуплексная нержавеющая сталь?
Дуплексная нержавеющая сталь входит в пятерку семейства нержавеющей стали. Его металлургическая структура представляет собой аустенит и феррит примерно в равных пропорциях и содержит относительно много Cr и Mo. Он имеет лучшую коррозионную стойкость и более высокую прочность, чем аустенитная нержавеющая сталь. Он используется в морской нефтяной, газовой и нефтехимической промышленности. Распространенные марки включают 2205, S39274 и S31803.
Каковы подгруппы дуплексных нержавеющих сталей?
Дуплексные нержавеющие стали представляют собой семейство марок, различающихся по коррозионной стойкости в зависимости от содержания сплава. В зависимости от легирующих элементов и свойств дуплексные нержавеющие стали делятся на четыре подгруппы. Каждая группа имеет различную стойкость к точечной коррозии, ниже мы отмечаем диапазон PREN (число эквивалентности стойкости к точечной коррозии).
PREN = %Cr + 3,3 %Mo + 16 %N. Чем выше значения PREN, тем выше коррозионная стойкость.
Нержавеющие стали марки Lean Duplex (диапазон PREN: 22-27)
Обычно содержит меньше никеля и/или молибдена и больше азота и марганца. Они обладают высокой прочностью, особенно пределом текучести. Обычно они используются в таких областях, как строительство резервуаров, мостов или стяжек. Распространенные марки включают 2101(S32101), 2202(S32202) и 2304(S32304).
Стандартные марки дуплексной нержавеющей стали — (диапазон PREN: 28-38)
Стандартные дуплексные нержавеющие стали сегодня наиболее используются из-за их средних свойств. Они имеют содержание хрома 21-25%, содержание молибдена 2-3% и содержание азота 0,15%. Обычно используются в таких областях применения, как резервуары, трубопроводные системы или технологические сосуды.
2205 (S32205) выделяется как наиболее широко используемый дуплексный сорт в различных отраслях промышленности. Он имеет хорошие эксплуатационные характеристики в условиях высокого давления и высокой коррозионной активности благодаря высокому пределу текучести и высокой стойкости к точечной и щелевой коррозии.
Супердуплексные марки нержавеющей стали (диапазон PREN: 38-45)
Обычно содержат хром 25%, молибден 3,5-4,0% и азот 0,25-0,27%. Они обладают исключительной устойчивостью к локальной точечной и щелевой коррозии. Они предпочтительны для сложных условий, встречающихся в морской добыче нефти, химической переработке, морских применениях и морских сооружениях. Распространенные марки включают 2507 (S32750) и Z100 (S32760).
Гипердуплексные марки нержавеющей стали ——(диапазон PREN: 48-57)
Они имеют содержание хрома 26-30%, содержание молибдена 3,5-5,0% и содержание азота 0,30-0,50%. Они являются наиболее высоколегированными в семействе дуплексных сталей. Они предназначены для чрезвычайно агрессивных кислотных и хлоридсодержащих сред. В настоящее время они в основном доступны в виде бесшовных труб. Распространенные марки включают S33207 и SAF S32707.
Распространенные марки дуплексной нержавеющей стали
2205 Дуплексная нержавеющая сталь
Duplex 2205 — наиболее широко используемая дуплексная нержавеющая сталь. Она содержит приблизительно 22% хрома, 5-6% никеля и 3% молибдена. Известна своим превосходным сочетанием прочности и коррозионной стойкости. Используется в различных отраслях промышленности, включая нефтегазовую, химическую переработку и морскую среду.
2507 Дуплексная нержавеющая сталь
Duplex 2507 — это супердуплексная нержавеющая сталь. Содержит около 25% хрома, 7% никеля и 4% молибдена. Обеспечивает повышенную коррозионную стойкость по сравнению с Duplex 2205, особенно в агрессивных средах. Обычно используется на морских нефтяных и газовых платформах, в морской воде и при химической обработке.
2101 Дуплексная нержавеющая сталь
Duplex 2101, также известная как LDX 2101, является низкоуглеродистой дуплексной нержавеющей сталью. Она содержит около 21,5% хрома, 1,5% марганца и 0,22% азота. Известна своей высокой прочностью, хорошей свариваемостью и превосходной стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением. Используется в различных отраслях промышленности, включая строительство, транспорт и химическую переработку.
2304 Дуплексная нержавеющая сталь
Duplex 2304 — дуплексная нержавеющая сталь со сбалансированной микроструктурой примерно 23% хрома, 4% никеля и 0,1% азота. Она обеспечивает хорошую устойчивость к локальной коррозии, такой как питтинговая и щелевая коррозия. Используется в структурных и архитектурных приложениях, а также в морской среде.
Zeron 100 Дуплексная нержавеющая сталь
Zeron 100 — это супердуплексная нержавеющая сталь с хромом 25%, молибденом 3,5% и азотом 0,25%. Она обеспечивает превосходную коррозионную стойкость в суровых условиях, особенно против коррозионного растрескивания под напряжением, вызванного хлоридами. Обычно используется на морских нефтяных и газовых платформах, опреснительных установках и оборудовании для химической обработки.
Химический состав дуплексной нержавеющей стали
В таблице ниже приведен химический состав некоторых распространенных дуплексных нержавеющих сталей:
| ИМЯ | НОМЕР UNS | С | Мн | Си | Кр | Ни | Н | Cu | Мо | Группа |
| 2202 | S32202 | 0.03 | 2.00 | 1.00 | 21.0-22.0 | 1.35-1.70 | 0.20-0.25 | 0.1-0.8 | 0.1-0.8 | Бережливый дуплекс |
| 2101 | S32101 | 0.04 | 4.0-6.0 | 1 | 21.0-22.0 | 1.35-1.70 | 0.20-0.25 | 0.1-0.8 | 0.1-0.8 | |
| 2205 | S31803 | 0.03 | 2 | 1 | 21.0-23.0 | 4.5-6.5 | 0.08-0.20 | – | 2.5-3.4 | Стандартный дуплекс |
| S32205 | 1.4462 | 2 | 1 | 22.0-23.0 | 4.5-6.5 | 0.14-0.20 | – | 3.0-3.5 | ||
| 225 | S32550 | 0.04 | 1.5 | 1 | 24.0-27.0 | 4.5-6.5 | 0.10-0.25 | 1.5-2.5 | 2.9-3.9 | Супер Дуплекс |
| 2507 | S32750 | 0.03 | 1.2 | 0.8 | 24.0-26.0 | 6.0-8.0 | 0.24-0.32 | 0.5 | 3.0-5.0 | |
| 2707 | S32707 | 0.03 | 1.5 | 0.5 | 26.0-29.0 | 5.5-9.5 | 0.30-0.50 | 1 | 4.0-5.0 | Дуплекс Хайер |
| S33207 | – | 1.5 | 0.8 | 29.0-33.0 | 6.0-9.0 | 0.40-0.60 | 1 | 3.0-5.0 |
Свойства дуплексной нержавеющей стали
Физические свойства
Физические свойства дуплексных нержавеющих сталей приведены в таблице ниже:
| Физическая собственность | Типичный диапазон значений |
| Плотность | 7,8-8,0 г/см³ |
| Температура плавления | 1350-1450°С |
| Удельная теплоемкость | 0,4-0,6 Дж/(г·К) |
| Теплопроводность | 15-20 Вт/(м·К) |
| Электропроводность | 2.0-3.0 %IACS |
| Коэффициент теплового расширения | 11-14 мкм/м·К |
| Удельное электрическое сопротивление (Ом.м) | 1,0-1,2 мкОм·м |
Механические свойства
Ознакомьтесь с таблицей ниже, чтобы узнать о механических свойствах дуплексных нержавеющих сталей:
| Физическая собственность | Типичное значение | Типичное значение |
| Плотность | 7,8-8,0 г/см³ | 487-500 фунтов/фут³ |
| Температура плавления | 1350-1450°С | 2462-2642°F |
| Удельная теплоемкость | 0,4-0,6 Дж/(г·К) | 0,096–0,144 БТЕ/(фунт·°F) |
| Теплопроводность | 15-20 Вт/(м·К) | 8,7–11,6 БТЕ/(фут·ч·°F) |
| Электропроводность | 2.0-3.0 %IACS | 2.0-3.0 %IACS |
| Коэффициент теплового расширения | 11-14 мкм/м·К | 6,1–7,8 мкдюйм/дюйм·°F |
| Электрическое сопротивление | 1,0-1,2 мкОм·м | 1,0-1,2 мкОм·м |
Еще одно предложение: если в вашем проекте высокие требования к механическим свойствам при комнатной температуре, вы можете отдать приоритет дуплексным маркам стали, поскольку их минимальные значения предела текучести в два раза выше, чем у аустенитной нержавеющей стали, что позволяет изготавливать более тонкие сечения.
Коррозионная стойкость
Устойчивость к кислотам
Высокое содержание хрома в дуплексной нержавеющей стали, а также определенное количество молибдена и никеля обеспечивает ей высокую устойчивость в кислых средах.
Стойкость к точечной и щелевой коррозии
Более высокое содержание хрома, молибдена и азота придает дуплексной нержавеющей стали превосходную устойчивость к точечной и щелевой коррозии, вызываемой хлоридами.
Стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением
Кроме того, ее двухфазная структура дает преимущество в сопротивлении коррозионному растрескиванию под действием хлоридов. Когда микроструктура содержит более феррита 30%, дуплексная нержавеющая сталь может лучше противостоять коррозионному растрескиванию под действием хлоридов, чем нержавеющая сталь 304.
Однако из-за наличия феррита дуплексная нержавеющая сталь подвержена водородной хрупкости, что может снизить ее стойкость в таких средах.
Каковы плюсы и минусы дуплексной нержавеющей стали?
Вот преимущества и выгоды мартенситной нержавеющей стали:
- Более высокая прочность и лучшая коррозионная стойкость, чем у аустенитных и ферритных нержавеющих сталей.
- Лучшая формуемость под давлением, чем у ферритных марок, и превосходная прочность.
- Как правило, не требует предварительного нагрева или послесварочной термической обработки, что упрощает процессы сварки.
- Обеспечивает высокую прочность и коррозионную стойкость при более низком содержании дорогостоящих легирующих элементов. Это делает его экономически эффективным.
Вот недостатки и ограничения:
- По сравнению с аустенитными сталями их сложнее формовать и обрабатывать.
- Проявляют тенденцию к закалке и охрупчиванию при температурах от 280°C до 500°C, особенно при 475°C.
- Более высокая первоначальная стоимость по сравнению со стандартной нержавеющей сталью.
Для чего используется дуплексная нержавеющая сталь?
Ниже приведены распространенные марки мартенситной нержавеющей стали и области их применения:
| Промышленность | Приложения | Общие оценки |
| Нефть и газ | Трубы, баки | 2205 (S32205), 2507 (S32750) |
| Химическая переработка и морская | Трубы, теплообменники, сосуды | 2205 (S32205), 2507 (S32750) |
| Переработка пищевых продуктов и напитков | Оборудование для пищевой промышленности | 2304 (S32304), LDX 2101 (S32101) |
| Морская инженерия | Конструкционные элементы, части корабля | 2507 (S32750), Z100 (S32760) |
| Очистка сточных вод | Оборудование для очистки сточных вод | 2205 (S32205), 2304 (S32304) |
| Архитектура и строительство | Конструктивные элементы, мосты | 2205 (S32205), 2304 (S32304) |
| Горное дело и металлургия | Горнодобывающее оборудование, металлургическое оборудование | 2205 (S32205), 2507 (S32750) |
Производство и обработка дуплексной нержавеющей стали
Основные этапы производства дуплексной нержавеющей стали следующие:
Горячая обработка
Горячая прокатка.
Литая сталь нагревается и пропускается через ролики для уменьшения толщины и придания ей формы. Этот процесс улучшает структуру стали и ее механические свойства.
Ковка.
Ковка подразумевает сжатие нагретого материала между штампами для достижения желаемой формы. Этот процесс обычно используется для более толстых секций или более сложных форм.
Отжиг раствора
Термическая обработка.
Сталь нагревается до высокой температуры, обычно от 1020°C до 1100°C, в зависимости от марки.
Быстрое охлаждение.
После нагрева сталь быстро охлаждают, обычно путем закалки в воде или на воздухе.
Холодная обработка (при необходимости)
Холодная прокатка.
Для точных размеров или лучшей отделки поверхности сталь можно прокатывать при комнатной температуре. Этот шаг дополнительно очищает сталь.
Холодное волочение.
В некоторых случаях вместо прокатки может использоваться холодное волочение. Этот процесс протягивает сталь через матрицу для получения определенных форм, часто используемых для изготовления проволоки или труб.
Окончательная термообработка
Если материал подвергся значительной холодной обработке, может быть выполнена термообработка для снятия напряжений. Она заключается в нагреве стали до более низкой температуры (обычно около 300°C - 400°C) для снятия внутренних напряжений без существенного влияния на механические свойства.
Отделка и проверка
Сталь можно очистить и отполировать, чтобы удалить окалину и улучшить ее внешний вид и коррозионную стойкость.
Конечный продукт проходит испытания на механические свойства, коррозионную стойкость и размеры, чтобы убедиться в его соответствии стандартам.
Ключевые соображения
Точный контроль температуры и охлаждения имеет решающее значение для поддержания баланса аустенитной и ферритной фаз.
Для предотвращения образования хрупких фаз, которые могут снизить прочность и коррозионную стойкость, необходимы правильная термическая обработка и охлаждение.
Рекомендуемые температуры для горячей формовки и отжига/выдержки
Различные марки дуплексной нержавеющей стали имеют различные рекомендуемые диапазоны температур для горячей штамповки и отжига/выдержки:
- S32304 (1.4362)
Диапазон температур горячей штамповки: от 1150 до 950 °C (от 2100 до 1740 °F)
Минимальная температура выдержки: 980 °C (1800 °F)
- S32205 (1,4462)
Диапазон температур горячей штамповки: от 1230 до 950 °C (от 2250 до 1740 °F)
Минимальная температура замачивания: 1040 °C (1900 °F)
- S32750 (1,4410)
Диапазон температур горячей штамповки: от 1235 до 1025 °C (от 2255 до 1877 °F)
Минимальная температура замачивания: 1050 °C (1920 °F)
- S32520 (1,4507)
Диапазон температур горячей штамповки: от 1230 до 1000 °C (от 2250 до 1830 °F)
Минимальная температура замачивания: 1080 °C (1980 °F)
- S32760 (1.4501)
Диапазон температур горячей штамповки: от 1230 до 1000 °C (от 2250 до 1830 °F)
Минимальная температура замачивания: 1100 °C (2010 °F)
История дуплексной нержавеющей стали
1920-е годы: впервые была разработана концепция дуплексных сплавов нержавеющей стали, что заложило основу.
1930-е годы: начинается первое производство дуплексных сплавов. Эти сплавы в основном использовались в литейном производстве из-за высокого содержания углерода.
Конец 1960-х: Металлургические заводы получили возможность производить низкоуглеродистые дуплексные стали с повышенным содержанием хрома и никеля.
Середина 1970-х: Разработка Duplex 2205 обеспечивает превосходную коррозионную стойкость. Этот сплав популярен и сегодня.
Настоящее время: Постоянная эволюция приводит к появлению разнообразной современной дуплексной нержавеющей стали.
Что еще вам следует знать о дуплексной нержавеющей стали
Теперь, когда у вас есть более глубокое понимание дуплексной нержавеющей стали. Есть еще некоторые общие проблемы, которые заслуживают вашего внимания：
Ржавеет ли дуплексная нержавеющая сталь?
Дуплексная нержавеющая сталь обладает высокой устойчивостью к ржавчине. Но она все равно может ржаветь и подвергаться коррозии.
Связанное чтение
Ржавеет ли нержавеющая сталь?
Является ли дуплексная нержавеющая сталь дорогой?
Дуплексная нержавеющая сталь может быть дороже других типов нержавеющей стали, поскольку она имеет высокое содержание легирующих элементов и ее сложно производить. Она также может быть более рентабельной, поскольку она прочнее и имеет более низкое содержание никеля.
Магнитится ли дуплексная нержавеющая сталь?
Да, дуплексная нержавеющая сталь обычно магнитная. Поскольку ее структура содержит магнитные ферритные зерна, она может быть менее магнитной, чем ферритные стали, поскольку содержит аустенит.
Связанное чтение
Магнитится ли нержавеющая сталь?
Каково содержание углерода в дуплексной стали?
Содержание углерода в дуплексной нержавеющей стали обычно составляет менее 0,04%. Такое низкое содержание углерода, наряду с высоким содержанием азота, помогает снизить риск межкристаллитной коррозии.
Дуплексная нержавеющая сталь лучше, чем 316?
Да. Дуплексная нержавеющая сталь более прочная, чем 316. Он обладает большей устойчивостью к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением.
2205 Дуплексная нержавеющая сталь против 316
Дуплексная нержавеющая сталь 2205 обеспечивает лучшую коррозионную стойкость и прочность. Сталь 316 легче сваривается и обеспечивает лучшую низкотемпературную вязкость. Сталь 2205 обычно используется в более сложных условиях, тогда как сталь 316 широко применяется в морских и промышленных целях.
В чем разница между дуплексной нержавеющей сталью 2205 и 2507?
Дуплексная нержавеющая сталь 2507 имеет лучшую прочность, коррозионную стойкость и твердость, чем 2205. Ее прочность также выше. Но дуплексная нержавеющая сталь 2205 стоит дешевле.
Резюме и далее
В этой статье кратко объясняется определение дуплексной нержавеющей стали, ее состав, свойства, марки, области применения и другие важные аспекты. Чтобы узнать больше о нержавеющей стали или других типах стали, посетите наш блог или свяжитесь с нашими экспертами по металлу.
Как ведущий производитель и поставщик решений в области специальной стали, мы предоставляем многоотраслевые прикладные решения и индивидуальные услуги с гарантией качества 100%, стремясь расти вместе с нашими клиентами. Посетить наш сайт чтобы узнать больше, или отправьте нам предложение, и мы свяжемся с вами в ближайшее время!
