Nội dung
Thép không gỉ Duplex: Định nghĩa, Nhóm, Thành phần, Tính chất, Ứng dụng & Thêm
- John
Thép không gỉ Duplex là vật liệu quan trọng trong kỹ thuật hiện đại. Hợp kim đa năng này được biết đến với cấu trúc vi mô hai pha. Nó kết hợp độ bền, khả năng chống ăn mòn và tiết kiệm chi phí. Bài viết này sẽ xem xét điều gì làm cho thép không gỉ Duplex trở nên độc đáo, nơi nó thường được sử dụng và tại sao nó là lựa chọn hàng đầu cho nhiều ngành công nghiệp.
Thép không gỉ Duplex là gì?
Thép không gỉ Duplex là một trong năm gia đình thép không gỉ. Cấu trúc luyện kim của nó là austenit và ferit với tỷ lệ gần bằng nhau và chứa Cr và Mo tương đối cao. Nó có khả năng chống ăn mòn tốt hơn và độ bền cao hơn thép không gỉ austenit. Nó được sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí và hóa dầu ngoài khơi. Các loại phổ biến bao gồm 2205, S39274 và S31803.
Các phân nhóm thép không gỉ Duplex là gì?
Thép không gỉ duplex là một họ các loại thép có khả năng chống ăn mòn khác nhau tùy thuộc vào hàm lượng hợp kim. Theo các thành phần và tính chất hợp kim, thép không gỉ duplex được chia thành bốn nhóm nhỏ. Mỗi nhóm có khả năng chống ăn mòn rỗ khác nhau, dưới đây chúng tôi lưu ý phạm vi PREN (số tương đương khả năng chống rỗ).
PREN = %Cr + 3,3 %Mo + 16 %N. Giá trị PREN càng cao thì khả năng chống ăn mòn càng lớn.
Thép không gỉ Duplex Lean—— (phạm vi PREN: 22-27)
Thông thường chứa hàm lượng niken và/hoặc molypden thấp hơn và hàm lượng nitơ và mangan cao hơn. Chúng có độ bền cao, đặc biệt là độ bền kéo. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng như xây dựng bể chứa, cầu hoặc thanh giằng. Các loại phổ biến bao gồm 2101 (S32101), 2202 (S32202) và 2304 (S32304).
Tiêu chuẩn thép không gỉ Duplex——(phạm vi PREN: 28-38)
Thép không gỉ duplex tiêu chuẩn là loại được sử dụng nhiều nhất hiện nay vì có các đặc tính ở mức trung bình. Chúng có hàm lượng crom là 21-25%, hàm lượng molypden là 2-3% và hàm lượng nitơ là 0,15%. Thường được sử dụng trong các ứng dụng như bồn chứa, hệ thống đường ống hoặc bình xử lý.
2205 (S32205) nổi bật là loại thép duplex được sử dụng rộng rãi nhất trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Nó có hiệu suất tốt trong môi trường áp suất cao và ăn mòn cao do có độ bền kéo cao và khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở cao.
Cấp thép không gỉ Super Duplex——(phạm vi PREN: 38-45)
Thông thường chứa 25% crom, 3,5-4,0% molypden và 0,25-0,27% nitơ. Chúng có khả năng chống rỗ cục bộ và ăn mòn khe hở tuyệt vời. Chúng được ưa chuộng cho các môi trường khắc nghiệt trong sản xuất dầu ngoài khơi, chế biến hóa chất, ứng dụng hàng hải và các cấu trúc ngoài khơi. Các loại phổ biến bao gồm 2507 (S32750) và Z100 (S32760).
Cấp thép không gỉ Hyper Duplex——(phạm vi PREN: 48-57)
Chúng có hàm lượng crom là 26-30%, hàm lượng molypden là 3,5-5,0% và hàm lượng nitơ là 0,30-0,50%. Chúng là loại hợp kim cao nhất trong họ ống đôi. Chúng được thiết kế cho môi trường có chứa axit và clorua cực kỳ khắc nghiệt. Hiện tại, chúng chủ yếu có sẵn dưới dạng ống liền mạch. Các loại phổ biến bao gồm S33207 và SAF S32707.
Các loại thép không gỉ Duplex phổ biến
2205 Thép không gỉ Duplex
Duplex 2205 là loại thép không gỉ duplex được sử dụng rộng rãi nhất. Nó chứa khoảng 22% crom, 5-6% niken và 3% molypden. Được biết đến với sự kết hợp tuyệt vời giữa độ bền và khả năng chống ăn mòn. Được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm dầu khí, chế biến hóa chất và môi trường biển.
2507 Thép không gỉ Duplex
Duplex 2507 là loại thép không gỉ siêu duplex. Nó chứa khoảng 25% crom, 7% niken và 4% molypden. Có khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với Duplex 2205, đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt. Thường được sử dụng trong các giàn khoan dầu khí ngoài khơi, ứng dụng nước biển và xử lý hóa chất.
2101 Thép không gỉ Duplex
Duplex 2101, còn được gọi là LDX 2101, là loại thép không gỉ duplex nạc. Nó chứa khoảng 21,5% crom, 1,5% mangan và 0,22% nitơ. Được biết đến với độ bền cao, khả năng hàn tốt và khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất tuyệt vời. Được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm xây dựng, vận tải và chế biến hóa chất.
2304 Thép không gỉ Duplex
Duplex 2304 là thép không gỉ duplex có cấu trúc vi mô cân bằng với khoảng 23% crom, 4% niken và 0,1% nitơ. Nó có khả năng chống ăn mòn cục bộ tốt, chẳng hạn như ăn mòn rỗ và ăn mòn khe hở. Được sử dụng trong các ứng dụng kết cấu và kiến trúc, cũng như trong môi trường biển.
Zeron 100 Duplex Thép không gỉ
Zeron 100 là loại thép không gỉ siêu song công với 25% crom, 3.5% molypden và 0.25% nitơ. Nó có khả năng chống ăn mòn vượt trội trong môi trường khắc nghiệt, đặc biệt là chống lại nứt ăn mòn ứng suất do clorua gây ra. Thường được sử dụng trong các giàn khoan dầu khí ngoài khơi, nhà máy khử muối và thiết bị xử lý hóa chất.
Thành phần hóa học của thép không gỉ Duplex
Kiểm tra bảng dưới đây để biết thành phần hóa học của một số loại thép không gỉ hai pha thông dụng:
| TÊN | SỐ UNS | C | Mn | Si | Cr | Ni | N | Cu | Tôi | Nhóm |
| 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 | Căn hộ Duplex Lean |
| 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 | Căn hộ Duplex tiêu chuẩn |
| 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 | Siêu Duplex |
| 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 | Căn hộ Hyer Duplex |
| S33207 | – | 1.5 | 0.8 | 29.0-33.0 | 6.0-9.0 | 0.40-0.60 | 1 | 3.0-5.0 |
Tính chất của thép không gỉ Duplex
Tính chất vật lý
Kiểm tra bảng dưới đây để biết các tính chất vật lý của thép không gỉ hai pha:
| Tài sản vật lý | Phạm vi giá trị điển hình |
| Tỉ trọng | 7,8-8,0 g/cm³ |
| Điểm nóng chảy | 1350-1450°C |
| Nhiệt dung riêng | 0,4-0,6 J/(g·K) |
| Độ dẫn nhiệt | 15-20 W/(m·K) |
| Độ dẫn điện | 2.0-3.0 %IACS |
| Hệ số giãn nở nhiệt | 11-14 µm/m·K |
| Điện trở suất (Ω.m) | 1,0-1,2 µΩ·m |
Tính chất cơ học
Kiểm tra bảng dưới đây để biết các tính chất cơ học của thép không gỉ hai pha:
| Tài sản vật lý | Giá trị điển hình | Giá trị điển hình |
| Tỉ trọng | 7,8-8,0 g/cm³ | 487-500 lb/ft³ |
| Điểm nóng chảy | 1350-1450°C | 2462-2642°F |
| Nhiệt dung riêng | 0,4-0,6 J/(g·K) | 0,096-0,144 BTU/(lb·°F) |
| Độ dẫn nhiệt | 15-20 W/(m·K) | 8,7-11,6 BTU/(ft·h·°F) |
| Độ dẫn điện | 2.0-3.0 %IACS | 2.0-3.0 %IACS |
| Hệ số giãn nở nhiệt | 11-14 µm/m·K | 6,1-7,8 µin/in·°F |
| Điện trở suất | 1,0-1,2 µΩ·m | 1,0-1,2 µΩ·m |
Một gợi ý nữa, nếu dự án của bạn có yêu cầu cao về tính chất cơ học ở nhiệt độ phòng, bạn có thể ưu tiên các loại thép duplex vì giá trị ứng suất chảy tối thiểu của chúng gấp đôi thép không gỉ austenit, cho phép tạo ra các mặt cắt mỏng hơn.
Chống ăn mòn
Khả năng chống axit
Hàm lượng crom cao trong thép không gỉ duplex cùng với một lượng molypden và niken nhất định giúp thép có khả năng chống chịu tốt trong môi trường có tính axit.
Khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở
Hàm lượng crom, molypden và nitơ cao hơn giúp thép không gỉ hai lớp có hiệu suất tuyệt vời chống lại hiện tượng rỗ và ăn mòn khe hở do clorua gây ra.
Khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất
Ngoài ra, cấu trúc pha kép của nó còn có lợi thế trong việc chống nứt ăn mòn ứng suất do clorua gây ra. Khi cấu trúc vi mô chứa nhiều hơn ferit 30%, thép không gỉ duplex có thể chịu được nứt ăn mòn ứng suất clorua tốt hơn thép không gỉ 304.
Tuy nhiên, do sự có mặt của ferit nên thép không gỉ hai pha dễ bị giòn do hydro, điều này có thể làm giảm khả năng chống chịu của thép trong những môi trường như vậy.
Ưu và nhược điểm của thép không gỉ Duplex là gì?
Sau đây là những ưu điểm và lợi ích của thép không gỉ martensitic:
- Độ bền cao hơn và khả năng chống ăn mòn tốt hơn thép không gỉ austenit và ferritic.
- Khả năng định hình dưới áp suất tốt hơn so với thép ferritic và có độ dẻo dai vượt trội.
- Nói chung không cần gia nhiệt trước hoặc xử lý nhiệt sau khi hàn, giúp đơn giản hóa quy trình hàn.
- Có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn với hàm lượng các nguyên tố hợp kim đắt tiền thấp hơn. Điều này làm cho nó tiết kiệm chi phí.
Sau đây là những nhược điểm và hạn chế:
- So với thép austenit, loại thép này khó tạo hình và gia công hơn.
- Thể hiện xu hướng cứng lại và giòn ở nhiệt độ từ 280°C đến 500°C, đặc biệt là ở 475°C.
- Chi phí ban đầu cao hơn so với thép không gỉ tiêu chuẩn.
Thép không gỉ Duplex được sử dụng để làm gì?
Các loại thép không gỉ martensitic phổ biến và ứng dụng của chúng như sau:
| Ngành công nghiệp | Ứng dụng | Các lớp phổ biến |
| Dầu khí | Ống, bể chứa | 2205 (S32205), 2507 (S32750) |
| Xử lý hóa chất và hàng hải | Ống, bộ trao đổi nhiệt, bình chứa | 2205 (S32205), 2507 (S32750) |
| Chế biến thực phẩm và đồ uống | Thiết bị chế biến thực phẩm | 2304 (S32304), LDX 2101 (S32101) |
| Kỹ thuật hàng hải | Các thành phần cấu trúc, bộ phận tàu | 2507 (S32750), Z100 (S32760) |
| Xử lý nước thải | Thiết bị xử lý nước thải | 2205 (S32205), 2304 (S32304) |
| Kiến trúc và Xây dựng | Thành phần kết cấu, cầu | 2205 (S32205), 2304 (S32304) |
| Khai khoáng và Luyện kim | Thiết bị khai thác, thiết bị luyện kim | 2205 (S32205), 2507 (S32750) |
Sản xuất và gia công thép không gỉ Duplex
Các bước cơ bản trong sản xuất thép không gỉ hai lớp như sau:
Làm việc nóng
Cán nóng.
Thép đúc được nung nóng và đưa qua các con lăn để giảm độ dày và định hình. Quá trình này cải thiện cấu trúc và tính chất cơ học của thép.
Rèn.
Rèn bao gồm việc nén vật liệu được nung nóng giữa các khuôn để đạt được hình dạng mong muốn. Quá trình này thường được sử dụng cho các phần dày hơn hoặc hình dạng phức tạp hơn.
Dung dịch ủ
Xử lý nhiệt.
Thép được nung ở nhiệt độ cao, thường là từ 1.020°C đến 1.100°C, tùy thuộc vào cấp độ.
Làm mát nhanh.
Sau khi nung nóng, thép được làm nguội nhanh chóng, thường bằng cách làm nguội trong nước hoặc không khí.
Làm việc nguội (nếu cần)
Cán nguội.
Để có kích thước chính xác hoặc bề mặt hoàn thiện tốt hơn, thép có thể được cán ở nhiệt độ phòng. Bước này tinh chỉnh thép hơn nữa.
Vẽ lạnh.
Trong một số trường hợp, có thể sử dụng kéo nguội thay vì cán. Quá trình này kéo thép qua khuôn để đạt được hình dạng cụ thể, thường được sử dụng để làm dây hoặc ống.
Xử lý nhiệt cuối cùng
Nếu vật liệu đã trải qua quá trình làm nguội đáng kể, có thể thực hiện xử lý nhiệt giảm ứng suất. Quá trình này bao gồm việc nung thép ở nhiệt độ thấp hơn (thường là khoảng 300°C đến 400°C) để giảm ứng suất bên trong mà không ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính cơ học.
Hoàn thiện và Kiểm tra
Thép có thể được làm sạch và đánh bóng để loại bỏ cặn bẩn và cải thiện vẻ ngoài cũng như khả năng chống ăn mòn.
Sản phẩm cuối cùng được kiểm tra tính chất cơ học, khả năng chống ăn mòn và kích thước để đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn.
Những cân nhắc chính
Kiểm soát nhiệt độ và làm mát chính xác là rất quan trọng để duy trì sự cân bằng giữa pha austenit và ferritic.
Cần phải xử lý nhiệt và làm mát thích hợp để ngăn ngừa sự hình thành các pha giòn có thể làm giảm độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn.
Nhiệt độ đề xuất cho quá trình tạo hình nóng và ủ/ngâm
Nhiều loại thép không gỉ hai lớp có phạm vi nhiệt độ khuyến nghị riêng biệt cho quá trình tạo hình nóng và ủ/ngâm:
- S32304 (1.4362)
Phạm vi nhiệt độ tạo hình nóng: 1.150 đến 950 °C (2.100 đến 1.740 °F)
Nhiệt độ ngâm tối thiểu: 980 °C (1.800 °F)
- S32205 (1.4462)
Phạm vi nhiệt độ tạo hình nóng: 1.230 đến 950 °C (2.250 đến 1.740 °F)
Nhiệt độ ngâm tối thiểu: 1.040 °C (1.900 °F)
- S32750 (1.4410)
Phạm vi nhiệt độ tạo hình nóng: 1.235 đến 1.025 °C (2.255 đến 1.877 °F)
Nhiệt độ ngâm tối thiểu: 1.050 °C (1.920 °F)
- S32520 (1.4507)
Phạm vi nhiệt độ tạo hình nóng: 1.230 đến 1.000 °C (2.250 đến 1.830 °F)
Nhiệt độ ngâm tối thiểu: 1.080 °C (1.980 °F)
- S32760 (1.4501)
Phạm vi nhiệt độ tạo hình nóng: 1.230 đến 1.000 °C (2.250 đến 1.830 °F)
Nhiệt độ ngâm tối thiểu: 1.100 °C (2.010 °F)
Lịch sử của thép không gỉ Duplex
Những năm 1920: Hợp kim thép không gỉ hai lớp lần đầu tiên được hình thành, đặt nền móng cho sự phát triển.
Những năm 1930: Sản xuất hợp kim duplex đầu tiên bắt đầu. Các hợp kim này chủ yếu được sử dụng trong sản xuất đúc vì hàm lượng carbon cao.
Cuối những năm 1960: Các xưởng đúc kim loại có thể sản xuất thép duplex có hàm lượng carbon thấp với hàm lượng crom và niken cao hơn.
Giữa những năm 1970: Sự phát triển của Duplex 2205 mang lại khả năng chống ăn mòn vượt trội. Hợp kim này vẫn phổ biến cho đến ngày nay.
Hiện tại: Sự phát triển liên tục dẫn đến sự ra đời của thép không gỉ hai lớp hiện đại đa dạng.
Những điều khác bạn nên biết về thép không gỉ Duplex
Bây giờ bạn đã hiểu sâu hơn về thép không gỉ duplex. Vẫn còn một số vấn đề phổ biến đáng để bạn chú ý:
Thép không gỉ Duplex có bị gỉ không?
Thép không gỉ Duplex có khả năng chống gỉ cao. Nhưng nó vẫn có thể bị gỉ và ăn mòn.
Đọc liên quan
Thép không gỉ có bị gỉ không?
Thép không gỉ Duplex có đắt không?
Thép không gỉ Duplex có thể đắt hơn các loại thép không gỉ khác vì nó có hàm lượng hợp kim cao và khó sản xuất. Nó cũng có thể tiết kiệm chi phí hơn vì nó bền hơn và có hàm lượng niken thấp hơn.
Thép không gỉ Duplex có từ tính không?
Có, thép không gỉ duplex thường có từ tính. Vì cấu trúc của nó chứa các hạt ferritic từ tính, nên nó có thể ít từ tính hơn thép ferrite vì nó chứa austenite.
Đọc liên quan
Thép không gỉ có từ tính không?
Hàm lượng cacbon trong thép Duplex là bao nhiêu?
Hàm lượng carbon của thép không gỉ duplex thường nhỏ hơn 0,04%. Hàm lượng carbon thấp này cùng với hàm lượng nitơ cao giúp giảm nguy cơ ăn mòn giữa các hạt.
Thép không gỉ Duplex có tốt hơn thép không gỉ 316 không?
Yes. Duplex stainless steel is more robust than 316. It has more resistance to chloride stress corrosion cracking.
2205 Thép không gỉ Duplex VS 316
Thép không gỉ duplex 2205 có khả năng chống ăn mòn và độ bền tốt hơn. 316 dễ hàn hơn và có độ bền ở nhiệt độ thấp tốt hơn. 2205 thường được sử dụng trong các môi trường khắt khe hơn, trong khi 316 phổ biến trong các ứng dụng hàng hải và công nghiệp.
Sự khác biệt giữa thép không gỉ Duplex 2205 và 2507 là gì?
Thép không gỉ Duplex 2507 có độ bền, khả năng chống ăn mòn và độ cứng tốt hơn 2205. Độ bền của nó cũng cao hơn. Nhưng thép không gỉ Duplex 2205 có giá thành thấp hơn.
Tóm tắt & Thêm nữa
Bài viết này giải thích ngắn gọn về định nghĩa của thép không gỉ duplex, thành phần, tính chất, cấp độ, ứng dụng và các khía cạnh quan trọng khác. Để tìm hiểu thêm về thép không gỉ hoặc các loại thép khác, hãy xem blog của chúng tôi hoặc liên hệ với các chuyên gia kim loại của chúng tôi.
Là nhà sản xuất và cung cấp giải pháp hàng đầu về thép chuyên dụng, chúng tôi cung cấp các giải pháp ứng dụng đa ngành và dịch vụ tùy chỉnh với cam kết chất lượng 100%, cam kết phát triển cùng khách hàng. Ghé thăm trang web của chúng tôi để tìm hiểu thêm, hoặc gửi cho chúng tôi một báo giávà chúng tôi sẽ liên hệ với bạn sớm!
