: свойства, стандарты и применение

имеют комбинацию двух фаз, феррита и аустенита, примерно в равной степени. Это позволяет им использовать преимущества как аустенитных, так и ферритных нержавеющих сталей, что приводит к повышенной прочности, улучшенной свариваемости, более высокой ударной вязкости и устойчивости к нескольким типам коррозии. С коммерческой точки зрения они также дешевле аустенитных нержавеющих сталей из-за более низкого содержания никеля.

Дуплексная нержавеющая сталь была разработана в Швеции в 1930 году, но коммерческое производство началось только в 1970-х годах из-за очень сложного процесса ее производства. В наше время сталь возродилась после того, как значительный прогресс в технологиях производства стали упростил ее производство.

В этой статье вы узнаете о:

• Свойствах дуплексной нержавеющей стали
• Марки и стандарты дуплексной нержавеющей стали
• Применение дуплексной нержавеющей стали
• Будущие тенденции дуплексной нержавеющей стали

Рис. 1. Дуплексная нержавеющая сталь , используемая в строительстве мостов.

Свойства дуплексной нержавеющей стали

Микроструктура дуплексных нержавеющих сталей характеризуется как кристаллографической структурой, состоящей примерно из 50% феррита (объемно-центрированная кубическая структура) и 50% аустенита (гранецентрированная кубическая структура). Обе эти фазы сосуществуют в виде стабильной смеси, в отличие от двухфазных сплавов, где одна из двух фаз проявляется в виде выделений. Легирующие элементы в дуплексных нержавеющих сталях являются либо ферритизаторами (например, хром, кремний, молибден), либо аустенитизаторами (например, углерод, никель, азот), что означает, что они способствуют образованию ферритной и аустенитной фаз соответственно.

При высоких температурах относительно нестабильная ферритная фаза в дуплексных сталях превращается в нежелательную α’ (альфа-прайм) фазу, что вызывает снижение их механических свойств, таких как прочность и ударная вязкость, а также их коррозионной стойкости. Это явление называется охрупчиванием [1]. Наихудшая температура, при которой происходит охрупчивание, составляет 475 oC; тем не менее, производство альфа-основной фазы может начаться при температурах до 300 °C, что ограничивает максимальную рабочую температуру дуплексных сталей.

Типичные дуплексные нержавеющие стали имеют более высокий предел текучести, чем обычные мартенситные, аустенитные и ферритные марки. Однако они имеют узкий диапазон рабочих температур из-за выделения интерметаллических фаз, которое начинается выше 300 оС, и появления хрупкости при приближении к криогенным температурам [2]. В таблице ниже представлены избранные свойства некоторых распространенных марок дуплексных нержавеющих сталей.

Таблица 1. Свойства выбранных марок термообработанной дуплексной стали (все значения взяты при 20 °C).

Марки и стандарты дуплексной нержавеющей стали

На ранних стадиях разработки дуплексной нержавеющей стали существовало всего несколько марок, самой популярной из которых была дуплексная нержавеющая сталь UNS S31803. После этого началась разработка новых марок, которые определялись их конечным применением, которые можно разделить на два основных типа:

• Гипердуплексные и супердуплексные нержавеющие стали, , которые были созданы для работы в очень агрессивных средах. среды, но с меньшим вниманием к их силе
• Тощие и стандартные дуплексные нержавеющие стали, , в которых больше внимания уделялось повышению прочности и которые должны были использоваться в средах с умеренной коррозией, например, в конструкционных применениях.

Эти категории теперь определяются числом эквивалентности сопротивления точечной коррозии (PREN), которое рассчитывается по формуле, основанной на составе дуплексных нержавеющих сталей.

`PREN = % Cr + 3,3 x % Mo + 16 x % N`

В таблице ниже показаны четыре подгруппы.

Таблица 2. Подгруппы из дуплексной нержавеющей стали [3]

Применение дуплексных нержавеющих сталей

Из-за ограничений дуплексных нержавеющих сталей, таких как плохая формуемость и обрабатываемость, в дополнение к их очень сложному металлургическому процессу производства по сравнению с ферритными, аустенитными и мартенситными нержавеющими сталями, дуплексные стали используются в основном для нишевых приложений.

При применении дуплексных нержавеющих сталей учитываются их ограничения и преимущества, но для основных применений требуется коррозионная стойкость, такая как стойкость к точечной и щелевой коррозии, стойкость к коррозии под напряжением, усталостная коррозия, абразивная коррозия или устойчивость к агрессивным средам, которые являются кислотными или едкими. . Некоторые из распространенных промышленных применений описаны ниже [4].

Производство бумаги

Дуплексные нержавеющие стали предпочтительнее аустенитных и ферритных нержавеющих сталей для изготовления сосудов, содержащих отбеливатель и другие агрессивные жидкости при обработке бумаги.

Опреснение

Опреснение морской воды, процесс, который представляет собой высококоррозионный хлор в высокотемпературной среде, является надежным испытанием для коррозионно-стойкого материала. Дуплексные нержавеющие стали стали предпочтительным материалом для изготовления испарителей. Они также могут быть изготовлены с более тонким поперечным сечением из-за более высокой прочности и коррозионной стойкости дуплексных нержавеющих сталей.

Нефть и газ

Разработка дуплексных нержавеющих сталей с номерами PRE выше 40 позволила производить такие компоненты, как насосы, трубопроводы и коллекторы, требующие высокой стойкости к точечной и щелевой коррозии, которые имеют решающее значение в нефтегазовой отрасли. промышленность.

Конструкция

Дуплексные нержавеющие стали используются в конструкции несущих элементов, которые также требуют коррозионной стойкости. Типичные области применения включают строительство мостов над морской водой или сооружений, находящихся в непосредственной близости от моря.

Хранение продуктов питания и напитков

Тощие дуплексные стали перспективны для коммерческого хранения продуктов питания и напитков во время обработки из-за их относительно низкой стоимости при сохранении отличной коррозионной стойкости и прочности.

Рис. 2. Морские мосты на малых высотах обычно изготавливаются из дуплексной нержавеющей стали из-за их хорошей коррозионной стойкости.

Будущие тенденции дуплексной нержавеющей стали

Новые марки дуплексной нержавеющей стали все еще разрабатываются. Основной движущей силой этого стремления является дальнейшее повышение стойкости к точечной коррозии, что достигается в основном за счет увеличения количества ключевых легирующих элементов, таких как хром, молибден и азот. Преимущества этих повышенных легирующих элементов также имеют недостатки, в основном дестабилизацию ферритной фазы, приводящую к нежелательным выделениям. Задача состоит в том, чтобы найти баланс между желательными свойствами, главным образом за счет повышенной стойкости к точечной коррозии, и ограничением образования нежелательных интерметаллических фаз, таких как Cr2N, за счет очень точной термообработки. Разработана марка дуплексной стали SAF 2707 HD, 27Cr-7Ni-5Mo-0,4N с числом PRE почти 50, что является перспективным для будущего дуплексных сталей в целом [5].

[1] Тахчиева, А. Б., Льорка-Изерн, Н., и Кабрера, Дж. М. (2019). Дуплексные и супердуплексные нержавеющие стали: изменение микроструктуры и свойств в результате процессов модификации поверхности. Metals, 9(3), 347.

[2] https://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/ISSF_Duplex_Stainless_Steels.pdf

[3] Dr. Sunil D.Kahar . Междунар. Журнал инженерных исследований и приложений www.ijera.com. ISSN: 2248-9622, Том. 7, выпуск 4, (часть -4) апрель 2017 г., стр. 27-36

[4] Международная молибденовая ассоциация. (2009). Практические рекомендации по изготовлению дуплексных нержавеющих сталей. Лондон, Великобритания, 1–64.

[5] Нильссон, Дж. О., Чай, Г., и Кивисакк, У. (2007). Недавняя разработка дуплексных нержавеющих сталей. CEDINOX-Нержавеющая сталь. Швеция: Центр исследований и разработок Sandvik Materials Technology. Получено с http://www.cedinox.es/opencms901/export/sites/cedinox/.galleries/publicaciones-tecnicas/13-DUPLEX-SSSM_proceedings08_EN-5.pdf

Дуплексная нержавеющая сталь

Дуплексные нержавеющие стали называются «дуплексными», потому что они имеют двухфазную микроструктуру, состоящую из зерен ферритной и аустенитной нержавеющей стали. На рисунке желтая аустенитная фаза показана в виде «островков», окруженных синей ферритной фазой. Когда дуплексная нержавеющая сталь расплавляется, она переходит из жидкой фазы в полностью ферритную структуру. При охлаждении материала до комнатной температуры около половины ферритных зерен трансформируется в аустенитные («островки»). В результате получается микроструктура, состоящая примерно из 50% аустенита и 50% феррита.

Дуплексные нержавеющие стали имеют двухфазную микроструктуру аустенитных и ферритных зерен (любезно предоставлено Outokumpu).

Дуплексная структура придает этому семейству нержавеющих сталей сочетание привлекательных свойств:

Прочность: Дуплексные нержавеющие стали примерно в два раза прочнее обычных аустенитных или ферритных нержавеющих сталей.

Прочность и пластичность: дуплексные нержавеющие стали имеют значительно лучшую ударную вязкость и пластичность, чем ферритные марки; однако они не достигают превосходных показателей аустенитных марок.

Коррозионная стойкость: Как и для всех нержавеющих сталей, коррозионная стойкость в основном зависит от состава нержавеющей стали. Для стойкости к хлоридной точечной и щелевой коррозии наибольшее значение имеет содержание в них хрома, молибдена и азота. Дуплексные марки нержавеющей стали имеют диапазон коррозионной стойкости, аналогичный диапазону для аустенитных нержавеющих сталей, то есть от типа 304 или 316 (например, LDX 2101©) до нержавеющих сталей с 6% молибдена (например, SAF 2507©).

Стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением: Дуплексные нержавеющие стали демонстрируют очень хорошую стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC), свойство, которое они «унаследовали» от ферритной стороны. SCC может быть проблемой при определенных обстоятельствах (хлориды, влажность, повышенная температура) для стандартных аустенитных сталей, таких как типы 304 и 316.

Стоимость: Дуплексные нержавеющие стали имеют более низкое содержание никеля и молибдена, чем их аустенитные аналоги с аналогичной коррозионной стойкостью. Из-за более низкого содержания легирующих элементов стоимость дуплексных нержавеющих сталей может быть ниже, особенно во времена высоколегированных надбавок. Кроме того, часто можно уменьшить толщину сечения дуплексной нержавеющей стали из-за ее повышенного предела текучести по сравнению с аустенитной нержавеющей сталью. Комбинация может привести к значительной экономии средств и веса по сравнению с решением для аустенитных нержавеющих сталей.

Для получения дополнительной информации загрузите обновленную брошюру «Практические рекомендации по изготовлению дуплексных нержавеющих сталей».

Замена старых железнодорожных мостов

Исторический центр Стокгольма, Швеция, раскинулся на 14 островах. Мосты, соединяющие эти острова, находятся в постоянном использовании, поэтому любое закрытие на техническое обслуживание перекрывает жизненно важные транспортные артерии. Поэтому решение, которое убережет будущие поколения от разрушений, имело решающее значение для реконструкции самых загруженных железнодорожных мостов города: четырех Седерстремов. Новая надстройка из дуплексной нержавеющей стали с содержанием молибдена обеспечит достаточную прочность и коррозионную стойкость, чтобы прослужить 120 лет расчетного срока службы при минимальном техническом обслуживании.

Скачать PDF (741 K, английский)

Создание экологически чистых волн

Для создания высокопроизводительных лодок требуются прочные материалы. Как правило, нержавеющая сталь даже не рассматривается для строительства судов, но ситуация может измениться. Фактически, правительства и предприятия во всем мире начинают проявлять интерес к новому, не требующему особого ухода и экологически безопасному корпусу корабля, полностью построенному из высокопрочной, содержащей молибден супер- и гипердуплексной нержавеющей стали, без каких-либо дополнительных затрат. Стоимость.

Скачать PDF (465 K, английский)

Дуплексный дракон

В глубине Таримского бассейна в Синьцзяне, Китай, по трубопроводам транспортируется природный газ, который добывается и перерабатывается для распределения по всей стране. Тем не менее, утечка газа была постоянной проблемой в результате коррозии трубопровода. Познакомьтесь с «Трубопроводным драконом»: построенный полностью из молибденсодержащей дуплексной нержавеющей стали 2205, новый трубопровод обещает уменьшить утечку газа, предотвратить экологическую катастрофу и сохранить ресурсы. На сегодняшний день это крупнейший разовый заказ дуплексной нержавеющей стали в Китае на 4500 тонн.

Скачать PDF (1,1 МБ, английский)

Безопасное море с нержавеющей сталью

Танкеры-химовозы — это специализированные суда, перевозящие жидкие грузы, которые могут быть опасными для окружающей среды, легковоспламеняющимися или химически активными. Они проектируются и эксплуатируются в соответствии со специальными правилами и все чаще имеют встроенные резервуары из нержавеющей стали, содержащие молибден. Путешествуя по всему миру, они безопасно перевозят жидкие грузы на большие расстояния. Они представляют значительный рынок для дуплексных нержавеющих сталей и молибдена.

Загрузить PDF (481 K, английский)

Инновационный мост из нержавеющей стали

Культовые мосты, сочетающие в себе передовые технологии и эстетическую красоту, все чаще используются для создания визуальных фокусов в центре города, но очень немногие из них строятся с ограниченным бюджетом и досрочно.

Загрузить в формате PDF (528 K, английский)

Более легкие и безопасные морские платформы

Морские нефтегазовые платформы работают в самых сложных условиях окружающей среды для строительных материалов. Подверженные экстремальным погодным условиям, ветру и волнам, эти конструкции должны безопасно эксплуатироваться десятилетиями. Наиболее сложные участки расположены в Северном Ледовитом океане или вблизи него, где частые штормы усиливают чрезвычайно коррозионное воздействие морской воды. Молибденсодержащие сплавы, особенно дуплексные и супердуплексные нержавеющие стали, в этих сложных условиях служат дольше, чем почти все другие материалы. Один небольшой, но важный пример — супердуплексные болты.

Скачать PDF (766 K, английский)

Нержавеющая сталь останавливает протечки

Ремонтные втулки находятся в ящике для инструментов практически каждого водоканала. Они позволяют быстро отремонтировать протекающие водопроводные трубы без их замены. Часто изготавливаемые из нержавеющей стали типа 316 с содержанием молибдена, они сокращают потери воды и являются еще одним способом, которым молибден помогает поддерживать ресурсы Земли.

Скачать PDF (631 K, английский)

Надежные резервуары для хранения

Резервуары для хранения из нержавеющей стали Duplex все чаще используются из-за их длительного срока службы, не требующего особого обслуживания. Удивительно, но они также могут снизить первоначальные затраты владельцев танков. Более высокая прочность дуплексных марок позволяет использовать более тонкие стенки, требуя меньше стали. Поскольку дорогостоящие защитные покрытия или катодная защита не требуются, они могут конкурировать по установленной стоимости с резервуарами из углеродистой стали.

Скачать PDF (557 K, английский)

Низкое содержание серы в открытом море

Морские перевозки остаются одним из самых экономичных глобальных способов транспортировки, особенно по сравнению с воздушными перевозками. Его быстрый рост с 1970-е годы и контейнеризация грузов идут в ногу с мировой экономикой, однако это также увеличивает воздействие на окружающую среду. Новые правила, ограничивающие содержание серы в моторном топливе, означают, что суда должны либо использовать более чистое и дорогое топливо, либо устанавливать оборудование для удаления серы из выхлопных газов, в котором молибден играет ключевую роль.

Загрузить PDF (358 K, английский)

Справочник по высокоэффективным сплавам

Инженерам может быть сложно и долго искать свойства материалов, выходящие за рамки основных, указанных в технических паспортах производителя. Это особенно верно для малоиспользуемых сплавов с высокими эксплуатационными характеристиками. Новая высокоэффективная база данных сплавов решает эту проблему. Он содержит большое количество свойств материалов для каждого из примерно 100 представленных сплавов, многие из которых включают молибден.

Скачать PDF (122 K, английский)

Блеск нержавеющей стали в Нью-Йорке

Знаменитый горизонт Нью-Йорка запечатлен в кино и на фотографиях. Но как глобальный финансовый, культурный и деловой центр он также постоянно меняется – особенно сейчас. Здания растут с захватывающей дух скоростью, и многие из них имеют устойчивый дизайн. Нержавеющая сталь, содержащая молибден, часто является ключом к тому, чтобы сделать их не только красивыми, но также эластичными и долговечными, что снижает их углеродный след.

Скачать PDF (816 K, английский)

Движение в мире лодок

Гребной вал может быть наиболее важным компонентом любого моторного судна. Он приводит в движение пропеллер час за часом, день за днем. Молибден обеспечивает повышенную прочность и коррозионную стойкость в нескольких высокопроизводительных марках нержавеющей стали, используемых в тяжелых условиях эксплуатации валов.

Скачать PDF (896 K, английский)

Ядерная миссия молибдена

В настоящее время ядерная энергетика обеспечивает около 11% мировых потребностей в энергии. Не обсуждая его плюсы и минусы, все согласятся с тем, что уже существующее отработавшее топливо более чем 50-летней выработки нуждается в безопасном обращении и захоронении. Молибден, значительно повышающий коррозионную стойкость нержавеющей стали, вносит положительный вклад в постоянную безопасность обращения с отработавшим топливом во всем мире.

Скачать PDF (386 K, английский)

Молибден на работе в кабинете стоматолога

Стоматологические инструменты должны быть прочными, чтобы стоматолог мог работать эффективно и точно, и достаточно прочными, чтобы не сломаться во время процедур. В то же время они должны быть гигиеничными, коррозионностойкими и легко стерилизуемыми. Молибденсодержащая закаливаемая хирургическая нержавеющая сталь типа 440A соответствует этим требованиям, и на горизонте уже появились новые, еще более прочные и прочные марки стали.

Скачать PDF (225 Кб, английский)

Moly спасает женщину, попавшую в беду

С момента открытия в гавани Нью-Йорка 28 октября 1886 года Статуя Свободы стала одной из самых известных скульптур в мире. Однако после почти 100 лет пребывания в агрессивной морской среде гальваническая коррозия между железным каркасом и медной обшивкой вызвала значительный износ конструкции. Молибденсодержащая нержавеющая сталь сыграла решающую роль в восстановлении этой культовой достопримечательности.

Скачать PDF (208 K, английский)

Дуплексный такелаж для стеклянных парусов

Проект калифорнийского архитектора канадского происхождения Фрэнка Гери для Фонда Louis Vuitton демонстрирует беспрецедентные эстетические инновации и технологическую изощренность. Эффектные стеклянные паруса крыши кажутся такими легкими и воздушными во многом благодаря тонкой несущей конструкции из дуплексной нержавеющей стали, содержащей молибден, высокой прочности.

Загрузить в формате PDF (1,4 МБ, на английском языке)

Практические рекомендации по изготовлению дуплексных нержавеющих сталей

Последние добавления: 3-е издание, английская версия

Скачать PDF (3,6 МБ, английский)

Скачать PDF (4,0 МБ, китайский)

Скачать PDF (3,9 МБ, французский)

Скачать PDF (3,7 МБ, немецкий)

Скачать PDF (3,7 МБ, итальянский)

Скачать PDF (4,0 МБ, японский)

Скачать PDF (4,5 МБ, португальский)

Скачать PDF (3,7 МБ, испанский)

Трос для скважинных инструментов

Канат – кабель, используемый для спуска в скважину нефтегазового инструмента и измерительного оборудования. Канат должен быть прочным, надежным и устойчивым к все более агрессивным условиям, с которыми сегодня сталкиваются в более глубоких скважинах. Молибден придает необходимую коррозионную стойкость нержавеющей стали и никелевым сплавам, используемым в этом приложении.

Скачать PDF (323 K, английский)

101: Горячее формование и термообработка дуплексных нержавеющих сталей

Скачать PDF (104 K, английский)

102: Гибка, холодное формование и пружинение дуплексных нержавеющих сталей

Скачать PDF (130 K, английский)

103: Обработка дуплексных нержавеющих сталей

Скачать PDF (191 K, английский)

104: Сварные швы из разнородных металлов и проектирование сварных соединений для дуплексных нержавеющих сталей

Скачать PDF (166 K, английский) )

105: Параметры сварки дуплексных нержавеющих сталей

Скачать PDF (116 K, английский)

Конструкционная нержавеющая сталь

Декоративные панели из нержавеющей стали широко используются в фасадах, крышах и лифтах, потому что они привлекательны и долговечны. Инженеры все чаще используют нержавеющую сталь для несущих конструкций в сложных условиях. Во многих случаях нержавеющая сталь является рентабельной, если рассматривать весь жизненный цикл установки.

Загрузить в формате PDF (1,0 МБ, на английском языке)

Молибденовый лом экономит ресурсы

Недавнее исследование показало, что около четверти молибдена, используемого каждый год, представляет собой переработанный материал из отходов. Остальное — новодобываемый первичный молибден. Таким образом, лом играет важную роль в удовлетворении спроса и содействии устойчивому развитию.

Загрузить PDF (307 K, английский)

Защита от ураганов

Долговечность материала и его неотъемлемое влияние на долгосрочную устойчивость проекта меняют способ проектирования зданий. Мемориалы, подобные новому парку Четырех Свобод в Нью-Йорке, должны простоять сотни лет. Коррозионностойкая дуплексная нержавеющая сталь 2205 была необходима для того, чтобы скульптурные поручни были такими же прочными, как массивные гранитные блоки в этом высоко оцененном новом монументе.