Dupleks lijevanje od nehrđajućeg čelika odnosi se na proces formiranja složenih komponenti od dupleks legura nehrđajućeg čelika, koji kombinuju austenitne i feritne strukture.
Jedinstvena svojstva duplex nerđajućeg čelika čine ga neprocenjivim materijalom u modernoj proizvodnji, posebno u industrijama koje zahtijevaju veliku čvrstoću, Otpornost na koroziju, i izdržljivost.
Njegova dvofazna mikrostruktura nudi ravnotežu svojstava koja je teško postići drugim materijalima, što ga čini poželjnim izborom za širok spektar primjena.
U ovom blogu, mi ćemo istražiti zamršenosti dupleks lijevanja nehrđajućeg čelika, njegove osobine, proces livenja, i kako se primjenjuje u raznim industrijama.
1. Šta je Duplex nerđajući čelik??
Dvofazna struktura
Dupleks nerđajući čelik je dobio ime po svojoj jedinstvenoj dvofaznoj strukturi, koji kombinuje austenitna i feritna zrna.
Austenitna faza je poznata po odličnoj otpornosti na koroziju, dok feritna faza pruža povećanu čvrstoću i otpornost na korozijsko pucanje pod naponom.
Ova struktura čini dupleks nerđajući čelik posebno pogodnim za oštre uslove, gdje su i čvrstoća i otpornost na koroziju kritične.
Tipični hemijski sastavi dupleksnih nerđajućih čelika
| Razred | UNS broj | Ugljik (C) | Mangan (MN) | Silicijum (I) | Fosfor (Str) | Sumpor (S) | Hrom (CR) | Nikl (U) | Molibdenum (Mo) | Azot (N) | Drugi |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2205 | S31803/S32205 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 21.5 - 23.5 | 4.5 - 6.5 | 2.5 - 3.5 | 0.14 - 0.22 | - |
| 2507 | S32750 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 25 - 27 | 3.5 - 4.5 | 3.5 - 4.5 | 0.25 - 0.35 | - |
| 2304 | S32304 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 22 - 23 | 1.5 - 2.5 | 1.5 - 2.5 | 0.10 - 0.20 | - |
| 2101 | S32101 | ≤ 0.030 | ≤ 1.50 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 19 - 21 | 0.8 - 1.2 | 0.3 - 0.7 | 0.08 - 0.12 | - |
| 2707H | S32707 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 26 - 28 | 4.0 - 5.0 | 3.5 - 4.5 | 0.25 - 0.35 | - |
| 2825 | S32825 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 24 - 26 | 4.0 - 5.0 | 3.0 - 4.0 | 0.20 - 0.30 | - |
| 32760 | S32760 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 24 - 26 | 6.0 - 7.0 | 3.5 - 4.5 | 0.20 - 0.30 | Cu: 0.5 - 1.5% |
| 329J4L | S32948 | ≤ 0.020 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 22 - 24 | 3.0 - 4.5 | 3.0 - 4.0 | 0.20 - 0.30 | W: 0.5 - 1.5% |
Ekvivalentna ocjena
Standardni dupleks od nerđajućeg čelika (E.g., 2205)
- Nas: S31803 / S32205
- astm/aisi: 2205
- U: 1.4462
- On je: SUS329J3L
- Anor: Z3 CND 22-05 The
Super Duplex nerđajući čelik (E.g., 2507)
- Nas: S32750 / S32760
- astm/aisi: 2507
- U: 1.4410
- On je: Sus329j4l
- Anor: Z3 CN 25-06 The
2. Duplex proces livenja nerđajućeg čelika
Šta je Casting?
Lijevanje je proizvodni proces u kojem se rastopljeni metal izlije u kalup i ostavi da se stvrdne. Osnovni koraci uključuju:
- Topljenje: Dvostruki nerđajući čelik se topi u peći.
- Izlijevanje: Istopljeni metal se sipa u prethodno pripremljen kalup.
- Stvrdnjavanje: Metal se hladi i učvršćuje u kalupu, uzimajući oblik kalupa.
- Završna obrada: Izliveni dio se uklanja iz kalupa i prolazi kroz procese završne obrade kao što je mljevenje, obrada, i toplotni tretman.
Posebni zahtjevi za dupleks lijevanje nehrđajućeg čelika
Lijevanje dupleks nehrđajućeg čelika predstavlja jedinstvene izazove:
- Održavanje fazne ravnoteže: Kontrola brzine hlađenja i temperature ključna je za održavanje ispravne ravnoteže između austenitne i feritne faze.
- Izbjegavanje razdvajanja faza: Brzo hlađenje može dovesti do stvaranja nepoželjnih faza, kao što je sigma faza, što može smanjiti duktilnost i žilavost.
- Kontrola mikrostrukture: Za postizanje željene mikrostrukture i mehaničkih svojstava neophodna je precizna kontrola parametara livenja.
Uobičajene metode livenja
| Metoda | Opis | Prednosti |
|---|---|---|
| Investicijska livenja | Idealan za proizvodnju složenih i preciznih delova sa glatkim površinama. | Visoka preciznost, Glatka površina, pogodan za složene dizajne. |
| Livenje pijeska | Pogodno za veće dijelove i složenije geometrije, često se koristi za izradu prototipa i male proizvodnje. | Isplativo za male i srednje serije proizvodnje, fleksibilnost u dizajnu. |
| Die Casting | Manje uobičajeno za dupleks nerđajući čelik, ali se može koristiti za proizvodnju manjih dimenzija u velikim količinama, jednostavnijih delova. | Velika brzina proizvodnje, dosljedan kvalitet, isplativo za velike količine. |
Prednosti livenja dupleks nerđajućeg čelika
- Kompleksne geometrije: Proces livenja omogućava stvaranje zamršenih i detaljnih oblika, koje je često teško ili nemoguće obraditi.
- Isplativ: Za velike serije proizvodnje, livenje smanjuje troškove proizvodnje uz održavanje konzistentnog kvaliteta.
- Visoka preciznost: Dvostruki lijevanje nehrđajućeg čelika omogućava komponente preciznih dimenzija, minimiziranje potrebe za opsežnom naknadnom obradom.
3. Ključna svojstva dupleks nerđajućeg čelika
Duplex nerđajući čelici su porodica Nerđajući čelici koji kombinuju mikrostrukturne karakteristike feritnih i austenitnih nerđajućih čelika.
Ova jedinstvena kombinacija pruža ravnotežu svojstava koja čine dupleks nerđajući čelik veoma poželjnim za širok spektar primena,
posebno u okruženjima visoke čvrstoće, Otpornost na koroziju, i čvrstina je potrebna.
Hemijska svojstva
Otpornost na koroziju
- Otpornost na koroziju u pilingu i pukotinu: Dupleks nerđajući čelici pokazuju odličnu otpornost na koroziju u obliku rupica i pukotina, koji su uobičajeni problemi u sredinama koje sadrže hlorid.
To je zbog njihovog većeg sadržaja hroma i molibdena u poređenju sa standardnim austenitnim nerđajućim čelicima. - Stresna pukotina korozije (SCC) Otpor: Dupleks nerđajući čelici imaju vrhunsku otpornost na pucanje od korozije pod naponom, posebno u hloridnim sredinama.
Ovo svojstvo je ključno u aplikacijama koje uključuju vruće, slane otopine, kao što su oni koji se nalaze u podmorskim naftnim i gasnim platformama. - Opća otpornost na koroziju: Uravnotežena mikrostruktura dupleks nerđajućeg čelika pruža dobru opštu otpornost na koroziju,
što ih čini pogodnim za razne korozivne medije, uključujući kiseline i alkalne otopine.
Intergranularna korozija
- Nizak sadržaj ugljika: Dupleksni nehrđajući čelici obično imaju nizak sadržaj ugljika, što minimizira rizik od intergranularne korozije.
Ovo se postiže kontrolom sadržaja ugljika na nivoe ispod 0.03%, koji pomaže u sprječavanju stvaranja krom karbida na granicama zrna.
Zavabivost
- Karakteristike zavarivanja: Uprkos njihovoj visokoj snazi, duplex nehrđajući čelik se može zavariti konvencionalnim tehnikama.
Međutim, mora se voditi računa o kontroli unosa topline i brzine hlađenja kako bi se izbjeglo stvaranje nepoželjnih faza,
kao što je sigma faza, što može smanjiti duktilnost i žilavost.
Stabilnost životne sredine
- Chloride Environments: Dupleks nerđajući čelici su posebno pogodni za okruženja bogata hloridima,
kao što su morska voda i slane vode, gdje pružaju odličnu otpornost na koroziju uzrokovanu hloridima.
Fizička svojstva
Gustina
- Vrijednost: Otprilike 7.8 g / cm³
- Značaj: Gustoća dupleks nerđajućeg čelika je slična onoj kod drugih nerđajućih čelika, što ih čini pogodnim za primjene gdje težina nije kritičan faktor.
Međutim, njihov visok omjer snage i težine i dalje nudi prednosti u određenim primjenama.
Mehanička svojstva
- Snaga prinosa: Dupleksni nehrđajući čelici imaju granicu tečenja koja je tipično dvostruko veća od austenitnog nehrđajućeg čelika.
Na primjer, granica popuštanja 2205 duplex nerđajući čelik može varirati od 450 do 750 MPa. - Zatezna čvrstoća: Vlačna čvrstoća duplex nerđajućeg čelika je takođe veća od one kod austenitnih nerđajućih čelika, često u rasponu od 550 do 850 MPa.
- Izduženje: Uprkos njihovoj visokoj snazi, dupleks nerđajući čelici održavaju razumno izduženje, obično okolo 25-30%, koji obezbeđuje dobru duktilnost i formabilnost.
- Utjecaj žilavost: Dupleks nerđajući čelici pokazuju odličnu udarnu žilavost, čak i na niskim temperaturama, što ih čini pogodnim za kriogene primjene.
Thermal Properties
- Toplotna provodljivost: Dupleksni nerđajući čelici imaju veću toplotnu provodljivost od austenitnih nerđajućih čelika, koji se mogu kretati od 15 do 30 W / m · K.
Ovo svojstvo je korisno u aplikacijama gdje je potreban efikasan prijenos topline. - Termička ekspanzija: Koeficijent toplinskog širenja za dupleks nehrđajući čelik je niži od austenitnog nehrđajućeg čelika, obično okolo 10.5 do 12.5 µm/m·°C.
Ovo svojstvo smanjuje toplinska naprezanja i deformacije u primjenama na visokim temperaturama.
Električna svojstva
- Električna otpornost: Električna otpornost dupleksnog nehrđajućeg čelika veća je od otpornosti ugljičnog čelika, ali niža od austenitnog nehrđajućeg čelika.
Obično se kreće od 70 do 80 µΩ·cm, što utiče na njihovu pogodnost za električne primjene.
Magnetna svojstva
- Feromagnetno ponašanje: Za razliku od austenitnih nerđajućih čelika, dupleks nerđajući čelici su feromagnetni zbog svoje feritne faze.
Ovo svojstvo može biti korisno u određenim aplikacijama, kao što su procesi magnetne separacije, ali možda i nedostatak kod drugih gdje su potrebni nemagnetni materijali.
| Nekretnina | Tipična vrijednost | Opis i prednosti primjene |
|---|---|---|
| Snaga prinosa | 450-550 MPa | Otprilike dvostruko veća granica popuštanja od austenitnih nehrđajućih čelika 304 i 316, čineći dupleks čelika idealnim za konstrukcijske i nosive aplikacije. |
| Gustina | ~7,8 g/cm³ | Slično drugim nerđajućim čelicima, pogodan za komponente koje zahtijevaju visok omjer čvrstoće i težine. |
| Modul elastičnosti | 190-210 GPA | Pruža krutost, što je korisno u aplikacijama koje zahtijevaju strukturalni integritet pod opterećenjem. |
| Toplotna provodljivost | ~25 W/m·K | Viši od austenitnog nerđajućeg čelika, pogodan za primjene prijenosa topline u kemijskoj preradi i energetskoj industriji. |
| Termička ekspanzija | 13.5 x 10⁻⁶ /°C | Niža stopa termičkog širenja od austenitnih razreda, što ga čini pogodnim za primjene s temperaturnim fluktuacijama kako bi se smanjio rizik od termičkog naprezanja i deformacije. |
4. Primjena dupleks odljevaka od nehrđajućeg čelika
Industrija nafte i gasa
- Offshore platforme: Ventili, cjevovodi, i posude pod pritiskom koje zahtevaju odličnu otpornost na koroziju u morskoj vodi i jakim hemikalijama.
- Onshore Facilities: Komponente za postrojenja za rafinaciju i preradu, kao što su izmenjivači toplote i rezervoari za skladištenje.
Marine Applications
- Brodogradnja: Komponente trupa, propeleri, i drugi dijelovi izloženi morskoj vodi.
- Postrojenja za desalinacije: Oprema za obradu vode i procese desalinizacije, gdje je otpornost na koroziju kritična.
Hemijska obrada i celuloza & Paper Industry
- Reaktori i izmjenjivači topline: Komponente koje podnose agresivne hemikalije i visoke pritiske.
- Rezervoari za skladištenje: Posude za skladištenje i transport korozivnih materija.
Generacija energije
- Sistemi visokog pritiska: Komponente za parne turbine, kotlovi, i izmjenjivači topline.
- Nuklearne elektrane: Dijelovi koji zahtijevaju visoku čvrstoću i otpornost na koroziju u radioaktivnim sredinama.
Industrija hrane i pića
- Oprema za obradu: Pumpe, ventili, i delovi mašina koji moraju da budu otporni na koroziju od hemikalija za čišćenje i supstanci u vezi sa hranom.
- Rezervoari za skladištenje: Kontejneri za skladištenje i transport hrane i pića.
5. Prednosti dupleks odlivaka od nerđajućeg čelika
Vrhunska otpornost na koroziju
- Atmosfersko i podvodno okruženje: Kombinacija austenitnih i feritnih faza povećava otpornost materijala na koroziju u atmosferskom i podvodnom okruženju.
- Okruženje bogato hloridima: Odlična otpornost na koroziju u obliku pukotina i udubljenja u sredinama bogatim hloridima, kao što su morska voda i slane vode.
Veći omjer snage i težine
- Visoka mehanička čvrstoća: Dupleksni odljevci od nehrđajućeg čelika nude visoku vlačnu čvrstoću i čvrstoću tečenja, što ih čini idealnim za aplikacije gdje je smanjenje težine kritično.
- Lagani dizajn: Visok odnos čvrstoće i težine omogućava dizajn lakših i efikasnijih komponenti.
Isplativo za velike proizvodne serije
- Efikasna proizvodnja: Procesi livenja omogućavaju efikasnu proizvodnju velikih količina delova složenih oblika po nižoj ceni u poređenju sa drugim metodama proizvodnje.
- Reduced Machining: Sposobnost izrade oblika skoro mreže smanjuje potrebu za opsežnom obradom, ušteda vremena i materijala.
Poboljšana izdržljivost
- Dugoročne performanse: Zbog svoje visoke čvrstoće i otpornosti na koroziju pod naponom, pucanje, duplex nerđajući čelik je idealan za kritične, dugotrajne primjene u teškim okruženjima.
6. Izazovi u dvostranom livenju od nerđajućeg čelika
Defekti livenja
- Poroznost i skupljanje: Ovi nedostaci mogu uticati na kvalitet i integritet odlivaka.
- Uključivanja: Strane čestice ili nečistoće mogu oslabiti materijal i smanjiti njegove performanse.
Pitanja zavarivanja i izrade
- Posebne procedure: Zavarivanje dupleks nehrđajućeg čelika može zahtijevati posebne postupke i materijale za punjenje kako bi se izbjeglo ugrožavanje njegove otpornosti na koroziju i mehaničkih svojstava.
- Toplotni tretman: Toplinska obrada nakon zavarivanja može biti neophodna da bi se optimizirala mikrostruktura i svojstva zavarenih spojeva.
Složenost u proizvodnji
- Precise Control: Upravljanje ravnotežom između feritne i austenitne faze tokom livenja zahteva preciznu kontrolu nad parametrima livenja kao što su temperatura i brzina hlađenja.
- Osiguranje kvaliteta: Rigorozne mjere kontrole kvaliteta su neophodne kako bi se osiguralo da konačni proizvod ispunjava tražene specifikacije i standarde performansi.
7. Dupleks nerđajući čelik naspram Super Duplex nerđajući čelik
Duplex nerđajući čelik i Super Duplex nerđajući čelik su različite legure, iako dijele neke sličnosti.
Oba su dizajnirana sa dvofaznom mikrostrukturom, koji se sastoji od mješavine austenitan i feritan faze, što im daje odlična mehanička svojstva i visoku otpornost na koroziju.
Međutim, razlikuju se po svom sastavu, performans, i odgovarajuće aplikacije.
| Značajka | Duplex nerđajući čelik | Super Duplex nerđajući čelik |
|---|---|---|
| Phase Composition | Otprilike 50% austenit i 50% ferita | Otprilike 40-50% austenit i 50-60% ferita |
| Legirani elementi | Sadrži manje molibdena i hroma nego super duplex | Viši nivoi hroma, molibdenum, i azot |
| Otpornost na koroziju | Dobra otpornost na koroziju udubljenja i pukotina, posebno u hloridnim sredinama | Vrhunska otpornost na pitting, pukotina korozije, i pucanje od korozije pod stresom u agresivnijim sredinama |
| Zatezna čvrstoća | Općenito niže od super duplexa | Veća vlačna čvrstoća zbog dodavanja više legirajućih elemenata |
| Snaga prinosa | Okolo 450 MPa | Okolo 550-720 MPa, veća granica popuštanja |
| Aplikacije | Pogodno za marince, hemikalija, i prehrambene industrije | Koristi se u agresivnijim okruženjima kao što su morske naftne i plinske platforme, Postrojenja za desalinacije, i hemijsku obradu |
| Trošak | Jeftinije u poređenju sa super dupleksom | Skuplji zbog većeg sadržaja legure |
Super Duplex nerđajući čelik
Super duplex nerđajući čelik, poput Razred 2507, sadrži više nivoe hrom, molibdenum, i azot u poređenju sa dupleks nerđajućim čelikom.
Ovi dodatni elementi poboljšavaju njegovu otpornost na ekstremna okruženja, posebno u visoko korozivnim i visokotlačnim aplikacijama.
Ponuda super dupleks čelika Vrhunska otpornost na koroziju, posebno u sredinama koje sadrže kloride i kisele tvari.
Koriste se u zahtjevnijim industrijama kao što su morske naftne i plinske platforme, Postrojenja za desalinacije, i hemijski reaktori, gdje teški uslovi zahtijevaju jače, materijal otporniji na koroziju.
8. Zaključak
Dupleks livenje od nerđajućeg čelika pruža robusno rješenje za industrije koje zahtijevaju materijale s vrhunskim mehaničkim svojstvima, visoka otpornost na koroziju, i izdržljivost.
Njegova jedinstvena kombinacija austenitnih i feritnih faza nudi brojne prednosti, uključujući povećanu čvrstoću i otpornost na koroziju pod naponom.
Razumijevanje procesa lijevanja, prednosti, a primjena duplex nehrđajućeg čelika pomoći će da se osigura odabir pravog materijala za vaš sljedeći projekat, maksimiziranje performansi i isplativosti.
Ako imate bilo kakve potrebe za preradom nehrđajućeg čelika Duplex, molim te slobodno Kontaktirajte nas.
Dodatni sadržaj
Ključni legirajući elementi u dupleks nerđajućem čeliku
Hrom
Za formiranje stabilnog pasivnog filma od krom oksida koji štiti od atmosferske korozije, čelik mora sadržavati najmanje 10.5% hrom. Povećanje sadržaja hroma povećava otpornost nerđajućeg čelika na koroziju.
Krom podstiče formiranje tjelesno centriranog kubika (BCC) ferita, element koji formira ferit. Viši nivoi hroma zahtevaju više nikla da bi se postigao austenit ili dupleks (ferit-austenit) strukture.
Visok sadržaj hroma takođe podstiče stvaranje intermetalnih faza. Austenitni nehrđajući čelici obično imaju najmanje 16% hrom, dok dupleks nerđajući čelici imaju najmanje 20%.
Krom također poboljšava otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama, ključno za formiranje i uklanjanje oksidnih ljuskica ili temperiranih boja nakon termičke obrade ili zavarivanja.
Kiseljenje i uklanjanje temper boja su izazovniji za dupleks nerđajući čelik u poređenju sa austenitnim nerđajućim čelikom.
Molibdenum
Molibden značajno povećava otpornost na koroziju u obliku pukotina u nerđajućem čeliku. U hloridnim sredinama, molibden je tri puta efikasniji od hroma kada čelik sadrži najmanje 18% hrom.
Molibdenum, element koji formira ferit, takođe povećava sklonost formiranju intermetalnih faza.
Stoga, austenitni nehrđajući čelici obično sadrže manje od 7.5% molibdenum, dok dupleks nerđajući čelici sadrže manje od 4%.
Azot
Dušik povećava otpornost na koroziju u obliku pukotina kod austenitnih i dupleks nerđajućih čelika i značajno povećava njihovu čvrstoću.
To je najefikasniji element za jačanje čvrstog rastvora i jeftin legirajući element.
Poboljšana žilavost dupleks nerđajućeg čelika koji sadrži dušik rezultat je većeg sadržaja austenita i smanjenog formiranja intermetalne faze.
Iako dušik ne sprječava taloženje intermetalne faze, to odlaže, ostavljajući dovoljno vremena za obradu i izradu.
Azot se dodaje austenitnim i dupleksnim nerđajućim čelicima visoke otpornosti na koroziju s visokim sadržajem kroma i molibdena kako bi se spriječila sklonost formiranju σ faze.
Azot, jak element koji formira austenit, može zamijeniti nešto nikla u austenitnim nehrđajućim čelicima.
Smanjuje energiju greške slaganja i povećava stopu stvrdnjavanja austenita.
Takođe povećava čvrstoću austenita kroz jačanje čvrstog rastvora.
Dupleksni nehrđajući čelici obično sadrže dušik i njihov sadržaj nikla je prilagođen kako bi se postigao odgovarajući fazni balans.
Balansirajući feritni elementi (hrom i molibden) sa elementima koji formiraju austenit (nikla i azota) je od suštinskog značaja za postizanje dupleks strukture.
Nikl
Nikl stabilizuje austenit, promicanje transformacije kristalne strukture iz kubika u središtu tijela (BCC) ferit u centrirani kubni (FCC) Austenite.
Feritni nerđajući čelici sadrže malo nikla ili ga uopšte ne sadrže, dok dupleks nerđajući čelici imaju nizak do umeren sadržaj nikla, obično 1.5% do 7%.
Austenitni nehrđajući čelici u 300 serije sadrže najmanje 6% nikl.
Dodavanje nikla odlaže stvaranje štetnih intermetalnih faza u austenitnim nerđajućim čelicima, iako je ovaj efekat manje značajan kod dupleks nerđajućeg čelika u poređenju sa azotom.
Kubik sa centrom lica (FCC) struktura daje austenitnom nerđajućem čeliku odličnu žilavost.
Budući da je gotovo polovina konstrukcije u dupleks nehrđajućem čeliku austenit, dupleks čelik je znatno čvršći od feritnog nerđajućeg čelika.
