1. 導入
腐食耐性合金は、オフショアプラットフォームから化学処理プラントまで、重要なインフラストラクチャを支えています.
サービス環境がより攻撃的になるにつれて, 適切なステンレスグレードを選択することは重要であることがわかります.
特に, デュプレックス 2205 (US S32205) そして超オーステナイト 254 私たちは (US S31254) 塩化物がある主要な役割を占めています, 酸またはサワーガスの攻撃は、資産の完全性を脅かします.
その結果, この記事は専門家を提供します, ステンレス鋼S32205対S31254のデータ駆動型比較,
化学を通じてエンジニアと仕様を導くために構造化されています, 微細構造, 機械的性能, 腐食挙動, 製造, 熱処理, アプリケーション, および関連する基準.
2. 化学組成 & 微細構造
| 要素 | S32205 (2205) | S31254 (254 私たちは) |
|---|---|---|
| Cr | 22.0–23.0 wt％ | 20.0–22.0 wt％ |
| で | 4.5–6.5重量％ | 17.0–19.0 wt％ |
| モー | 2.5–3.5重量％ | 6.0–7.0 wt％ |
| N | 0.08–0.20 wt％ | 0.24–0.32 wt％ |
| 銅 | 0.50 最大 | - |
| ん | 2.00 最大 | 2.00 最大 |
| そして | 1.00 最大 | 1.00 最大 |
| C | 0.03 最大 | 0.02 最大 |
さらに, S32205はおおよそAを示しています 50/50 フェライト - オーステナイト二重微細構造, 高強度と良いタフネスを付与します.
対照的に, S31254は、その高いニッケルによって安定化された完全にオーステナイトマトリックスを形成します (≈18wt％) そして窒素 (まで 0.32 wt％).
結果として, S31254の穀物サイズ, 2205の二重フェーズは、局所的な変形に抵抗します.
さらに, S31254のモリブデンと窒素ブースト包含制御と抑制Sigma相の形成を抑制する, 長期腐食抵抗の向上.
3. 機械的特性の比較
| 財産 | S32205 | S31254 |
|---|---|---|
| 降伏強さ (RP0.2) | 〜450 MPa | 〜300 MPa |
| 抗張力 (rm) | 〜650 MPa | 〜650 MPa |
| 伸長 (％) | ≥25 % | 40以上 % |
| 面積の削減 (z％) | ≥50 % | 60以上 % |
| 衝撃靱性 (シャルピーv) | ≥150J @40°C | ≥100J @–20°C |
| クリープ抵抗 | まで 300 °Cサービス | まで 350 °Cサービス |
室温で, S32205は、控えめに優れた降伏強度をもたらします 450 MPA対S31254 300 MPA - デュプレックス位相硬化に感謝します.
それにもかかわらず, 両方の合金は同様の引張強度に達します (〜650 MPa). 加えて, S31254は延性が高くなっています (40 % 伸長) 面積の削減 (60 %), 深い絵と複雑な形成を容易にします.
高温で動作する場合, S31254はクリープ抵抗を維持します 350 ℃, 一方、S32205は通常、周囲にサービスを制限します 300 ℃.
ついに, 塩化物環境での疲労試験は、同等のS – N曲線を明らかにしています, S31254は、その均一なオーステナイトマトリックスのために高サイクル疲労にわずかなエッジを示していますが.
4. S32205対腐食抵抗. S31254
| 腐食モード | S32205 (木材≈ 35) | S31254 (木材≈ 49) |
|---|---|---|
| 孔食 | 塩化物のしきい値〜0.8 wt％NaCl | 〜3.5 wt％naCl |
| 隙間 | 適度 | 素晴らしい |
| 塩化物SCC | 50–60°C | 70–80°C |
| 一般的な酸性腐食 (h₂so₄) | 〜10 mm/year @ 20 ℃ | 〜2 mm/year @ 20 ℃ |
| 酸化酸 (hno₃) | 良い | 優れた |
| 硫化物SCC (SSC) | h₂sでのリスク > 1 バー | 最小限 5 バーh₂s |
prenから (ピッティング抵抗等価数= Cr + 3.3 モー + 16 N) 局所的な腐食抵抗と相関します, S31254 (木材≈ 49) S32205よりも優れています (木材≈ 35).
その結果, S31254は塩化物レベルを耐えます 3.5 穴のない周囲温度でのwt％, 一方 2205 周りにキャップが出ます 0.8 wt％.
さらに, S31254は、塩化物ストレス腐食亀裂に抵抗します (SCC) まで 80 ℃, に比べ 60 S32205の°C.
加えて, 積極的な還元酸 (例えば, 10 wt％h₂so₄) s32205は〜10 mm/yearです, ただし、同じ条件下でs31254を攻撃するのは約2 mm/年の攻撃.
ついに, サワーガステストは、s31254のh₂sサービスでの優れたパフォーマンスを明らかにしています 5 バー, 一方、S32205は上記のSSC感受性を示しています 1 バー.
5. 製作 & S32205対溶接性. S31254
| 側面 | S32205 | S31254 |
|---|---|---|
| 冷間加工 | まで 30% 厚さの減少 | まで 50% |
| 分. 半径を曲げます | 3 ×厚さ (二重制約) | 2 ×厚さ |
| 溶接熱入力 | 0.5–1.5 kJ/mm; シグマフェーズのリスクの場合 >2 | 1.0–2.5 kJ/mm; 維持されたオーステナイトはひび割れに抵抗します |
| ポストウェルドアニーリング | 1020 °C× 30 分 | 1100 °C× 15 分 |
| 被削性 | 40 – 50 % の 304 SS; ツール摩耗は中程度です | 30 – 40 % の 304 SS; ツールウェアが高くなります |
実際に, S31254は、より深刻な冷たい作業を許容します 50 % 面積の削減 - そのオーステナイトの延性のため, 一方、S32205はより速く働きます, に削減を制限します 30 %.
曲げ中, エンジニアは最小半径を維持します 3 ×厚さ 2205 フェライトの亀裂を避けるため; 対照的に, S31254は、よりタイトな曲がりを可能にします 2 ×厚さ.
溶接 2205 間に熱入力が必要です 0.5 そして 1.5 二重バランスを保持するKJ/mm; 過度の熱 (>2 KJ/mm) リスクシグマ相の形成.
その間, 254 SMOの完全なオーステナイト構造は耐えます 2.5 ひび割れずにKJ/mm.
溶接後, 2205 ATのソリューションアニーリングのメリット 1020 °C for 30 分, 一方、S31254は求めています 1100 °C for 15 窒化物を再溶解する時間.
ついに, 加工性テストは、S32205を40〜50％でランク付けしています 304 SSの材料除去率, 一方、S31254はわずかに遅くなります (30–40％) MO含有量が多いため、ツールの摩耗が加速します.
6. 熱処理方法の比較
| 処理 | S32205 | S31254 |
|---|---|---|
| 溶体化焼鈍 | 1020 °C×15–30分→水消光 | 1100 °C×10〜20分→水または空気消光 |
| ストレス解消 | 600–650°C× 1 h | 650–700°C× 1 h |
| エージング | 上記は避けてください 300 ℃ (σ相リスク) | 最大安定しています 400 ℃; 限られた老化 |
形成または溶接後にS32205で最適な二重バランスを回復する, 冶金学者は、ソリューションアニーリングを実行します 1020 °Cで15〜30分, 続いてウォータークエンチが続きます.
対照的に, S31254には、より高い溶液 - アヌール温度が必要です 1100 10〜20分間°C, そのオーステナイト構造を保持するために水または空気のどちらか.
ストレス緩和が必要であることが証明されたとき (例えば, 重い製造の後), 2205 600〜650°Cを1時間要求します, 一方、S31254は、相当段階の変化なしに650〜700°Cを許容します.
ついに, 老化研究は、S32205が上に保持された場合、有害なSigma相を形成する可能性があることを示しています 300 長期間の°C, 一方、S31254は最大で安定したままです 400 ℃, 低温応力緩和サイクルの必要性を減らす.
7. S32205対産業アプリケーション. S31254
石油化学 & オフショアプラットフォーム:
エンジニアは、中程度の塩化物暴露と高強度の問題でジャケットと上側にS32205を指定します.
しかし, 重度のスプラッシュゾーン塩分に直面しているプラットフォームは、S31254の優れた孔食とSCC抵抗に傾いています.
海水淡水化プラント & 海水処理:
逆浸透膜と配管, S31254S Pren (〜49) 海水との継続的な接触に耐えます (3.5 wt％naCl), 一方、S32205 (木材〜35) 塩分が低い給水段階で最適に機能します.
化学処理装置:
熱い交換器を扱う熱交換器H₂SO₄ (10–20重量％) 腐食率が低いため、S31254を支持します (約2 mm/年).
逆に, S32205は、塩水クーラーなど、より高い強度が壁の厚さを軽減する攻撃的なサービスに適しています。.
実世界のパフォーマンス:
老化した北海のプラットフォームの改造が置き換えられました 2205 ライザーと 254 私たちは, 穴を切る修理 80%.
その間, 石油化学プラントは、5年間のトラブルのないサービスを報告しています 3 % デュプレックスを備えたHCl 2205 コンデンサー.
8. 参照標準
- ASTM A240/A240M: 「クロムおよびクロムニッケルステンレス鋼プレートの標準仕様, シート, 圧力容器と一般的なアプリケーションのためにストリップします」
- ASTM A182/A182M: 「鍛造または巻き合わせされた合金の標準仕様- およびステンレス鋼パイプフランジ, 鍛造継手, 高温サービスのバルブと部品」
- UNS指定: S32205 (デュプレックス 2205), S31254 (254 私たちは)
- 生まれたMR0175/ISO 15156: 「石油とガスの生産におけるH₂Sを含む環境で使用するための材料」
9. 同等のグレード
以下は、UNS S32205の一般的な国際的な同等物のコンパイルされたリストです (デュプレックス 2205) およびUNS S31254 (254 私たちは), 主要な標準団体間の相互参照を促進します.
| 材料 | 私たち | 1つ/din | 名前で | AFNOR | 彼 | gost | 中国語 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| デュプレックス 2205 | S32205 | 1.4462 (X2CrNiMoN22-5-3) | X2CrNiMoN22-5-3 | Z3CN22-05-03 | SUS329J4L | 07x22n5m3 | 0cr2ni5mo3n |
| 超オーステナイト 254 私たちは | S31254 | 1.4547 (x1nicrmocu25-20-5) | x1nicrmocu25-20-5 | Z2CNCD25-20 | SUS3107 | 08H25N20M6 | 0CR25NI20MO3CUN |
同等物に関するメモ
- dinの指定-例えば, 2205の「1.4462」は、鋼の化学シンボルと一緒に登場します (X2CrNiMoN22-5-3), ここで、「22-5-3」は公称Cr-Ni-Mo-Nレベルを示します.
- AFNOR (フランス語) グレードはz-prefixを使用します: 「Z3CN22-05-03」は2205を反映しています 22 % Cr, 5 % で, 3 % モー.
- 彼 (日本語) そして gost (ロシア) 指定は、国の番号付けシステムを反映しています; SUS329J4Lに追加された「L」は、低温衝撃靭性要件を示しています.
- 中国語 グレード— 0CR22NI5MO3Nおよび0CR25NI20MO3CUN - UNS組成物と密接に整列します, 炭素の指定 (0), クロム, ニッケル, モリブデンと窒素含有量.
10. S32205対包括的な比較. S31254
すべての重要な違いを鋭い安心させるため, 以下の表は化学をまとめます, パフォーマンス, UNS S32205の製造とコストメトリック (デュプレックス 2205) およびUNS S31254 (254 私たちは).
| 基準 | S32205 (デュプレックス 2205) | S31254 (254 私たちは) |
|---|---|---|
| 位相構造 | 〜50 % フェライト / 50 % オーステナイト | 100 % オーステナイト系 |
| cr -ni -mo -n化学 | 22 % Cr, 5 % で, 3 % モー, 0.14 % N | 20 % Cr, 18 % で, 6.5 % モー, 0.28 % N |
| 木材 | ≈ 35 | ≈ 49 |
| 降伏強さ | 450 MPa | 300 MPa |
| 抗張力 | 650 MPa | 650 MPa |
| 伸長 | 25 % | 40 % |
| シャルピータフネス | ≥ 150 J @ 40°C | ≥ 100 J @ –20°C |
| ピットのしきい値 | ～ 0.8 % 塩化ナトリウム | ～ 3.5 % 塩化ナトリウム |
| SCC抵抗 | ≤ 60 ℃ | ≤ 80 ℃ |
| クリープサービス制限 | ≤ 300 ℃ | ≤ 350 ℃ |
| コールドワーク制限 | 30 % 厚さの減少 | 50 % 厚さの減少 |
| 溶接熱入力 | 0.5–1.5 kJ/mm (避ける > 2.0) | 1.0–2.5 kJ/mm |
| ソリューションアニール | 1 020 °C×15–30分→水消光 | 1 100 °C×10〜20分→水または空気消光 |
| コストインデックス | 1.0 (ベース) | ～ 1.4 (≈ 40 % プレミアム) |
キーテイクアウト:
- 強さと対. 腐食: S32205はより高い降伏強度を提供します (≈ 450 MPa) そして優れた靭性, 負荷をかける部品に理想的にします.
しかし, その孔食 (木材≈ 35) 塩化物サービスを〜に制限します 0.8 % 塩化ナトリウム. - 優れた耐食性: S31254の上昇したMOおよびNブーストPrenは≈までです 49, 海水を許容します (3.5 % 塩化ナトリウム) SCCに抵抗します 80 ℃, であるが 40 % より高い材料コスト.
- 製造の容易さ: 完全にオーステナイトS31254は、より深いコールドワークをサポートしています (50 % 削減) より広い溶接ウィンドウ (まで 2.5 KJ/mm),
一方、デュプレックスグレードは、その位相バランスを維持するために、より正確な熱入力を必要とします. - 熱安定性: 中程度の高温でS31254を実行できます (まで 350 ℃) 老化するリスクなし, 一方、S32205は最新のままです 300 ℃.
11. 結論
S32205およびS31254はそれぞれ明確な利点をもたらします. 彼らの化学を理解することによって, 微細構造, 機械的挙動, 腐食性能, 偽造ニュアンス, および熱処理窓, エンジニアは情報を提供できます, 権威ある決定.
これ 高品質が必要な場合は、製造ニーズに最適です ステンレス鋼 キャスティング.
よくある質問
S32205対S31254の間の選択を支配する主な要因?
実際に, エンジニアの体重 強度と耐食性. S32205はより高い降伏強度を提供します (〜450 MPa) 低コストで,
S31254は優れた孔食抵抗を提供します (木材≈ 49) および塩化物SCC耐性 80 ℃.
s32205よりも積極的にagressiveすることができますか?
はい. S31254の完全なオーステナイト構造はまでにサポートされています 50% 厚さの減少, 一方、S32205はより速く、より速くて寒冷削減を制限します 30% ひび割れを避けるため.
これらのグレードに溶接予防措置が適用されるもの?
S32205の場合, 間に熱入力を維持します 0.5–1.5 kJ/mm そして、でソリューションアニーリングを実行します 1 020 °Cデュプレックスバランスを復元します.
対照的に, S31254耐性 1.0–2.5 kJ/mm とを呼びます 1 100 °Cソリューション - 窒化物を再溶解する.
酸っぱいGAS環境では、合金のパフォーマンスが向上します?
H₂Sサービス, S31254は、硫化物ストレス砕機に抵抗します 5 バー, 一方、S32205は上記のSSC感受性を示しています 1 バー.
したがって, 254 SMOは、多くの場合、サワーガスアプリケーションの好みの選択肢になります.
