1. Introdução
As ligas resistentes à corrosão sustentam a infraestrutura crítica-de plataformas offshore a plantas de processamento de produtos químicos.
À medida que os ambientes de serviço se tornam mais agressivos, A seleção da nota inoxidável certa é vital.
Em particular, duplex 2205 (US S32205) e super-austenítico 254 Nós (US S31254) ocupar papéis de liderança onde cloreto, Ataque ácido ou de gás azedo ameaça a integridade dos ativos.
Consequentemente, Este artigo oferece um profissional, Comparação orientada a dados de aço inoxidável S32205 vs S31254,
estruturado para orientar engenheiros e especificadores através da química, microestrutura, desempenho mecânico, comportamento de corrosão, fabricação, tratamento térmico, aplicações, e padrões relevantes.
2. Composição Química & Microestrutura
| Elemento | S32205 (2205) | S31254 (254 Nós) |
|---|---|---|
| Cr | 22.0–23,0% em peso | 20.0–22,0% em peso |
| Em | 4.5–6,5% em peso | 17.0–19,0% em peso |
| Mo | 2.5–3.5% em peso | 6.0–7,0% em peso |
| N | 0.08–0.20% em peso | 0.24–0,32% em peso |
| Cu | 0.50 máx. | - |
| Mn | 2.00 máx. | 2.00 máx. |
| E | 1.00 máx. | 1.00 máx. |
| C | 0.03 máx. | 0.02 máx. |
Além disso, S32205 exibe um 50/50 Microestrutura duplex de ferrita -austenita, que confere alta força e boa tenacidade.
Em contraste, S31254 forma uma matriz totalmente austenítica estabilizada por seu alto níquel (≈18% em peso) e nitrogênio (até 0.32 WT%).
Como resultado, Os tamanhos dos grãos em S31254 tendem a permanecer uniformes sob o calor, Enquanto as fases duplas de 2205 resistem à deformação localizada.
Além disso, O molibdênio elevado do S31254 Controle de Inclusão de Inclusão e Suprimir a Formação da Fase Sigma, Aumentando a resistência a corrosão a longo prazo.
3. Comparação de propriedades mecânicas
| Propriedade | S32205 | S31254 |
|---|---|---|
| Força de rendimento (Rp0.2) | ~ 450 MPa | ~ 300 MPa |
| Resistência à tracção (Rm) | ~ 650 MPa | ~ 650 MPa |
| Alongamento (UM%) | ≥25 % | ≥40 % |
| Redução da área (Z%) | ≥50 % | ≥60 % |
| Resistência ao Impacto (Charpy v) | ≥150 J @–40 ° C | ≥100 j –20 ° C |
| Resistência à fluência | Até 300 ° C Serviço | Até 350 ° C Serviço |
À temperatura ambiente, S32205 oferece força de escoamento superior - aproximadamente 450 MPA versus S31254's 300 MPA - obrigado ao seu endurecimento da fase duplex.
No entanto, Ambas as ligas atingem forças de tração semelhantes (~ 650 MPa). Além disso, S31254 possui maior ductilidade (40 % alongamento) e redução da área (60 %), que facilitam desenhos profundos e formação complexa.
Ao operar a temperaturas elevadas, S31254 mantém a resistência de fluência até 350 °C, Enquanto o S32205 normalmente limita o serviço a torno 300 °C.
Finalmente, Testes de fadiga em ambientes de cloreto revelam curvas S -N comparáveis, Embora o S31254 mostre uma ligeira vantagem em fadiga de alto ciclo devido à sua matriz austenítica homogênea.
4. Resistência à corrosão de S32205 vs. S31254
| Modo de corrosão | S32205 (Madeira ≈ 35) | S31254 (Madeira ≈ 49) |
|---|---|---|
| Pitting | Limiar de cloreto ~ 0,8% em nacl | ~ 3,5 wt% nacl |
| Fenda | Moderado | Excelente |
| SCC de cloreto | 50–60 ° C. | 70–80 ° C. |
| Corrosão ácida geral (H₂so₄) | ~ 10 mm/ano @ 20 °C | ~ 2 mm/ano @ 20 °C |
| Ácidos oxidantes (Hno₃) | Bom | Superior |
| Sulfeto scc (Sc) | Risco em h₂s > 1 bar | Mínimo até 5 bar h₂s |
Porque pren (Número equivalente de resistência ao pitting = CR = Cr + 3.3 Mo + 16 N) correlaciona -se com a resistência à corrosão localizada, S31254 (Madeira ≈ 49) supera o S32205 (Madeira ≈ 35).
Consequentemente, S31254 tolera os níveis de cloreto até 3.5 % em peso à temperatura ambiente sem picar, enquanto 2205 Caps por aí 0.8 WT%.
Além disso, S31254 resiste à rachadura de corrosão por estresse de cloreto (CCS) até 80 °C, comparado com 60 ° C para S32205.
Além disso, ácidos redutores agressivos (por exemplo, 10 wt% h₂so₄) CorroDe S32205 a ~ 10 mm/ano, Mas apenas ~ 2 mm/ano ataques S31254 nas mesmas condições.
Finalmente, Os testes de gás azedo revelam o desempenho superior do S31254 no serviço H₂S até 5 bar, Enquanto o S32205 mostra a suscetibilidade ao SSC acima 1 bar.
5. Fabricação & Soldabilidade de S32205 vs. S31254
| Aspecto | S32205 | S31254 |
|---|---|---|
| Trabalho frio | Até 30% Redução de espessura | Até 50% |
| Min. Raio de dobra | 3 × espessura (restrições duplex) | 2 × espessura |
| Entrada de calor de solda | 0.5–1,5 kJ/mm; risco de fase sigma se >2 | 1.0–2.5 kJ/mm; Austenita mantida resiste a quebrar |
| Recozimento pós-soldado | 1020 ° C × 30 min | 1100 ° C × 15 min |
| Usinabilidade | 40 – 50 % de 304 SS; Ferramenta de ferramenta moderada | 30 – 40 % de 304 SS; Desgaste da ferramenta mais alto |
Na prática, S31254 tolera um trabalho mais grave de frio - até 50 % Redução de área - devido à sua ductilidade austenítica, Enquanto S32205-HARDENS mais rápido, Limitando a redução para 30 %.
Durante a flexão, Os engenheiros mantêm um raio mínimo de 3 × espessura para 2205 Para evitar rachaduras de ferrite; em contraste, S31254 permite dobras mais apertadas em 2 × espessura.
Soldagem 2205 requer entradas de calor entre 0.5 e 1.5 KJ/mm para preservar o equilíbrio duplex; calor excessivo (>2 KJ/mm) corre o risco de formação de fase sigma.
Enquanto isso, 254 A estrutura totalmente austenítica de Smo tolera até 2.5 KJ/mm sem rachaduras.
Após a soldagem, 2205 benefícios do recozimento da solução em 1020 ° C para 30 minutos, enquanto o S31254 exige 1100 ° C para 15 minutos para redissolve nitretos.
Finalmente, Os testes de maquinabilidade classificam S32205 em 40-50% de 304 Taxa de remoção de material da SS, Enquanto o S31254 funciona um pouco mais lento (30–40%) e acelera o desgaste da ferramenta devido ao seu alto teor de MO.
6. Comparação de métodos de tratamento térmico
| Tratamento | S32205 | S31254 |
|---|---|---|
| Recozimento de Solução | 1020 ° C × 15–30 min → Que extinção de água | 1100 ° C × 10–20 min → Água ou aerção de ar de ar |
| Alívio do estresse | 600–650 ° C × 1 h | 650–700 ° C × 1 h |
| Envelhecimento | Evite acima 300 °C (Risco de fase σ) | Estável até 400 °C; envelhecimento limitado |
Para restaurar o equilíbrio duplex ideal em S32205 após a formação ou soldagem, metalurgistas realizam o recozimento de soluções em 1020 ° C por 15 a 30 minutos, seguido por um extremo aquático.
Em contraste, S31254 requer uma temperatura mais alta da solução anrenária de 1100 ° C por 10 a 20 minutos, com a água ou a extinção do ar para manter sua estrutura austenítica.
Quando o alívio do estresse se prova necessário (por exemplo, Após fabricação pesada), 2205 exige 600-650 ° C por uma hora, Enquanto o S31254 tolera 650-700 ° C sem alterações de fase adversa.
Finalmente, Estudos de envelhecimento mostram que o S32205 pode formar fase sigma prejudicial se mantida acima 300 ° C por períodos prolongados, enquanto S31254 permanece estável até 400 °C, Reduzindo a necessidade de ciclos de baixa temperatura-tensão.
7. Aplicações do setor de S32205 vs. S31254
Petroquímica & Plataformas Offshore:
Os engenheiros especificam S32205 para jaquetas e topsides quando a exposição moderada de cloreto e matéria de alta resistência.
No entanto, Plataformas que enfrentam salinidade severa de zona de respingo se encaixam no Superior Pitting e SCC Resistance da S31254.
Usinas de Dessalinização & Manuseio da água do mar:
Em membranas e tubulações de osmose reversa, S31254S Pren (~ 49) suporta contato contínuo com água do mar (3.5 WT% NaCl), enquanto S32205 (Madeira ~ 35) Funções melhores em estágios de água de alimentação com menor salinidade.
Equipamento de processamento químico:
Trocadores de calor lidando com Hot H₂so₄ (10–20% em peso) favorecer S31254 por suas baixas taxas de corrosão (~ 2 mm/ano).
Por outro lado, S32205 se adequa a serviços menos agressivos - como refrigeradores de salmoura - onde sua força maior reduz a espessura da parede.
Desempenho do mundo real:
Uma modernização de plataforma do Mar do Norte substituiu envelhecida 2205 risers com 254 Nós, cortando reparos de pitting por 80%.
Enquanto isso, Uma planta petroquímica relata cinco anos de serviço livre de problemas em 3 % HCl com duplex 2205 condensadores.
8. Padrões de referência
- ASTM A240/A240M: “Especificação padrão para placa de aço inoxidável de cromo e cromo-níquel, Folha, e tira para vasos de pressão e para aplicações gerais ”
- ASTM A182/A182M: “Especificação padrão para liga forjada ou laminada- e flanges de tubo de aço inoxidável, Acessórios Forjados, e válvulas e peças para serviço de alta temperatura ”
- Designações de UNS: S32205 (duplex 2205), S31254 (254 Nós)
- Nascido MR0175/ISO 15156: “Materiais para uso em ambientes contendo H₂s na produção de petróleo e gás”
9. Notas equivalentes
Abaixo está uma lista compilada de equivalentes internacionais comuns para UNS S32205 (Dúplex 2205) e UNS S31254 (254 Nós), facilitar a referência cruzada entre os principais órgãos de padrões.
| Material | NÓS | Um/a DIN | Em nome | AFNOR | ELE | GOST | chinês |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dúplex 2205 | S32205 | 1.4462 (X2CrNiMoN22-5-3) | X2CrNiMoN22-5-3 | Z3CN22-05-03 | SUS329J4L | 07X22n5m3 | 0CR2NI5MO3N |
| Super-austenítico 254 Nós | S31254 | 1.4547 (X1nicrmocu25-20-5) | X1nicrmocu25-20-5 | Z2CNCD25-20 | SUS3107 | 08H25N20M6 | 0CR25NI20MO3CUN |
Notas sobre equivalentes
- Designação DIN-por exemplo, "1.4462" para 2205 - Apita ao lado do símbolo químico do aço (X2CrNiMoN22-5-3), onde “22-5-3” indica níveis nominais de Cr-MO-N.
- AFNOR (Francês) Notas usam um prefixo Z: "Z3CN22-05-03" espelha 2205 22 % Cr, 5 % Em, 3 % Mo.
- ELE (japonês) e GOST (russo) As designações refletem sistemas nacionais de numeração; O “L” anexado no SUS329J4L indica requisitos de resistência ao impacto de baixa temperatura.
- chinês Grases - 0CR22NI5MO3N e 0CR25NI20MO3CUN - alinhem de perto com as composições UNS, especificando carbono (0), cromo, níquel, Conteúdo de molibdênio e nitrogênio.
10. Comparação abrangente de S32205 vs. S31254
Para trazer todas as diferenças importantes em alívio acentuado, A tabela abaixo resume a química, desempenho, Métricas de fabricação e custo para UNS S32205 (Dúplex 2205) e UNS S31254 (254 Nós).
| Critério | S32205 (Dúplex 2205) | S31254 (254 Nós) |
|---|---|---|
| Estrutura de fase | ~ 50 % ferrita / 50 % austenita | 100 % austenítico |
| Cr - ni - mo - n química | 22 % Cr, 5 % Em, 3 % Mo, 0.14 % N | 20 % Cr, 18 % Em, 6.5 % Mo, 0.28 % N |
| Madeira | ≈ 35 | ≈ 49 |
| Força de rendimento | 450 MPa | 300 MPa |
| Resistência à tracção | 650 MPa | 650 MPa |
| Alongamento | 25 % | 40 % |
| Resistência charpy | ≥ 150 J –40 ° C | ≥ 100 J –20 ° C |
| Limiar de picada | ~ 0.8 % NaCl | ~ 3.5 % NaCl |
| Resistência do SCC | ≤ 60 °C | ≤ 80 °C |
| Limite de serviço de fluência | ≤ 300 °C | ≤ 350 °C |
| Limite de trabalho frio | 30 % Redução de espessura | 50 % Redução de espessura |
| Entrada de calor de solda | 0.5–1,5 kJ/mm (evitar > 2.0) | 1.0–2.5 kJ/mm |
| Recozimento da solução | 1 020 ° C × 15–30 min → Que extinção de água | 1 100 ° C × 10–20 min → Água ou aerção de ar de ar |
| ÍNDICE DE CUSTO | 1.0 (base) | ~ 1.4 (≈ 40 % Premium) |
Takeaways -chave:
- Força versus. Corrosão: S32205 oferece maior força de escoamento (≈ 450 MPa) e excelente resistência, tornando-o ideal para peças de porte de carga.
No entanto, sua resistência ao pitting (Madeira ≈ 35) Limita o serviço de cloreto a ~ 0.8 % NaCl. - Resistência Superior à Corrosão: MO e N elevados de S31254 49, Tolerando a água do mar (3.5 % NaCl) e resistir ao SCC a 80 °C, embora em a 40 % maior custo material.
- Facilidade de fabricação: O S31254 totalmente austenítico suporta um trabalho mais profundo (50 % redução) e janelas de soldagem mais amplas (até 2.5 KJ/mm),
Enquanto o grau duplex requer uma entrada de calor mais precisa para manter seu equilíbrio de fase. - Estabilidade Térmica: Você pode executar o S31254 em temperaturas moderadamente mais altas (até 350 °C) sem riscos de envelhecimento, enquanto o S32205 permanece estável até cerca de 300 °C.
11. Conclusões
S32205 e S31254 entregam vantagens distintas. Ao entender sua química, microestrutura, comportamento mecânico, desempenho de corrosão, nuances de fabricação, e janelas de tratamento térmico, Os engenheiros podem tornar informados, decisões autorizadas.
ESSE é a escolha perfeita para suas necessidades de fabricação se você precisar de alta qualidade aço inoxidável peças fundidas.
Perguntas frequentes
Quais fatores principais governam a escolha entre S32205 vs S31254?
Na prática, Os engenheiros pesam resistência de força versus corrosão. S32205 oferece maior força de escoamento (~ 450 MPa) a um custo mais baixo,
Enquanto o S31254 oferece resistência superior ao pitting (Madeira ≈ 49) e resistência ao cloreto-SCC a 80 °C.
Posso formar frio s31254 de forma mais agressiva do que S32205?
Sim. A estrutura totalmente austenítica do S31254 suporta até 50% Redução de espessura, enquanto S32205 obriga-se mais rápido e normalmente limita a redução do frio a 30% para evitar rachaduras.
Quais precauções de soldagem se aplicam a esses notas?
Para S32205, manter a entrada de calor entre 0.5–1,5 kJ/mm e executar o recozimento da solução em 1 020 ° C para restaurar o equilíbrio duplex.
Em contraste, S31254 tolera 1.0–2.5 kJ/mm e exige um 1 100 ° C Solução - vineal para redissolve nitretos.
Qual liga tem um desempenho melhor em ambientes azedos?
No serviço H₂S, S31254 resiste ao tensão de sulfeto que atinge o estresse até cerca de 5 bar, Enquanto o S32205 mostra a suscetibilidade ao SSC acima 1 bar.
Portanto, 254 SMO geralmente se torna a escolha preferida para aplicações de gás azedo.
