Дуплексное литье из нержавеющей стали — это процесс формования сложных деталей из дуплексных сплавов нержавеющей стали., которые сочетают в себе аустенитную и ферритную структуры..
Уникальные свойства дуплексной нержавеющей стали делают ее бесценным материалом в современном производстве., особенно в отраслях, где требуется высокая прочность, коррозионная стойкость, и долговечность.
Его двухфазная микроструктура обеспечивает баланс свойств, которых трудно достичь с помощью других материалов., что делает его предпочтительным выбором для широкого спектра применений..
В этом блоге, мы изучим тонкости дуплексного литья из нержавеющей стали, его свойства, процесс литья, и как это применяется в различных отраслях.
1. Что такое дуплексная нержавеющая сталь??
Двухфазная структура
Дуплексная нержавеющая сталь названа в честь своей уникальной двухфазной структуры., который сочетает в себе аустенитные и ферритные зерна.
Аустенитная фаза известна своей превосходной коррозионной стойкостью., в то время как ферритная фаза обеспечивает повышенную прочность и устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением..
Такая структура делает дуплексную нержавеющую сталь особенно подходящей для суровых условий эксплуатации., где прочность и коррозионная стойкость имеют решающее значение.
Типичный химический состав дуплексных нержавеющих сталей
| Оценка | Номер УНС | Углерод (С) | Марганец (Мин.) | Кремний (И) | Фосфор (П) | сера (С) | Хром (Кр) | Никель (В) | Молибден (Мо) | Азот (Н) | Другие |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2205 | С31803/С32205 | ≤ 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 | – |
| 2707ЧАС | 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 | Вт: 0.5 – 1.5% |
Эквивалентная оценка
Стандартная дуплексная нержавеющая сталь (например, 2205)
- НАС: S31803 / S32205
- Астм/Айси: 2205
- В: 1.4462
- ОН: SUS329J3L
- АФНОР: Z3 КНД 22-05 Az
Супердуплексная нержавеющая сталь (например, 2507)
- НАС: S32750 / S32760
- Астм/Айси: 2507
- В: 1.4410
- ОН: SUS329J4L
- АФНОР: Z3 CN 25-06 Az
2. Процесс дуплексного литья из нержавеющей стали
Что такое кастинг?
Литье — это производственный процесс, при котором расплавленный металл заливают в форму и дают ему затвердеть.. Основные шаги включают в себя:
- плавление: Дуплексная нержавеющая сталь плавится в печи..
- Заливка: Расплавленный металл заливают в заранее подготовленную форму..
- затвердевание: Металл охлаждается и затвердевает в форме., принимая форму формы.
- Отделка: Отлитая деталь извлекается из формы и подвергается отделочным процессам, таким как шлифовка., механическая обработка, и термическая обработка.
Особые требования к литью из дуплексной нержавеющей стали
Литье дуплексной нержавеющей стали представляет собой уникальную задачу:
- Поддержание фазового баланса: Контроль скорости и температуры охлаждения имеет решающее значение для поддержания правильного баланса между аустенитной и ферритной фазами..
- Как избежать разделения фаз: Быстрое охлаждение может привести к образованию нежелательных фаз., например, сигма-фаза, что может снизить пластичность и ударную вязкость.
- Контроль микроструктуры: Точный контроль параметров литья необходим для достижения желаемой микроструктуры и механических свойств..
Распространенные методы литья
| Метод | Описание | Преимущества |
|---|---|---|
| Инвестиционное литье | Идеально подходит для изготовления сложных и точных деталей с гладкими поверхностями.. | Высокая точность, гладкая поверхность, подходит для сложных дизайнов. |
| Литье в песок | Подходит для более крупных деталей и более сложной геометрии., часто используется для прототипирования и небольших производственных серий. | Экономичность для малых и средних тиражей., гибкость в дизайне. |
| Литье под давлением | Менее распространено для дуплексной нержавеющей стали, но может использоваться для крупносерийного производства небольших изделий., более простые части. | Высокая скорость производства, стабильное качество, экономично при больших объемах. |
Преимущества литья из дуплексной нержавеющей стали
- Сложная геометрия: Процесс литья позволяет создавать сложные и детализированные формы., которые часто трудно или невозможно обработать.
- Экономичный: Для больших производственных тиражей, литье снижает производственные затраты при сохранении стабильного качества.
- Высокая точность: Литье из дуплексной нержавеющей стали позволяет изготавливать компоненты точных размеров., сведение к минимуму необходимости в обширной постобработке.
3. Ключевые свойства дуплексной нержавеющей стали
Дуплексные нержавеющие стали представляют собой семейство нержавеющая сталь которые сочетают в себе микроструктурные особенности ферритных и аустенитных нержавеющих сталей..
Эта уникальная комбинация обеспечивает баланс свойств, которые делают дуплексную нержавеющую сталь очень востребованной для широкого спектра применений.,
особенно в средах, где высокая прочность, коррозионная стойкость, и нужна жесткость.
Химические свойства
Коррозионная стойкость
- Устойчивость к точечной и щелевой коррозии: Дуплексные нержавеющие стали обладают превосходной устойчивостью к точечной и щелевой коррозии., которые являются распространенными проблемами в средах, содержащих хлориды.
Это связано с более высоким содержанием хрома и молибдена по сравнению со стандартными аустенитными нержавеющими сталями.. - Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) Сопротивление: Дуплексные нержавеющие стали обладают превосходной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением., особенно в хлоридной среде.
Это свойство имеет решающее значение в приложениях, связанных с горячим, солевые растворы, например, те, что встречаются на морских нефтяных и газовых платформах. - Общая коррозионная стойкость: Сбалансированная микроструктура дуплексных нержавеющих сталей обеспечивает хорошую общую коррозионную стойкость.,
что делает их пригодными для различных агрессивных сред, включая кислоты и щелочные растворы.
Межкристаллитная коррозия
- Низкое содержание углерода: Дуплексные нержавеющие стали обычно имеют низкое содержание углерода., что минимизирует риск межкристаллитной коррозии.
Это достигается за счет контроля содержания углерода до уровня ниже 0.03%, что помогает предотвратить образование карбидов хрома на границах зерен..
Свариваемость
- Сварочные характеристики: Несмотря на свою высокую прочность, дуплексные нержавеющие стали можно сваривать обычными методами..
Однако, необходимо соблюдать осторожность, контролируя подачу тепла и скорость охлаждения, чтобы избежать образования нежелательных фаз.,
например, сигма-фаза, что может снизить пластичность и ударную вязкость.
Экологическая стабильность
- Хлоридная среда: Дуплексные нержавеющие стали особенно хорошо подходят для сред с высоким содержанием хлоридов.,
такие как морская вода и рассолы, где они обеспечивают превосходную стойкость к коррозии, вызванной хлоридами..
Физические свойства
Плотность
- Ценить: Примерно 7.8 г/см³
- Значение: Плотность дуплексных нержавеющих сталей аналогична плотности других нержавеющих сталей., что делает их подходящими для применений, где вес не является критическим фактором.
Однако, их высокое соотношение прочности к весу по-прежнему дает преимущества в определенных областях применения..
Механические свойства
- Предел текучести: Дуплексные нержавеющие стали имеют предел текучести, который обычно в два раза выше, чем у аустенитных нержавеющих сталей..
Например, предел текучести 2205 дуплексная нержавеющая сталь может варьироваться от 450 к 750 МПа. - Предел прочности: Прочность на разрыв дуплексных нержавеющих сталей также выше, чем у аустенитных нержавеющих сталей., часто варьируется от 550 к 850 МПа.
- Удлинение: Несмотря на свою высокую прочность, дуплексные нержавеющие стали сохраняют разумное удлинение, обычно вокруг 25-30%, что обеспечивает хорошую пластичность и формуемость.
- Ударная вязкость: Дуплексные нержавеющие стали обладают превосходной ударной вязкостью., даже при низких температурах, что делает их пригодными для криогенных применений.
Термические свойства
- Теплопроводность: Дуплексные нержавеющие стали имеют более высокую теплопроводность, чем аустенитные нержавеющие стали., который может варьироваться от 15 к 30 Вт/м·К.
Это свойство полезно в приложениях, где требуется эффективная теплопередача.. - Тепловое расширение: Коэффициент теплового расширения дуплексных нержавеющих сталей ниже, чем у аустенитных нержавеющих сталей., обычно вокруг 10.5 к 12.5 мкм/м·°С.
Это свойство снижает термические напряжения и деформации при высоких температурах..
Электрические свойства
- Электрическое сопротивление: Электросопротивление дуплексной нержавеющей стали выше, чем у углеродистой стали, но ниже, чем у аустенитной нержавеющей стали..
Обычно оно варьируется от 70 к 80 мкОм·см, что влияет на их пригодность для применения в электротехнике..
Магнитные свойства
- Ферромагнитное поведение: В отличие от аустенитных нержавеющих сталей, дуплексные нержавеющие стали ферромагнитны из-за своей ферритной фазы..
Это свойство может быть полезным в определенных приложениях., такие как процессы магнитной сепарации, но, возможно, это недостаток в других случаях, когда требуются немагнитные материалы..
| Свойство | Типичное значение | Описание и преимущества применения |
|---|---|---|
| Предел текучести | 450-550 МПа | Примерно вдвое выше предел текучести, чем у аустенитных нержавеющих сталей, таких как 304 и 316, делает дуплексные стали идеальными для конструкционных и несущих конструкций.. |
| Плотность | ~7,8 г/см³ | Аналогично другим нержавеющим сталям, подходит для компонентов, требующих высокого соотношения прочности к весу. |
| Модуль упругости | 190-210 ГПа | Обеспечивает жесткость, что полезно в приложениях, требующих структурной целостности под нагрузкой. |
| Теплопроводность | ~25 Вт/м·К | Выше, чем у аустенитных нержавеющих сталей., выгоден для применения в области теплопередачи в химической и энергетической промышленности.. |
| Тепловое расширение | 13.5 х 10⁻⁶ /°С | Более низкий коэффициент теплового расширения, чем у аустенитных марок., что делает его хорошо подходящим для применений с колебаниями температуры, чтобы снизить риск термического напряжения и деформации.. |
4. Применение отливок из дуплексной нержавеющей стали
Нефтяная и газовая промышленность
- Морские платформы: Клапаны, трубопроводы, и сосуды под давлением, для которых требуется превосходная коррозионная стойкость в морской воде и агрессивных химикатах..
- Береговые объекты: Комплектующие для нефтеперерабатывающих заводов, такие как теплообменники и резервуары для хранения.
Морские применения
- Судостроение: Компоненты корпуса, пропеллеры, и другие части, подвергающиеся воздействию морской воды.
- Опреснительные установки: Оборудование для процессов очистки и опреснения воды, там, где стойкость к коррозии имеет решающее значение.
Химическая переработка и целлюлоза & Бумажная промышленность
- Реакторы и теплообменники: Компоненты, работающие с агрессивными химикатами и высоким давлением..
- Резервуары для хранения: Сосуды для хранения и транспортировки коррозионно-активных веществ.
Производство электроэнергии
- Системы высокого давления: Компоненты для паровых турбин, котлы, и теплообменники.
- Атомные электростанции: Детали, требующие высокой прочности и коррозионной стойкости в радиоактивных средах..
Пищевая промышленность и производство напитков
- Технологическое оборудование: Насосы, клапаны, и детали машин, которые должны противостоять коррозии от чистящих химикатов и веществ, связанных с пищевыми продуктами..
- Резервуары для хранения: Контейнеры для хранения и транспортировки продуктов питания и напитков.
5. Преимущества отливок из дуплексной нержавеющей стали
Превосходная коррозионная стойкость
- Атмосферная и подводная среда: Сочетание аустенитной и ферритной фаз повышает стойкость материала к коррозии как в атмосферных, так и в подводных средах..
- Среда, богатая хлоридами: Превосходная стойкость к точечной и щелевой коррозии в средах с высоким содержанием хлоридов., такие как морская вода и рассолы.
Более высокое соотношение прочности и веса
- Высокая механическая прочность: Отливки из дуплексной нержавеющей стали обладают высоким пределом текучести и текучести., что делает их идеальными для применений, где снижение веса имеет решающее значение..
- Легкий дизайн: Высокое соотношение прочности и веса позволяет создавать более легкие и эффективные компоненты..
Экономичность при больших объемах производства
- Эффективное производство: Процессы литья позволяют эффективно производить большие объемы деталей сложной формы с меньшими затратами по сравнению с другими методами производства..
- Уменьшенная обработка: Возможность создавать формы, близкие к заданным, снижает потребность в обширной механической обработке., экономия времени и материала.
Повышенная долговечность
- Долгосрочная производительность: Благодаря высокой прочности и стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением, дуплексная нержавеющая сталь идеально подходит для критически важных, длительное применение в суровых условиях.
6. Проблемы при дуплексном литье из нержавеющей стали
Дефекты литья
- Пористость и усадка: Эти дефекты могут повлиять на качество и целостность отливок..
- Включения: Инородные частицы или примеси могут ослабить материал и снизить его эксплуатационные характеристики..
Проблемы сварки и изготовления
- Специальные процедуры: Сварка дуплексной нержавеющей стали может потребовать специальных процедур и присадочных материалов, чтобы избежать ухудшения ее коррозионной стойкости и механических свойств..
- Термическая обработка: Послесварочная термообработка может потребоваться для оптимизации микроструктуры и свойств сварных соединений..
Сложность в производстве
- Точный контроль: Управление балансом между ферритной и аустенитной фазами во время литья требует точного контроля параметров литья, таких как температура и скорость охлаждения..
- Гарантия качества: Строгие меры контроля качества необходимы для обеспечения соответствия конечного продукта требуемым спецификациям и стандартам производительности..
7. Дуплексная нержавеющая сталь против супердуплексной нержавеющей стали
Дуплекс из нержавеющей стали и Супердуплексная нержавеющая сталь это разные сплавы, хотя у них есть некоторое сходство.
Оба имеют двухфазную микроструктуру., состоящий из смеси аустенитный и ферритный фазы, что придает им превосходные механические свойства и высокую устойчивость к коррозии..
Однако, они различаются по составу, производительность, и подходящие приложения.
| Особенность | Дуплекс из нержавеющей стали | Супердуплексная нержавеющая сталь |
|---|---|---|
| Фазовый состав | Грубо 50% аустенит и 50% феррит | Примерно 40-50% аустенит и 50-60% феррит |
| Легирующие элементы | Содержит меньше молибдена и хрома, чем супердуплекс. | Более высокий уровень хрома, молибден, и азот |
| Коррозионная стойкость | Хорошая стойкость к точечной и щелевой коррозии., особенно в хлоридной среде | Превосходная устойчивость к точечной коррозии, щелевая коррозия, и коррозионное растрескивание под напряжением в более агрессивных средах |
| Предел прочности | Обычно ниже, чем супердуплекс | Более высокая прочность на разрыв за счет добавления большего количества легирующих элементов. |
| Предел текучести | Вокруг 450 МПа | Вокруг 550-720 МПа, более высокий предел текучести |
| Приложения | Подходит для морских, химический, и пищевая промышленность | Используется в более агрессивных средах, таких как морские нефтяные и газовые платформы., опреснительные установки, и химическая обработка |
| Расходы | Дешевле по сравнению с супердуплексом. | Более дорогой из-за более высокого содержания сплава. |
Супердуплексная нержавеющая сталь
Супердуплексная нержавеющая сталь, такой как Оценка 2507, содержит более высокие уровни хром, молибден, и азот по сравнению с дуплексной нержавеющей сталью.
Эти дополнительные элементы повышают его устойчивость к экстремальным условиям., особенно в условиях высокой коррозии и высокого давления.
Предложение супердуплексных сталей превосходная коррозионная стойкость, особенно в средах, содержащих хлоридные и кислотные вещества.
Они используются в более требовательных отраслях, таких как морские нефтяные и газовые платформы., опреснительные установки, и химические реакторы, там, где суровые условия требуют более сильного, более устойчивый к коррозии материал.
8. Заключение
Дуплекс литье из нержавеющей стали обеспечивает надежное решение для отраслей, которым требуются материалы с превосходными механическими свойствами., высокая коррозионная стойкость, и долговечность.
Его уникальное сочетание аустенитной и ферритной фаз дает множество преимуществ., включая повышенную прочность и устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением.
Понимание процесса кастинга, преимущества, Применение дуплексной нержавеющей стали поможет выбрать правильный материал для вашего следующего проекта., максимизация производительности и экономической эффективности.
Если у вас есть какие-либо потребности в обработке дуплексной нержавеющей стали, пожалуйста, не стесняйтесь связаться с нами.
Дополнительный контент
Ключевые легирующие элементы из дуплексной нержавеющей стали
Хром
Для формирования стабильной пассивной пленки оксида хрома, защищающей от атмосферной коррозии., сталь должна содержать не менее 10.5% хром. Увеличение содержания хрома повышает коррозионную стойкость нержавеющей стали..
Хром способствует образованию объемноцентрированной кубической структуры. (BCC) феррит, ферритообразующий элемент. Более высокие уровни хрома требуют больше никеля для достижения аустенита или дуплекса. (феррит-аустенит) структуры.
Высокое содержание хрома также способствует образованию интерметаллических фаз.. Аустенитные нержавеющие стали обычно имеют не менее 16% хром, в то время как дуплексные нержавеющие стали имеют по крайней мере 20%.
Хром также повышает стойкость к высокотемпературному окислению., имеет решающее значение для образования и удаления оксидных накипи или цветов отпуска после термообработки или сварки..
Травление и удаление цветов отпуска для дуплексной нержавеющей стали более сложны, чем для аустенитной нержавеющей стали..
Молибден
Молибден значительно повышает устойчивость нержавеющей стали к точечной и щелевой коррозии.. В хлоридной среде, молибден в три раза эффективнее хрома, если в стали содержится не менее 18% хром.
Молибден, ферритообразующий элемент, также увеличивает склонность к образованию интерметаллических фаз..
Поэтому, аустенитные нержавеющие стали обычно содержат менее 7.5% молибден, в то время как дуплексные нержавеющие стали содержат менее 4%.
Азот
Азот повышает стойкость к точечной и щелевой коррозии аустенитных и дуплексных нержавеющих сталей и значительно увеличивает их прочность..
Это наиболее эффективный упрочняющий элемент на твердом растворе и недорогой легирующий элемент..
Улучшенная ударная вязкость азотсодержащей дуплексной нержавеющей стали обусловлена более высоким содержанием аустенита и уменьшенным образованием интерметаллической фазы..
Хотя азот не предотвращает выделение интерметаллических фаз., это задерживает это, предоставление достаточного времени для обработки и изготовления.
Азот добавляется в высококоррозионностойкие аустенитные и дуплексные нержавеющие стали с высоким содержанием хрома и молибдена для противодействия склонности к образованию σ-фазы..
Азот, сильный аустенитобразующий элемент, может заменить некоторое количество никеля в аустенитных нержавеющих сталях.
Это снижает энергию дефекта упаковки и увеличивает скорость наклепа аустенита..
Он также повышает прочность аустенита за счет упрочнения твердым раствором..
Дуплексные нержавеющие стали обычно содержат азот, а содержание никеля регулируется для достижения соответствующего фазового баланса..
Балансировка ферритообразующих элементов (хром и молибден) с аустенитобразующими элементами (никель и азот) необходим для достижения дуплексной структуры.
Никель
Никель стабилизирует аустенит, способствуя трансформации кристаллической структуры из объемноцентрированной кубической (BCC) феррит в гранецентрированную кубическую (ФКС) аустенит.
Ферритные нержавеющие стали практически не содержат никеля., в то время как дуплексные нержавеющие стали имеют содержание никеля от низкого до умеренного., обычно 1.5% к 7%.
Аустенитные нержавеющие стали в 300 серия содержит как минимум 6% никель.
Добавление никеля задерживает образование вредных интерметаллических фаз в аустенитных нержавеющих сталях., хотя этот эффект менее значителен в дуплексных нержавеющих сталях по сравнению с азотом..
Гранецентрированный куб (ФКС) структура придает аустенитной нержавеющей стали отличную прочность.
Поскольку почти половина структуры дуплексной нержавеющей стали состоит из аустенита., дуплексная сталь значительно прочнее ферритной нержавеющей стали..
