Duplex rostfritt stål
Duplexa rostfria stål är en familj av rostfria stål . Dessa kallas duplex (eller austenitisk-ferritiska) kvaliteter eftersom deras metallurgiska struktur består av två faser, austenit (ansiktscentrerat kubiskt gitter) och ferrit (kroppscentrerat kubiskt gitter) i ungefär lika stora proportioner. De är utformade för att ge bättre korrosionsbeständighet, särskilt kloridspänningskorrosion och kloridfrätningskorrosion, och högre hållfasthet än vanliga austenitiska rostfria stål som typ 304 eller 316. De största skillnaderna i sammansättning jämfört med ett austenitiskt rostfritt stål är att duplexet stål har en högre kromhalt, 20–28 %; högre molybden, upp till 5%; lägre nickel, upp till 9 % och 0,05–0,50 % kväve. Både den låga nickelhalten och den höga hållfastheten (som möjliggör användning av tunnare sektioner) ger betydande kostnadsfördelar. De används därför i stor utsträckning inom olje- och gasindustrin till havs för rörsystem, grenrör, stigrör etc. och inom den petrokemiska industrin i form av rörledningar och tryckkärl. Förutom den förbättrade korrosionsbeständigheten jämfört med 300-seriens rostfria stål har duplexstålen också högre hållfasthet. Till exempel har ett rostfritt stål av typ 304 en hållfasthet på 0,2 % i området 280 MPa (41 ksi), ett 22 % Cr duplex rostfritt stål med minst 0,2 % hållfasthet på cirka 450 MPa (65 ksi) och en superduplexkvalitet minst 550 MPa (80 ksi).
Kvaliteter av duplexa rostfria stål
Duplexa rostfria stål delas vanligtvis in i tre grupper baserat på deras gropfrätningsbeständighet, kännetecknad av punktfrätningsmotståndsekvivalenstalet, PREN = %Cr + 3,3 %Mo + 16 %N .
- Standard duplex (PREN-intervall: 28–38)
- Typiskt klass EN 1.4462 (även kallad 2205). Det är typiskt för mellanklasserna av egenskaper och är kanske den mest använda idag
- Super-duplex (PREN-intervall: 38-45)
- Typiskt klass EN 1.4410 upp till så kallade hyperduplex-grader (PREN: >45) utvecklade senare för att möta specifika krav från olja och gas såväl som från den kemiska industrin. De erbjuder en överlägsen korrosionsbeständighet och styrka men är svårare att bearbeta eftersom de högre halterna av Cr , Mo , N och även W främjar bildningen av intermetalliska faser, som drastiskt minskar stålets slaghållfasthet. Felaktig bearbetning kommer att resultera i dålig prestanda och användare rekommenderas att ta itu med välrenommerade leverantörer/processorer. Tillämpningar inkluderar oljeproduktion till havs till havs.
- Lean duplex kvaliteter (PREN-intervall: 22–27)
- Typiskt klass EN 1.4362, har utvecklats på senare tid för mindre krävande applikationer, särskilt inom bygg- och anläggningsindustrin. Deras korrosionsbeständighet är närmare den för standard austenitisk kvalitet EN 1.4401 (med ett plus på motståndskraft mot spänningskorrosionssprickor) och deras mekaniska egenskaper är högre. Detta kan vara en stor fördel när styrka är viktigt. Detta är fallet i broar, tryckkärl eller dragstänger.
Kemiska sammansättningar
Kemikaliesammansättning av kvaliteter från EN 10088-1 (2014) Standard anges i tabellen nedan:
| Stålbeteckning | siffra | C, max. | Si | Mn | P, max. | S, max. | N | Cr | Cu | Mo | Ni | Övrig |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| X2CrNiN22-2 | 1,4062 | 0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | 0,04 | 0,010 | 0,16 till 0,28 | 21,5 till 24,0 | - | ≤0,45 | 1,00 till 2,90 | - |
| X2CrCuNiN23-2-2 | 1,4669 | 0,045 | ≤1,00 | 1.00 till 3.00 | 0,04 | 0,030 | 0,12 till 0,20 | 21,5 till 24,0 | 1.60 till 3.00 | ≤0,50 | 1.00 till 3.00 | - |
| X2CrNiMoSi18-5-3 | 1,4424 | 0,03 | 1.40 till 2.00 | 1.20 till 2.00 | 0,035 | 0,015 | 0,05 till 0,10 | 18.0 till 19.0 | - | 2,5 till 3,0 | 4,5 till 5,2 | - |
| X2CrNiN23-4 | 1,4362 | 0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | 0,035 | 0,015 | 0,05 till 0,20 | 22,0 till 24,5 | 0,10 till 0,60 | 0,10 till 0,60 | 3,5 till 5,5 | - |
| X2CrMnNiN21-5-1 | 1,4162 | 0,04 | ≤1,00 | 4,0 till 6,0 | 0,040 | 0,015 | 0,20 till 0,25 | 21.0 till 22.0 | 0,10 till 0,80 | 0,10 till 0,80 | 1,35 till 1,90 | - |
| X2CrMnNiMoN21-5-3 | 1,4482 | 0,03 | ≤1,00 | 4,0 till 6,0 | 0,035 | 0,030 | 0,05 till 0,20 | 19.5 till 21.5 | ≤1,00 | 0,10 till 0,60 | 1,50 till 3,50 | - |
| X2CrNiMoN22-5-3 | 1,4462 | 0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | 0,035 | 0,015 | 0,10 till 0,22 | 21.0 till 23.0 | - | 2,50 till 3,50 | 4,5 till 6,5 | - |
| X2CrNiMnMoCuN24-4-3-2 | 1,4662 | 0,03 | ≤0,70 | 2,5 till 4,0 | 0,035 | 0,005 | 0,20 till 0,30 | 23,0 till 25,0 | 0,10 till 0,80 | 1.00 till 2.00 | 3,0 till 4,5 | |
| X2CrNiMoCuN25-6-3 | 1,4507 | 0,03 | ≤0,70 | ≤2,00 | 0,035 | 0,015 | 0,20 till 0,30 | 24,0 till 26,0 | 1.00 till 2.50 | 3,0 till 4,0 | 6,0 till 8,0 | - |
| X3CrNiMoN27-5-2 | 1,4460 | 0,05 | ≤1,00 | ≤2,00 | 0,035 | 0,015 | 0,05 till 0,20 | 25,0 till 28,0 | - | 1.30 till 2.00 | 4,5 till 6,5 | - |
| X2CrNiMoN25-7-4 | 1,4410 | 0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | 0,035 | 0,015 | 0,24 till 0,35 | 24,0 till 26,0 | - | 3,0 till 4,5 | 6,0 till 8,0 | - |
| X2CrNiMoCuWN25-7-4 | 1,4501 | 0,03 | ≤1,00 | ≤1,00 | 0,035 | 0,015 | 0,20 till 0,30 | 24,0 till 26,0 | 0,50 till 1,00 | 3,0 till 4,0 | 6,0 till 8,0 | W 0,50 till 1,00 |
| X2CrNiMoN29-7-2 | 1,4477 | 0,03 | ≤0,50 | 0,80 till 1,50 | 0,030 | 0,015 | 0,30 till 0,40 | 28,0 till 30,0 | ≤0,80 | 1,50 till 2,60 | 5,8 till 7,5 | - |
| X2CrNiMoCoN28-8-5-1 | 1,4658 | 0,03 | ≤0,50 | ≤1,50 | 0,035 | 0,010 | 0,30 till 0,50 | 26,0 till 29,0 | ≤1,00 | 4,0 till 5,0 | 5,5 till 9,5 | Co 0,50 till 2,00 |
| X2CrNiCuN23-4 | 1,4655 | 0,03 | ≤1,00 | ≤2,00 | 0,035 | 0,015 | 0,05 till 0,20 | 22.0 till 24.0 | 1.00 till 3.00 | 0,10 till 0,60 | 3,5 till 5,5 | - |
Mekaniska egenskaper
Mekaniska egenskaper från europeisk standard EN 10088-3 (2014) (för produkttjocklek under 160 mm):
| 0,2% proof stress, min | Ultimat draghållfasthet | Förlängning, min (%) | ||
|---|---|---|---|---|
| X2CrNiN23-4 | 1,4362 | 400 MPa (58 ksi) | 600 till 830 MPa (87 till 120 ksi) | 25 |
| X2CrNiMoN22-5-3 | 1,4462 | 450 MPa (65 ksi) | 650 till 880 MPa (94 till 128 ksi) | 25 |
| X3CrNiMoN27-5-2 | 1,4460 | 450 MPa (65 ksi) | 620 till 680 MPa (90 till 99 ksi) | 20 |
| X2CrNiN22-2 | 1,4062 | 380 MPa (55 ksi) | 650 till 900 MPa (94 till 131 ksi) | 30 |
| X2CrCuNiN23-2-2 | 1,4669 | 400 MPa (58 ksi) | 650 till 900 MPa (94 till 131 ksi) | 25 |
| X2CrNiMoSi18-5-3 | 1,4424 | 400 MPa (58 ksi) | 680 till 900 MPa (99 till 131 ksi) | 25 |
| X2CrMnNiN21-5-1 | 1,4162 | 400 MPa (58 ksi) | 650 till 900 MPa (94 till 131 ksi) | 25 |
| X2CrMnNiMoN21-5-3 | 1,4482 | 400 MPa (58 ksi) | 650 till 900 MPa (94 till 131 ksi) | 25 |
| X2CrNiMnMoCuN24-4-3-2 | 1,4662 | 450 MPa (65 ksi) | 650 till 900 MPa (94 till 131 ksi) | 25 |
| X2CrNiMoCuN25-6-3 | 1,4507 | 500 MPa (73 ksi) | 700 till 900 MPa (100 till 130 ksi) | 25 |
| X2CrNiMoN25-7-4 | 1,4410 | 530 MPa (77 ksi) | 730 till 930 MPa (106 till 135 ksi) | 25 |
| X2CrNiMoCuWN25-7-4 | 1,4501 | 530 MPa (77 ksi) | 730 till 930 MPa (106 till 135 ksi) | 25 |
| X2CrNiMoN29-7-2 | 1,4477 | 550 MPa (80 ksi) | 750 till 1 000 MPa (109 till 145 ksi) | 25 |
| X2CrNiMoCoN28-8-5-1* | 1,4658 | 650 MPa (94 ksi) | 800 till 1 000 MPa (120 till 150 ksi) | 25 |
*för tjocklek ≤ 5 mm (0,20 tum)
Minsta sträckgränsvärden är ungefär dubbelt så höga som för austenitiska rostfria stål .
Duplexkvaliteter är därför attraktiva när mekaniska egenskaper vid rumstemperatur är viktiga eftersom de tillåter tunnare sektioner.
Värmebehandling
| UNS № Betyg | SV № | Temperaturintervall för varmformning | Minsta blötläggningstemperatur |
|---|---|---|---|
| S32304 | 1,4362 | 1 150 till 950 °C (2 100 till 1 740 °F) | 980 °C (1 800 °F) |
| S32205 | 1,4462 | 1 230 till 950 °C (2 250 till 1 740 °F) | 1 040 °C (1 900 °F) |
| S32750 | 1,4410 | 1 235 till 1 025 °C (2 255 till 1 877 °F) | 1 050 °C (1 920 °F) |
| S32520 | 1,4507 | 1 230 till 1 000 °C (2 250 till 1 830 °F) | 1 080 °C (1 980 °F) |
| S32760 | 1,4501 | 1 230 till 1 000 °C (2 250 till 1 830 °F) | 1 100 °C (2 010 °F) |
Duplexa rostfria stålsorter måste kylas så snabbt som möjligt till rumstemperatur efter varmformning för att undvika utfällning av intermetalliska faser (särskilt Sigma-fas) som drastiskt minskar slaghållfastheten vid rumstemperatur samt korrosionsbeständigheten.
Legeringselement Cr, Mo, W, Si ökar stabiliteten och bildandet av intermetalliska faser. Därför har superduplexkvaliteter ett högre varmarbetstemperaturområde och kräver snabbare kylningshastigheter än magra duplexkvaliteter.
Användning av duplexa rostfria stål
Duplexa rostfria stål väljs vanligtvis för sina höga mekaniska egenskaper och goda till mycket höga korrosionsbeständighet (särskilt för spänningskorrosionssprickor).
- Arkitektur
- Stockholms vattennära byggnad
- Louvren Abu Dhabi
- La Sagrada Familia
- Infrastruktur:
- Helix Bridge , Singapore
- Cala Galdana -bron
- Hong Kong–Zhuhai–Macau- bron och undervattenstunnel
- havsvallar, bryggor etc.
- tunnlar
-
Olja och gas :
- ett brett utbud av utrustning: flödesledningar, grenrör, stigrör, pumpar, ventiler, etc.
-
Massa och papper :
- kokare, tryckkärl, sprittankar, etc.
- Kemiteknik:
- tryckkärl, värmeväxlare, kondensorer, destillationskolonner, omrörare, marina kemikalietankfartyg, etc.
- Vatten:
- avsaltningsanläggningar, stora tankar för vattenlagring, avloppsvattenrening
- förnybar energi: Biogastankar
- Rörlighet: spårvagnar och bussramar, tankbilar, järnmalmsvagnar
- Teknik: pumpar, ventiler, beslag, fjädrar, etc.
Vidare läsning
- TMR rostfritt. Praktiska riktlinjer för tillverkning av duplexa rostfria stål . 3:e uppl. International Molybden Association (IMOA); 2014.