Меню

S31803 что за сталь

Дуплексная сталь: описание, характеристики и особенности

– аустенитно-ферритные нержавеющие стали, основу микрострутуры которых составляют две фазы: аустенит и феррит. Процент феррита и аустенита в каждой марке дуплексной стали разное, но стандартно от 40% до 60%. Приблизительно одинаковое количество каждой фазы неслучайно – именно так обеспечивается более высокая прочность, качественная свариваемость больших толщин, хорошая ударная вязкость и сопротивление растрескиванию, спровоцированному коррозионным воздействием.

Идея создания таких сталей зародилась в 20-х годах прошлого века во Франции и Швеции. Первая плавка была осуществлена в швейцарском городе Авеста в 1930 году. Запатентована первая марка стали duplex в 1936 году. Несмотря на это, интенсивное производство и применение сталей класса дуплекс приходится на последние 30-40 лет.

Основной причиной разработки аустенитно-ферритных нержавеющих сталей является недостаточная устойчивость аустенитных сталей к межкристаллитной коррозии, вызванной хлоридосодержащими охлаждающими водами и другими агрессивными промышленными жидкостями.

Главные причины повышенного производства дуплесных и супердуплексных сталей – усовершенствование технологии регулирования содержания азота в сталях, дефицит никеля, который спровоцировал рост стоимости аустенитных сталей и активное строительство нефтяных платформ и вышек, которые нуждаются в сталях с повышенной устойчивостью к коррозии в морской соленой воде.

Общие сведения

Дуплексная сталь получила признание во всем мире. Какими характеристиками она обладает? Во-первых, высокая прочность этого материала позволяет сократить конечный вес любого изделия. Во-вторых, она славится огромной устойчивостью к коррозии. Особенно это заметно при рассмотрении устойчивости к коррозионному растрескиванию.

Стоит сказать, что на настоящий момент сырье все еще не стало привычным для производителей, а потому раз в несколько лет проводятся конференции, на которых рассматриваются технические статьи, посвященные всем особенностям дуплексной стали. Пока что, несмотря на достаточно высокий интерес к этому виду изделия, доля на мировом рынке составляет всего 1-3%.

История возникновения

Стоит отметить, что идея создания дуплексной стали родилась еще в 1920 году. Но на свет первый материал появился лишь в 1930 году в Швеции. Широкое распространение и применение этого вида сырья началось лишь в последнем десятилетии. Основная причина этого кроется в том, что в эти годы технология производства была сильно усовершенствована. В частности, производители получили возможность более точного регулирования содержания азота.

Чтобы понять преимущества и причину появления на свет нержавеющей стали duplex, следует разобраться в двух других основных видах.

Аустенитные сплавы, которые представлены маркой AISI 304 или 08Х18Н10, а также ферритные марки AISI 430 или 12Х17 достаточно просты в производстве. Как понятно из их названия, состоят они в основном из аустенита или же феррита. Несмотря на достаточно широкое применение, у них имеются технические недостатки.

Посредством чего достигается равновесие дуплексных нержавеющих сталей?

Понять, как получается такой продукт можно благодаря сравнению состава двух видов: аустенитной — AISI 304 и ферритной — AISI 430 нержавеек.

Главные составляющие материалов можно подразделить на ферритизирующие, аустенизирующие. Каждый из них помогает формированию определенной структуры.

Ферритизирующие элементы выступают в виде Cr (хрома), Si (кремния), Mo (молибдена), W (вольфрама), Ti (титана), Nb (ниобия).

Аустенизирующие компоненты: C (углерод), Ni (никель), Mn (марганец), N (азот), Cu (медь).

Структура Марка Обозначение по EN Mo Ni Cr N S P Mn Si C
Аустенитная 304 1,4301 8,0−10,5 17,5−19,5 0,11 0,015 0,045 2,00 1,00 0,07
Ферритная 430 1,4016 16,0−18,0 0,015 0,040 1,00 1,00 0,08

Марка AISI 430 имеет ферритизирующие элементы. Ее структура ферритная. Марка AISI 304 отличается аустенитной структурой за счет присутствия в составе никеля в количестве восьми процентов. Для получения дуплекса с присутствием каждой фазы около пятидесяти процентов нужен баланс аустенизирующих и ферритизирующих составляющих. В этом и состоит главная причина, почему концентрация никеля в таких нержавейках значительно ниже, чем в аустенитных.

Марка Номер по EN/UNS Тип Примерное содержание
Cr Ni Mo N Mn W Cu
Ferrinox255/ Uranus 2507Cu 1.4507/ S32520/ S32550 Супер 25 6,5 3,5 0,25 1,5
Zeron 100 1.4501/ S32760 Супер 25 7 3,2 0,25 0,7 0,7
2507 1.4410/ S32750 Супер 25 7 4 0,27
2205 1.4462/ S31803/ S32205 Стандартная 22 5,7 3,1 0,17
2304 1.4362/ S32304 Малолегированная 23 4,8 0,3 0,10
RDN 903 1.4482/ S32001 Малолегированная 20 1,8 0,2 0,11 4,2
DX 2202 1.4062/ S32202 Малолегированная 23 2,5 0,3 0,2 1,5
LDX 2101 1.4162/ S32101 Малолегированная 21,5 1,5 0,3 0,22 5
Читайте также:  Сердечник трансформатора из аморфной стали

Некоторые, недавно появившиеся на современном рынке марки, для существенной минимизации присутствия никеля задействуют соединение марганца, азота. Это благотворно сказывается на формировании стоимости продукции.

По сей день технология производства таких нержавеек постепенно набирает обороты. Каждый производитель предлагает свою марку. Брендов, которые занимаются изготовлением, реализацией дуплексных сталей очень много. Немного позднее можно будет увидеть, как на рынок выходят производители-лидеры.

Недостатки традиционных сталей

Если говорить об аустенитных сталях, то к недостаткам можно отнести низкий показатель прочности, а также маленькую устойчивость к коррозионному растрескиванию. Что же касается ферритного материала, то его прочность чуть выше, но все равно «не дотягивает» до идеала. Кроме того, свариваемость стали сильно ухудшается с повышением толщины материала, а при низких температурах становится достаточно хрупкой.

Еще один небольшой недостаток аустенитного сплава — содержание никеля в составе. Это приводит к более высокой стоимости продукта, чему, естественно, не рад ни один конечный потребитель.

Устойчивость дуплекса к коррозионным процессам

Благодаря большому разнообразию материала при выявлении коррозионной устойчивости их приводят вместе с аустенитными, ферритными марками. Одинаковой меры стойкости к коррозии нет. Для классификации производителей можно пользоваться эквивалентом стойкости к питтинговой коррозии (PREN).

Марка Номер по EN/UNS Тип Ориентировочный PREN
6% Mo 1.4547/ S31254 Аустенитная 44
2507 1.4410/ S32750 Дуплексная 43
Ferrinox 255/ Uranus 2507Cu 1.4507/ S32520/ S32550 Дуплексная 41
Zeron 100 1.4501/ S32760 Дуплексная 41
2205 1.4462/ S31803/ S32205 Дуплексная 35
904L 1.4539/ N08904 Аустенитная 34
DX2202 1.4062/ S32202 Дуплексная 27
2304 1.4362/ S32304 Дуплексная 26
2101 LDX 1.4162/ S32101 Дуплексная 26
316L 2.5 Mo 1.4435 Аустенитная 26
444 1.4521/ S44400 Ферритная 24
316 1.4401/ S31600 Аустенитная 24
RDN 903 1.4482/ S32001 Дуплексная 22
441 1.4509/ S43932 Ферритная 19
304 1.4301/ S30400 Аустенитная 19
430 1.4016/ S43000 Ферритная 16

При выборе вида стали нужно обращать внимание на то, насколько она подходит для эксплуатации в той или иной коррозионной среде.

SCC — вид коррозии, появляющийся при воздействии целого набора внешних факторов:

  • коррозионная среда;
  • растягивающее напряжение;
  • высокий температурный режим, составляющий до +50 градусов по Цельсию.

Сталь дуплекс, например, аустенитная, такая как AISI 304 и AISI 316 отличается восприимчивостью к коррозионному растрескиванию. Следующие материалы обладают более внушительной сопротивляемостью к растрескиванию:

Сопротивление коррозионному растрескиванию дает возможность использовать дуплекс во многих видах процессов, осуществляемых при высоких температурных режимах:

  • применяют для изготовления водонагревающих конструкций;
  • используют для производства баков, предназначенных для варения пива;
  • задействуют для изготовления опреснительных установок.

Конструкции каркасов бассейнов из стали также известны своей склонностью к коррозионному растрескиванию. Применение для сварки простых аустенитных нержавеющих сталей категорически запрещено. Для этой процедуры подходят аустенитные стали, известные высокой концентрацией никеля в составе. Отличной альтернативой этому материалу является супер дуплексная сталь.

Преимущества duplex

Идея создания нержавеющей стали duplex появилась из желания уравнять ферритную и аустенитную основу для того, чтобы получить новый, более качественный материал. Приблизительное одинаковое количество ферритной и аустенитной стали привело к получению следующих преимуществ:

  • Высокий показатель прочности. Диапазон предела текучести при 0,2% будет составлять от 400 до 450 МПа, что больше на 150-200 МПа показателя, который можно наблюдать у аустенитных или ферритных сплавов. Это и привело к тому, что можно уменьшить толщину изделия, при этом не потеряв прочности. А уменьшение толщины вызвало снижение конечной массы. Это очень важно в области строительных конструкций, баков и сосудов, подвергающихся давлению.
  • Какими преимущества обладает дуплексная сталь помимо прочности? Свариваемость металла достаточно хорошая даже при большой толщине.
  • Высокие показатели ударной вязкости. Намного лучше, чем у ферритных сплавов. Особенно это касается случаев, когда окружающая температура воздуха сильно опускается до -50, а иногда и до — 80 градусов по Цельсию.
  • Высокий показатель устойчивости к коррозионному растрескиванию. К этому дефекту очень склонны аустенитные материалы. Этот параметр играет важную роль в таких сферах производства, как пивоваренные баки, установки обогатительного типа, каркасы для бассейнов.
  • Бойлеры из дуплексной стали гораздо надежнее, чем из аустенита.

Сталь Duplex и Super Duplex: марки и характеристики

Современная аустенитно-ферритная сталь делиться на:

– нержавеющая сталь, полученная в результате дуплекс-процесса. При добавлении никеля в ферритную хромовую сталь формируется мелкозернистая микроструктура с основой, которая содержит феррит и аустенит практически в равных долях. В состав дуплексной стали стандартно входит хром – 18-20%, никель – 4-7%. Дуплексная структура стали обеспечивает высокую механическую прочность, предел текучести при растяжении, более лучшее противостояние образованию трещин от коррозии под напряжением, и отличную свариваемость материала.

Читайте также:  Глаза стали плохо видеть вдаль

– нержавеющая сталь, которая относится к группе «суперсталей». Такая сталь пригодна даже для эксплуатации в открытом космосе. Главное отличие, которым характеризуется супердуплексная сталь – большой процент хрома и молибдена в химическом составе. Из-за этого на нее практически не оказывают воздействие кислоты и щелочи, например, супердуплексная нержавеющая сталь абсолютно невосприимчива к хлоридам. Повышенное содержание легирующих элементов наделил сталь рядом характеристик: еще более повышенной устойчивостью к коррозии, механической прочностью, превосходящей прочность дуплексных сталей, устойчивостью к коррозионным процессам.

Марка стали Торговое обозначение ASTM UNS W.Nr. EN
Duplex SAF 2205 — URANUS 45N F51 S31803 1.4462 X2CrNiMoN22-5-3
Duplex 2205 SAF 2205 — URANUS 45N F60 S32205 1.4462 X2CrNiMoN22-5-3
Duplex 2304 URANUS 35N S32304 1.4362 X2CrNiN23-4
SuperDuplex 4501 ZERON 100 F55 S32760 1.4501 X2CrNiMoCuWN25-7-4
SuperDuplex 2507 SAF 2507 — URANUS 47N F53 S32750 1.4410 X2CrNiMoN25-7-4
SuperDuplex 255 URANUS 52N S32550 — S32520 1.4507 X2CrNiMoCuN25-6-3

Растрескивание

В настоящее время обычная сталь подвержена такому дефекту, как коррозионное растрескивание или SCC — Stress Corrosion Cracking. Данный вид коррозии обычно возникает при определенных условиях. Возбудителем может стать сильное растягивающее напряжение, повышенная температура (50 градусов по Цельсию выше нуля). А если говорить о бассейнах, то из-за постоянного воздействия воды такой вид коррозии может проявляться и при 25 градусах.

Аустенитные марки стали достаточно сильно подвержены влиянию этого дефекта. Большей надежностью в этом плане обладает ферритный сплав, а также дуплексная нержавеющая сталь а890 3а по ASTM и других марок. Большой коэффициент сопротивления позволяет применять этот материал в производстве водонагревателей, пивоваренных баков, опреснительных установок. То есть там, где наблюдается повышенная температура и соприкосновение с жидкостями.

Изготавливать каркасы бассейнов из обычных аустенитных сталей и вовсе запрещается из-за данного дефекта. Ранее приходилось использовать сплав с сильно повышенным содержанием никеля, что приводило к удорожанию изделия. На сегодняшний же день можно применять дуплексную или супердуплексную сталь.

SCC – это один из видов коррозии, возникающий при наличии определенного набора внешних факторов:

  • Растягивающее напряжение
  • Коррозионная среда
  • Достаточно высокая температура Обычно это 50 градусов Цельсия, но в некоторых случаях, например, в плавательных бассейнах, она может проявляться и при температуре около 25 градусов Цельсия.

К сожалению, обычные аустенитные стали, такие как AISI 304 (аналоги DIN 1.4301 и 08Х18Н10) и AISI 316 (аналог 10Х17Н13М2) наиболее подвержены SCC. Следующие материалы обладают намного более высокой стойкостью к КР:

  • Ферритные нержавеющие стали
  • Дуплексные нержавеющие стали
  • Аустенитные нержавеющие стали с высоким содержанием никеля

Сопротивление SCC позволяет использовать дуплексные стали во многих процессах, проходящих при высоких температурах, в частности:

  • В водонагревателях
  • В пивоваренных баках
  • В опреснительных установках

Каркасы бассейнов из нержавеющей стали известны своей склонностью к SCC. Использование в их изготовлении обычных аустенитных нержавеющих сталей, таких как AISI 304 (аналог 08Х18Н10) и AISI 316 (аналог 10Х17Н13М2) запрещено. Для этой цели лучше всего подходят аустенитные стали с высоким содержанием никеля, такие как марки с 6% Mo. Однако в некоторых случаях в качестве альтернативы можно рассматривать дуплексные стали, такие как AISI 2205 (DIN 1.4462), и супер дуплексные стали.

«Супер» и «гипер» дуплексный материал

Стоит сказать, что если добавить в ферритную хромовую сталь никель, то можно получить структуру смешанной основы. То есть она будет содержать и аустенит, и феррит. Как уже стало понятно, именно такую смесь стали называть дуплексным материалом. Приставки «супер» или «гипер» дуплексная сталь указывают на то, что в сырье содержится повышенное количество леггирующих компонентов. Это говорит о еще большем сопротивлении коррозии, чем у обычных материалов.

«Супер» и «гипер» дуплексная сталь в оборудовании для газодобычи используется достаточно активно. Кроме этого, сырье применяют в пищевой, химической, строительной и даже медицинской отраслях.

АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ (ДУПЛЕКСНАЯ)

Стали аустенитно-ферритного класса характеризуются высоким содержанием хрома (18-22%) и пониженным (экономным) содержанием никеля (4-6%, в отдельных случаях до 2%). Дополнительные легирующие элементы – молибден, медь, титан, ниобий. Химический состав этих сталей таков, что соотношение аустенита и феррита после оптимальной термической обработки составляет примено 1:1. Данный класс сталей имеет ряд преимуществ по сравнению с аустенитным сталями: более высокая (в 1,5-2 раза) прочность при удовлетворительной пластичности и сопротивляемости действию ударных нагрузок, большая стойкость против межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания. Они в основном используются в обрабатывающей промышленности, строительстве и в изделиях, контактирующих с морской водой.

Читайте также:  Тех процесс получения стали

Сварка материала

Несмотря на хорошую свариваемость этого продукта, следует соблюдать определенные правила. Перед началом сварочных работ нужно обратить внимание на следующее:

  • чтобы обеспечить хорошее качество проплавления материала, следует зазор в корне стыковки и угол разделки кромок сделать несколько больше, чем для обычной стали;
  • место стыка, а также металл вокруг этого места рекомендуется тщательно очистить от любых загрязнений;
  • применять при этом можно лишь щетки из металлической проволоки со стойкостью к коррозии;
  • электрод для сварки обязательно должен быть сухим.

Во время сварки дуплексной стали следует придерживаться таких правил:

  • Очень важно следить за таким параметром, как тепловложение. Он не должен быть слишком низкими или, наоборот, слишком высокими. Для обычной дуплексной стали во время сварки следует придерживаться диапазона в 0,5-2,5 кДж/мм. Кроме того, межпроходная температура должна составлять не более 200 градусов по Цельсию.
  • На обратной стороне сварочного шва не должна появляться окалина. Здесь очень важно правильно выбрать газ, который будет защищать корень шва. Чаще всего для защитных целей используется такая смесь газов, как высокочистый аргон и водород или азот.
  • Сварка должна выполняться лишь специалистом с высокой квалификацией. Это обусловлено тем, что в местах прожогов у металла сильно повысится склонность к появлению коррозии, а также велика вероятность появления трещин.
  • Во время проведения сварочных работ не следует делать широких поперечных колебаний электрода. Это может привести к слишком большому тепловложению, что перечит правилам.

Работа после сварки

Есть определенные рекомендации, которым стоит следовать и после проведения сварочных работ.

  • Чтобы обеспечить высокую защиту от коррозии у наплавленного металла, его следует тщательно почистить. Нужно полностью удалить оксидную пленку и снять все остатки шлака.
  • Работа по зачистке выполняется только вручную и только щеткой из проволоки со свойствами устойчивости к коррозии. Если использовать механические приспособления, то это может привести к появлению микронадрывов в области шва, что снизит его прочность.
  • Чаще всего никакая термообработка шва после сварки уже не требуется.

Недостатки сырья

Несмотря на распространение материала и его, казалось бы, очевидные и весомые преимущества, он все еще не получил всеобщего признания и, скорее всего, никогда не будет занимать лидирующие строчки на рынке. Это обусловлено несколькими недостатками, о которых стоит знать. Из-за них такой сплав всегда будет «нишевым».

Сразу стоит начать с высокой прочности материала. Казалось бы, весомое преимущество, однако именно оно становится огромным недостатком, когда возникает необходимость обработки металла механическими способами или давлением. Еще один минус высокой прочности — это сильное снижение возможности к пластической деформации. По этой причине дуплексное сырье фактически не пригодно для производства любых изделий, которые должны обладать высокой пластичностью.

Даже в тех случаях, когда пластичность, казалось бы, находится на приемлемом для работы уровне, все равно приходится прикладывать огромные усилия. По этой причине дуплексные стали и сплавы для нефтегазовой арматуры применяются не слишком часто.

Следующий недостаток — это большая технологическая сложность выплавки нержавеющей стали дуплексного типа. Аустенитный и ферритный материал намного проще выплавлять. Если нарушить технологию изготовления, особенно в процессе термической обработки, в материале помимо аустенита и феррита будут образовываться и другие фазы, что вовсе нежелательно. Чаще всего образуется сигма-фаза или 475-градусная хрупкость.

Нежелательные фазы в сырье

Сигма-фаза образуется в таком продукте при 1000 градусах по Цельсию и выше. Обычно такие температуры возникают в тех случаях, если процесс охлаждения после сварки или в процессе производства протекает недостаточно быстро. К тому же, чем больше легирующих элементов будет содержаться в составе, тем выше вероятность появления такой фазы. Другими словами, создать супердуплексную или гипердуплексную сталь крайне сложно.

Что касается 475-градусной хрупкости, то она появляется в случае образования фазы с названием альфа-штрих. Как следует из названия, наиболее опасная температура — это 475 градусов по Цельсию, но проблема может появиться и при гораздо более низких показателях, примерно 300 градусов. Из-за этого накладывается максимальное температурное ограничение на применение изделий из такого типа сырья. Естественно, из-за этого еще сильнее сужается круг применения стали.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать такой вывод. Марки дуплексных сталей являются хорошим решением и заменой стандартным материалам, но в очень узкой сфере.

Источник

Adblock
detector