18-01-2019 07:00

Дуплексная сталь: описание, характеристики и особенности

Сегодня дуплексная сталь получает все большую популярность. Производством этого типа нержавеющего сплава занимаются практически все компании в области металлургии. Подробнее о том, что такое дуплексная сталь, и какими преимуществами она обладает, вы сможете прочитать в этой статье.

Общие сведения

конструкционная дуплекс сталь

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.

Франшиза в кино - это... Определение и возможности, обзор лучших франшизВам будет интересно:Франшиза в кино - это... Определение и возможности, обзор лучших франшиз

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.

Недостатки традиционных сталей

дуплекс сталь для производственных деталей

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.

Сельское хозяйство Калининградской области: перспективы развитияВам будет интересно:Сельское хозяйство Калининградской области: перспективы развития

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.

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.

Растрескивание

дуплекс сталь труба с круглым сечением

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.

Основные методы испытания асфальтобетонаВам будет интересно:Основные методы испытания асфальтобетона

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.

"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.

Сварка материала

сварочный шов на дуплекс стали

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.

какими преимуществами обладает дуплексная сталь

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.

нарезка резьбы на дуплекс стали

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.

"Травма-гель" для животных: инструкция по применению, отзывыВам будет интересно:"Травма-гель" для животных: инструкция по применению, отзывы

подставка из дуплекс стали

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.

Итоги

Дуплексный сплав имеет гораздо менее широкое распространение, чем другие виды металлов. Тем не менее он пользуется популярностью в определенных сферах. Чаще всего его используют в нефтехимической области, автомобилестроении и в производстве бассейнов. Отличная свариваемость, устойчивость к коррозии и большая износостойкость делают этот материал настоящей находкой для многих.



Источник