Een speciale roestvrijstalen materiaal - Duplex roestvrij staal

Duplex roestvast staal combineert de kenmerken van austenitisch en ferritisch roestvast staal. Vergeleken met ferritisch roestvast staal heeft het een hogere plasticiteit en taaiheid, geen brosheid bij kamertemperatuur, aanzienlijk verbeterde interkristallijne corrosieweerstand en lasprestaties. Tegelijkertijd behoudt het de 475 brosheid en hoge thermische geleidbaarheid van ferritisch roestvast staal, en heeft het kenmerken zoals superplasticiteit. Vergeleken met austenitisch roestvast staal heeft het een hogere sterkte en aanzienlijk verbeterde weerstand tegen interkristallijne corrosie en chloride spanningscorrosie. Duplex roestvast staal heeft een uitstekende weerstand tegen putcorrosie en is ook een nikkelbesparend roestvast staal.

1. Historische ontwikkeling

Sinds zijn ontstaan in de Verenigde Staten in de jaren 1940, heeft duplex roestvast staal zich ontwikkeld tot zijn derde generatie. Het belangrijkste kenmerk is dat de vloeigrens 400-550MPa kan bereiken, wat tweemaal zo hoog is als die van gewoon roestvast staal, waardoor materialen worden bespaard en de productiekosten van apparatuur worden verlaagd. In termen van corrosieweerstand, vooral onder zware mediumomstandigheden zoals zeewater met een hoog chloride-iongehalte, is de weerstand tegen putcorrosie, spleetcorrosie, spanningscorrosie en corrosievermoeiing van duplex roestvast staal aanzienlijk beter dan die van gewoon austenitisch roestvast staal, en kan het vergelijkbaar zijn met hooggelegeerd austenitisch roestvast staal.

2. Prestatiekenmerken

Vanwege de kenmerken van de twee-fasenstructuur, door de chemische samenstelling en het warmtebehandelingsproces correct te beheersen, combineert duplex roestvast staal de voordelen van ferritisch roestvast staal en austenitisch roestvast staal. Het combineert de uitstekende taaiheid en lasbaarheid van austenitisch roestvast staal met de hoge sterkte en chloride spanningscorrosieweerstand van ferritisch roestvast staal. Het zijn deze superieure eigenschappen die hebben geleid tot de snelle ontwikkeling van duplex roestvast staal als lasbaar constructiemateriaal. Sinds de jaren 1980 is het een staalsoort geworden die op gelijke voet staat met martensitisch, austenitisch en ferritisch roestvast staal. Duplex roestvast staal heeft de volgende prestatiekenmerken:

(1) Molybdeenhoudend duplex roestvast staal vertoont uitstekende weerstand tegen chloride spanningscorrosie onder lage spanning. Over het algemeen is 18-8 austenitisch roestvast staal gevoelig voor spanningscorrosiebarsten in neutrale chlorideoplossingen boven 60 °C. Warmtewisselaars, verdampers en andere apparatuur gemaakt van dit type roestvast staal in sporen van chloride en waterstofsulfide industriële media hebben de neiging spanningscorrosiebarsten te ervaren, terwijl duplex roestvast staal een goede weerstand heeft.

(2) Molybdeenhoudend duplex roestvast staal heeft een goede weerstand tegen putcorrosie. Bij dezelfde equivalente waarde van putcorrosieweerstand (PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%) is het kritische putpotentiaal van duplex roestvast staal vergelijkbaar met dat van austenitisch roestvast staal. De putcorrosieweerstand van duplex roestvast staal en austenitisch roestvast staal is gelijk aan die van AISI 316L. De weerstand tegen put- en spleetcorrosie van hoogchroom duplex roestvast staal met 25% Cr, vooral stikstof, overtreft die van AISI 316L.

(3) Heeft een goede weerstand tegen corrosievermoeiing en slijtagecorrosie. Geschikt voor het vervaardigen van stroomapparatuur zoals pompen en kleppen onder bepaalde corrosieve mediaomstandigheden.

(4) Goede algehele mechanische prestaties. Het heeft een hoge sterkte en vermoeiingssterkte, met een vloeigrens die tweemaal zo hoog is als die van 18-8 austenitisch roestvast staal. De rek bij breuk in de opgeloste toestand bereikt 25%, en de taaiheidswaarde AK (V-vormige groef) is boven de 100J.

3. Structuur en Type

Duplex roestvast staal heeft de kenmerken van zowel austenitisch roestvast staal als ferritisch roestvast staal vanwege zijn twee-fasenstructuur van austeniet en ferriet, en de inhoud van de twee fasen is in wezen hetzelfde. De vloeigrens kan 400Mpa~550MPa bereiken, wat tweemaal zo hoog is als die van gewoon austenitisch roestvast staal. Vergeleken met ferritisch roestvast staal heeft duplex roestvast staal een hogere taaiheid, een lagere brosheidsovergangstemperatuur, aanzienlijk verbeterde interkristallijne corrosieweerstand en lasprestaties; Tegelijkertijd behoudt het enkele kenmerken van ferritisch roestvast staal, zoals 475 brosheid, hoge thermische geleidbaarheid, lage lineaire uitzettingscoëfficiënt, superplasticiteit en magnetisme. Vergeleken met austenitisch roestvast staal heeft duplex roestvast staal een hogere sterkte, vooral aanzienlijk verbeterde vloeigrens, en significante verbeteringen in eigenschappen zoals putcorrosieweerstand, spanningscorrosieweerstand en corrosievermoeiingsweerstand.

Duplex roestvast staal kan worden ingedeeld in vier typen op basis van de chemische samenstelling: Cr18 type, Cr23 (exclusief Mo) type, Cr22 type en Cr25 type. Voor Cr25 duplex roestvast staal kan het worden onderverdeeld in gewoon type en super duplex roestvast staal, waarvan Cr22 type en Cr25 type vaker worden gebruikt. Het duplex roestvast staal dat in China wordt gebruikt, wordt meestal geproduceerd in Zweden, met specifieke kwaliteiten zoals 3RE60 (Cr18 type), SAF2304 (Cr23 type), SAF2205 (Cr22 type) en SAF2507 (Cr25 type).

4. Classificatie

Het eerste type behoort tot het laaggelegeerde type, vertegenwoordigd door de kwaliteit UNS S32304 (23Cr-4Ni-0.1N), dat geen molybdeen in het staal bevat en een PREN-waarde heeft van 24-25. Het kan AISI304 of 316 vervangen in termen van spanningscorrosiebestendigheid.

Het tweede type behoort tot het middelgelegeerde type, vertegenwoordigd door de kwaliteit UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0.15N), met een PREN-waarde van 32-33. De corrosiebestendigheid ligt tussen AISI 316L en 6% Mo+N austenitisch roestvast staal.

Het derde type behoort tot het hooggelegeerde type, dat over het algemeen 25% Cr bevat, evenals molybdeen en stikstof, en sommige bevatten ook koper en wolfraam. De standaardkwaliteit is UNSS32550 (25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N), met een PREN-waarde van 38-39. De corrosiebestendigheid van dit type staal is hoger dan die van duplex roestvast staal met 22% Cr.

Het vierde type behoort tot het super duplex roestvast staal type, dat veel molybdeen en stikstof bevat. De standaardkwaliteit is UNS S32750 (25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N), en sommige bevatten ook wolfraam en koper. De PREN-waarde is groter dan 40, wat kan worden gebruikt in zware mediumomstandigheden en heeft goede corrosiebestendigheid en mechanische algehele prestaties, vergelijkbaar met super austenitisch roestvast staal.

5. Las kenmerken

Duplex roestvast staal heeft goede lasprestaties. In vergelijking met ferritisch roestvast staal en austenitisch roestvast staal heeft het niet de laswarmte-beïnvloede zone van ferritisch roestvast staal, wat de plasticiteit en taaiheid aanzienlijk vermindert door ernstige korrelgroei, noch is het gevoelig voor lashete scheuren zoals austenitisch roestvast staal.

Vanwege zijn unieke voordelen wordt duplex roestvast staal veel gebruikt in industriële velden zoals petrochemische apparatuur, zeewater- en afvalwaterbehandelingsapparatuur, olie- en gaspijpleidingen, papiermachines, enz. In de afgelopen jaren is het ook bestudeerd voor gebruik in brugdragende structuren en heeft het grote ontwikkelingsvooruitzichten.

De lasprestaties die vaak optreden bij "economisch duplex staal" zijn geen probleem. Echter, het lassen van standaard duplex staal is geen probleem, en ongeacht het gebruikte proces zijn er lasmaterialen die geschikt zijn voor deze toepassingen. Vanuit metallografisch perspectief is het lassen van 2101 (1.4162) helemaal geen probleem. In feite is het zelfs gemakkelijker te lassen dan standaard duplex staal omdat dit materiaal eigenlijk kan worden gelast met behulp van het acetyleen lasproces. Voor standaard duplex staal materialen moet dit proces altijd worden vermeden. Het werkelijke probleem bij het lassen van 2101 is dat de viscositeit van het smeltbad anders is, waardoor de bevochtigbaarheid iets slechter is. Dit dwingt operators om meer booglassen te gebruiken tijdens het lasproces, wat precies de reden is waarom het probleem zich voordoet. Hoewel het kan worden gecompenseerd door het selecteren van superlegeringen, willen we vaak bijpassende lasmaterialen kiezen.

6. Materiaal en kwaliteit

Veel duplex roestvast staal kwaliteiten zijn toegevoegd aan de nieuwe norm GB/T 20878-2007 "Roestvast staal en hittebestendige staal kwaliteiten en chemische samenstelling" in China. Bijvoorbeeld: 14Cr18Ni11Si4AlTi 022Cr19Ni5Mo3Si2N, 12Cr21Ni5Ti. Meer kwaliteiten zijn te vinden in de norm.

Bovendien is het beroemde 2205 duplex staal equivalent aan China's 022Cr23Ni5Mo3N.

Ten slotte verwijzen sommige webpagina's en zelfs artikelen ten onrechte naar duplex roestvast staal als duplex roestvast staal. Bifase verwijst naar de aanwezigheid van twee soorten metallografische structuren, in plaats van directionele "oriëntatie".

Chemische samenstelling

7. Vereisten voor de selectie van lasmateriaal

Het lasmateriaal dat wordt gebruikt voor duplex roestvrij staal wordt gekenmerkt door een duplexstructuur die wordt gedomineerd door austeniet in de lasnaad, waarbij de belangrijkste corrosiebestendige elementen (chroom, molybdeen, enz.) een gehalte hebben dat gelijkwaardig is aan dat van het basismateriaal, waardoor een vergelijkbare corrosiebestendigheid als het basismateriaal wordt gegarandeerd. Om het gehalte aan austeniet in de las te waarborgen, is het meestal noodzakelijk om het nikkel- en stikstofgehalte te verhogen, dat wil zeggen om het nikkel-equivalent met ongeveer 2% tot 4% te verhogen. In duplex roestvrijstalen basismaterialen is er over het algemeen een bepaalde hoeveelheid stikstof aanwezig, en het is ook wenselijk om een bepaald stikstofgehalte in lasmaterialen te hebben, maar het mag niet te hoog zijn, anders ontstaat er porositeit. Dit maakt het hoge nikkelgehalte een belangrijk verschil tussen het lasmateriaal en het basismateriaal.

Kies laselektroden die overeenkomen met de chemische samenstelling van het basismetaal volgens verschillende vereisten voor corrosiebestendigheid en taaiheid van de verbinding. Bijvoorbeeld, bij het lassen van Cr22 duplex roestvrij staal, kunnen Cr22Ni9Mo3 laselektroden zoals E2209 laselektroden worden gebruikt. Bij gebruik van zure laselektroden is het verwijderen van slak uitstekend en is de lasnaad esthetisch aantrekkelijk, maar de slagvastheid is laag. Wanneer een hoge slagvastheid vereist is voor het lasmetaal en lassen in alle posities vereist is, moeten alkalische laselektroden worden gebruikt. Bij het lassen van de onderkant van de wortel worden meestal alkalische laselektroden gebruikt. Wanneer er speciale eisen zijn voor de corrosiebestendigheid van het lasmetaal, moeten ook alkalische elektroden met een super duplex staal samenstelling worden gebruikt.

Voor massieve gasbeschermde lasdraad, terwijl ervoor wordt gezorgd dat het lasmetaal goede corrosiebestendigheid en mechanische eigenschappen heeft, moet ook aandacht worden besteed aan de lasprocesprestaties. Voor gevulde draad, wanneer de lasvorming mooi moet zijn, kan rutiel- of titaancalciumtype gevulde draad worden gebruikt. Wanneer een hoge slagvastheid of lassen onder hoge spanningsomstandigheden vereist is, moet gevulde draad met hoge alkaliteit worden gebruikt.

Voor onderpoederdek lassen is het raadzaam om lasdraden met kleinere diameters te gebruiken om meerlaagse en meerdoorgangslassen te bereiken onder kleine en middelgrote lasspecificaties, om brosheid van de laswarmte-beïnvloede zone en lasmetaal te voorkomen, en om bijpassende alkalische fluxen te gebruiken.