สแตนเลสดูเพล็กซ์รวมลักษณะของสแตนเลสออสเทนนิติกและสแตนเลสเฟอร์ริติก เมื่อเทียบกับสแตนเลสเฟอร์ริติก มันมีความยืดหยุ่นและความเหนียวสูงกว่า ไม่มีความเปราะที่อุณหภูมิห้อง ความต้านทานการกัดกร่อนระหว่างเกรนและประสิทธิภาพการเชื่อมที่ดีขึ้นอย่างมาก ในขณะเดียวกัน มันยังคงรักษาความเปราะ 475 และการนำความร้อนสูงของสแตนเลสเฟอร์ริติก และมีลักษณะเช่นความยืดหยุ่นสูง เมื่อเทียบกับสแตนเลสออสเทนนิติก มันมีความแข็งแรงสูงกว่าและความต้านทานการกัดกร่อนระหว่างเกรนและการกัดกร่อนจากความเครียดของคลอไรด์ที่ดีขึ้นอย่างมาก สแตนเลสสองเฟสมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบหลุมที่ยอดเยี่ยมและยังเป็นสแตนเลสที่ประหยัดนิกเกิล
1. การพัฒนาทางประวัติศาสตร์
ตั้งแต่เกิดในสหรัฐอเมริกาในทศวรรษ 1940 สแตนเลสดูเพล็กซ์ได้พัฒนาเป็นรุ่นที่สาม คุณลักษณะหลักของมันคือความแข็งแรงของผลผลิตสามารถถึง 400-550MPa ซึ่งเป็นสองเท่าของสแตนเลสธรรมดา จึงประหยัดวัสดุและลดต้นทุนการผลิตอุปกรณ์ ในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อน โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีสื่อที่รุนแรงเช่นน้ำทะเลที่มีปริมาณไอออนคลอไรด์สูง ความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบหลุม การกัดกร่อนแบบรอยแยก การกัดกร่อนจากความเครียด และการกัดกร่อนจากความล้าของสแตนเลสดูเพล็กซ์ดีกว่าสแตนเลสออสเทนนิติกธรรมดาอย่างมาก และสามารถเทียบเคียงกับสแตนเลสออสเทนนิติกที่มีโลหะผสมสูง
2. ลักษณะการทำงาน
เนื่องจากลักษณะของโครงสร้างสองเฟส โดยการควบคุมองค์ประกอบทางเคมีและกระบวนการอบร้อนอย่างถูกต้อง สแตนเลสดูเพล็กซ์จึงรวมข้อดีของสแตนเลสเฟอร์ริติกและสแตนเลสออสเทนนิติกเข้าด้วยกัน มันรวมความเหนียวและความสามารถในการเชื่อมที่ยอดเยี่ยมของสแตนเลสออสเทนนิติกเข้ากับความแข็งแรงสูงและความต้านทานการกัดกร่อนจากความเครียดของคลอไรด์ของสแตนเลสเฟอร์ริติก เป็นคุณสมบัติที่เหนือกว่านี้ที่ทำให้สแตนเลสดูเพล็กซ์พัฒนาอย่างรวดเร็วในฐานะวัสดุโครงสร้างที่สามารถเชื่อมได้ ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 มันได้กลายเป็นชั้นเหล็กที่เทียบเท่ากับสแตนเลสมาร์เทนซิติก ออสเทนนิติก และเฟอร์ริติก สแตนเลสสองเฟสมีลักษณะการทำงานดังต่อไปนี้:
(1) สแตนเลสดูเพล็กซ์ที่มีโมลิบดีนัมมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากความเครียดของคลอไรด์ที่ยอดเยี่ยมภายใต้ความเครียดต่ำ โดยทั่วไปแล้ว สแตนเลสออสเทนนิติก 18-8 มีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดในสารละลายคลอไรด์ที่เป็นกลางที่อุณหภูมิสูงกว่า 60 ° C เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องระเหย และอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ทำจากสแตนเลสประเภทนี้ในสื่ออุตสาหกรรมที่มีคลอไรด์และไฮโดรเจนซัลไฟด์ในปริมาณเล็กน้อยมักจะเกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด ในขณะที่สแตนเลสดูเพล็กซ์มีความต้านทานที่ดี
(2) สแตนเลสดูเพล็กซ์ที่มีโมลิบดีนัมมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบหลุมที่ดี เมื่อมีค่าเทียบเท่าของความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุม (PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%) ศักย์การกัดกร่อนแบบหลุมที่สำคัญของสแตนเลสดูเพล็กซ์จะคล้ายกับสแตนเลสออสเทนนิติก ความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุมของสแตนเลสดูเพล็กซ์และสแตนเลสออสเทนนิติกเทียบเท่ากับ AISI 316L ความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยกของสแตนเลสดูเพล็กซ์ที่มีโครเมียมสูงที่มี 25% Cr โดยเฉพาะไนโตรเจน เกินกว่า AISI 316L
(3) มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากความล้าและการกัดกร่อนจากการสึกหรอที่ดี เหมาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์พลังงานเช่นปั๊มและวาล์วภายใต้สภาวะสื่อที่มีการกัดกร่อนบางอย่าง
(4) ประสิทธิภาพทางกลที่ดีครอบคลุม มีความแข็งแรงสูงและความแข็งแรงจากความล้า โดยมีความแข็งแรงของผลผลิตเป็นสองเท่าของสแตนเลสออสเทนนิติก 18-8 อัตราการยืดตัวของสถานะสารละลายแข็งถึง 25% และค่าความเหนียว AK (ร่องรูปตัว V) อยู่เหนือ 100J
3. โครงสร้างและประเภท
สแตนเลสสองเฟสมีลักษณะของทั้งสแตนเลสออสเทนนิติกและสแตนเลสเฟอร์ริติกเนื่องจากโครงสร้างสองเฟสของออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์ และเนื้อหาของทั้งสองเฟสมีความเท่ากันโดยพื้นฐาน ความแข็งแรงของผลผลิตสามารถถึง 400Mpa~550MPa ซึ่งเป็นสองเท่าของสแตนเลสออสเทนนิติกธรรมดา เมื่อเทียบกับสแตนเลสเฟอร์ริติก สแตนเลสดูเพล็กซ์มีความเหนียวสูงกว่า อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงเปราะต่ำกว่า ความต้านทานการกัดกร่อนระหว่างเกรนและประสิทธิภาพการเชื่อมที่ดีขึ้นอย่างมาก ในขณะเดียวกัน มันยังคงรักษาลักษณะบางอย่างของสแตนเลสเฟอร์ริติก เช่น ความเปราะ 475 การนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นต่ำ ความยืดหยุ่นสูง และแม่เหล็ก เมื่อเทียบกับสแตนเลสออสเทนนิติก สแตนเลสดูเพล็กซ์มีความแข็งแรงสูงกว่า โดยเฉพาะความแข็งแรงของผลผลิตที่ดีขึ้นอย่างมาก และการปรับปรุงที่สำคัญในคุณสมบัติเช่นความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุม ความต้านทานการกัดกร่อนจากความเครียด และความต้านทานการกัดกร่อนจากความล้า
เหล็กกล้าดูเพล็กซ์สามารถจำแนกได้เป็นสี่ประเภทตามองค์ประกอบทางเคมี: ประเภท Cr18, ประเภท Cr23 (ไม่รวม Mo), ประเภท Cr22 และประเภท Cr25 สำหรับเหล็กกล้าดูเพล็กซ์ Cr25 สามารถแบ่งออกเป็นประเภทธรรมดาและเหล็กกล้าดูเพล็กซ์ซุปเปอร์ ซึ่งประเภท Cr22 และ Cr25 เป็นที่นิยมใช้มากกว่า เหล็กกล้าดูเพล็กซ์ที่ใช้ในจีนส่วนใหญ่ผลิตในสวีเดน โดยมีเกรดเฉพาะเช่น 3RE60 (ประเภท Cr18), SAF2304 (ประเภท Cr23), SAF2205 (ประเภท Cr22) และ SAF2507 (ประเภท Cr25)
4. การจำแนกประเภท
ประเภทแรกเป็นประเภทโลหะผสมต่ำ แสดงโดยเกรด UNS S32304 (23Cr-4Ni-0.1N) ซึ่งไม่มีโมลิบดีนัมในเหล็กและมีค่า PREN อยู่ที่ 24-25 สามารถแทนที่ AISI304 หรือ 316 ในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อนจากความเครียด
ประเภทที่สองเป็นประเภทโลหะผสมกลาง แสดงโดยเกรด UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0.15N) โดยมีค่า PREN อยู่ที่ 32-33 ความต้านทานการกัดกร่อนของมันอยู่ระหว่าง AISI 316L และเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก 6% Mo+N
ประเภทที่สามเป็นประเภทโลหะผสมสูง โดยทั่วไปมีโครเมียม 25% รวมถึงโมลิบดีนัมและไนโตรเจน และบางชนิดยังมีทองแดงและทังสเตน เกรดมาตรฐานคือ UNSS32550 (25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N) โดยมีค่า PREN อยู่ที่ 38-39 ความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กประเภทนี้สูงกว่าเหล็กกล้าดูเพล็กซ์ที่มีโครเมียม 22%
ประเภทที่สี่เป็นประเภทเหล็กกล้าดูเพล็กซ์ซุปเปอร์ ประกอบด้วยโมลิบดีนัมและไนโตรเจนสูง เกรดมาตรฐานคือ UNS S32750 (25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N) และบางชนิดยังมีทังสเตนและทองแดง ค่า PREN มากกว่า 40 ซึ่งสามารถใช้ในสภาวะกลางที่รุนแรงและมีความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพทางกลที่ครอบคลุมดี เทียบเท่ากับเหล็กกล้าออสเทนนิติกซุปเปอร์
5. ลักษณะการเชื่อม
เหล็กกล้าดูเพล็กซ์มีประสิทธิภาพการเชื่อมที่ดี เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติกและเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก มันไม่มีเขตผลกระทบจากความร้อนของการเชื่อมของเหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติก ซึ่งลดความยืดหยุ่นและความเหนียวลงอย่างมากเนื่องจากการหยาบของเมล็ดพืชอย่างรุนแรง และไม่ไวต่อการแตกร้อนจากการเชื่อมเหมือนเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก
เนื่องจากข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ของมัน เหล็กกล้าดูเพล็กซ์จึงถูกใช้อย่างแพร่หลายในด้านอุตสาหกรรม เช่น อุปกรณ์ปิโตรเคมี อุปกรณ์บำบัดน้ำทะเลและน้ำเสีย ท่อส่งน้ำมันและก๊าซ เครื่องจักรกระดาษ เป็นต้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ยังมีการศึกษาการใช้ในโครงสร้างรับน้ำหนักสะพานและมีแนวโน้มการพัฒนาที่ดี
ปัญหาด้านประสิทธิภาพการเชื่อมที่มักเกิดขึ้นกับ "เหล็กกล้าดูเพล็กซ์ประหยัด" ไม่เป็นปัญหา อย่างไรก็ตาม การเชื่อมเหล็กกล้าดูเพล็กซ์มาตรฐานไม่เป็นปัญหา และไม่ว่าจะใช้กระบวนการใด ก็มีวัสดุเชื่อมที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานเหล่านี้ จากมุมมองทางโลหะวิทยา การเชื่อม 2101 (1.4162) ไม่เป็นปัญหาเลย ในความเป็นจริง มันง่ายกว่าในการเชื่อมมากกว่าเหล็กกล้าดูเพล็กซ์มาตรฐานเพราะวัสดุนี้สามารถเชื่อมได้โดยใช้กระบวนการเชื่อมอะเซทิลีน สำหรับวัสดุเหล็กกล้าดูเพล็กซ์มาตรฐาน กระบวนการนี้ต้องหลีกเลี่ยงเสมอ ปัญหาจริงที่เผชิญในการเชื่อม 2101 คือความหนืดของสระหลอมเหลวแตกต่างกัน ดังนั้นความสามารถในการเปียกจึงแย่ลงเล็กน้อย สิ่งนี้บังคับให้ผู้ปฏิบัติงานใช้การเชื่อมอาร์คมากขึ้นในระหว่างกระบวนการเชื่อม ซึ่งเป็นสาเหตุของปัญหา แม้ว่าจะสามารถชดเชยได้โดยการเลือกซูเปอร์อัลลอยด์ แต่เรามักต้องการเลือกวัสดุเชื่อมที่ตรงกัน
6. วัสดุและเกรด
มีการเพิ่มเกรดเหล็กกล้าดูเพล็กซ์หลายเกรดในมาตรฐานใหม่ GB/T 20878-2007 "เกรดเหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กทนความร้อนและองค์ประกอบทางเคมี" ในจีน ตัวอย่างเช่น: 14Cr18Ni11Si4AlTi 022Cr19Ni5Mo3Si2N, 12Cr21Ni5Ti สามารถพบเกรดเพิ่มเติมได้ในมาตรฐาน
นอกจากนี้ เหล็กกล้าดูเพล็กซ์ 2205 ที่มีชื่อเสียงยังเทียบเท่ากับ 022Cr23Ni5Mo3N ของจีน
สุดท้าย บางหน้าเว็บและแม้แต่เอกสารบางฉบับเรียกเหล็กกล้าดูเพล็กซ์ผิดว่าเหล็กกล้าดูเพล็กซ์ สองเฟสหมายถึงการมีโครงสร้างทางโลหะวิทยาสองประเภท ไม่ใช่ "ทิศทาง" ที่มีทิศทาง
องค์ประกอบทางเคมี
| เกรด |
C≤ |
Mn≤ |
Si≤ |
S≤ |
P≤ |
Cr≤ |
Ni |
Mo |
Cu≤ |
N |
| S32750(SAF2507) |
0.03 |
1.2 |
0.8 |
0.02 |
0.035 |
24.0/26.0 |
6.0/8.0 |
3.0/5.0 |
0.5 |
0.24/0.32 |
| 00Cr25Ni7Mo4N |
||||||||||
| S31803(SAF2205) |
0.03 |
2 |
1 |
0.02 |
0.03 |
21.0/23.0 |
4.50/6.50 |
2.50/3.50 |
0.08/0.20 |
|
| 00Cr22Ni5Mo3N |
||||||||||
| S31500(3RE60) |
0.03 |
1.2/2.00 |
1.4/2.00 |
0.03 |
0.03 |
18.0/19.0 |
4.25/5.25 |
2.50/3.00 |
0.05/0.10 |
|
| 00Cr18Ni5Mo3Siz |
7. ข้อกำหนดสำหรับการเลือกวัสดุเชื่อม
วัสดุเชื่อมที่ใช้สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์มีลักษณะโครงสร้างดูเพล็กซ์ที่มีออสเทนไนต์เป็นหลักในรอยเชื่อม โดยมีองค์ประกอบหลักที่ต้านทานการกัดกร่อน (โครเมียม โมลิบดีนัม ฯลฯ) มีปริมาณเทียบเท่ากับวัสดุฐาน เพื่อให้มั่นใจว่ามีความต้านทานการกัดกร่อนเทียบเท่ากับวัสดุฐาน เพื่อให้มั่นใจว่ามีปริมาณออสเทนไนต์ในรอยเชื่อม มักจำเป็นต้องเพิ่มปริมาณนิกเกิลและไนโตรเจน นั่นคือ เพิ่มเทียบเท่านิกเกิลประมาณ 2% ถึง 4% ในวัสดุฐานเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ โดยทั่วไปจะมีปริมาณไนโตรเจนอยู่บ้าง และยังต้องการให้มีปริมาณไนโตรเจนในวัสดุเชื่อมด้วย แต่ไม่ควรสูงเกินไป มิฉะนั้นจะเกิดรูพรุนได้ ซึ่งทำให้ปริมาณนิกเกิลสูงเป็นความแตกต่างหลักระหว่างวัสดุเชื่อมและวัสดุฐาน
เลือกแท่งเชื่อมที่ตรงกับองค์ประกอบทางเคมีของโลหะฐานตามข้อกำหนดต่างๆ สำหรับความต้านทานการกัดกร่อนและความเหนียวของข้อต่อ ตัวอย่างเช่น เมื่อเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ Cr22 สามารถใช้แท่งเชื่อม Cr22Ni9Mo3 เช่นแท่งเชื่อม E2209 ได้ เมื่อใช้แท่งเชื่อมแบบกรด การกำจัดตะกรันจะดีเยี่ยมและรอยเชื่อมมีความสวยงาม แต่ความเหนียวต่อแรงกระแทกต่ำ เมื่อจำเป็นต้องมีความเหนียวต่อแรงกระแทกสูงสำหรับโลหะเชื่อมและต้องการการเชื่อมในทุกตำแหน่ง ควรใช้แท่งเชื่อมแบบด่าง เมื่อเชื่อมที่ก้นราก มักจะใช้แท่งเชื่อมแบบด่าง เมื่อมีข้อกำหนดพิเศษสำหรับความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะเชื่อม ควรใช้ขั้วไฟฟ้าแบบด่างที่มีองค์ประกอบเหล็กกล้าดูเพล็กซ์พิเศษ
สำหรับลวดเชื่อมแก๊สป้องกันของแข็ง ในขณะที่มั่นใจว่าโลหะเชื่อมมีความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติทางกลที่ดี ควรให้ความสนใจกับประสิทธิภาพกระบวนการเชื่อมของมันด้วย สำหรับลวดฟลักซ์คอร์ เมื่อจำเป็นต้องมีการสร้างรอยเชื่อมที่สวยงาม สามารถใช้ลวดฟลักซ์คอร์ประเภทรูไทล์หรือไทเทเนียมแคลเซียมได้ เมื่อจำเป็นต้องมีความเหนียวต่อแรงกระแทกสูงหรือการเชื่อมภายใต้สภาวะการยับยั้งสูง ควรใช้ลวดฟลักซ์คอร์ที่มีความเป็นด่างสูง
สำหรับการเชื่อมอาร์คใต้น้ำ ควรใช้ลวดเชื่อมที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าเพื่อให้ได้การเชื่อมหลายชั้นและหลายรอบภายใต้ข้อกำหนดการเชื่อมขนาดเล็กและขนาดกลาง เพื่อป้องกันการเปราะของเขตที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของการเชื่อมและโลหะเชื่อม และใช้ฟลักซ์ที่เป็นด่างที่ตรงกัน
