Сьогодні дуплексна сталь отримує все більшу популярність. Виробництвом цього типу нержавіючого сплаву займаються практично всі компанії в області металургії. Детальніше про те, що таке дуплексна сталь, і якими перевагами вона володіє, ви зможете прочитати в цій статті.
Загальні відомості
Дуплексна сталь отримала визнання у всьому світі. Якими характеристиками вона володіє? По-перше, висока міцність цього матеріалу дозволяє скоротити кінцевий вага будь-якого виробу. По-друге, вона славиться величезною стійкістю до корозії. Особливо це помітно при розгляді стійкості до корозійного розтріскування.
Варто сказати, що на даний момент сировину все ще не стало звичним для виробників, а тому раз на кілька років проводяться конференції, на яких розглядаються технічні статті, присвячені всім особливостям дуплексної сталі. Поки що, незважаючи на достатньо високий інтерес до цього виду вироби, частка на світовому ринку становить лише 1-3%.
Історія виникнення
Варто відзначити, що ідея створення дуплексної стали народилася ще в 1920 році. Але на світ перший матеріал з’явився лише в 1930 році в Швеції. Широке розповсюдження і застосування цього виду сировини почалося лише в останньому десятилітті. Основна причина цього криється в тому, що в ці роки технологія виробництва була значно вдосконалена. Зокрема, виробники отримали можливість більш точного регулювання вмісту азоту.
Щоб зрозуміти переваги та причину появи на світ нержавіючої сталі duplex, слід розібратися в двох основних видах.
Аустенітні сплави, які представлені маркою AISI 304 або 08Х18Н10, а також феритні марки AISI 430 або 12Х17 досить прості у виробництві. Як зрозуміло з їх назви, складаються вони в основному з аустеніту або ж фериту. Незважаючи на досить широке застосування, у них є технічні недоліки.
Недоліки традиційних сталей
Якщо говорити про аустенітних сталях, то до недоліків можна віднести низький показник міцності, а також маленьку стійкість до корозійного розтріскування. Що ж стосується феритного матеріалу, то його міцність трохи вище, але все одно “не дотягує” до ідеалу. Крім того, зварюваність стали сильно погіршується з підвищенням товщини матеріалу, а при низьких температурах стає досить крихкою.
Ще один невеликий недолік аустенітного сплаву – вміст нікелю в складі. Це призводить до більш високої вартості продукту, чого, природно, не радий ні один кінцевий споживач.
Переваги duplex
Ідея створення нержавіючої сталі duplex з’явилась із бажання зрівняти ферритную і аустенитную основу для того, щоб отримати новий, більш якісний матеріал. Приблизний однакову кількість феритної і аустенітної сталі призвело до отримання наступних переваг:
- Високий показник міцності. Діапазон границі текучості при 0,2% буде становити від 400 до 450 МПа, що більше на 150-200 МПа показника, який можна спостерігати у аустенітних або феритних сплавів. Це і призвело до того, що можна зменшити товщину виробу, при цьому не втративши міцності. А зменшення товщини викликало зниження кінцевої маси. Це дуже важливо в галузі будівельних конструкцій, баків і судин, піддаються тиску.
- Якими переваги має дуплексна сталь крім міцності? Зварюваність металу досить хороша навіть при великій товщині.
- Високі показники ударної в’язкості. Набагато краще, ніж у феритних сплавів. Особливо це стосується випадків, коли навколишня температура повітря сильно опускається до -50, а іноді і до – 80 градусів за Цельсієм.
- Високий показник стійкості до корозійного розтріскування. До цього дефекту дуже схильні аустенітні матеріали. Цей параметр відіграє важливу роль у таких сферах виробництва, як пивоварні баки, установки збагачувального типу, каркаси для басейнів.
- Бойлери з дуплексною стали набагато надійніше, ніж з аустеніту.
Розтріскування
В даний час звичайна сталь схильна до такого дефекту, як корозійне розтріскування або SCC – Stress Corrosion Cracking. Даний вид корозії зазвичай виникає при певних умовах. Збудником може стати сильне розтягуючу напругу, підвищена температура (50 градусів за Цельсієм вище нуля). А якщо говорити про басейнах, то з-за постійного впливу води такий вид корозії може проявлятися і при 25 градусах.
Аустенітні марки стали досить сильно піддані впливу цього дефекту. Більшою надійністю в цьому плані має феритний сплав, а також дуплексна нержавіюча сталь а890 3а по ASTM та інших марок. Великий коефіцієнт опору дозволяє застосовувати цей матеріал у виробництві водонагрівачів, пивоварних баків, опріснювальних установок. Тобто там, де спостерігається підвищена температура і зіткнення з рідинами.
Виготовляти каркаси басейнів із звичайних аустенітних сталей і зовсім забороняється із-за цього дефекту. Раніше доводилося використовувати сплав з сильно підвищеним вмістом нікелю, що призводило до подорожчання вироби. На сьогоднішній день можна застосовувати двосторонній або супердуплексную сталь.
“Супер” і “гіпер” дуплексний матеріал
Варто сказати, що якщо додати в ферритную хромову сталь нікель, то можна отримати структуру змішаної основи. Тобто вона буде утримувати і аустеніт і ферит. Як вже стало зрозуміло, саме таку суміш стали називати дуплексним матеріалом. Приставки “супер” або “гіпер” дуплексна сталь вказують на те, що у сировині міститься підвищена кількість леггирующих компонентів. Це говорить про ще більший опір корозії, ніж у звичайних матеріалів.
“Супер” і “гіпер” дуплексна сталь в обладнанні для газовидобутку використовується досить активно. Крім цього, сировина застосовують у харчовій, хімічній, будівельній і навіть медичній галузях.
Зварювання матеріалу
Незважаючи на хорошу зварюваність цього продукту, слід дотримувати певні правила. Перед початком зварювальних робіт потрібно звернути увагу на наступне:
- щоб забезпечити хорошу якість проплавлення матеріалу, слід зазор докорінно стикування і кут оброблення крайок зробити дещо більше, ніж для звичайної сталі;
- місце стику, а також метал навколо цього місця рекомендується ретельно очистити від будь-яких забруднень;
- застосовувати при цьому можна лише щітки з металевого дроту зі стійкістю до корозії;
- електрод для зварювання обов’язково повинен бути сухим.
Під час зварювання дуплексної стали слід дотримуватися таких правил:
- Дуже важливо стежити за таким параметром, як тепловложение. Він не повинен бути занадто низькими або, навпаки, занадто високими. Для звичайної дуплексної стали під час зварювання слід дотримуватися діапазону в 0,5-2,5 кДж/мм. Крім того, межпроходная температура повинна складати не більше 200 градусів за Цельсієм.
- На звороті зварювального шва не повинна з’являтися окалина. Тут дуже важливо правильно вибрати газ, який буде захищати корінь шва. Найчастіше для захисних цілей використовується така суміш газів, як високочистий аргон або азот і водень.
- Зварювання повинна виконуватись лише фахівцем з високою кваліфікацією. Це обумовлено тим, що в місцях пропалів металу сильно підвищиться схильність до появи корозії, а також велика ймовірність появи тріщин.
- Під час проведення зварювальних робіт не слід робити широких поперечних коливань електроду. Це може призвести до занадто великої тепловкладенню, що суперечить правилам.
Робота після зварювання
Є певні рекомендації, яким варто слідувати і після проведення зварювальних робіт.
- Щоб забезпечити високий захист від корозії у наплавленого металу, його слід ретельно почистити. Потрібно повністю видалити оксидну плівку і зняти всі залишки шлаку.
- Робота по зачистці виконується тільки вручну і тільки щіткою з дроту із властивостями стійкості до корозії. Якщо використовувати механічні пристосування, то це може призвести до появи мікронадриви в області шва, що знизить його міцність.
- Найчастіше ніяка термообробка шва після зварювання вже не потрібно.
Недоліки сировини
Незважаючи на поширення матеріалу і його, здавалося б, очевидні і вагомі переваги, він все ще не отримало загального визнання і, швидше за все, ніколи не буде займати лідируючі позиції на ринку. Це обумовлено декількома недоліками, про які варто знати. З-за них такий сплав завжди буде “нішевим”.
Відразу варто почати з високої міцності матеріалу. Здавалося б, вагому перевагу, однак саме воно стає величезним недоліком, коли виникає необхідність оброблення металу механічними способами або тиском. Ще один мінус високої міцності – це сильне зниження можливості до пластичної деформації. З цієї причини дуплексне сировину фактично не придатне для виробництва будь-яких виробів, які повинні володіти високою пластичністю.
Навіть у тих випадках, коли пластичність, здавалося б, знаходиться на прийнятному для роботи рівні, все одно доводиться прикладати величезні зусилля. З цієї причини дуплексні сталі і сплави для нафтогазової арматури застосовуються не надто часто.
Наступний недолік – це велика технологічна складність виплавки нержавіючої сталі дуплексного типу. Аустенитный і феритний матеріал набагато простіше виплавляти. Якщо порушити технологію виготовлення, особливо в процесі термічної обробки, в матеріалі крім аустеніту і фериту будуть утворюватися й інші фази, що зовсім небажано. Найчастіше утворюється сигма-фаза або 475-градусна крихкість.
Небажані фази в сировині
Сигма-фаза утворюється в такому продукті при 1000 градусів за Цельсієм і вище. Зазвичай такі температури виникають в тих випадках, якщо процес охолодження після зварювання або в процесі виробництва протікає недостатньо швидко. До того ж, чим більше легуючих елементів буде міститися в складі, тим вище ймовірність появи такої фази. Іншими словами, створити супердуплексную або гипердуплексную сталь вкрай складно.
Що стосується 475-градусної крихкості, то вона з’являється в разі утворення фази з назвою альфа-штрих. Як випливає з назви, найбільш небезпечна температура – це 475 градусів за Цельсієм, але проблема може виникнути і при значно нижчих показниках, приблизно 300 градусів. Через це накладається максимальне температурне обмеження на застосування виробів з такого типу сировини. Природно, з-за цього ще сильніше звужується коло застосування сталі.
Виходячи з усього вищесказаного, можна зробити такий висновок. Марки дуплексних сталей є хорошим рішенням і заміною стандартним матеріалів, але в дуже вузькій сфері.
Підсумки
Дуплексний сплав має набагато менш широке поширення, ніж інші види металів. Тим не менш він користується популярністю в певних сферах. Найчастіше його використовують в нафтохімічній галузі, автомобілебудуванні та в виробництві басейнів. Відмінна зварюваність, стійкість до корозії і велика зносостійкість роблять цей матеріал справжньою знахідкою для багатьох.
