Duplexná oceľ: popis, špecifikácie a vlastnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Dnes je duplexná oceľ čoraz populárnejšia. Výrobou tohto druhu nehrdzavejúcej zliatiny sa zaoberajú prakticky všetky firmy v oblasti metalurgie. Viac o tom, čo je duplexná oceľ a aké má výhody, si môžete prečítať v tomto článku.

Všeobecné informácie

Duplexná oceľ je uznávaná po celom svete. Aké má vlastnosti? Po prvé, vysoká pevnosť tohto materiálu umožňuje znížiť konečnú hmotnosť akéhokoľvek produktu. Po druhé, je známy svojou obrovskou odolnosťou voči korózii. Toto je obzvlášť viditeľné pri zvažovaní odolnosti proti praskaniu koróziou.

Stojí za zmienku, že v súčasnosti sa surovina pre výrobcov ešte nestretla, a preto sa každých pár rokov konajú konferencie, na ktorých sa posudzujú technické články o všetkých vlastnostiach duplexnej ocele. Zatiaľ, napriek pomerne vysokému záujmu o tento typ produktov, je celosvetový podiel na trhu len 1-3 %.

História výskytu

Stojí za zmienku, že myšlienka tvoriťduplexná oceľ sa zrodila už v roku 1920. Prvý materiál sa však objavil až v roku 1930 vo Švédsku. Široká distribúcia a používanie tohto druhu suroviny sa začalo až v poslednom desaťročí. Hlavným dôvodom je skutočnosť, že počas týchto rokov sa technológia výroby výrazne zlepšila. Najmä výrobcovia boli schopní presnejšie kontrolovať obsah dusíka.

Aby ste pochopili výhody a dôvod, prečo sa zrodila duplexná nehrdzavejúca oceľ, musíte pochopiť ďalšie dva hlavné typy.

Austenitické zliatiny, ktoré sú AISI 304 alebo 08X18H10, ako aj feritické triedy AISI 430 alebo 12X17, sa dajú pomerne ľahko vyrobiť. Ako už názov napovedá, pozostávajú hlavne z austenitu alebo feritu. Hoci sa bežne používajú, majú technické nedostatky.

Nevýhody tradičných ocelí

Ak hovoríme o austenitických oceliach, tak medzi nevýhody patrí nízka pevnosť, ako aj nízka odolnosť voči koróznemu praskaniu pod napätím. Pokiaľ ide o feritický materiál, jeho pevnosť je o niečo vyššia, ale stále "nedosahuje" ideálu. Okrem toho sa zvárateľnosť ocele výrazne zhoršuje s rastúcou hrúbkou materiálu a pri nízkych teplotách sa stáva dosť krehkou.

Ďalšou malou nevýhodou austenitickej zliatiny je obsah niklu v zložení. To vedie k vyšším nákladom na produkt, s čím, samozrejme, nie je spokojný žiadny konečný spotrebiteľ.

Dvojité výhody

Myšlienka vytvorenia duplexnej nehrdzavejúcej ocele vznikla z túžby porovnať feritickú a austenitickú základňu s cieľom získať nový, kvalitnejší materiál. Približne rovnaké množstvo feritickej a austenitickej ocele malo za následok nasledujúce výhody:

• Vysoká pevnosť. Rozsah medze klzu pri 0,2 % bude 400 až 450 MPa, čo je o 150 až 200 MPa viac, ako možno vidieť pri austenitických alebo feritických zliatinách. To viedlo k tomu, že je možné zmenšiť hrúbku produktu bez straty pevnosti. A úbytok hrúbky spôsobil úbytok konečnej hmoty. To je veľmi dôležité v oblasti stavebných konštrukcií, nádrží a tlakových nádob.
• Aké sú výhody duplexnej ocele okrem pevnosti? Zvárateľnosť kovu je celkom dobrá aj pri veľkých hrúbkach.
• Vysoká nárazová pevnosť. Oveľa lepšie ako feritické zliatiny. To platí najmä vtedy, keď teplota okolitého vzduchu klesne na -50 a niekedy až na -80 stupňov Celzia.
• Vysoká odolnosť proti koróznemu praskaniu. Austenitické materiály sú na tento defekt veľmi náchylné. Tento parameter hrá dôležitú úlohu v odvetviach, ako sú pivovarské nádrže, koncentrátory, rámy bazénov.
• Dvojité oceľové kotly sú oveľa spoľahlivejšie ako austenitové kotly.

Cracking

Momentálne pravidelnéoceľ podlieha takej chybe, ako je korózne praskanie alebo SCC - Stress Corrosion Crack. Tento typ korózie sa zvyčajne vyskytuje za určitých podmienok. Príčinným činiteľom môže byť silné ťahové napätie, zvýšená teplota (50 stupňov Celzia nad nulou). A ak hovoríme o bazénoch, potom v dôsledku neustáleho vystavenia vode môže tento typ korózie nastať aj pri 25 stupňoch.

Druhy austenitických ocelí sú touto chybou značne ovplyvnené. V tomto ohľade je spoľahlivejšia feritická zliatina, rovnako ako duplexná nehrdzavejúca oceľ a890 3a podľa ASTM a iných akostí. Vysoký koeficient odporu umožňuje tento materiál použiť pri výrobe ohrievačov vody, pivovarských nádrží, odsoľovacích zariadení. Teda tam, kde je zvýšená teplota a kontakt s tekutinami.

Pre túto chybu je úplne zakázané vyrábať rámy bazénov z obyčajných austenitických ocelí. Predtým bolo potrebné použiť zliatinu s veľmi vysokým obsahom niklu, čo viedlo k zvýšeniu nákladov na výrobok. Dnes je možné použiť duplex alebo super duplex oceľ.

"Super" a "Hyper" obojstranný materiál

Stojí za to povedať, že ak do feritickej chrómovej ocele pridáte nikel, môžete získať zmiešanú základnú štruktúru. To znamená, že bude obsahovať austenit aj ferit. Ako sa už ukázalo, bola to práve takáto zmes, ktorá sa začala nazývať duplexný materiál. Predpony "super" alebo "hyper" duplexná oceľ označujú, že surovina obsahuje zvýšenúmnožstvo legujúcich zložiek. To naznačuje ešte väčšiu odolnosť voči korózii ako bežné materiály.

"Super" a "hyper" duplexná oceľ sa pomerne aktívne používa v zariadeniach na výrobu plynu. Okrem toho sa suroviny používajú v potravinárskom, chemickom, stavebnom a dokonca aj medicínskom priemysle.

Zvárací materiál

Napriek dobrej zvárateľnosti tohto produktu je potrebné dodržiavať určité pravidlá. Pred začatím zvárania venujte pozornosť nasledovnému:

• aby sa zabezpečila dobrá kvalita prieniku materiálu, medzera v koreni spoja a uhol rezu hrán by mali byť o niečo väčšie ako pri bežnej oceli;
• škáru, ako aj kov okolo tohto miesta sa odporúča dôkladne očistiť od akejkoľvek kontaminácie;
• je možné použiť iba kefy vyrobené z kovového drôtu s odolnosťou proti korózii;
• zváracia elektróda musí byť suchá.

Pri zváraní duplexnej ocele dodržujte tieto pravidlá:

• Je veľmi dôležité sledovať taký parameter, akým je príkon tepla. Nemalo by byť príliš nízke alebo naopak príliš vysoké. Pri bežnej duplexnej oceli treba pri zváraní dodržať rozsah 0,5-2,5 kJ/mm. Okrem toho by teplota interpassu nemala byť vyššia ako 200 stupňov Celzia.
• Na zadnej strane zvaru by sa nemali objavovať žiadne nečistoty. Tu je veľmi dôležité vybrať ten správny plyn, ktorý bude chrániť koreň švu. Najčastejšie používanou zmesou plynov na ochranné účely je vysoko čistý argón a vodík alebo dusík.
• Zváranie by mala vykonávať iba vysokokvalifikovaná osoba. Je to spôsobené tým, že v miestach popálenín kov výrazne zvýši sklon ku korózii a je tu tiež vysoká pravdepodobnosť prasknutia.
• Počas zvárania nevyvolávajte široké priečne vibrácie elektródy. To môže viesť k príliš veľkému prívodu tepla, čo bude v rozpore s pravidlami.

Práca po zváraní

Po zváraní je potrebné dodržiavať určité pokyny.

• Na zabezpečenie vysokej antikoróznej ochrany zvarového kovu je potrebné ho dôkladne vyčistiť. Je potrebné úplne odstrániť oxidový film a odstrániť všetky zvyšky trosky.
• Kefovanie sa vykonáva iba ručne a len drôtenou kefou s vlastnosťami odolnosti voči korózii. Ak sa použijú mechanické zariadenia, môže to viesť k mikrotrhnutiu v oblasti švu, čo zníži jeho pevnosť.
• Najčastejšie nie je potrebné žiadne tepelné spracovanie švu po zváraní.

Nedostatok surovín

Napriek rozšíreniu materiálu a jeho zdanlivo zjavným a významným výhodám sa mu stále nedostalo univerzálneho uznania a s najväčšou pravdepodobnosťou nikdy nezaujme vedúcu pozíciu na trhu. Je to spôsobené niekoľkými nevýhodami,ktoré sa oplatí poznať. Kvôli nim bude takáto zliatina vždy „niche“.

Okamžite sa oplatí začať s vysokou pevnosťou materiálu. Zdá sa, že je to značná výhoda, ale stáva sa obrovskou nevýhodou, keď je potrebné spracovávať kov mechanickými prostriedkami alebo tlakom. Ďalšou nevýhodou vysokej pevnosti je výrazné zníženie možnosti plastickej deformácie. Z tohto dôvodu nie sú duplexné suroviny v skutočnosti vhodné na výrobu akýchkoľvek produktov, ktoré musia mať vysokú ťažnosť.

Aj keď sa zdá, že plasticita je na prijateľnej úrovni pre prácu, stále musíte vynaložiť veľké úsilie. Z tohto dôvodu sa duplexné ocele a zliatiny na olejové a plynové armatúry veľmi nepoužívajú.

Ďalšou nevýhodou je veľká technologická náročnosť tavenia duplexnej nehrdzavejúcej ocele. Austenitický a feritický materiál sa oveľa ľahšie taví. Ak dôjde k porušeniu technológie výroby, najmä pri procese tepelného spracovania, budú sa v materiáli okrem austenitu a feritu vytvárať ďalšie fázy, čo je úplne nežiaduce. Najčastejšie sa vyskytuje sigma fáza alebo 475-stupňová krehkosť.

Nežiaduce fázy v surovinách

Sigma fáza vzniká v takomto produkte pri teplote 1000 stupňov Celzia a vyššej. Zvyčajne sa tieto teploty vyskytujú, ak proces chladenia po zváraní alebo počas výroby nie je dostatočne rýchly. Navyše, čím viac legujúcich prvkov bude obsiahnutýchzloženie, tým vyššia je pravdepodobnosť výskytu takejto fázy. Inými slovami, vytvoriť super duplex alebo hyper duplex oceľ je extrémne ťažké.

Pokiaľ ide o 475-stupňovú krehkosť, objavuje sa v prípade vytvorenia fázy nazývanej alfa-mŕtvica. Ako už z názvu vyplýva, najnebezpečnejšia je teplota 475 stupňov Celzia, no problém sa môže objaviť aj pri oveľa nižších hodnotách, približne 300 stupňov. Z tohto dôvodu je na používanie produktov z tohto typu suroviny uvalené maximálne teplotné obmedzenie. Prirodzene, z tohto dôvodu je rozsah ocele ešte viac zúžený.

Na základe vyššie uvedeného môžeme vyvodiť takýto záver. Druhy duplexných ocelí sú dobrým riešením a náhradou za štandardné materiály, ale vo veľmi úzkom rozsahu.

Results

Duplexná zliatina sa používa oveľa menej ako iné druhy kovov. V určitých oblastiach je však populárny. Najčastejšie sa používa v petrochemickej oblasti, automobilovom priemysle a pri výrobe bazénov. Vynikajúca zvárateľnosť, odolnosť proti korózii a vysoká odolnosť proti opotrebeniu robia tento materiál skutočným nálezom pre mnohých.