Duplex jeklo: opis, specifikacije in značilnosti

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Danes postaja duplex jeklo vse bolj priljubljeno. S proizvodnjo te vrste nerjavnih zlitin se ukvarjajo praktično vsa podjetja na področju metalurgije. Več o tem, kaj je dupleksno jeklo in kakšne prednosti ima, si lahko preberete v tem članku.

Splošne informacije

Duplex jeklo je priznano po vsem svetu. Kakšne lastnosti ima? Prvič, visoka trdnost tega materiala omogoča zmanjšanje končne teže katerega koli izdelka. Drugič, slovi po svoji ogromni odpornosti proti koroziji. To je še posebej opazno, če upoštevamo odpornost proti razpokanju proti koroziji.

Vredno je povedati, da trenutno surovina proizvajalcem še ni poznana, zato vsakih nekaj let potekajo konference, na katerih se obravnavajo tehnični članki o vseh značilnostih duplex jekla. Zaenkrat je kljub precej velikemu zanimanju za tovrstne izdelke svetovni tržni delež le 1-3%.

Zgodovina pojava

Omeniti velja, da je ideja o ustvarjanjuduplex jeklo se je rodilo leta 1920. Toda prvo gradivo se je pojavilo šele leta 1930 na Švedskem. Široka distribucija in uporaba te vrste surovin se je začela šele v zadnjem desetletju. Glavni razlog za to je v tem, da se je v teh letih proizvodna tehnologija močno izboljšala. Zlasti so proizvajalci lahko natančneje nadzorovali vsebnost dušika.

Če želite razumeti prednosti in zakaj se je rodilo dupleksno nerjaveče jeklo, morate razumeti drugi dve glavni vrsti.

Avstenitne zlitine, ki so AISI 304 ali 08X18H10, pa tudi feritne stopnje AISI 430 ali 12X17, so precej enostavne za izdelavo. Kot pove že njihovo ime, so sestavljeni predvsem iz avstenita ali ferita. Čeprav se pogosto uporabljajo, imajo tehnične pomanjkljivosti.

Slabosti tradicionalnih jekel

Če govorimo o avstenitnih jeklih, potem slabosti vključujejo nizko trdnost, pa tudi nizko odpornost proti razpokanju zaradi napetosti. Kar zadeva feritni material, je njegova moč nekoliko višja, vendar še vedno "ne dosega" ideala. Poleg tega se zvarljivost jekla močno poslabša z naraščajočo debelino materiala in postane precej krhka pri nizkih temperaturah.

Druga majhna pomanjkljivost avstenitne zlitine je vsebnost niklja v sestavi. To vodi do višje cene izdelka, s čimer seveda ni zadovoljen noben končni potrošnik.

Ugodnosti dupleksa

Zamisel o izdelavi dupleksnega nerjavnega jekla je nastala iz želje po izenačenju feritne in avstenitne baze, da bi dobili nov, bolj kakovosten material. Približno enaka količina feritnega in avstenitnega jekla je povzročila naslednje prednosti:

• Visoka trdnost. Razpon meje tečenja pri 0,2 % bo od 400 do 450 MPa, kar je za 150 do 200 MPa več kot pri avstenitnih ali feritnih zlitinah. To je privedlo do dejstva, da je mogoče zmanjšati debelino izdelka, hkrati pa ne izgubiti moči. In zmanjšanje debeline je povzročilo zmanjšanje končne mase. To je zelo pomembno na področju gradbenih konstrukcij, rezervoarjev in tlačnih posod.
• Kakšne so prednosti duplex jekla poleg trdnosti? Varljivost kovine je precej dobra tudi pri velikih debelinah.
• Visoka udarna trdnost. Veliko boljši od feritnih zlitin. To še posebej velja, ko temperatura zunanjega zraka pade na -50, včasih pa tudi na -80 stopinj Celzija.
• Visoka odpornost proti razpokanju zaradi napetosti. Avstenitni materiali so zelo nagnjeni k tej napaki. Ta parameter ima pomembno vlogo v panogah, kot so rezervoarji za pivo, koncentratorji, okvirji bazenov.
• Duplex jekleni kotli so veliko bolj zanesljivi kot avstenitni kotli.

Cracking

Trenutno rednojeklo je podvrženo takšni napaki, kot je korozijsko razpokanje ali SCC - Stress Corrosion Cracking. Ta vrsta korozije se običajno pojavi pod določenimi pogoji. Povzročitelj je lahko močna natezna napetost, povišana temperatura (50 stopinj Celzija nad ničlo). In če govorimo o bazenih, potem lahko zaradi stalne izpostavljenosti vodi do tovrstne korozije pride tudi pri 25 stopinjah.

Ta napaka je precej prizadeta na avstenitnih jeklah. V tem pogledu je bolj zanesljiva feritna zlitina, pa tudi dupleksno nerjaveče jeklo a890 3a po ASTM in drugih razredih. Visok koeficient odpornosti omogoča uporabo tega materiala v proizvodnji grelnikov vode, rezervoarjev za pivo, razsoljevalnih naprav. To je tam, kjer je povišana temperatura in stik s tekočinami.

Zaradi te napake je popolnoma prepovedano izdelovati bazenske okvirje iz navadnih avstenitnih jekel. Prej je bilo treba uporabiti zlitino z zelo visoko vsebnostjo niklja, kar je povzročilo zvišanje stroškov izdelka. Danes se lahko uporablja duplex ali super duplex jeklo.

"Super" in "Hyper" dupleks material

Vredno je reči, da če feritnemu kromovemu jeklu dodate nikelj, lahko dobite mešano osnovno strukturo. To pomeni, da bo vseboval tako avstenit kot ferit. Kot je že postalo jasno, se je ravno takšna mešanica začela imenovati dupleksni material. Predponi "super" ali "hiper" duplex jeklo označujeta, da surovina vsebuje povečanokoličino legirnih komponent. To kaže še večjo odpornost proti koroziji kot običajni materiali.

"Super" in "hyper" dupleksno jeklo se zelo aktivno uporablja v opremi za proizvodnjo plina. Poleg tega se surovine uporabljajo v živilski, kemični, gradbeni in celo medicinski industriji.

Varilni material

Kljub dobri zvarljivosti tega izdelka je treba upoštevati določena pravila. Pred začetkom varjenja bodite pozorni na naslednje:

• za zagotovitev dobre kakovosti penetracije materiala je treba reži na korenu spoja in kotu rezanja robov narediti nekoliko večja kot pri navadnem jeklu;
• priporočljivo je, da spoj, kot tudi kovino okoli tega mesta, temeljito očistite kakršne koli kontaminacije;
• uporabljate lahko samo ščetke iz kovinske žice z odpornostjo proti koroziji;
• varilna elektroda mora biti suha.

Pri varjenju duplex jekla upoštevajte ta pravila:

• Zelo pomembno je spremljati tak parameter, kot je vnos toplote. Ne sme biti prenizka ali, nasprotno, previsoka. Za navadno duplex jeklo je treba med varjenjem upoštevati razpon 0,5-2,5 kJ/mm. Poleg tega temperatura med prehodom ne sme biti višja od 200 stopinj Celzija.
• Na hrbtni strani zvara se ne sme pojavljati ostanke. Tukaj je zelo pomembno izbrati pravi plin, ki bo zaščitil koren šiva. Najpogosteje uporabljena mešanica plinov za zaščitne namene je argon visoke čistosti in vodik ali dušik.
• Varjenje sme izvajati samo visoko usposobljena oseba. To je posledica dejstva, da bo kovina na mestih opeklin močno povečala nagnjenost k koroziji, obstaja pa tudi velika verjetnost razpok.
• Med varjenjem ne povzročajte širokih prečnih tresljajev elektrode. To lahko povzroči prevelik vnos toplote, kar bo v nasprotju s pravili.

Delo po varjenju

Po varjenju je treba upoštevati določene smernice.

• Da bi zagotovili visoko korozijsko zaščito kovine zvara, jo je treba temeljito očistiti. Potrebno je popolnoma odstraniti oksidni film in odstraniti vse ostanke žlindre.
• Ščetkanje se izvaja samo ročno in samo z žično krtačo z lastnostmi odpornosti proti koroziji. Če se uporabljajo mehanske naprave, lahko to povzroči mikro-trganje na območju šiva, kar zmanjša njegovo trdnost.
• Najpogosteje ni potrebna toplotna obdelava šiva po varjenju.

Pomanjkljivosti surovin

Kljub razširjenosti materiala in njegovih na videz očitnih in pomembnih prednosti, še vedno ni prejel univerzalnega priznanja in najverjetneje nikoli ne bo prevzel vodilne vloge na trgu. To je posledica več pomanjkljivosti,ki jih je vredno vedeti. Zaradi njih bo takšna zlitina vedno "nišna".

Takoj je vredno začeti z visoko trdnostjo materiala. Zdi se, da je to pomembna prednost, vendar postane velika pomanjkljivost, ko je treba kovino obdelati z mehanskimi sredstvi ali pritiskom. Druga pomanjkljivost visoke trdnosti je močno zmanjšanje možnosti plastične deformacije. Iz tega razloga dupleksne surovine dejansko niso primerne za proizvodnjo izdelkov, ki morajo imeti visoko duktilnost.

Tudi ko je plastičnost, kot se zdi, na sprejemljivi ravni za delo, se je treba še vedno zelo potruditi. Zaradi tega se dupleksna jekla in zlitine za oljne in plinske armature ne uporabljajo široko.

Naslednja pomanjkljivost je velika tehnološka zapletenost taljenja dupleks nerjavnega jekla. Avstenitni in feritni material je veliko lažje taliti. Če pride do kršitve proizvodne tehnologije, zlasti med postopkom toplotne obdelave, se v materialu poleg avstenita in ferita tvorijo druge faze, kar je popolnoma nezaželeno. Najpogosteje pride do sigma faze ali 475-stopinjske krhkosti.

Neželene faze v surovinah

Sigma faza nastane v takem izdelku pri 1000 stopinjah Celzija in več. Običajno se te temperature pojavijo, če postopek hlajenja po varjenju ali med proizvodnjo ni dovolj hiter. Poleg tega bo vsebovanih več legirnih elementovsestava, večja je verjetnost pojava takšne faze. Z drugimi besedami, ustvarjanje super dupleks ali hiper dupleks jekla je izjemno težko.

Kar zadeva 475-stopinsko krhkost, se pojavi v primeru nastanka faze, imenovane alfa-stroke. Kot pove že ime, je najnevarnejša temperatura 475 stopinj Celzija, vendar se težava lahko pojavi tudi pri precej nižjih vrednostih, približno 300 stopinjah. Zaradi tega je pri uporabi izdelkov iz te vrste surovin uvedena najvišja temperaturna omejitev. Seveda se zaradi tega obseg jekla še bolj zoži.

Na podlagi vsega naštetega lahko sklepamo. Duplex jekla so dobra rešitev in nadomestilo za standardne materiale, vendar v zelo ozkem obsegu.

Rezultati

Duplex zlitina je veliko manj razširjena kot druge vrste kovin. Vendar je na nekaterih območjih priljubljena. Najpogosteje se uporablja v petrokemični industriji, avtomobilski industriji in v proizvodnji bazenov. Zaradi odlične variljivosti, odpornosti proti koroziji in visoke odpornosti na obrabo je ta material prava najdba za mnoge.