Duplex čelik: opis, specifikacije i karakteristike

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Danas, dupleks čelik postaje sve popularniji. Praktično sve kompanije iz oblasti metalurgije bave se proizvodnjom ove vrste nerđajućih legura. Više o tome šta je dupleks čelik i koje prednosti ima možete pročitati u ovom članku.

Opće informacije

Duplex čelik je priznat u cijelom svijetu. Koje karakteristike ona ima? Prvo, visoka čvrstoća ovog materijala omogućava smanjenje konačne težine bilo kojeg proizvoda. Drugo, poznat je po svojoj ogromnoj otpornosti na koroziju. Ovo je posebno uočljivo kada se uzme u obzir otpornost na pucanje na koroziju.

Vrijedi reći da u ovom trenutku sirovina još nije postala poznata proizvođačima, pa se stoga svakih nekoliko godina održavaju konferencije na kojima se razmatraju tehnički članci o svim karakteristikama dupleks čelika. Do sada, uprkos prilično velikom interesovanju za ovu vrstu proizvoda, udeo na globalnom tržištu iznosi samo 1-3%.

Historija pojave

Vrijedi napomenuti da je ideja stvaranjaduplex čelik rođen je davne 1920. godine. Ali prvi materijal pojavio se tek 1930. godine u Švedskoj. Široka distribucija i upotreba ove vrste sirovina počela je tek u posljednjoj deceniji. Glavni razlog za to leži u činjenici da je tokom ovih godina tehnologija proizvodnje znatno unaprijeđena. Konkretno, proizvođači su mogli preciznije kontrolirati svoj sadržaj dušika.

Da biste razumjeli prednosti i zašto je nastao dupleks nehrđajući čelik, morate razumjeti druga dva glavna tipa.

Austenitne legure, koje su AISI 304 ili 08X18H10, kao i feritne klase AISI 430 ili 12X17, prilično su jednostavne za proizvodnju. Kao što im ime govori, sastoje se uglavnom od austenita ili ferita. Iako se široko koriste, imaju tehničke nedostatke.

Nedostaci tradicionalnih čelika

Ako govorimo o austenitnim čelicima, onda u nedostatke spadaju niska čvrstoća, kao i niska otpornost na korozijsko pucanje pod naponom. Što se tiče feritnog materijala, njegova čvrstoća je nešto veća, ali još uvijek "ne dostiže" ideal. Osim toga, zavarljivost čelika se uvelike pogoršava s povećanjem debljine materijala i postaje prilično krt na niskim temperaturama.

Još jedan mali nedostatak austenitne legure je sadržaj nikla u sastavu. To dovodi do veće cijene proizvoda, čime, naravno, nijedan krajnji potrošač nije zadovoljan.

Duplex pogodnosti

Ideja stvaranja duplex nerđajućeg čelika proizašla je iz želje da se izjednače feritna i austenitna baza kako bi se dobio novi, kvalitetniji materijal. Približno ista količina feritnog i austenitnog čelika rezultirala je sljedećim prednostima:

• Visoka čvrstoća. Opseg granice popuštanja od 0,2% bit će 400 do 450 MPa, što je 150 do 200 MPa više nego što se može vidjeti kod austenitnih ili feritnih legura. To je dovelo do činjenice da je moguće smanjiti debljinu proizvoda, a da pritom ne izgubi snagu. A smanjenje debljine izazvalo je smanjenje konačne mase. Ovo je veoma važno u oblasti građevinskih konstrukcija, rezervoara i posuda pod pritiskom.
• Koje su prednosti duplex čelika osim čvrstoće? Zavarljivost metala je prilično dobra čak i kod velikih debljina.
• Visoka udarna čvrstoća. Mnogo bolje od feritnih legura. Ovo je posebno tačno kada temperatura ambijentalnog vazduha padne na -50, a ponekad i na -80 stepeni Celzijusa.
• Visoka otpornost na koroziju pod naprezanjem. Austenitni materijali su veoma skloni ovom defektu. Ovaj parametar igra važnu ulogu u industrijama kao što su rezervoari za pivo, koncentratori, okviri bazena.
• Duplex čelični kotlovi su mnogo pouzdaniji od austenitnih kotlova.

Cracking

Trenutno redovnočelik je podložan takvom defektu kao što je korozijsko pucanje ili SCC - Stress Corrosion Cracking. Ova vrsta korozije se obično javlja pod određenim uslovima. Uzročnik može biti jako vlačno naprezanje, povišena temperatura (50 stepeni Celzijusa iznad nule). A ako govorimo o bazenima, onda zbog stalne izloženosti vodi ova vrsta korozije može nastati i na 25 stepeni.

Ovim defektom prilično su pogođene klase austenitnog čelika. Pouzdanija je feritna legura u tom pogledu, kao i dupleks nerđajući čelik a890 3a prema ASTM i drugim klasama. Visok koeficijent otpornosti omogućava da se ovaj materijal koristi u proizvodnji bojlera, rezervoara za pivo, postrojenja za desalinizaciju. Odnosno tamo gde postoji povišena temperatura i kontakt sa tečnostima.

Potpuno je zabranjeno izrađivati okvire bazena od običnih austenitnih čelika zbog ovog nedostatka. Ranije je bilo potrebno koristiti leguru s vrlo visokim sadržajem nikla, što je dovelo do povećanja cijene proizvoda. Danas se može koristiti duplex ili super duplex čelik.

"Super" i "Hyper" dupleks materijal

Vrijedi reći da ako dodate nikl feritnom krom čeliku, možete dobiti mješovitu osnovnu strukturu. Odnosno, sadržavat će i austenit i ferit. Kao što je već postalo jasno, upravo se takva mješavina počela nazivati dupleksnim materijalom. Prefiksi "super" ili "hiper" duplex čelik označavaju da sirovina sadrži povećanukoličina legirajućih komponenti. Ovo ukazuje na još veću otpornost na koroziju od konvencionalnih materijala.

"Super" i "hyper" dupleks čelik se prilično aktivno koristi u opremi za proizvodnju plina. Osim toga, sirovine se koriste u prehrambenoj, hemijskoj, građevinskoj, pa čak i medicinskoj industriji.

Materijal za zavarivanje

Uprkos dobroj zavarljivosti ovog proizvoda, moraju se poštovati određena pravila. Prije početka zavarivanja obratite pažnju na sljedeće:

• da bi se osigurao dobar kvalitet prodiranja materijala, razmak u korijenu spoja i ugao rezanja rubova treba napraviti nešto veći nego kod običnog čelika;
• fug, kao i metal oko ovog mesta, preporučuje se da se temeljno očisti od bilo kakve kontaminacije;
• mogu se koristiti samo četke od metalne žice otporne na koroziju;
• elektroda za zavarivanje mora biti suha.

Prilikom zavarivanja dupleks čelika, slijedite ova pravila:

• Veoma je važno pratiti parametar kao što je unos topline. Ne smije biti preniska ili, obrnuto, previsoka. Za obični dupleks čelik, tokom zavarivanja treba se pridržavati raspona od 0,5-2,5 kJ/mm. Osim toga, temperatura međuprolaza ne bi trebala biti veća od 200 stepeni Celzijusa.
• Na poleđini vara ne bi trebalo da se pojavi šljaka. Ovdje je vrlo važno odabrati pravi plin koji će zaštititi korijen šava. Najčešće korišćena gasna mešavina u zaštitne svrhe je argon visoke čistoće i vodonik ili azot.
• Zavarivanje treba da obavlja samo visoko kvalifikovana osoba. To je zbog činjenice da će na mjestima opekotina metal uvelike povećati sklonost koroziji, a postoji i velika vjerovatnoća pucanja.
• Tokom zavarivanja, nemojte praviti široke poprečne vibracije elektrode. Ovo može dovesti do previše unosa toplote, što će biti protivno pravilima.

Rad nakon zavarivanja

Postoje određene smjernice koje treba slijediti nakon zavarivanja.

• Da bi se osigurala visoka zaštita od korozije metala šava, on mora biti temeljno očišćen. Potrebno je potpuno ukloniti oksidni film i ukloniti sve ostatke šljake.
• Rad četkanja se obavlja samo ručno i samo žičanom četkom sa svojstvima otpornosti na koroziju. Ako se koriste mehanički uređaji, to može dovesti do mikro-puzanja u području šava, što će smanjiti njegovu čvrstoću.
• Najčešće nije potrebna termička obrada šava nakon zavarivanja.

Nedostaci sirovina

Uprkos rasprostranjenosti materijala i njegovim naizgled očiglednim i značajnim prednostima, on još uvijek nije dobio univerzalno priznanje i, najvjerovatnije, nikada neće preuzeti vodstvo na tržištu. To je zbog nekoliko nedostataka,koje vredi znati. Zbog njih će takva legura uvijek biti "niche".

Odmah vrijedi početi s visokom čvrstoćom materijala. Čini se da je to značajna prednost, ali postaje veliki nedostatak kada je potrebno obraditi metal mehaničkim sredstvima ili pritiskom. Još jedan nedostatak visoke čvrstoće je snažno smanjenje mogućnosti plastične deformacije. Iz tog razloga duplex sirovine zapravo nisu pogodne za proizvodnju bilo kakvih proizvoda koji moraju imati visoku duktilnost.

Čak i kada je plastičnost, čini se, na prihvatljivom nivou za rad, ipak morate uložiti velike napore. Iz tog razloga, dupleks čelici i legure za naftne i plinske armature nisu u širokoj upotrebi.

Sljedeći nedostatak je velika tehnološka složenost topljenja dupleks nerđajućeg čelika. Austenit i feritni materijal se mnogo lakše rastopi. Ukoliko se naruši tehnologija proizvodnje, posebno tokom procesa termičke obrade, u materijalu će se osim austenita i ferita formirati i druge faze, što je potpuno nepoželjno. Najčešće se javlja sigma faza ili lomljivost od 475 stepeni.

Neželjene faze u sirovinama

Sigma faza se formira u takvom proizvodu na 1000 stepeni Celzijusa i više. Obično se ove temperature javljaju ako proces hlađenja nakon zavarivanja ili tokom proizvodnje nije dovoljno brz. Osim toga, više legirajućih elemenata će biti sadržano usastava, veća je vjerovatnoća pojave takve faze. Drugim riječima, stvaranje super duplex ili hiper duplex čelika je izuzetno teško.

Što se tiče lomljivosti od 475 stepeni, ona se pojavljuje u slučaju formiranja faze koja se zove alfa-hod. Kao što naziv govori, najopasnija temperatura je 475 stepeni Celzijusa, ali problem se može pojaviti i pri mnogo nižim vrednostima, otprilike 300 stepeni. Zbog toga se nameće maksimalno temperaturno ograničenje za upotrebu proizvoda od ove vrste sirovina. Naravno, zbog toga je obim čelika još više sužen.

Na osnovu svega navedenog možemo izvući takav zaključak. Duplex čelični razredi su dobro rješenje i zamjena za standardne materijale, ali u vrlo uskom obimu.

Rezultati

Duplex legura se mnogo manje koristi od drugih vrsta metala. Međutim, popularan je u određenim područjima. Najčešće se koristi u oblasti petrohemije, automobilskoj industriji i proizvodnji bazena. Odlična zavarljivost, otpornost na koroziju i visoka otpornost na habanje čine ovaj materijal pravim pronalaskom za mnoge.