Свойства, типы и области применения дуплексной стали

Дуплексная нержавеющая сталь сочетает в себе лучшие качества двух различных видов нержавеющей стали. Она сочетает в себе две структуры: аустенит и феррит, практически одинаково. Благодаря своей прочности и вязкости, многие отрасли используют её для крупных проектов в сложных условиях. Использование этой прочной стали экономит деньги, поскольку строители могут использовать более тонкие листы металла, сохраняя при этом высокую производительность.

Что подразумевается под дуплексной сталью?

Дуплексная сталь — это специальная нержавеющая сталь с двухкомпонентной структурой. Она примерно наполовину состоит из аустенита и наполовину из феррита. Поэтому её называют дуплексной, что означает двухкомпонентную.

Ферритная часть делает сталь очень прочной и помогает ей противостоять растрескиванию, вызванному напряжением. Это важно для крупногабаритных конструкций. Аустенитная часть делает сталь вязкой и помогает ей противостоять ржавчине в самых разных условиях, например, при контакте с соленой водой.

Это мощное сочетание делает дуплексную сталь намного лучше обычной нержавеющей стали. Дуплексная сталь вдвое прочнее обычной нержавеющей стали, например: 304. Благодаря дополнительной прочности можно использовать более тонкие металлические детали. Это сэкономит и деньги, и вес.

Является ли 304 дуплексной нержавеющей сталью?

Нет, 304 — это не дуплексная нержавеющая сталь. аустенитная нержавеющая сталь. Она имеет однофазную структуру, состоящую преимущественно из аустенита. В отличие от сбалансированной двухфазной структуры дуплексной стали, сталь 304 содержит только аустенитную фазу. 

Свойства дуплексной нержавеющей стали

Химический состав

Дуплексная сталь содержит специальные компоненты, такие как хром (от 18% до 29%), который является основным компонентом. Он образует защитный слой, препятствующий образованию ржавчины.

Молибден имеет класс чистоты до 5%, что позволяет лучше бороться с точечной коррозией, которая может образоваться при воздействии на металл агрессивной среды.

Азот добавляется для того, чтобы сделать аустенитную часть еще прочнее и лучше противостоять ржавчине.

Никель используется в небольших количествах. Он помогает сбалансировать двухкомпонентную структуру и делает дуплексную сталь более доступной по цене, чем некоторые другие прочные нержавеющие стали.

Сила и выносливость

Дуплексная сталь невероятно прочна. Её предел текучести перед остаточным изгибом составляет около 400–700 МПа. Эта огромная прочность вдвое превышает прочность стандартной нержавеющей стали.

Высокая прочность означает, что инженеры могут использовать меньше материала для проекта, что экономит как стоимость, так и вес.

Ржавеет ли дуплексная сталь?

Хотя дуплексная сталь обладает высокой коррозионной стойкостью, она не является полностью устойчивой к ржавчине. Хром образует защитный пассивный слой, предотвращающий появление ржавчины в большинстве сред. Однако при повреждении защитного слоя может возникнуть коррозия. Добавление молибдена и азота значительно повышает стойкость стали к точечной и щелевой коррозии.

Обрабатываемость стали

Из-за своей прочности дуплексная сталь резать и формовать её немного сложнее, чем другие виды нержавеющей стали. Резать её нужно с большей силой, поскольку металл очень прочный. Для качественной резки требуются очень острые инструменты, и резка должна производиться немного медленнее. Необходимо использовать большое количество охлаждающей жидкости. Цель — не допустить перегрева металла во время резки.

Типы и марки дуплексной нержавеющей стали

Тип дуплексной стали выбирается с учётом её способности противостоять коррозии, особенно образованию раковин. Для этого учёные используют число PREN (эквивалентное число стойкости к питтинговой коррозии). Чем выше значение PREN, тем лучше защита.

Какие 4 типа дуплексной стали существуют?

Основные типы дуплексной нержавеющей стали:

Lean Duplex

Этот тип имеет более низкий показатель PREN и использует менее дорогие компоненты, такие как никель и молибден. Он хорош тем, что по-прежнему вдвое прочнее стандартной нержавеющей стали 304, но лучше всего подходит для мест с умеренной коррозией, например, для резервуаров для хранения.

Стандартный дуплекс

 Это самый популярный тип стали, особенно марки 2205. Он обеспечивает наилучшее сочетание цены, прочности и устойчивости к ржавчине. Он отлично подходит для использования в средах с наличием солёной воды или хлорсодержащих химикатов.

Супер Дуплекс

 Эта сталь содержит больше хрома и молибдена, что обеспечивает ей более высокую прочность на разрыв (PREN), что делает её очень эффективной в борьбе с ржавчиной и растрескиванием под напряжением. Она используется для самых сложных работ в условиях высокой агрессивности.

Гипердуплекс

Гипердуплексная сталь обеспечивает очень хорошую коррозионную стойкость. Это самый дорогой тип дуплексной стали. В связи с высоким содержанием специальных легирующих компонентов, она используется на геотермальных электростанциях.

Дуплекс лучше нержавеющей стали?

Для нефтегазовых проектов и химической переработки дуплекс лучше, чем 304 и нержавеющая сталь 316. Однако для формуемых и менее затратных применений более подходящими являются аустенитные нержавеющие стали.

В чем разница между дуплексной сталью и сталью 316?

 Основное различие между дуплексной сталью и сталью 316 основано на трех аспектах: структура, прочность и стоимость:

Структура

Дуплекс имеет смешанную ферритно-аустенитную структуру, тогда как 316 — полностью аустенитная.

Прочность

 Предел текучести дуплексной стали составляет 400–700 МПа, что примерно в два раза выше, чем у стали 316, которая составляет 200–300 МПа.

Устойчивость к коррозии

 Дуплекс более устойчив к коррозионному растрескиванию под напряжением и точечной коррозии в хлоридных средах и поэтому лучше подходит для использования в соленой воде.

Содержание никеля

 В стали 316 содержание никеля 10-14% выше, чем дуплексной стали 4-7%, и это делает сталь 316 более дорогой.

Эффективность при низких температурах

 316 становится более прочной при низких криогенных температурах, а дуплексная сталь может стать хрупкой при температурах ниже -50 °C.

Расходы

 Дуплекс в большинстве случаев дешевле из-за меньшего содержания никеля и обладает превосходными эксплуатационными характеристиками в большинстве сфер применения.

Применение дуплексной нержавеющей стали

Для чего используется дуплекс?

Сочетание прочности и вязкости дуплексной стали делает ее идеальным материалом для сложных отраслей промышленности:

• Нефтяная и газовая промышленность: Используется на морских платформах, подводных трубопроводах и сосудах под давлением, где высокая прочность снижает вес компонентов, что упрощает монтаж в море.
• Химическая обработка: Используется в реакторах и резервуарах для хранения едких кислот, где длительный срок службы снижает затраты на техническое обслуживание.
• Морские применения: Необходим для опреснительных установок, кораблей и прибрежных сооружений, подверженных воздействию агрессивной соленой воды.
• Выработка энергии: Используется в системах десульфуризации дымовых газов и охлаждающих контурах, а супердуплексные марки используются на геотермальных объектах.
• Добыча полезных ископаемых: Применяется в выщелачивающих чанах и мешалках, работающих с кислотными шламами и абразивными материалами.

Производство и обработка дуплексной нержавеющей стали

Изготовление стали Duplex требует тщательной проработки этапов для получения идеальной двухкомпонентной структуры.

Плавление

Рабочие начинают с плавки сырья, такого как железо, хром и никель, в огромных печах. Им приходится тщательно регулировать количество каждого ингредиента, чтобы получить идеальный химический состав стали.

Формирование 

Затем сталь нагревают до высокой температуры, около 1050–1250 °C. После этого сталь прокатывают или куют, превращая в листы, прутки или трубы. Высокая температура сохраняет сталь достаточно мягкой для формовки без образования трещин.

Термическая обработка

Отжиг – важный этап термообработки дуплексной стали. В ходе этого процесса сталь снова нагревают до высокой температуры и быстро охлаждают водой. Это мгновенное охлаждение фиксирует двухкомпонентную структуру – 50/50 смесь аустенита и феррита. Этот процесс придаёт стали значительную прочность.

Дуплекс дороже нержавеющей стали?

Цены на дуплексную сталь различаются по сравнению с другими марками нержавеющей стали. Она, как правило, дешевле аустенитных марок с высоким содержанием никеля, таких как 316L, благодаря более низкому содержанию никеля. Однако дуплексная сталь стоит дороже обычной нержавеющей стали 304. 

Дуплексная сталь против других марок нержавеющей стали

При сравнении дуплексной стали с другими нержавеющими сталями дуплексная сталь будет лидировать. Она вдвое прочнее базовой стали марки 304. Следовательно, она значительно лучше предотвращает растрескивание, вызванное хлоридным стрессом. Хотя 304-я марка дешевле и легче поддается формовке для простых проектов, дуплексная сталь — это долгосрочное решение.

По сравнению с маркой 316, которая лучше противостоит питтинговой коррозии, чем 304, дуплексная сталь значительно прочнее. Кроме того, дуплексная сталь содержит менее дорогой никель, чем 316. Это свойство делает дуплексную сталь более выгодной. Марка 316 лучше подходит для эксплуатации в условиях очень низких температур. Однако дуплексная сталь обладает более высокой прочностью и общей коррозионной стойкостью в условиях соленой воды.

Вывод

Дуплексная сталь обладает высокой прочностью и коррозионной стойкостью, что позволяет использовать её во многих важных и критически важных областях применения. Вы выбираете конкретные марки стали в соответствии с требованиями PREN и условиями эксплуатации. Производители предлагают широкий ассортимент продукции для эффективного удовлетворения глобальных инженерных потребностей. 

Часто задаваемые вопросы