Duplex čelik: opis, specifikacije i značajke

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Danas, duplex čelik postaje sve popularniji. Proizvodnjom ove vrste nehrđajuće legure bave se praktički sve tvrtke iz područja metalurgije. Više o tome što je duplex čelik i koje su mu prednosti možete pročitati u ovom članku.

Opće informacije

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

Vrijedi reći da u ovom trenutku sirovina još nije postala poznata proizvođačima, te se stoga svakih nekoliko godina održavaju konferencije na kojima se razmatraju tehnički članci o svim značajkama duplex čelika. Do sada, unatoč prilično velikom interesu za ovu vrstu proizvoda, globalni tržišni udio iznosi samo 1-3%.

Povijest 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 uporaba ove vrste sirovina počela je tek u posljednjem desetljeću. Glavni razlog tome leži u činjenici da je tijekom ovih godina tehnologija proizvodnje znatno unaprijeđena. Konkretno, proizvođači su mogli preciznije kontrolirati svoj sadržaj dušika.

Da biste razumjeli prednosti i zašto je nastao duplex nehrđajući čelik, morate razumjeti druge dvije glavne vrste.

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 doseže" ideal. Osim toga, zavarljivost čelika uvelike se pogoršava s povećanjem debljine materijala i postaje prilično krhak 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 nehrđajućeg čelika proizašla je iz želje da se izjednači feritna i austenitna baza kako bi se dobio novi, kvalitetniji materijal. Približno ista količina feritnog i austenitnog čelika rezultirala je sljedećim prednostima:

• Visoka čvrstoća. Raspon 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 gubi snagu. A smanjenje debljine uzrokovalo je smanjenje konačne mase. Ovo je vrlo važno u području građenja konstrukcija, spremnika i posuda pod tlakom.
• 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. To je osobito istinito kada temperatura okolnog zraka padne na -50, a ponekad i na -80 stupnjeva Celzija.
• Visoka otpornost na korozijsko pucanje pod naprezanjem. Austenitni materijali su vrlo skloni ovom nedostatku. Ovaj parametar igra važnu ulogu u industrijama kao što su spremnici za pripremu piva, koncentratori, okviri bazena.
• Duplex čelični kotlovi su mnogo pouzdaniji od austenitnih kotlova.

Cracking

Trenutno redovitočelik podliježe takvom nedostatku kao što je korozijsko pucanje ili SCC - Stress Corrosion Cracking. Ova vrsta korozije obično se javlja pod određenim uvjetima. Uzročnik može biti jako vlačno naprezanje, povišena temperatura (50 stupnjeva Celzija iznad nule). A ako govorimo o bazenima, onda se zbog stalne izloženosti vodi ova vrsta korozije može pojaviti i na 25 stupnjeva.

Ovim nedostatkom dosta su pogođene klase austenitnog čelika. Pouzdanija je u tom pogledu feritna legura, kao i dupleks nehrđajući čelik a890 3a prema ASTM i drugim razredima. Visok koeficijent otpornosti omogućuje korištenje ovog materijala u proizvodnji bojlera, spremnika za pivo, desalinizacijskih postrojenja. Odnosno, tamo gdje postoji povećana temperatura i kontakt s tekućinama.

Potpuno je zabranjeno izrađivati okvire bazena od običnih austenitnih čelika zbog ovog nedostatka. Prije je bilo potrebno koristiti leguru s vrlo visokim udjelom 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 feritnom krom čeliku dodate nikal, možete dobiti mješovitu baznu strukturu. To jest, sadržavat će i austenit i ferit. Kao što je već postalo jasno, upravo se takva mješavina počela nazivati dupleksnim materijalom. Prefiksi "super" ili "hyper" duplex čelik označavaju da sirovina sadrži povećanukoličina legirajućih komponenti. To ukazuje na još veću otpornost na koroziju od konvencionalnih materijala.

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

Materijal za zavarivanje

Unatoč dobroj zavarljivosti ovog proizvoda, moraju se poštivati određena pravila. Prije početka zavarivanja obratite pozornost na sljedeće:

• kako bi se osigurala dobra kvaliteta prodiranja materijala, razmak u korijenu spoja i kut rezanja rubova trebaju biti nešto veći nego kod običnog čelika;
• fug, kao i metal oko ovog mjesta, preporuča se temeljito očistiti od bilo kakve kontaminacije;
• mogu se koristiti samo četke od metalne žice otporne na koroziju;
• elektroda za zavarivanje mora biti suha.

Dok zavarite duplex čelik, slijedite ova pravila:

• Vrlo je važno pratiti parametar kao što je unos topline. Ne smije biti preniska ili, obrnuto, previsoka. Za obični duplex čelik, tijekom zavarivanja treba se pridržavati raspona od 0,5-2,5 kJ/mm. Osim toga, temperatura međuprolaza ne smije biti veća od 200 stupnjeva Celzija.
• Na poleđini vara ne smije se pojaviti šljaka. Ovdje je vrlo važno odabrati pravi plin koji će zaštititi korijen šava. Najčešće korištena mješavina plinova u zaštitne svrhe je argon visoke čistoće i vodik ili dušik.
• Zavarivanje smije izvoditi samo visoko kvalificirana osoba. To je zbog činjenice da će na mjestima opeklina metal uvelike povećati sklonost koroziji, a postoji i velika vjerojatnost pucanja.
• Tijekom zavarivanja ne stvarajte široke poprečne vibracije elektrode. To može dovesti do prevelikog unosa topline, što će biti protivno pravilima.

Rad nakon zavarivanja

Postoje određene smjernice koje treba slijediti nakon zavarivanja.

• Kako bi se osigurala visoka zaštita od korozije metala šava, potrebno ga je temeljito očistiti. Potrebno je potpuno ukloniti oksidni film i ukloniti sve ostatke troske.
• Radovi četkanja obavljaju se 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 toplinska obrada šava nakon zavarivanja.

Nedostaci sirovina

Unatoč raširenosti materijala i njegovim naizgled očitim i značajnim prednostima, još uvijek nije dobio univerzalno priznanje i, najvjerojatnije, nikada neće preuzeti vodstvo na tržištu. To je zbog nekoliko nedostataka,koje vrijedi znati. Zbog njih će takva legura uvijek biti "niša".

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. Drugi nedostatak visoke čvrstoće je snažno smanjenje mogućnosti plastične deformacije. Iz tog razloga, duplex sirovine zapravo nisu prikladne za proizvodnju proizvoda koji moraju imati visoku duktilnost.

Čak i kada je plastičnost, čini se, na prihvatljivoj razini za rad, još uvijek morate uložiti velike napore. Iz tog razloga, duplex čelici i legure za naftu i plinske armature nisu široko korišteni.

Sljedeći nedostatak je velika tehnološka složenost taljenja duplex nehrđajućeg čelika. Austenit i feritni materijal se mnogo lakše rastopi. Ako se prekrši tehnologija izrade, osobito tijekom procesa toplinske 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 stupnjeva.

Neželjene faze u sirovinama

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

Što se tiče lomljivosti od 475 stupnjeva, ona se pojavljuje u slučaju stvaranja faze koja se naziva alfa-hod. Kao što naziv govori, najopasnija temperatura je 475 stupnjeva Celzija, no problem se može pojaviti i pri puno nižim vrijednostima, otprilike 300 stupnjeva. Zbog toga se nameće maksimalno temperaturno ograničenje za korištenje proizvoda od ove vrste sirovina. Naravno, zbog toga je opseg čelika još više sužen.

Na temelju svega navedenog možemo izvući takav zaključak. Duplex čelika su dobro rješenje i zamjena za standardne materijale, ali u vrlo uskom opsegu.

Rezultati

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