Haku
Duplex-ruostumattomat teräkset ovat korroosiokeskeisten seosten perhe- joille on ominaista a kaksivaiheinen mikrorakenne, joka sisältää molemmat ferriitti ja austeniitti . Tämä tasapainotettu rakenne tarjoaa ainutlaatuisen yhdistelmän suurta lujuutta ja hyvää korroosionkestävyyttä, mikä tekee niistä suositun valinnan erilaisille teollisuussovelluksille.
Super duplex -ruostumattomat teräkset ovat toisaalta parannettu versio duplex -teräksistä. Heillä on korkeampi avainseoselementtien sisältö, kuten kromi , molybdeini ja typpi . Tämä lisääntynyt kemiallinen koostumus johtaa erinomaiseen korroosionkestävyyteen, etenkin ankarissa, korkean kloridiympäristöissä ja suuremmassa mekaanisessa lujuudessa verrattuna tavanomaiseen duplex-luokkaan.
Oikean materiaalin valitseminen dupleksin ja Super Duplex -teräsputket on kriittinen päätös, joka riippuu suunnitellun sovelluksen erityisistä vaatimuksista. Tekijöillä, kuten toimintaympäristöllä, vaadituilla mekaanisilla ominaisuuksilla ja kustannusrajoitteilla, on merkittävä rooli määritettäessä, mikä materiaali on sopivin ja kustannustehokkain ratkaisu.
Mikä on kaksipuolinen teräs?
Duplex -teräs, johon usein viitataan yhteinen luokka 2205 , on eräänlainen ruostumaton teräs, joka tunnetaan tasapainoisesta ferriittinen-austeniittinen mikrorakenne. Tämä kaksivaiheinen rakenne antaa sille ainutlaatuisen ominaisuuksien joukon, mukaan lukien korkea lujuus ja hyvä vastus stressikorroosiohalkeiluun. Sen kemiallinen koostumus sisältää tyypillisesti:
- Kromi (22%)
- Nikkeli (5%)
- Molybdeini (3%)
- Typpi (0,14-0,20%)
Tämä koostumus tarjoaa hyvän yleisen korroosionkestävyyden, etenkin pisteen ja raon korroosion suhteen kohtalaisissa ympäristöissä. Kaksipuoliset teräkset hitsataan ja valmistetaan myös helposti, mikä tekee niistä kustannustehokkaan valinnan sovelluksille, joissa vaaditaan korkea lujuus ja kohtalainen korroosionkestävyys.
Mikä on Super Duplex Steel?
Super duplex -teräs, yhteisen luokan olennon ollessa 2507 , on duplex -teräksen kehitys. Se on suunniteltu vaativiin sovelluksiin, jotka vaativat vielä suurempaa korroosionkestävyyttä ja voimaa. Keskeinen ero on sen tehostetussa kemiallisessa koostumuksessa, joka sisältää korkeammat keskeiset seostuselementit:
- Kromi (25%)
- Nikkeli (7%)
- Molybdeini (4%)
- Typpi (0,24-0,32%)
Näiden elementtien korkeampi pitoisuus, erityisesti typen, tarjoaa paremman vastustuskyvyn pistämiselle, rakokorroosiolle ja stressikorroosiohalkeiluun aggressiivisissa, korkean kloridi-ympäristöissä, kuten merivedessä. Lisääntynyt seostaminen johtaa myös huomattavasti suurempaan vetolujuuteen ja satolujuuteen verrattuna tavanomaiseen dupleksiluokkaan. Tämä tekee Super Duplex -terästä ihanteellisen kriittisiin sovelluksiin, joissa materiaalin vika ei ole vaihtoehto.
Kemiallinen koostumuksen vertailu
Ensisijainen ero dupleksin ja super duplex -teräsputkien välillä on niiden kemiallinen koostumus, mikä vaikuttaa suoraan niiden mekaanisiin ominaisuuksiin ja korroosionkestävyyteen. Super Duplex -teräksellä on korkeammat keskeiset seostuselementit. Tämä näkyy selkeimmin vertaamalla vakioluokkia, 2205 Duplex ja 2507 Super Duplex .
| Elementti | Duplex 2205 (WT%) | Super Duplex 2507 (WT%) |
|---|---|---|
| Kromi (CR) | 21.0 - 23.0 | 24,0 - 26,0 |
| Nikkeli (Ni) | 4,5 - 6,5 | 6,0 - 8,0 |
| Molybdeeni (MO) | 2,5 - 3,5 | 3,0 - 5.0 |
| Typpi (n) | 0,14 - 0,20 | 0,24 - 0,32 |
Kromin, molybdeenin ja typen lisääntynyt pitoisuus Super Duplex -teräksessä on avaintekijä sen ylemmässä suorituskyvyssä. Nämä elementit, erityisesti kromi ja molybdeeni, parantavat resistenssin kanssa pisteen ja raon korroosio , vaikka typpi parantaa materiaalin voimaa ja vakautta.
Mekaaniset ominaisuudet
Korkeamman seospitoisuuden, erityisesti typen, superdiplex -teräksen takia on huomattavasti suurempi mekaaninen lujuus kuin duplex -teräksellä.
| Omaisuus | Duplex 2205 | Super Duplex 2507 |
|---|---|---|
| Vetolujuus | ≥ 620 MPa (90 KSI) | ≥ 800 MPa (116 KSI) |
| Saantolujuus (0,2% siirtymä) | ≥ 450 MPa (65 KSI) | ≥ 550 MPa (80 KSI) |
| Pidennys | ≥ 25% | ≥ 15% |
Tämä ylivoimainen lujuus mahdollistaa ohuempien osien ja kevyemmän rakenteen käytön, mikä voi olla edullinen painoherkissä sovelluksissa. Tämä lisääntynyt lujuus voi kuitenkin tehdä myös super duplex -teräksestä haastavamman koneen ja valmistamisen. Super duplex -teräksen hiukan pienempi venymä osoittaa, että se on vähemmän ductive kuin duplex, yleinen kompromissi suuremmalle lujuudelle.
Korroosionkestävyys
Korroosionkestävyys on siellä, missä super duplex -teräksinen todella loistaa. Pyörityskestävyyden lukumäärä ( Pre ) on mittari, jota käytetään ruostumattoman teräksen pistävän korroosionkestävyyden ennustamiseen, ja se on laskettu kaavalla: $ pren = \%Cr 3,3 \ Times \%mo 16 \ Times \%n $.
- Duplex 2205 Pre: ~ 35-37
- Super Duplex 2507 PREN: ~ 40-45
Korkeampi PREN -arvo osoittaa paremman resistenssin korroosion pistämiselle.
- Pyöritys- ja rakokorroosio: Super Duplex Steelin korkeampi PREN tekee siitä erittäin kestävän pisteen ja raon korroosion, jopa aggressiivisissa ympäristöissä, joissa on korkeat kloridipitoisuudet, kuten merivettä. Duplex Steel tarjoaa hyvän vastuskyvyn, mutta se voi olla herkkä paikalliselle korroosiolle erittäin syövyttävissä olosuhteissa tai kohonneissa lämpötiloissa.
- Stressikorroosion halkeaminen (SCC): Sekä duplex- että super-duplex-teräksillä on erinomainen vastus kloridin aiheuttamalle SCC: lle, mikä ylittää huomattavasti perinteiset austeniittiset ruostumattomat teräkset, kuten 304 tai 316. Super Duplex tarjoaa kuitenkin vielä suuremman turvallisuuden marginaalin erittäin aggressiivisissa ympäristöissä, joissa on korkea kloridisisältö ja kohonneet lämpötilat.
- Yleinen korroosio: Molemmat seokset tarjoavat hyvän yleisen korroosionkestävyyden monille hapoille ja alkalisiin liuoksiin. Super Dupleksin tehostettu koostumus tekee siitä kuitenkin luotettavamman valinnan syövyttävimmissä happamissa tai kloridirikkaissa ympäristöissä.
Sovellukset
Valinta duplex- ja super duplex -teräsputkien välillä on voimakkaasti riippuvainen sovelluksen erityisvaatimuksista korroosionkestävyydelle, lujuudelle ja ympäristöolosuhteille.
Kaksinkertainen terässovellus:
Kaksinkertainen ruostumaton teräs on edullinen valinta monille teollisuudenaloille, joilla tarvitaan suurta vahvuutta ja hyvää korroosionkestävyyttä, mutta ympäristö ei ole erittäin aggressiivinen.
- Kemiallinen prosessointi: Käytetään lämmönvaihtimissa, paineastioissa ja säiliöissä.
- Öljy ja kaasu: Putkilinjat ja varusteet raakaöljyn ja maakaasun käsittelemiseksi.
- Meriympäristöt: Putkistojärjestelmät ja veneiden ja telakoiden rakenteelliset komponentit, joissa altistuminen merivedelle on, mutta ei vakio tai korkeissa lämpötiloissa.
- Massan ja paperiteollisuus: Komponentit, jotka altistetaan kloridia sisältäville valkaisuaineille.
- Rakennesovellukset: Sillat ja muut arkkitehtoniset elementit, jotka hyötyvät suuresta vahvuus-paino-suhteesta.
Super Duplex -terässovellukset:
Super Duplex -ruostumaton teräs on varattu vaativimmille ja kriittisille sovelluksille, joissa pieni korroosioriski voi johtaa katastrofaaliseen vikaantumiseen. Sen ylivoimaiset ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen erittäin syövyttäviin ja korkeapaineisiin ympäristöihin.
- Offshore -alustat: Käytetään laajasti nousu-, jakoputkissa ja rakenteellisissa komponenteissa, koska niiden poikkeuksellinen vastustuskyky meriveden ja korkeiden paineiden kohdalla.
- Meriveden käsittely: Kriittinen suolanpoistokasveille, palontorjuntajärjestelmille ja jäähdytysvesijärjestelmille.
- Kemialliset säiliöalukset: Lastisäiliöiden vuoraus korroosion estämiseksi aggressiivisista kemikaaleista.
- Korkeat kloridiympäristöt: Sovellukset teollisuudenaloilla, kuten kaivostoiminnassa ja lääkkeissä, joissa prosesseihin liittyy korkeat syövyttävien aineiden pitoisuudet.
- Paineastiat: Käytetään ympäristöissä, joissa on erittäin korkea paine ja lämpötilat.
Hitsaus ja valmistus
Sekä duplex- että super -duplex -teräkset ovat hitsattavia, mutta erityiset varotoimenpiteet ovat välttämättömiä niiden ainutlaatuisten ominaisuuksien ylläpitämiseksi. Näiden materiaalien hitsaamisen keskeinen haaste on varmistaa, että lopullinen hitsausmetalli ja lämpöä koskeva vyöhyke ylläpitää oikeaa ferriitti-austeniittivaiheen tasapaino . Väärä tasapaino voi johtaa mekaanisten ominaisuuksien menetykseen ja korroosionkestävyyteen.
- Duplex Steel: Duplex -teräs vaatii tyypillisesti täyteaineen, jolla on hiukan korkeampi nikkelipitoisuus kuin pohjametallilla. Tämä kompensoi typen menetyksen ja ferriittifaasin taipumuksen lisääntyä lämpövaikutteisella vyöhykkeellä, mikä voi vähentää korroosionkestävyyttä.
- Super Duplex Steel: Hitsaus Super Duplex -teräs on monimutkaisempi korkeamman seospitoisuuden vuoksi. Se on vielä herkempi lämpötilan ja hitsausparametrien muutoksille.
- Täyteaine: Austeniitin muodostumisen edistämiseksi vaaditaan erityinen superdupleksilangan, jolla on korkeampi nikkelipito
- Lämpötulo: Lämpötuloa on ratkaisevan tärkeää hitsauksen aikana hauran sigmafaasin muodostumisen välttämiseksi. Liian vähän lämpöä voi johtaa ferriitti-rikkaaseen mikrorakenteeseen, kun taas liian paljon lämpöä voi johtaa sigmafaasin muodostumiseen.
- Päällä olevan hitsatun lämpökäsittely (PWHT): Joissakin tapauksissa voidaan tarvita tietty hitsin jälkeinen lämpökäsittely ihanteellisen vaiheen tasapainon palauttamiseksi ja hitsin ominaisuuksien optimoimiseksi.
Molemmissa tapauksissa oikean hitsausmenettelyn käyttäminen, pätevät hitsaajat ja lämmöntulon hallinta ovat välttämättömiä lopputuotteen eheyden varmistamiseksi.
Kustannusvertailu
Super duplex -teräsputket ovat yleensä kalliimpia kuin duplex -teräsputket. Korkeammat kustannukset johtuvat pääasiassa kahdesta tekijästä:
- Raaka -ainekustannukset: Super Duplex -teräs sisältää korkeampia pitoisuuksia kalliita seostavia elementtejä, kuten nikkeli ja molybdeini . Näiden metallien hinta vaihtelee maailmanmarkkinoilla, mikä vaikuttaa suoraan teräksen lopullisiin kustannuksiin.
- Valmistusprosessit: Parannettu kemiallinen koostumus ja Super Duplex -teräksen suurempi lujuus voivat tehdä siitä haastavamman prosessin. Valmistusprosessit, kuten rullaaminen, taonta ja hitsaus, vaativat enemmän energiaa ja erikoistuneita laitteita, mikä edistää korkeampia tuotantokustannuksia.
Vaikka Super Duplex on kalliimpi etukäteen, sen erinomainen suorituskyky ja pidempi käyttöikä ankarissa ympäristöissä voivat johtaa merkittäviin kustannussäästöihin pitkällä aikavälillä vähentämällä huoltoa, korjauksia ja seisokkeja. Siksi valinnan tulisi perustua sekä alkuperäisten kustannusten että pitkäaikaisen arvon kattavaan arviointiin.
Edut ja haitat
Duplex Steel:
Edut:
- Kustannustehokas: Duplex Steel on taloudellisempaa kuin super duplex ja tarjoaa usein kustannustehokkaamman vaihtoehdon tavanomaisille austeniittisille luokille, kuten nikkeli ja molybdeeni, ja siinä on alhaisempi kalliiden seostuselementtien, kuten nikkeli ja molybdeeni, kuten 316L, etenkin laajamittaisissa projekteissa.
- Hyvä lujuus ja korroosionkestävyys: Se tarjoaa korkean lujuus-paino-suhteen ja erinomaisen vastustuskyvyn kloridin aiheuttamalle stressikorroosiohalkeiluun, mikä on tärkeä etu moniin austeniittisiin teräksiin nähden.
- Hyvä hitsaus: Vaikka duplex on monimutkaisempi kuin hitsaus austenitic -teräkset, se on yleensä helpompi hitsata ja valmistaa kuin super duplex, mikä mahdollistaa laajemman levityksen vakiovalmistusliikkeissä.
Haitat:
- Alempi korroosionkestävyys: Vaikka sillä on hyvä korroosionkestävyys, se ei sovellu erittäin aggressiivisiin ympäristöihin, joissa on korkeat kloridipitoisuudet ja kohonneet lämpötilat.
- Rajoitettu lämpötila -alue: Kaksinkertainen teräs voi tulla haurasta, jos altistetaan lämpötiloihin, jotka ovat yli 300 ° C (572 ° F) pitkään, koska tämä voi johtaa haitallisten metallien välisten vaiheiden muodostumiseen.
Super Duplex Steel:
Edut:
- Ylivoimainen korroosionkestävyys: Super Duplex -teräksellä on poikkeuksellinen vastus pisteen, rakojen korroosiolle ja jännityskorroosion halkeamiselle, mikä tekee siitä ihanteellisen valinnan kovimpiin ympäristöihin, mukaan lukien meri- ja offshore -sovellukset.
- Suuri lujuus: Sen huomattavasti suurempi saanto ja vetolujuus voivat johtaa vähentyneeseen materiaalin paksuuteen ja kokonaispainon säästöihin rakenteellisissa ja paineessa olevissa sovelluksissa.
- Pitkäaikainen arvo: Vaikka alkuperäinen kustannus on korkeampi, ylivoimainen kestävyys ja pidempi käyttöikä kriittisissä ympäristöissä johtavat usein alhaisempiin elinkaarikustannuksiin vähentämällä ylläpitoa, korjauksia ja seisokkeja.
Haitat:
- Korkeammat kustannukset: Kalliiden seostavien elementtien korkeampi pitoisuus tekee super duplex -teräsputkista kalliimpia kuin duplex.
- Monimutkaisempi hitsaus: Valmistus ja hitsaus vaativat tarkempaa lämmön syöttö- ja hitsausmenetelmien hallintaa halutun mikrorakenteen ylläpitämiseksi ja haurasvaiheiden muodostumisen estämiseksi.
- Alempi taipuisuus: Super Duplex -teräksen korkeampi lujuus liittyy kompromissiin, mikä tekee muodostumisesta ja koneesta haastavamman.
Yhteenveto keskeisistä eroista
| Omaisuus | Duplex 2205 | Super Duplex 2507 |
|---|---|---|
| Mikrorakenne | ~ 50% ferriitti, ~ 50% austeniitti | ~ 50% ferriitti, ~ 50% austeniitti |
| Tyypillinen koostumus | 22% CR, 5% Ni, 3% MO, 0,17% N | 25% Cr, 7% Ni, 4% MO, 0,28% N |
| Tuottolujuus | ≥ 450 MPa (65 KSI) | ≥ 550 MPa (80 KSI) |
| Vetolujuus | ≥ 620 MPa (90 KSI) | ≥ 800 MPa (116 KSI) |
| PREN | ~ 35-37 | ~ 40-45 |
| Korroosionkestävyys | Hyvä, etenkin SCC: lle ja pistäminen kohtalaisissa kloridiympäristöissä. | Superior, jolla on suuri vastustuskyky, rako korroosio ja SCC aggressiivisissa kloridiympäristöissä. |
| Sovellukset | Kemiallinen prosessointi, maalla oleva öljy ja kaasu, sellu ja paperi, rakennesovellukset. | Offshore-alustat, meriveden käsittely, suolanpoistokasvit, korkea-klooridiympäristöt. |
| Hitsaus | Hyvä, vaatii huolellisen lämmön syöttö- ja täyttömetallin korkeammalla nikkelillä. | Monimutkaisempi, vaatii tiukan lämmön syöttöhallinnan ja spesifisen täyteaineen hauran vaiheen muodostumisen estämiseksi. |
| Maksaa | Taloudellisempi; alhaisemmat alkuperäiset kustannukset. | Kalliimpi korkeamman seospitoisuuden vuoksi; Korkeammat etukäteen kustannukset. |
Tapaustutkimukset
Todellisen maailman esimerkit osoittavat duplex- ja super duplex -teräsputkien erilliset sovellukset ja hyödyt.
Tapaustutkimus: Öljy- ja kaasuputki kohtalaisen syövyttämisympäristössä
- Haaste: Yrityksen oli asennettava uusi putkilinja raakaöljyn ja maakaasun kuljettamiseksi maissa sijaitsevassa paikassa. Putkilinja altistuisi kohtalaiselle kloriditasolle ympäröivästä maaperästä ja satunnaisesti kosteutta.
- Materiaalivalinta: Suunnittelutiimi valitsi Duplex 2205 Teräsputket.
- Perustelu: Kaksipuolinen teräs tarjosi korkean satolujuuden, mikä mahdollistaa ohuemman seinämän paksuuden ja vähentyneen materiaalin painon perinteiseen hiiliteräkseen verrattuna. Sen erinomainen vastus kloridien aiheuttamalle stressikorroosiohalkeiluun ja yleiseen korroosioon olivat riittävä erityisiin ympäristöolosuhteisiin, mikä tarjoaa luotettavan ja pitkäaikaisen liuoksen ilman kalliimman seoksen lisäkustannuksia.
- Tulos: Projekti saatiin päätökseen budjetin puitteissa, ja putkilinja on suorittanut luotettavasti, osoittaen, että kaksipuolinen teräs on optimaalinen valinta sovelluksiin, joissa sen ominaisuudet ovat täysin linjassa ympäristö- ja mekaanisten vaatimusten kanssa.
Tapaustutkimus: meriveden jäähdytysjärjestelmä offshore -alustalla
- Haaste: Uusi offshore-öljyalusta vaati kattavan putkistojärjestelmän meriveden jäähdytykseen, palontorjuntaan ja nesteen siirtoon. Järjestelmä altistetaan vakiona, korkean kloridin meriveden, korkeiden paineiden ja vaihteleville lämpötiloille, mikä tekee siitä erittäin aggressiivisen ympäristön.
- Materiaalivalinta: Määritelty insinöörit Super Duplex 2507 Teräsputket kaikille kriittisille putkistoille.
- Perustelu: Super Duplexin ylivoimainen korroosionkestävyys sen korkealla pren-arvolla ei ollut neuvoteltavissa tälle sovellukselle. Materiaalin kyky kestää pistorasia, rakokorroosio ja stressin korroosiohalkeaminen merivedessä oli välttämätöntä alustan turvallisuuden ja toiminnan eheyden varmistamiseksi. Sen korkea mekaaninen lujuus mahdollisti myös pienempien halkaisijan putkien käytön ohuemmilla seinämillä, mikä vähensi merkittävästi ylärakenteen kokonaispainoa, mikä on tärkein hyöty offshore-rakenteessa.
- Tulos: Super duplex -teräsputket tarjosivat kestävän ja matalan ylläpitävän ratkaisun, minimoimalla kalliiden vikojen riski ja varmistaa alustan kriittisten järjestelmien pitkäaikainen luotettavuus. Suurempi alkuinvestointi oli perusteltu materiaalin pidentyneellä käyttöikällä ja vähentyneiden ylläpitotarpeiden avulla tässä vaativassa ympäristössä.
