Duplex staal: beschrijving, specificaties en kenmerken

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Vandaag de dag wordt duplex staal steeds populairder. Vrijwel alle bedrijven op het gebied van metallurgie houden zich bezig met de productie van dit type roestvaste legering. In dit artikel lees je meer over wat duplex staal is en welke voordelen het heeft.

Algemene informatie

Duplex staal wordt over de hele wereld erkend. Welke eigenschappen heeft ze? Ten eerste maakt de hoge sterkte van dit materiaal het mogelijk om het uiteindelijke gewicht van elk product te verminderen. Ten tweede staat het bekend om zijn enorme weerstand tegen corrosie. Dit is vooral merkbaar als we kijken naar de weerstand tegen spanningscorrosie.

Het is de moeite waard om te zeggen dat de grondstof op dit moment nog niet bekend is bij fabrikanten, en daarom worden om de paar jaar conferenties gehouden waar technische artikelen worden overwogen over alle kenmerken van duplex staal. Ondanks de vrij grote belangstelling voor dit type product, is het wereldwijde marktaandeel tot dusver slechts 1-3%.

Geschiedenis van voorkomen

Het is vermeldenswaard dat het idee van het creëren vanduplex staal werd geboren in 1920. Maar het eerste materiaal verscheen pas in 1930 in Zweden. De brede distributie en het gebruik van dit type grondstof begon pas in het laatste decennium. De belangrijkste reden hiervoor ligt in het feit dat in deze jaren de productietechnologie sterk is verbeterd. Producenten hebben met name hun stikstofgeh alte nauwkeuriger kunnen beheersen.

Om de voordelen te begrijpen en waarom duplex roestvast staal werd geboren, moet u de andere twee hoofdtypen begrijpen.

Austenitische legeringen, die AISI 304 of 08X18H10 zijn, evenals AISI 430 of 12X17 ferritische kwaliteiten, zijn vrij eenvoudig te vervaardigen. Zoals hun naam al aangeeft, bestaan ze voornamelijk uit austeniet of ferriet. Hoewel ze veel worden gebruikt, hebben ze technische tekortkomingen.

Nadelen van traditioneel staal

Als we het hebben over austenitisch staal, dan zijn de nadelen een lage sterkte en een lage weerstand tegen spanningscorrosie. Wat betreft het ferritische materiaal, de sterkte ervan is iets hoger, maar "bereikt" nog steeds niet het ideaal. Bovendien verslechtert de lasbaarheid van staal sterk naarmate de materiaaldikte toeneemt en wordt het behoorlijk bros bij lage temperaturen.

Een ander klein nadeel van de austenitische legering is het nikkelgeh alte in de samenstelling. Dit leidt tot hogere productkosten, waar natuurlijk geen enkele eindgebruiker blij mee is.

Duplex voordelen

Het idee om duplex roestvrij staal te maken kwam voort uit de wens om de ferritische en austenitische basis gelijk te stellen om een nieuw materiaal van hogere kwaliteit te krijgen. Ongeveer dezelfde hoeveelheid ferritisch en austenitisch staal leverde de volgende voordelen op:

• Hoge sterkte. Het vloeigrensbereik van 0,2% zal 400 tot 450 MPa zijn, wat 150 tot 200 MPa meer is dan gezien kan worden bij austenitische of ferritische legeringen. Dit leidde ertoe dat het mogelijk is om de dikte van het product te verminderen, zonder kracht te verliezen. En de afname in dikte veroorzaakte een afname van de uiteindelijke massa. Dit is erg belangrijk op het gebied van bouwconstructies, tanks en drukvaten.
• Wat zijn de voordelen van duplex staal naast sterkte? De lasbaarheid van het metaal is redelijk goed, zelfs bij grote diktes.
• Hoge slagvastheid. Veel beter dan ferritische legeringen. Dit is vooral het geval wanneer de temperatuur van de omgevingslucht da alt tot -50, en soms tot -80 graden Celsius.
• Hoge weerstand tegen spanningscorrosie. Austenitische materialen zijn zeer vatbaar voor dit defect. Deze parameter speelt een belangrijke rol in industrieën zoals brouwtanks, concentrators, zwembadframes.
• Duplex stalen ketels zijn veel betrouwbaarder dan austenietketels.

Kraken

Momenteel regelmatigstaal is onderhevig aan zo'n defect als corrosiescheuren of SCC - Stress Corrosion Cracking. Dit type corrosie treedt meestal op onder bepaalde omstandigheden. De veroorzaker kan een sterke trekspanning zijn, verhoogde temperatuur (50 graden Celsius boven nul). En als we het over zwembaden hebben, dan kan dit type corrosie door de constante blootstelling aan water zelfs bij 25 graden optreden.

Austenitische staalsoorten zijn behoorlijk aangetast door dit defect. Een ferritische legering is in dit opzicht betrouwbaarder, evenals duplex roestvast staal a890 3a volgens ASTM en andere kwaliteiten. Door de hoge weerstandscoëfficiënt kan dit materiaal worden gebruikt bij de productie van boilers, brouwtanks, ontziltingsinstallaties. Dat wil zeggen, waar sprake is van een verhoogde temperatuur en contact met vloeistoffen.

Vanwege dit defect is het volledig verboden om zwembadframes te maken van gewoon austenitisch staal. Voorheen was het noodzakelijk om een legering te gebruiken met een zeer hoog nikkelgeh alte, wat leidde tot een stijging van de kosten van het product. Tegenwoordig kan duplex of super duplex staal worden gebruikt.

"Super" en "Hyper" duplex materiaal

Het is de moeite waard om te zeggen dat als je nikkel toevoegt aan het ferritische chroomstaal, je een gemengde basisstructuur kunt krijgen. Dat wil zeggen, het zal zowel austeniet als ferriet bevatten. Zoals al duidelijk is geworden, was het precies zo'n mengsel dat een duplex-materiaal begon te worden genoemd. De voorvoegsels "super" of "hyper" duplex staal geven aan dat de grondstof een verhoogdede hoeveelheid legeringscomponenten. Dit duidt op een nog grotere weerstand tegen corrosie dan conventionele materialen.

"Super" en "hyper" duplex staal wordt vrij actief gebruikt in gasproductieapparatuur. Daarnaast worden grondstoffen gebruikt in de voedings-, chemische, bouw- en zelfs medische industrie.

Lasmateriaal

Ondanks de goede lasbaarheid van dit product, moeten bepaalde regels in acht worden genomen. Let op het volgende voordat u begint met lassen:

• om een goede kwaliteit van de penetratie van het materiaal te garanderen, moeten de opening bij de wortel van de verbinding en de snijhoek iets groter worden gemaakt dan bij gewoon staal;
• de verbinding, evenals het metaal rond deze plek, wordt aanbevolen om grondig te worden gereinigd van elke verontreiniging;
• alleen borstels van metaaldraad met corrosieweerstand kunnen worden gebruikt;
• laselektrode moet droog zijn.

Volg tijdens het lassen van duplex staal deze regels:

• Het is erg belangrijk om een dergelijke parameter als warmte-invoer te bewaken. Het mag niet te laag of juist te hoog zijn. Voor gewoon duplex staal moet tijdens het lassen een bereik van 0,5-2,5 kJ/mm worden aangehouden. Bovendien mag de interpass-temperatuur niet hoger zijn dan 200 graden Celsius.
• Er mag geen slak op de achterkant van de las verschijnen. Hier is het erg belangrijk om het juiste gas te kiezen dat de wortel van de naad beschermt. Het meest gebruikte gasmengsel voor beschermende doeleinden is zeer zuiver argon en waterstof of stikstof.
• Lassen mogen alleen worden uitgevoerd door een hooggekwalificeerd persoon. Dit komt door het feit dat het metaal op plaatsen van brandwonden de neiging tot corrosie aanzienlijk zal vergroten, en er is ook een grote kans op barsten.
• Maak tijdens het lassen geen brede transversale trillingen van de elektrode. Dit kan leiden tot te veel warmte-inbreng, wat in strijd is met de regels.

Werk na het lassen

Er zijn bepaalde richtlijnen die u moet volgen na het lassen.

• Om een hoge corrosiebescherming van het lasmetaal te garanderen, moet het grondig worden gereinigd. Het is noodzakelijk om de oxidefilm volledig te verwijderen en alle slakresten te verwijderen.
• Borstelwerk wordt alleen met de hand gedaan en alleen met een staalborstel met corrosiebestendige eigenschappen. Als mechanische apparaten worden gebruikt, kan dit leiden tot microscheurtjes in het naadgebied, waardoor de sterkte afneemt.
• Meestal is geen warmtebehandeling van de naad na het lassen vereist.

Tekortkomingen van grondstoffen

Ondanks de verspreiding van het materiaal en de schijnbaar voor de hand liggende en significante voordelen, heeft het nog steeds geen universele erkenning gekregen en zal het hoogstwaarschijnlijk nooit het voortouw nemen op de markt. Dit heeft te maken met een aantal nadelen,die het weten waard zijn. Hierdoor zal zo'n legering altijd "niche" zijn.

Het is meteen de moeite waard om te beginnen met de hoge sterkte van het materiaal. Het lijkt een belangrijk voordeel, maar het wordt een enorm nadeel wanneer het noodzakelijk wordt om metaal mechanisch of onder druk te bewerken. Een ander nadeel van hoge sterkte is een sterke vermindering van de mogelijkheid van plastische vervorming. Om deze reden zijn duplex-grondstoffen eigenlijk niet geschikt voor de productie van producten die een hoge ductiliteit moeten hebben.

Zelfs wanneer de plasticiteit, zo lijkt het, op een acceptabel niveau is voor werk, moet je nog steeds grote inspanningen leveren. Om deze reden worden duplex staalsoorten en legeringen voor olie- en gasfittingen niet veel gebruikt.

Het volgende nadeel is de grote technologische complexiteit van het smelten van duplex roestvast staal. Austenitisch en ferritisch materiaal is veel gemakkelijker te smelten. Als de fabricagetechnologie wordt geschonden, vooral tijdens het warmtebehandelingsproces, zullen zich naast austeniet en ferriet andere fasen in het materiaal vormen, wat volledig ongewenst is. Meestal treedt sigmafase of brosheid van 475 graden op.

Ongewenste fasen in grondstoffen

Sigma-fase wordt gevormd in een dergelijk product bij 1000 graden Celsius en hoger. Meestal treden deze temperaturen op als het koelproces na het lassen of tijdens de productie niet snel genoeg gaat. Bovendien zullen de meer legeringselementen worden opgenomen insamenstelling, hoe groter de kans op het verschijnen van een dergelijke fase. Met andere woorden, het maken van superduplex of hyperduplex staal is buitengewoon moeilijk.

Wat betreft de brosheid van 475 graden, deze verschijnt in het geval van de vorming van een fase die alfa-slag wordt genoemd. Zoals de naam al aangeeft, is de gevaarlijkste temperatuur 475 graden Celsius, maar het probleem kan ook optreden bij veel lagere waarden, ongeveer 300 graden. Hierdoor wordt er een maximale temperatuurbeperking opgelegd aan het gebruik van producten uit dit type grondstof. Hierdoor wordt het toepassingsgebied van staal natuurlijk nog verder verkleind.

Op basis van al het bovenstaande kunnen we zo'n conclusie trekken. Duplex staalsoorten zijn een goede oplossing en vervanging voor standaard materialen, maar in een zeer beperkt bereik.

Resultaten

Duplexlegering wordt veel minder vaak gebruikt dan andere soorten metalen. Het is echter populair in bepaalde gebieden. Meestal wordt het gebruikt in de petrochemie, de auto-industrie en bij de productie van zwembaden. Uitstekende lasbaarheid, corrosieweerstand en hoge slijtvastheid maken dit materiaal voor velen een echte vondst.