0
04136674922

همه اطلاعات کاربردی از فولادهای زنگ نزن دوپلکس که نیاز دارید بدانید

فولادهای زنگ نزن گروه وسیع و پر کاربردی از فولادها هستند که بیشتر برای مقاومت در برابر انواع خوردگی ها توسعه یافته اند. عنصر پایه و اصلی آلیاژی در این فولادها کروم است که حداقل حدود ۱۱ درصد در ترکیب آن ها وجود دارد. نقش اصلی مقاومت به خوردگی در این فولادها به عهده کروم است. کروم با تشکیل اکسید کروم در سطح فولاد، چون از نظر شیمیایی ترکیبی بسیار پایدار است، سبب جلوگیری از نفوذ اکسیژن و ترکیب آن با لایه­ های زیرین می ­شود. به همین خاطر نقش مقاومت به خوردگی را ایفا می­نماید. لایه چسبنده اکسید کروم بسیار نازک (با ضخامتی در حد چند اتم) است. کروم عنصری است که موجب پایداری ساختار فریت با شبکه BCC می ­شود. پس از کروم عنصر آلیاژی دیگر که بیشترین تاثیر را روی فولادهای زنگ نزن دارد، نیکل است. اضافه شدن نیکل به آهن موجب پایداری آهن با شبکه بلوری FCC شده و لذا ناحیه مربوط به فاز آستنیت را گسترش می­ دهد. نمودار تعادلی آهن ـ نیکل نشان می­ دهد که با وجود مقدار کافی از نیکل، آستنیت در تمام دماهای بالاتر از دمای اتاق پایدار است. در آلیاژ دوتایی آهن و نیکل به منظور پایدار شدن کامل آستنیت به حدود ۳۰ درصد نیکل نیاز است ولی در حضور مقدار کافی کروم، مقدار به مراتب کمتری نیکل برای پایداری آستنیت نیاز است. در نتیجه آلیاژهای حاوی ۱۸% کروم و ۸% نیکل از دماهای زیردمای اتاق تا دمای ذوب کاملاً آستنیتی ­اند. برای مطالعه فولادهای زنگ نزن از سیستم سه فازی آهن ـ نیکل ـ کروم استفاده می شود.

علاوه بر کروم و نیکل، عناصر آلیاژی دیگری چون مولیبدن، منگنز، نیتروژن، مس و غیره ساختار فولادهای زنگ نزن را تشکیل داده و باعث خواص و کاربری متفاوت آن ها می شوند. علاوه بر مقاومت به خوردگی، ویژگی های دیگری چون شکل پذیری عالی، چقرمگی زیاد در دمای اتاق و دماهای زیر صفر، مقاومت خوب در برابر پوسته شدن، اکسایش و خزش در دماهای بالا، جوش پذیری و قابلیت ریخته گری باعث کاربرد زیاد انواع فولادهای زنگ نزن در کاربری های مختلف صنعتی شده است.

متداول ترین دسته بندی فولادهای زنگ نزن بر اساس ریز ساختار فازی آن ها در دمای محیط صورت گرفته است، بر این اساس فولادهای زنگ نزن به انواع مارتنزیتی، فریتی، آستنیتی، دو فازی فریتی – آستنیتی یا دوپلکس و سختی رسوبی تقسیم می شود.

 

فولادهای زنگ نزن دوفازی یا دوپلکس (Duplex)

 

فولادهای زنگ نزن دوفازی یا دوپلکس را به نحوی آلیاژسازی کرده و تهیه می­ کنند که دارای میکروساختاری متشکل از تقریباً مقادیر یکسان فریت و آستنیت باشد. این میکروساختار و ماهیت ترکیب شیمیایی این فولاد که حاوی درصد نسبتاً زیادی از کروم و مولیبدن است، موجب شده است تا این فولادها با استحکامی تقریباً دو برابر استحکام فولادهای زنگ نزن آستنیتی آنیل شده از مقاومت بسیار خوب خوردگی در ارتباط با خوردگی­ های حفره­ای، شیاری و تنشی در محیط های سولفیدی و کلریدی برخوردار باشند. در این فولادها به منظور اطمینان از تشکیل فریت در حد کافی، در گستره بالا اغلب کروم را حداکثر و نیکل را حداقل می­ گیرند و به علاوه مقداری مولیبدن به عنوان عنصر پایدار کننده فریت هم وارد آلیاژ می ­کنند.

مقدار فریت و آستنیت تشکیل شده در ضمن کارگرم و یا آنیل کردن این فولادها تابعی از دماست. در دماهای بالاتر مقادیر بیشتری از فریت به وجود می ­آید. بنابراین به منظور داشتن مقادیر مشخص و مورد نظر از فریت و آستنیت، دماهای کارگرم را باید در گستره دمایی ۱۲۰۰-۱۰۰۰ درجه سانتیگراد کنترل کرد. خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن دوفازی تابعی از شکل­ پذیری و رفتار فریت و آستنیت است. با کاهش دما، استحکام تسلیم و کشش این فولادها افزایش می­ یابد ولی انعطاف ­پذیری تقریباً یکسان باقی می ­ماند. این رفتار بیانگر جبران کاهش شدید انعطاف­ پذیری فریت BCC با انعطاف ­پذیری آستنیت FCC است. فاز فریت نسبت به تردی ۴۷۵ درجه سانتیگراد و تشکیل فاز سیگما در گستره دمایی ۹۵۰-۶۰۰ درجه سانتیگراد حساس است. همچنین در گستره دمایی ۱۰۵۰-۵۶۰ درجه سانتیگراد ممکن است کاربیدهای کروم تشکیل شود. در نتیجه در فرایند تولید این نوع فولادها، سریع سرد کردن از گستره دمایی یاد شده ممکن است لازم باشد.

 

سقف فرودگاه بین المللی حمد در دوحه قطر از فولاد زنگ نزن دوپلکس ساخته شده است.

 

پل Helix در سنگاپور از فولاد زنگ نزن دوپلکس ۲۲۰۵ ساخته شده است.

 

فولادهای زنگ نزن دوپلکس برای کاهش مشکلات خوردگی بین دانه ای در فولادهای سری ۳۰۰ پرکربن توسعه پیدا کرد.

 

فولادهای زنگ نزن دوپلکس کار شده در ۵ گروه عمده قرار می­ گیرند:

 

  • فولادهای دوپلکس ضعیف (Lean duplex):

مثل گرید ۲۳۰۴ (۱٫۴۳۶۲) با UNS No.:S32304 با مولیبدن کمتر

 

  • فولادهای دوپلکس استاندارد (Standard duplex):

مثل گرید ۲۲۰۵ (۱٫۴۴۶۲) با UNS: S31803 & S32205: این گرید بیشترین سهم از بازار فولادهای دوپلکس را داراست (حدود %۸۰). S32205 نسبت به S31803 شکل تجاری ­تر فولاد ۲۲۰۵ (۱٫۴۴۶۲) است.

گرید S32205 با %۲۳-۲۱ کروم، %۵/۶-۵/۴ نیکل، %۵/۳-۳ مولیبدن و %۲/۰-۱۴/۰ نیتروژن

گرید S31803 با %۲۳-۲۱ کروم، %۵/۶-۵/۴ نیکل، %۵/۳-۵/۲ مولیبدن و %۲۲/۰-۱/۰ نیتروژن

 

  • فولادهای دوپلکس ۲۵ کروم (۲۵ Cr Duplex):

مثل آلیاژ ۲۵۵ (۱٫۴۵۰۷) با UNS No.: S32550 دارای %۲۷-۲۴ کروم، %۵/۶-۵/۴ نیکل، %۹/۳-۹/۲ مولیبدن و %۲۵/۰-۱/۰ نیتروژن و مقدار PREN کمتر از ۴۰

 

  • فولادهای سوپر دوپلکس (Super Duplex):

آلیاژهای با PREN بین ۴۵-۴۰ و مقدار کروم، نیکل و نیتروژن بیشتر نسبت به دوپلکس ­ها مثل گرید ۲۵۰۷ (S32750 و  ۱٫۴۴۱۰) و گرید ۱٫۴۵۰۱ یا S32760 

 

  • فولادهای هایپر دوپلکس (Hyper Duplex):

فولادهای زنگ نزن دوپلکس پر آلیاژ با PREN بزرگ تر از ۴۵: مثل گرید S32707 با %۲۹-۲۶ کروم، %۹۵-۵/۵ نیکل، %۵-۴ مولیبدن، %۵/۰-۳۰% نیتروژن

 

PREN چیست؟ PREN چگونه محاسبه می شود؟

 

 

مخازن فولاد زنگ نزن دوپلکس ۲۲۰۵

 

خواص مطلوب فولادهای زنگ نزن دوپلکس می­ تواند ناشی از تعادل فازی %۷۰-۳۰ فریت و آستنیت باشد. عامل مهم دیگر در این فولادها به تاخیر افتادن تشکیل فازهای مزاحم، مخرب و ترد سیگما، کای (chi) و لاوز (Laves) (فازهای بین فلزی) در زمینه فریتی با حضور مقدار کافی نیتروژن در محلول جامد است.

 

عملیات حرارتی فولادهای زنگ نزن دوپلکس

 

اثرات عناصر آلیاژی در فولادهای دوپلکس:

 

کروم: افزایش مقاومت به خوردگی و مقاومت به اکسیدان در دماهای بالا، حداقل مقدار کروم در فولادهای سری ۳۰۰، %۱۶ و در دوپلکس ­ها %۲۰ است.

 

مولیبدن: افزایش مقاومت به pitting و crevice corrosion در محیط های کلردار. به دلیل تمایل Mo به تشکیل فازهای بین فلزی مخرب معمولاً مقدار آن در دوپلکس ­ها کمتر از %۴ نگهداشته می شود.

 

نیتروژن: نیتروژن مقاومت به حفره­ دار شدن و خوردگی شیاری را در این فولادها کاهش می ­دهد. استحکام دوپلکس ­ها را افزایش می­ دهد و انعطاف ­پذیری آن ها را به دلیل مقدار فاز آستنیت و کاهش فازهای بین فلزی افزایش می ­دهد. اثر مهم نیتروژن به تاخیر انداختن (نه حذف) تشکیل و رسوب فازهای بین فلزی است تا فولادهای دوپلکس شکل بگیرند و خواص مورد نظر را داشته باشند. نیتروژن آستنیت­ زدایی قوی بوده و می ­تواند جایگزین مقداری نیکل در ترکیب شود. حضور نیتروژن استحکام بخشی فاز آستنیت از طریق کار سختی را افزایش می­ دهد. از اثرات دیگر نیتروژن در فولادهای زنگ نزن دوپلکس اینست که دمای تشکیل آستنیت از فریت را افزایش می­ دهد و باعث می شود تبدیل فریت به آستنیت در دماهای بالاتری شروع گردد.

 

نیکل: حضور نیکل ساختار کریستالی فولاد زنگ نزن را از BCC (فریتی) به FCC (آستنیتی) تبدیل می ­کند. نیکل نیز می ­تواند تشکیل فازهای مخرب بین فلزی را در فولادهای آستنیتی به تاخیر بیندازد ولی تاثیر آن کمتر از نیتروژن است. ساختار FCC مسئول تافنس عالی ساختار آستنیتی است.

 

واحد MSF نمک زدایی آب دریا از فولاد زنگ نزن دوپلکس ۲۲۰۵  و S32101

 

در  فایل پیوست این مطلب، مرجع ارزشمندی برای ساخت فولادهای زنگ نزن دوپلکس ارائه شده است. این مطلب توسط شرکت TMR Stainless تهیه و توسط IMOA (انجمن بین المللی مولیبدن) منتشر شده است و موضوعات زیر در آن مورد توجه بوده است:

 

  • تاریخچه فولادهای زنگ نزن دوپلکس

 

  • ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن دوپلکس و نقش هر یک از عناصر در ترکیب آن

 

  • متالورژی فولادهای زنگ نزن دوپلکس

 

  • مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن دوپلکس

 

  • خواص مکانیکی و فیزیکی فولادهای زنگ نزن دوپلکس

 

  • برشکاری، شکل دهی و ماشین کاری فولادهای زنگ نزن دوپلکس

 

  • جوشکاری فولادهای زنگ نزن دوپلکس

 

  • تمیزکاری نهایی فولادهای زنگ نزن دوپلکس

 

  • کاربرد فولادهای زنگ نزن دوپلکس

 

  • جدول مشخصات انواع فولادهای زنگ نزن دوپلکس

 

 

راهنمای کاربردی فولادهای زنگ نزن دوپلکس را در ۶۸ صفحه از عصر مواد دریافت کنید.

 

Practical guidelines for the fabrication of Duplex Stainless Steel-3rd Edition-2014

 

 

شما می توانید در خصوص فولادهای زنگ نزن دوپلکس این مطالب را هم از عصر مواد بخوانید:

 

۴ گروه آلیاژی پرکاربرد از فولادهای زنگ نزن دوپلکس و سوپر دوپلکس در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

 

فولاد زنگ نزن دوپلکس ۲۲۰۵ + دیتاشیت سازنده ها

 

در تهیه این مطلب از منابع زیر استفاده شده است:

 

  • عملیات حرارتی فولادها تالیف دکتر گلعذار
  • ساختار، خواص و کاربرد آلیاژهای مهندسی ویلیام اسمیت ترجمه دکتر اکرمی و سیدریحانی
  • مقاله The Ferrite Content of Austenitic Stainless Steel Weld Metal نوشته سی.جی.لانگ و دبلیو.تی.دلانگ
  • مقاله Practical guidelines for the fabrication of Duplex Stainless Steel 3rd Edition
ارسال دیدگاه