فولاد دوبلکس: توضیحات، مشخصات و ویژگی ها

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

امروزه، فولاد دوبلکس روز به روز محبوبیت بیشتری پیدا می کند. تقریباً تمام شرکت های فعال در زمینه متالورژی به تولید این نوع آلیاژ ضد زنگ می پردازند. در این مقاله می توانید در مورد فولاد دوبلکس و مزایای آن بیشتر بخوانید.

اطلاعات عمومی

فولاد دوبلکس در سراسر جهان شناخته شده است. او چه ویژگی هایی دارد؟ اولا، استحکام بالای این ماده باعث کاهش وزن نهایی هر محصول می شود. ثانیاً، به دلیل مقاومت بسیار زیاد خود در برابر خوردگی مشهور است. این امر به ویژه هنگامی که مقاومت ترک خوردگی در برابر خوردگی تنشی را در نظر می گیریم قابل توجه است.

شایان ذکر است که در حال حاضر مواد اولیه هنوز برای تولید کنندگان آشنا نشده است و بنابراین هر چند سال یک بار کنفرانس هایی برگزار می شود که در آن مقالات فنی در مورد تمام ویژگی های فولاد دوبلکس در نظر گرفته می شود. تاکنون، با وجود علاقه نسبتاً زیاد به این نوع محصول، سهم بازار جهانی تنها 1-3٪ است.

سابقه وقوع

شایان ذکر است که ایده ایجادفولاد دوبلکس در سال 1920 متولد شد. اما اولین مواد تنها در سال 1930 در سوئد ظاهر شد. توزیع و استفاده گسترده از این نوع مواد اولیه تنها در دهه اخیر آغاز شد. دلیل اصلی این امر در این واقعیت نهفته است که در این سال ها فناوری تولید بسیار بهبود یافته است. به ویژه، تولیدکنندگان توانسته اند محتوای نیتروژن خود را با دقت بیشتری کنترل کنند.

برای درک مزایا و دلیل به وجود آمدن فولاد ضد زنگ دوبلکس، باید دو نوع اصلی دیگر را بدانید.

آلیاژهای آستنیتی، که AISI 304 یا 08X18H10، و همچنین گریدهای فریتی AISI 430 یا 12X17 هستند، ساخت بسیار آسانی دارند. همانطور که از نام آنها پیداست، آنها عمدتا از آستنیت یا فریت تشکیل شده اند. اگرچه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، اما دارای کاستی های فنی هستند.

معایب فولادهای سنتی

اگر در مورد فولادهای آستنیتی صحبت کنیم، معایب آن عبارتند از استحکام کم، و همچنین مقاومت کم در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش. همانطور که برای مواد فریتی، استحکام آن کمی بالاتر است، اما هنوز "به ایده آل نمی رسد". علاوه بر این، جوش پذیری فولاد با افزایش ضخامت مواد بسیار بدتر می شود و در دماهای پایین کاملا شکننده می شود.

یکی دیگر از اشکالات کوچک آلیاژ آستنیتی، محتوای نیکل در ترکیب است. این منجر به هزینه بالاتر محصول می شود که البته هیچ مصرف کننده نهایی از آن راضی نیست.

مزایای دوبلکس

ایده ایجاد فولاد ضد زنگ دوبلکس از میل به معادل سازی پایه فریتی و آستنیتی به منظور بدست آوردن یک ماده جدید و با کیفیت بالاتر ناشی شد. تقریباً همان مقدار فولاد فریتی و آستنیتی مزایای زیر را به همراه داشت:

• استحکام بالا. محدوده قدرت تسلیم در 0.2٪ 400 تا 450 MPa خواهد بود که 150 تا 200 مگاپاسکال بیشتر از آلیاژهای آستنیتی یا فریتی است. این منجر به این واقعیت شد که می توان ضخامت محصول را کاهش داد، در حالی که استحکام را از دست نداد. و کاهش ضخامت باعث کاهش جرم نهایی شد. این امر در زمینه سازه های ساختمانی، مخازن و مخازن تحت فشار بسیار مهم است.
• مزایای فولاد دوبلکس در کنار استحکام چیست؟ قابلیت جوشکاری فلز حتی با ضخامت های زیاد بسیار خوب است.
• استحکام ضربه ای بالا. بسیار بهتر از آلیاژهای فریتی. این امر به ویژه زمانی صادق است که دمای هوای محیط به 50- و گاهی تا 80- درجه سانتیگراد کاهش یابد.
• مقاومت بالا در برابر ترک خوردگی تنشی. مواد آستنیتی بسیار مستعد این عیب هستند. این پارامتر در صنایعی مانند مخازن آبجوسازی، تغلیظ کننده ها، قاب های استخر نقش مهمی ایفا می کند.
• دیگ های فولادی دوبلکس بسیار قابل اعتمادتر از دیگ های آستنیتی هستند.

ترک

در حال حاضر منظم استفولاد در معرض چنین نقصی مانند ترک خوردگی یا SCC - Stress Corrosion Cracking است. این نوع خوردگی معمولاً در شرایط خاصی رخ می دهد. عامل ایجاد کننده می تواند تنش کششی قوی، دمای بالا (50 درجه سانتیگراد بالای صفر) باشد. و اگر در مورد استخرها صحبت کنیم، به دلیل قرار گرفتن مداوم در معرض آب، این نوع خوردگی می تواند حتی در دمای 25 درجه رخ دهد.

گریدهای فولاد آستنیتی کاملاً تحت تأثیر این نقص قرار دارند. آلیاژ فریت از این نظر قابل اعتمادتر است و همچنین فولاد ضد زنگ دوبلکس a890 3a مطابق با ASTM و سایر گریدها. ضریب مقاومت بالا امکان استفاده از این ماده را در تولید آبگرمکن، مخازن دم کردن، آب شیرین کن ها می دهد. یعنی جایی که افزایش دما و تماس با مایعات وجود دارد.

ساخت قاب استخر از فولادهای آستنیتی معمولی به دلیل این عیب کاملاً ممنوع است. قبلاً لازم بود از آلیاژی با محتوای نیکل بسیار بالا استفاده شود که منجر به افزایش قیمت تمام شده محصول می شد. امروزه می توان از فولاد دوبلکس یا فوق دوبلکس استفاده کرد.

مواد دوبلکس "Super" و "Hyper"

شایان ذکر است که اگر نیکل را به فولاد کروم فریتی اضافه کنید، می توانید یک ساختار پایه مخلوط به دست آورید. یعنی هم آستنیت و هم فریت خواهد داشت. همانطور که قبلاً مشخص شد ، دقیقاً چنین مخلوطی بود که شروع به نامگذاری مواد دوبلکس کرد. پیشوندهای "فوق العاده" یا "فوق العاده" فولاد دوبلکس نشان می دهد که مواد خام حاوی افزایش یافته استمقدار اجزای آلیاژی این نشان دهنده مقاومت بیشتر در برابر خوردگی نسبت به مواد معمولی است.

فولاد دوبلکس "Super" و "Hyper" کاملاً فعال در تجهیزات تولید گاز استفاده می شود. علاوه بر این، از مواد اولیه در صنایع غذایی، شیمیایی، ساختمانی و حتی پزشکی استفاده می شود.

مواد جوش

با وجود جوش پذیری خوب این محصول، قوانین خاصی باید رعایت شود. قبل از شروع جوشکاری به موارد زیر توجه کنید:

• برای اطمینان از کیفیت خوب نفوذ مواد، شکاف در ریشه اتصال و زاویه برش لبه ها باید کمی بزرگتر از فولاد معمولی باشد؛
• مفصل و همچنین فلز اطراف این محل توصیه می شود کاملاً از هرگونه آلودگی تمیز شود؛
• فقط برس های ساخته شده از سیم فلزی با مقاومت در برابر خوردگی قابل استفاده هستند؛
• الکترود جوش باید خشک باشد.

هنگام جوشکاری فولاد دوبلکس، این قوانین را دنبال کنید:

• نظارت بر پارامتری مانند گرمای ورودی بسیار مهم است. نباید خیلی کم یا برعکس خیلی زیاد باشد. برای فولاد دوبلکس معمولی، در حین جوشکاری باید محدوده 0.5-2.5 kJ/mm رعایت شود. علاوه بر این، دمای بینگذر نباید بیشتر از 200 درجه سانتیگراد باشد.
• هیچ تفاله نباید در پشت جوش ظاهر شود. در اینجا انتخاب گاز مناسب که از ریشه درز محافظت می کند بسیار مهم است.رایج ترین مخلوط گازی که برای اهداف حفاظتی استفاده می شود، آرگون با خلوص بالا و هیدروژن یا نیتروژن است.
• جوشکاری فقط باید توسط یک فرد مجرب انجام شود. این امر به این دلیل است که در مکان های سوختگی، فلز تمایل به خوردگی را بسیار افزایش می دهد و همچنین احتمال ترک خوردن نیز زیاد است.
• در طول جوشکاری، ارتعاشات عرضی گسترده ای در الکترود ایجاد نکنید. این می تواند منجر به گرمای بیش از حد ورودی شود که برخلاف قوانین است.

کار بعد از جوشکاری

دستورالعمل‌های خاصی وجود دارد که باید بعد از جوشکاری دنبال کنید.

• برای اطمینان از محافظت در برابر خوردگی بالای فلز جوش، باید کاملاً تمیز شود. لازم است فیلم اکسید را به طور کامل جدا کنید و تمام بقایای سرباره را حذف کنید.
• کار مسواک زدن فقط با دست و فقط با برس سیمی با خاصیت مقاومت در برابر خوردگی انجام می شود. در صورت استفاده از دستگاه های مکانیکی، این امر می تواند منجر به پارگی های ریز در ناحیه درز شود که باعث کاهش استحکام آن می شود.
• بیشتر اوقات، هیچ عملیات حرارتی درز پس از جوشکاری مورد نیاز نیست.

کاستی مواد اولیه

علیرغم گسترش مواد و مزایای به ظاهر آشکار و قابل توجه آن، هنوز به رسمیت شناخته نشده است و به احتمال زیاد هرگز گوی سبقت را در بازار نخواهد گرفت. این به دلیل چندین معایب است،که ارزش دانستن دارند به دلیل وجود آنها، چنین آلیاژی همیشه "جایگاه" خواهد بود.

فوراً ارزش دارد که با استحکام بالای مواد شروع کنید. این یک مزیت قابل توجه به نظر می رسد، اما زمانی که نیاز به پردازش فلز با ابزارهای مکانیکی یا فشار باشد، به یک نقطه ضعف بزرگ تبدیل می شود. یکی دیگر از معایب استحکام بالا کاهش شدید احتمال تغییر شکل پلاستیک است. به همین دلیل، مواد اولیه دوبلکس در واقع برای تولید محصولاتی که باید شکل پذیری بالایی داشته باشند، مناسب نیستند.

حتی زمانی که به نظر می رسد انعطاف پذیری در سطح قابل قبولی برای کار است، باز هم باید تلاش زیادی انجام دهید. به همین دلیل، فولادها و آلیاژهای دوبلکس برای اتصالات نفت و گاز به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند.

عیب بعدی پیچیدگی تکنولوژیکی بزرگ ذوب فولاد ضد زنگ دوبلکس است. ذوب مواد آستنیتی و فریتی بسیار ساده تر است. در صورت تخطی از تکنولوژی ساخت، به ویژه در طی فرآیند عملیات حرارتی، علاوه بر آستنیت و فریت، فازهای دیگری نیز در ماده ایجاد می شود که کاملاً نامطلوب است. اغلب، فاز سیگما یا شکنندگی 475 درجه رخ می دهد.

فازهای ناخواسته در مواد اولیه

فاز سیگما در چنین محصولی در دمای 1000 درجه سانتیگراد و بالاتر تشکیل می شود. به طور معمول، این دماها در صورتی اتفاق می‌افتند که فرآیند خنک‌سازی پس از جوشکاری یا در حین تولید به اندازه کافی سریع نباشد. علاوه بر این، عناصر آلیاژی بیشتری در آن قرار خواهند گرفتترکیب، احتمال ظهور چنین فازی بالاتر است. به عبارت دیگر، ایجاد فولاد فوق دوبلکس یا هایپر دوبلکس بسیار دشوار است.

در مورد شکنندگی 475 درجه، در مورد تشکیل فازی به نام آلفا سکته ظاهر می شود. همانطور که از نام آن پیداست، خطرناک ترین دما 475 درجه سانتیگراد است، اما این مشکل می تواند در مقادیر بسیار پایین تر، تقریباً 300 درجه نیز ظاهر شود. به همین دلیل، حداکثر محدودیت دمایی برای استفاده از محصولات از این نوع مواد خام اعمال می شود. طبیعتاً به همین دلیل دامنه فولاد بیش از پیش محدود می شود.

بر اساس همه موارد فوق می توانیم چنین نتیجه ای بگیریم. گریدهای فولادی دوبلکس راه حل و جایگزین خوبی برای مواد استاندارد هستند، اما در محدوده بسیار محدود.

نتایج

آلیاژ دوبلکس بسیار کمتر از سایر انواع فلزات استفاده می شود. با این حال، در مناطق خاصی محبوب است. اغلب در زمینه پتروشیمی، صنعت خودروسازی و در تولید استخرهای شنا استفاده می شود. جوش پذیری عالی، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش بالا، این ماده را برای بسیاری به یک یافته واقعی تبدیل کرده است.