Дуплексті болат: сипаттамасы, техникалық сипаттамалары және мүмкіндіктері

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Бүгінде дуплексті болат барған сайын танымал болып келеді. Тот баспайтын қорытпаның осы түрін өндірумен іс жүзінде металлургия саласындағы барлық компаниялар айналысады. Дуплексті болат деген не және оның қандай артықшылықтары бар екенін осы мақаладан оқи аласыз.

Жалпы ақпарат

Дуплексті болат бүкіл әлемде танылған. Оның қандай қасиеттері бар? Біріншіден, бұл материалдың жоғары беріктігі кез келген өнімнің соңғы салмағын азайтуға мүмкіндік береді. Екіншіден, ол коррозияға үлкен төзімділігімен танымал. Бұл әсіресе кернеулі коррозияға төзімділікті қарастырғанда байқалады.

Айта кету керек, қазіргі уақытта шикізат өндірушілерге әлі таныс емес, сондықтан бірнеше жыл сайын дуплексті болаттың барлық ерекшеліктері туралы техникалық мақалалар қарастырылатын конференциялар өткізіледі. Әзірге бұл өнім түріне деген қызығушылықтың жоғары болуына қарамастан, әлемдік нарықтағы үлесі небәрі 1-3% құрайды.

Болғандар тарихы

Жасау идеясын атап өткен жөндуплексті болат 1920 жылы дүниеге келген. Бірақ алғашқы материал тек 1930 жылы Швецияда пайда болды. Шикізаттың бұл түрін кеңінен тарату және пайдалану соңғы онжылдықта ғана басталды. Мұның басты себебі осы жылдар ішінде өндіріс технологиясының айтарлықтай жетілдірілуінде жатыр. Атап айтқанда, өндірушілер азот құрамын дәлірек басқара алды.

Артықшылықтарын және неліктен дуплексті тот баспайтын болаттың пайда болғанын түсіну үшін қалған екі негізгі түрін түсіну керек.

AISI 304 немесе 08X18H10, сондай-ақ AISI 430 немесе 12X17 ферритті сорттары болып табылатын аустенитті қорытпаларды өндіру өте оңай. Олардың аты айтып тұрғандай, олар негізінен аустенит немесе ферриттен тұрады. Кеңінен қолданылғанымен, олардың техникалық кемшіліктері бар.

Дәстүрлі болаттардың кемшіліктері

Егер біз аустениттік болаттар туралы айтатын болсақ, онда кемшіліктерге беріктігі төмен, сонымен қатар кернеулі коррозия крекингіне төзімділігі төмен. Ферритті материалға келетін болсақ, оның беріктігі сәл жоғары, бірақ бәрібір идеалға «жетпейді». Сонымен қатар, болаттың дәнекерлеу қабілеті материал қалыңдығының ұлғаюымен айтарлықтай нашарлайды және төмен температурада айтарлықтай сынғыш болады.

Аустениттік қорытпаның тағы бір кішігірім кемшілігі - композициядағы никель мөлшері. Бұл өнімнің қымбаттауына әкеледі, бұл, әрине, ешбір тұтынушыны қанағаттандырмайды.

Дуплексті артықшылықтар

Дуплексті тот баспайтын болатты жасау идеясы жаңа, жоғары сапалы материал алу үшін феррит пен аустениттік негізді теңестіру ниетінен туындады. Шамамен бірдей мөлшердегі ферритті және аустениттік болат келесі артықшылықтарға әкелді:

• Жоғары беріктік. 0,2% шамасындағы аққыштық шегі 400-ден 450 МПа-ға дейін болады, бұл аустенитті немесе ферритті қорытпалармен салыстырғанда 150-ден 200 МПа-ға артық. Бұл беріктігін жоғалтпай, өнімнің қалыңдығын азайтуға болатындығына әкелді. Ал қалыңдықтың төмендеуі соңғы массаның төмендеуіне себеп болды. Бұл құрылыс конструкциялары, резервуарлар және қысымды ыдыстар саласында өте маңызды.
• Дуплексті болаттың беріктіктен басқа артықшылықтары қандай? Металлдың дәнекерлеу қабілеті үлкен қалыңдықта да өте жақсы.
• Соққыға төзімділігі жоғары. Ферритті қорытпаларға қарағанда әлдеқайда жақсы. Бұл әсіресе қоршаған ауа температурасы -50, кейде Цельсий бойынша -80 градусқа дейін төмендегенде дұрыс.
• Стресстік коррозия крекингіне жоғары төзімділік. Аустенитті материалдар бұл ақауға өте бейім. Бұл параметр сыра қайнату цистерналары, концентраторлар, бассейн рамалары сияқты салаларда маңызды рөл атқарады.
• Дуплексті болат қазандықтары аустениттік қазандықтарға қарағанда әлдеқайда сенімді.

Жарылу

Қазір тұрақтыболат коррозиялық крекинг немесе SCC - Stres Corrosion Cracking сияқты ақауларға ұшырайды. Мұндай коррозия әдетте белгілі бір жағдайларда орын алады. Қоздырғыш күшті созылу кернеуі, жоғары температура (нөлден жоғары 50 градус Цельсий) болуы мүмкін. Ал егер бассейндер туралы айтатын болсақ, онда судың тұрақты әсерінен коррозияның бұл түрі тіпті 25 градуста да болуы мүмкін.

Остениттік болат маркалары бұл ақауға айтарлықтай әсер етеді. Осыған байланысты ферритті қорытпа, сондай-ақ ASTM және басқа сорттарға сәйкес дуплексті тот баспайтын болат a890 3a сенімдірек. Қарсылықтың жоғары коэффициенті бұл материалды су жылытқыштарын, сыра қайнату цистерналарын, тұзсыздандыру қондырғыларын өндіруде қолдануға мүмкіндік береді. Яғни, температура жоғарылаған және сұйықтықтармен байланысы бар жерде.

Бұл ақауға байланысты кәдімгі аустениттік болаттан бассейн рамаларын жасауға мүлдем тыйым салынады. Бұрын никель мөлшері өте жоғары қорытпаны пайдалану қажет болды, бұл өнімнің өзіндік құнының өсуіне әкелді. Бүгінде дуплексті немесе супер дуплексті болатты пайдалануға болады.

"Супер" және "Гипер" дуплексті материал

Айта кету керек, егер сіз ферритті хромды болатқа никель қоссаңыз, аралас негіз құрылымын алуға болады. Яғни, оның құрамында аустенит те, феррит те болады. Белгілі болғандай, дәл осындай қоспаны дуплексті материал деп атай бастады. «Супер» немесе «гипер» дуплексті болат префикстері шикізат құрамында жоғарылағанлегирленген компоненттердің мөлшері. Бұл кәдімгі материалдарға қарағанда коррозияға төзімділігін көрсетеді.

«Супер» және «гипер» дуплексті болат газ өндіру жабдықтарында белсенді қолданылады. Сонымен қатар, шикізат тамақ, химия, құрылыс және тіпті медицина салаларында қолданылады.

Дәнекерлеу материалы

Бұл өнімнің жақсы дәнекерлеу қабілетіне қарамастан, белгілі бір ережелерді сақтау қажет. Дәнекерлеуді бастамас бұрын мыналарға назар аударыңыз:

• материалдың жақсы ену сапасын қамтамасыз ету үшін түйіспе түбіріндегі саңылау және жиектерді кесу бұрышы қарапайым болаттан сәл үлкенірек болуы керек;
• біріктірілген жерді, сондай-ақ осы жердің айналасындағы металды кез келген ластанудан мұқият тазалау ұсынылады;
• тек коррозияға төзімді металл сымнан жасалған щеткаларды пайдалануға болады;
• дәнекерлеу электроды құрғақ болуы керек.

Дуплексті болатты дәнекерлеу кезінде мына ережелерді орындаңыз:

• Жылу беру сияқты параметрді бақылау өте маңызды. Ол тым төмен немесе керісінше тым жоғары болмауы керек. Қарапайым дуплексті болат үшін дәнекерлеу кезінде 0,5-2,5 кДж/мм диапазонын сақтау керек. Сонымен қатар, өткел аралық температура Цельсий бойынша 200 градустан аспауы керек.
• Дәнекерленген тігістің артқы жағында бөртпе пайда болмауы керек. Мұнда тігістің тамырын қорғайтын дұрыс газды таңдау өте маңызды. Қорғаныс мақсатында ең көп қолданылатын газ қоспасы жоғары таза аргон және сутегі немесе азот болып табылады.
• Дәнекерлеуді тек жоғары білікті маман жүргізуі керек. Бұл күйген жерлерде металдың коррозияға бейімділігін айтарлықтай арттыратынына байланысты, сонымен қатар крекингтің ықтималдығы жоғары.
• Дәнекерлеу кезінде электродтың кең көлденең тербелістерін жасамаңыз. Бұл ережеге қайшы келетін тым көп қызуға әкелуі мүмкін.

Дәнекерлеуден кейінгі жұмыс

Дәнекерлеуден кейін белгілі бір нұсқауларды орындау керек.

• Дәнекерленген металды коррозиядан жоғары қорғауды қамтамасыз ету үшін оны мұқият тазалау керек. Тотықты қабықшаны толығымен алып тастау және шлактың барлық қалдықтарын жою қажет.
• Қылқау жұмыстары тек қолмен және коррозияға төзімді қасиеттері бар сым щеткамен ғана орындалады. Механикалық құрылғылар пайдаланылса, бұл тігіс аймағында микро жыртылып, оның беріктігін төмендетеді.
• Көбінесе дәнекерлеуден кейін тігісті термиялық өңдеу қажет емес.

Шикізаттың кемшіліктері

Материалдың таралуына және оның айқын және маңызды артықшылықтарына қарамастан, ол әлі де жалпыға бірдей мойындалған жоқ және, ең алдымен, нарықта ешқашан жетекші орын алмайды. Бұл бірнеше кемшіліктерге байланысты,білуге тұрарлық. Олардың арқасында мұндай қорытпа әрқашан «тауашақ» болады.

Бірден материалдың жоғары беріктігінен бастаған жөн. Бұл айтарлықтай артықшылық болып көрінеді, бірақ металды механикалық немесе қысыммен өңдеу қажет болған кезде ол үлкен кемшілікке айналады. Жоғары беріктіктің тағы бір кемшілігі пластикалық деформация мүмкіндігінің күшті төмендеуі болып табылады. Осы себепті, дуплексті шикізат икемділігі жоғары болуы керек кез келген өнімдерді өндіруге жарамайды.

Пластика жұмыс үшін қолайлы деңгейде болып көрінсе де, сізге әлі де көп күш салу керек. Осы себепті мұнай және газ арматурасына арналған дуплексті болаттар мен қорытпалар кеңінен қолданылмайды.

Келесі кемшілік – тот баспайтын болатты дуплексті балқытудың үлкен технологиялық күрделілігі. Аустенитті және ферритті материалды балқыту әлдеқайда оңай. Егер өндіру технологиясы бұзылса, әсіресе термиялық өңдеу процесінде материалда аустенит пен ферриттен басқа басқа фазалар пайда болады, бұл мүлдем жағымсыз. Көбінесе сигма фазасы немесе 475 градус сынғыштық орын алады.

Шикізаттағы қажетсіз фазалар

Сигма фазасы мұндай өнімде Цельсий бойынша 1000 градус және одан жоғары температурада қалыптасады. Әдетте, бұл температуралар дәнекерлеуден кейін немесе өндіріс кезінде салқындату процесі жеткілікті жылдам болмаса пайда болады. Сонымен қатар, құрамында көбірек легирленген элементтер боладықұрамы, мұндай фазаның пайда болу ықтималдығы соғұрлым жоғары болады. Басқаша айтқанда, супер дуплексті немесе гипер дуплексті болатты жасау өте қиын.

475 градус сынғыштыққа келетін болсақ, ол альфа-инсульт деп аталатын фазаның пайда болуы жағдайында пайда болады. Аты айтып тұрғандай, ең қауіпті температура Цельсий бойынша 475 градус, бірақ мәселе әлдеқайда төмен мәндерде, шамамен 300 градуста пайда болуы мүмкін. Осыған байланысты шикізаттың осы түрінен өнімдерді пайдалануға максималды температуралық шектеу қойылады. Әрине, осыған байланысты болаттың қолдану аясы одан да тарылды.

Жоғарыда айтылғандардың барлығына сүйене отырып, осындай қорытынды жасауға болады. Дуплексті болат сорттары стандартты материалдар үшін жақсы шешім және ауыстыру болып табылады, бірақ өте тар ауқымда.

Нәтижелер

Дуплексті қорытпа металдардың басқа түрлеріне қарағанда әлдеқайда аз қолданылады. Дегенмен, ол белгілі бір аймақтарда танымал. Көбінесе ол мұнай-химия саласында, автомобиль өнеркәсібінде және бассейндер өндірісінде қолданылады. Өте жақсы дәнекерлеу қабілеті, коррозияға төзімділігі және жоғары тозуға төзімділігі бұл материалды көптеген адамдар үшін нағыз олжа етеді.