معرفی فولادهای زنگ نزن دوپلکس

توجه به علم مواد و متالورژی نه تنها میتواند در بهره وری و انتخاب صحیح مواد در صنایع كمك شایان نماید بلکه از لحاظ اقتصادی و كمك به كاهش هزینه های اولیه ساخت، نگهداری ومحافظت از خوردگی بسیار موثر خواهد بود. پس از سالها مشاهده خسارت های ناشی از خوردگی و زنگ زدگی فولاده های ساده در محیط های خورنده و اتمسفری علم و تکنولوژی توانست فولاد های زنگ نزن آستنیتی AISI 304,316,… و فریتی … AISI 430,409L, و مارتنزیتی AISI 420,410 را ابداع نماید، اما پس از مشخص شدن ضعفها و كاستی های فولادهای فوق الذكر، دانشمندان علم مواد و متالورژی توانستند با مطالعات گسترده فولادهای دو فازی یا دوپلکس را به جهانیان معرفی نمایند.به نظر نگارنده، سال 1991 ، سال انقلاب و تحول در علم مواد بخصوص در زمینهه مهندسی خوردگی بود كه در آن فولادهای دوپلکس با مقاومت به خوردگی فوق العاده و همچنین تنش تسلیم بسیار بالا كه حدود دو برابر فولاد های زنگ نزن آستنیتی متداول مانند 316L و 304 میباشد، در مقیاس صنعتی ساخته شد. به عنوان مثال رآكتوری را كه برای كار در محیط های خورنده با فولادهای زنگ نزن مثه 316L ساخته می شد میتوان با حدود 2 درصد وزن قبلی از فولاد زنگ نزن دوپلکس ساخته و مقاومت در برابر یونهای خورنده، بخصوص كلر و گوگرد به صورت غیر قابل باوری افزایش یابد.

 

Duplex Stainless Steel

 

duplex steel 

 

فولادهای زنگ نزن دوپلکس و انواع متداول آن

این فولادها دارای تركیبات شیمیایی و زیرساختار متوازن (Duplex) و تقریبا نسبت مساوی فریتی و آستنیتی هستند. خواص این دسته از فولادهای زنگ نزن به طور خلاصه در زیر آمده است:
1- تركیب شیمیایی براساس كروم و مولیبدن بالا به ترتیب مقاومت به خوردگی بین دانه ای و خوردگی حفره ای را بهبود می بخشد.
2- افزودن نیتروژن میتواند به وسیله مکانیسم محلول جامد بین نشینی، سختی ساختار را افزایش داده كه در نهایت راندمان مقاومت و چقرمگی را ارتقاء می بخشد.
3- زیر ساختار دو فازی متضمن مقاومت بالا بوده و در مقاب ایجاد حفره و ترك ناشی از شکست خوردگی تحت تنش (SCC) از خود مقاومت نشان میدهد.
4- چقرمگی فولادهای زنگ نزن دوپلکس نسبت به فولاد های زنگ نزن فریتی بالاتر است، اما نسبت به فولاد های زنگ نزن آستنیتی پایین تر می باشد.
5- این فولادها به راحتی قاب جوشکاری بوده و دارای مقاومت كششی بالایی هستند.

 

فولاد زنگ نزن دوپلکس (دوتایی) 2205AISI -DIN 1.4462
هنگامی كه عملیات حرارتی به درستی در مورد فولاد زنگ نزن دوپلکس (دوتایی)2205 اعمال میشود در ساختار متالورژیکی آن آستنیت و فریت به طور مساوی ایجاد خواهد شد. ساختار مورد نظر، 2205 را در مقابل شکست خوردگی تحت تنش( SCC) مقاومتر از فولاد های زنگ نزن آستنیتی نظیر 304 و 316 مینماید .كرم بالاتر همراه با مولیبدن و نیتروژن مقاومت در برابر حفره ای شدن و افزایش خوردگی را در حضور یون كلر به میزان قاب توجهی بهبود میبخشد .در بیشتر محیط ها، مقاومت به خوردگی 2205 از 316 بسیار بهتر بوده به اضافه اینکه عموما تنش تسلیم (مقاومت در برابر تغییر شک پلاستیك) در 2205 تقریبها دو برابر فولادهای زنگ نزن آستنیتی می باشد. رفتار فیزیکی فولاد 2205 در دمای 55 درجه سانتی گراد، از نرم به ترد تبدیل شده لذا دمای كاربری این فولاد – عمدتا در محدوده 55 درجه الی 355 + درجه سانتی گراد می باشد.
فولاد 2205 به صورت بسیار قاب توجهی در محیط های حاوی یون كلر و سولفید هیدروژن مانند محیط های دریایی، استخراج نفت و گاز مقاوم و كاربرد دارد.

 

كابرد عمده این فولاد در خطوط لوله، مخازن تحت فشار، مخازن حمل و نگهداری، صنایع نیشکر، چوب و كاغذ و صنایع معدن می باشد بطوریکه فولاد 2205 به صورت همه جانبه ای در خطوط لوله و مخازن استخراج نفت و گاز از چاههای ترش و پالایشگاهها و محیط های دارای یون كلرو سولفید به كار می رود. 2205 نیز در مبدلهای حرارتی كه آب شور یا آب دارای یون كلر جهت خنك كن به كار می رود استفاده میشود. 2205 با استاندارد ASTMA240 مطابق با  1/4462 DIN با استاندارد EN10088-2 می باشد.

 

 رفتار خستگی
استحکام بالای فولاد 2205 ، مقاومت خوبی نیز در مقاب خستگی ایجاد می كند. برای مثال در مورد 2205 و 316L در آزمایش خستگی تنش معکوس در دمای اتاق نشان داد كه حد خستگی نزدیك به تنش تسلیم آنها بود و این یعنی حد خستگی 2205 دو برابر 316L میباشد. در بسیاری از كاربردها خستگی همراه با خوردگی مقاومت خستگی را كاهش داده كه 2205 در این مورد بسیار بهتهر ازفولادهای آستنیتی از خود مقاومت نشان میدهد.

 

 كار سرد
2205 شک پذیری خوبی داشته ولی با توجه به تنش تسلیم بالای آن قدرت بیشتری برای شک پهذیری سرد نیاز دارد. برای مثال نورد سرد 2205 در مقایسه با سایر فولادهای آستنیتی می بایستی با % 65 بار و قدرت بیشتر نسبت به فولادهای آستنیتی صورت پذیرد و كشش عمیق در این فولاد نیاز به یك آنی واسطه دارد. ظرفیت محدوده ماكزیمم فولاد 2205 در خمکاری توسط دستگاه نسبت به سایر فولادهای آستنیتی تقریبا نصف می باشید. بدین معنی كه حداقل شعاع خم داخل برای این فولاد باید 3 برابر ضخامت ورق باشد.

فولاد 2205 رفتار فنری بیشتری از فولاد های ساختمانی نشان داده كه این مورد جبران محدودیت های خم كاری را مینماید.

 

ماشين كاری
مقاومت بالا و تنش تسلیم بالای 2205 در عین حال كه در كاربرد ها بسیار مفید می باشد ولی مقداری قابلیت تراشکاری را كاهش میدهد. سرعت برش تقریبا 25 % كمتر از فولاد 304 بوده و ابزار تراشکاری باید خیلی نزدیك به تلورانس های مورد نظر مورد استفاده قرار گیرد تا از كار سختی بیش از اندازه جلوگیری شود. ابزار بزرگتر می تواند پایداری و تأثیر بیشتری در مقابل اتلاف گرمایی از خود بروز دهد . ابزار با زاویه شیار بزرگتر، لبه های تیز، سطح صاف،  نرخ بارگذاری وعمق برش در ایجاد كار سختی سطح بسیار به یکدیگر مرتبطند. برش توسط مایعات از بهترین روش ها می باشد.

 

جوش كاری
فولاد 2205 جوش پذیری خوبی در تمامی كاربردها داشته و با متد TIG-MIG-SAW و PAW سازگاری دارد.
تزریق گاز نیتروژن در جوشکاری باید ساختار آستنیتی متداول را تضمین نماید. حرارت اعمالی باید كمتر از 2Kj/mm بوده و دمای بیشتر از 155 درجه سانتی گراد نباشد. ضریب انبساط حرارتی پایین تر 2205 در مقایسه با سایر فولادهای زنگ نزن باعث كاهش كجی و انحراف و تنش های مشترك خارجوش خواهد شد. اگر چه اغلب پیشگرمی در جوش ضروری نیست ولی برای محدوده های ضخیم تر توصیه میگردد.
پیش گرمی عمدتا در محدوده 155 الی 255 درجه سانتی گراد توصیه میشود. گرم كردن بعد از جوشکاری چقرمگی و
مقاومت خوردگی بین دانه ای را به حالت اول باز می گرداند.

 

مقاومت خوردگی
عموما مقاومت به خوردگی فولاد 2205 از 316 و 317L بسیار بهتر است.در ذیر رفتار انواع خوردگی در فولاد 2205 تشریح می گردد.

 

خورندگی حفره ای (Pitting)

مقاومت خورگی حفره ای در محیط های اسیدی با حضور یون كلر بسیار مهم می باشد. شرایط فوق منجر به نفوذ موضعی در لایه سطح فولاد و ایجاد حفره دانه ای عمیق شده كه آثار تخریبی آن خیلی بیشتر از حفره های سطحی می باشد.

 

 كار سرد
2205 شک پذیری خوبی داشته ولی با توجه به تنش تسلیم بالای آن قدرت بیشتری برای شک پذیری سرد نیاز دارد. برای مثال نورد سرد 2205 در مقایسه با سایر فولادهای آستنیتی می بایستی با % 65 بار وقدرت بیشتر نسبت به فولادهای آستنیتی صورت پذیرد. ظرفیت محدوده ماكزیمم فولاد 2205 در خمکاری توسط دستگاه نسبت به سایر فولادهای آستنیتی تقریبا نصف می باشید. بدین معنی كه حداقل شعاع خم داخل برای این فولاد باید 3 برابر ضخامت ورق باشد. فولاد 2205 رفتار فنری بیشتری از فولاد های ساختمانی نشان داده كه این مورد جبران محدودیت های خم كاری را
مینماید.

 


اكسيداسيون
مقاومت اكسیداسیون فولاد 2205 درمصارف متناوب و ثابت تا دمای 955 درجه سانتی گراد خوب بود .اگر چه مصرف ثابت بین 355 درجه سانتی گراد الی 955 درجه فولاد را ترد و مقاومت خوردگی را كاهش می دهد.
برای مثال مبدل های حرارتی در دماهای بالا بدون هیچ مشکلی مورد استفاده قرار میگیرند ومی توان با سرد كردن ناگهانی یا كوئنچ و چقرمگی و مقاومت خوردگی 2205 را به حالت اول بازگرداند.

 

خوردگی محيطی
مقاومت خوردگی محیطی فولاد 2205 بسیار بالا و غیر قاب مقایسه با كلیه فولادهای آستنیتی موجود می باشد.

 

 

خوردگی بين دانه ای
حساسیت خوردگی بین دانه ای در HAZ زمانی است كه دما بین 455 تا 555 درجه سانتی گراد باشد .در این دما كاربیدها در مرزدانه ها رسوب می نمایند و هنگامی كه در معرض محیا خورنده قرار بگیرد امکان آسیب توسط خوردگی مرز دانه وجود خواهد داشت .اما به لحاظ كم بودن كربن در 2205 این نوع خوردگی در این فولاد اتفاق نمی افتد.

 

شکست خوردگی تحت تنش (SCC)
شکست خوردگی تحت تنشSTRESS CORROSION CRACKING در فولادهای زنگ نزن آستنیتی در زمانی اتفاق می افتد كه فولاد در محیا كلریدی و تحت تنش و دمای بالاتر از 65 درجه سانتی گراد قرار گیرد. تنش از طریق اعمال نیرو یا پسماند نیرو ها از كار سرد اعمالی یا جوش در فولاد بوجود می آید و یون كلر لزوما به مقدار زیاد نباید وجود داشته باشد. حتی اگر مقدار كمی از نمك به صورت موضعی نیز موجود باشد تأثیر خود را خواهد گذاشت و با توجه به مطالب مذكور ارزیابی رخ دادن شکست خوردگی تنش بسیار سخت می باشد.
جایی كه این پدیده رخ میدهد، افزایش بهره وری با كاهش تنش اعمالی یا كاهش تنش های پسماند و یا تعدی حرارت امکان پذیر می باشد. 2205 بسیار كمتر از سایر فولادهای زنگ نزن آستنیتی در معرض این نوع خوردگی قرار می گیرد.

 

 

 خوردگی سایشی
با توجه به تلفیق سختی بالای اولیه و كار سختی و مقاومت به خوردگی فولاد 2205 ، مقاومت این فولاد در برابر خوردگی سایشی كه به وسیله ذرات جامد و صلب و سایش از محلولها ایجاد می شود ، بسیار بالا است.

 

خستگی خوردگی
از آنجایی كه فولاد 2205 مقاومت بسیار بهتری از سایر فولادهای زنگ نزن در برابر خوردگی دارد و مقاومت تنش تسلیم نسبت به آنها نیز دو برابر است، بنابر این در آزمایش خستگی خمش چرخشی انجام شده در محلول 3% نمك طعام PH7 و دمای 45 درجه سانتی گراد و 6555 دور در دقیقه، فولاد 2205 با تنش Mpa 2× 435 بعد از 15 دور تناوبی چرخش خمشی می شکند، این در حالی است كه فولاد 316 با تنش Mpa 265 در این آزمایش خواهد شکست.

 

خلاصه و نتيجه گيری
فولادهای زنگ نزن دوپلکس در مقایسه با فولادهای زنگ نزن آستنیتی متداول مانند 316L دارای مزیت های زیر می باشند.
1- تنش تسلیم (مقاومت در برابر تغییر شک پلاستیك) دو برابر
2- مقاومت به خوردگی بسیار بالاتر در محیا های حاوی یون كلرید و سولفید
3- مقاومت بسیار بالاتر در برابر خوردگی حفره ای (Pitting) و شکست خوردگی تحت تنش (Stress Corrosion Cracking)

 

 

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

بخش های مورد نیاز علامت گذاری شده اند

نشانی ایمیل منتشر نخواهد شد

نویسنده : آدرس سایت : ایمیل :

تعداد 1 دیدگاه برای نوشته " معرفی فولادهای زنگ نزن دوپلکس" ارسال شده است .

    مسیح 21 خرداد 1397 در 4:12 ب.ظ
  1. در جوشکاری فولاد داپلکس ۲۲۰۵, آیا میتوان از smaw استفاده کرد؟
    در پوزیشن 1F, از چه الکترودی استفاده بشود؟

  2. پاسخ

0

شبکه های اجتماعی

دانشنامه تخصصی مهندسی ایران را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

0 0

عضویت در خبرنامه

برای دریافت آخرین اخبار در زمینه مهندسی شامل نرم افزارها، استانداردها و آموزش ها به سامانه اطلاع رسانی ما بپیوندید.

بدون پرداخت هزینه، تا هر وقت بخواهید.

تست

همکاران ما

گروه مپنا
گروه مپنا
دانشگاه تهران
دانشگاه تهران
سایپا
سایپا
ایران خودرو
ایران خودرو
شرکت ملی نفت ایران
شرکت ملی نفت ایران
ذوب‌آهن اصفهان
ذوب‌آهن اصفهان
فولاد خوزستان
فولاد خوزستان
مشاوره

نیاز به مشاوره دارید؟

 
                    همکاران ما پاسخگو شما خواهند بود.