เหล็กดูเพล็กซ์: คำอธิบาย ข้อมูลจำเพาะ และคุณสมบัติ

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

วันนี้ เหล็กเพล็กซ์กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นเรื่อยๆ จวนทุกบริษัทในด้านโลหะวิทยามีส่วนร่วมในการผลิตโลหะผสมสแตนเลสประเภทนี้ คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมว่าเหล็กดูเพล็กซ์คืออะไรและมีข้อดีอย่างไรในบทความนี้

ข้อมูลทั่วไป

Duplex steel เป็นที่ยอมรับไปทั่วโลก เธอมีคุณสมบัติอะไรบ้าง? ประการแรก ความแข็งแรงสูงของวัสดุนี้ช่วยลดน้ำหนักสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ใดๆ ประการที่สอง มีชื่อเสียงในด้านความทนทานต่อการกัดกร่อนอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาถึงความต้านทานการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้น

เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การกล่าวว่าในขณะนี้ผู้ผลิตยังไม่คุ้นเคยกับวัตถุดิบ ดังนั้นจึงมีการจัดประชุมทุกสองสามปีซึ่งมีการพิจารณาบทความทางเทคนิคเกี่ยวกับคุณสมบัติทั้งหมดของเหล็กดูเพล็กซ์ จนถึงตอนนี้ แม้ว่าจะมีความสนใจในผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ค่อนข้างสูง แต่ส่วนแบ่งการตลาดทั่วโลกอยู่ที่ 1-3% เท่านั้น

ประวัติการเกิด

น่าสังเกตว่าแนวคิดในการสร้างสรรค์เหล็กกล้าดูเพล็กซ์ถือกำเนิดขึ้นในปี พ.ศ. 2463 แต่วัสดุชิ้นแรกปรากฏเฉพาะในปี 2473 ในสวีเดนเท่านั้น การกระจายและการใช้วัตถุดิบประเภทนี้ในวงกว้างเริ่มขึ้นในทศวรรษที่ผ่านมาเท่านั้น เหตุผลหลักคือในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเทคโนโลยีการผลิตได้รับการปรับปรุงอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผู้ผลิตสามารถควบคุมปริมาณไนโตรเจนได้แม่นยำยิ่งขึ้น

เพื่อให้เข้าใจถึงประโยชน์และเหตุผลที่ดูเพล็กซ์สแตนเลสถือกำเนิด คุณต้องเข้าใจอีกสองประเภทหลัก

โลหะผสมออสเทนนิติก ซึ่งได้แก่ AISI 304 หรือ 08X18H10 และเกรดเฟอร์ริติก AISI 430 หรือ 12X17 นั้นค่อนข้างง่าย ตามชื่อที่บ่งบอก พวกมันประกอบด้วยออสเทนไนต์หรือเฟอร์ไรต์เป็นส่วนใหญ่ แม้ว่าจะใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ก็มีข้อบกพร่องทางเทคนิค

ข้อเสียของเหล็กแบบดั้งเดิม

หากเราพูดถึงเหล็กกล้าออสเทนนิติก ข้อเสีย ได้แก่ ความแข็งแรงต่ำ และความต้านทานต่ำต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้น สำหรับวัสดุเฟอร์ริติกนั้นมีความแข็งแรงสูงกว่าเล็กน้อย แต่ก็ยัง "ไม่ถึง" ในอุดมคติ นอกจากนี้ ความสามารถในการเชื่อมของเหล็กจะลดลงอย่างมากตามความหนาของวัสดุที่เพิ่มขึ้น และค่อนข้างเปราะที่อุณหภูมิต่ำ

ข้อเสียเล็กๆ อีกประการหนึ่งของโลหะผสมออสเทนนิติกคือปริมาณนิกเกิลในองค์ประกอบ สิ่งนี้นำไปสู่ต้นทุนที่สูงขึ้นของผลิตภัณฑ์ ซึ่งแน่นอนว่าไม่มีผู้บริโภคปลายทางพึงพอใจ

ผลประโยชน์ดูเพล็กซ์

แนวคิดในการสร้างเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์มาจากความปรารถนาที่จะให้เบสเฟอริติกและออสเทนนิติกเท่ากันเพื่อให้ได้วัสดุใหม่คุณภาพสูงขึ้น ปริมาณเหล็กเฟอริติกและออสเทนนิติกในปริมาณที่เท่ากันโดยประมาณทำให้เกิดประโยชน์ดังต่อไปนี้:

• แรงสูง. ช่วงความแข็งแรงของผลผลิตที่ 0.2% จะอยู่ที่ 400 ถึง 450 MPa ซึ่งมากกว่า 150 ถึง 200 MPa ที่สามารถมองเห็นได้ด้วยโลหะผสมออสเทนนิติกหรือเฟอริติก ส่งผลให้สามารถลดความหนาของผลิตภัณฑ์ได้โดยไม่สูญเสียความแข็งแรง และความหนาที่ลดลงทำให้มวลสุดท้ายลดลง สิ่งนี้สำคัญมากในด้านโครงสร้างอาคาร แท็งก์ และภาชนะรับแรงดัน
• เหล็กดูเพล็กซ์นอกจากความแข็งแรงมีข้อดีอย่างไร ? การเชื่อมโลหะนั้นค่อนข้างดีแม้ว่าจะมีความหนามาก
• รับแรงกระแทกสูง ดีกว่าโลหะผสมเฟอริติกมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออุณหภูมิอากาศแวดล้อมลดลงถึง -50 และบางครั้งถึง -80 องศาเซลเซียส
• ทนต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้นสูง วัสดุออสเทนนิติกมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่องนี้มาก พารามิเตอร์นี้มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ถังกลั่น, หัวผสม, โครงสระน้ำ
• หม้อต้มเหล็กกล้าดูเพล็กซ์น่าเชื่อถือกว่าหม้อต้มออสเทนไนต์มาก

แตก

ปัจจุบันปกติเหล็กอาจมีข้อบกพร่องเช่นการแตกร้าวจากการกัดกร่อนหรือ SCC - Stress Corrosion Cracking การกัดกร่อนประเภทนี้มักเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขบางประการ สาเหตุอาจเป็นความเค้นแรงดึงสูง อุณหภูมิที่สูงขึ้น (50 องศาเซลเซียสเหนือศูนย์) และถ้าเราพูดถึงสระว่ายน้ำ เนื่องจากการสัมผัสกับน้ำอย่างต่อเนื่อง การกัดกร่อนประเภทนี้สามารถเกิดขึ้นได้แม้ที่อุณหภูมิ 25 องศา

เกรดเหล็กออสเทนนิติกค่อนข้างได้รับผลกระทบจากข้อบกพร่องนี้ โลหะผสมเฟอร์ริติกมีความน่าเชื่อถือมากกว่าในเรื่องนี้ เช่นเดียวกับเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ a890 3a ตามมาตรฐาน ASTM และเกรดอื่นๆ ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานสูงช่วยให้วัสดุนี้ใช้ในการผลิตเครื่องทำน้ำอุ่น ถังต้มเบียร์ โรงกลั่นน้ำทะเล นั่นคืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและการสัมผัสกับของเหลว

ห้ามทำโครงพูลจากเหล็กกล้าออสเทนนิติกธรรมดาโดยเด็ดขาดเนื่องจากข้อบกพร่องนี้ ก่อนหน้านี้ จำเป็นต้องใช้โลหะผสมที่มีปริมาณนิกเกิลสูงมาก ซึ่งทำให้ต้นทุนของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น วันนี้ใช้เหล็กดูเพล็กซ์หรือซุปเปอร์ดูเพล็กซ์ได้

วัสดุดูเพล็กซ์ "ซูเปอร์" และ "ไฮเปอร์"

มันคุ้มค่าที่จะบอกว่าถ้าคุณเติมนิกเกิลลงในเหล็กโครเมียมเฟอร์ริติก คุณจะได้โครงสร้างฐานแบบผสม กล่าวคือจะมีทั้งออสเทนไนต์และเฟอร์ไรท์ เมื่อมันชัดเจนแล้ว มันเป็นส่วนผสมที่เริ่มถูกเรียกว่าวัสดุดูเพล็กซ์อย่างแม่นยำ คำนำหน้า "super" หรือ "hyper" duplex steel ระบุว่าวัตถุดิบมีการเพิ่มขึ้นปริมาณของส่วนประกอบการผสม ซึ่งบ่งบอกถึงความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าวัสดุทั่วไป

เหล็กดูเพล็กซ์ "ซูเปอร์" และ "ไฮเปอร์" ค่อนข้างใช้งานอย่างแข็งขันในอุปกรณ์การผลิตก๊าซ นอกจากนี้ วัตถุดิบยังใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร เคมี การก่อสร้าง และแม้กระทั่งการแพทย์

วัสดุเชื่อม

แม้จะเชื่อมได้ดีของผลิตภัณฑ์นี้ แต่ก็ต้องปฏิบัติตามกฎเกณฑ์บางประการ ก่อนเริ่มการเชื่อม ให้ความสนใจกับสิ่งต่อไปนี้:

• เพื่อให้แน่ใจว่าการเจาะวัสดุคุณภาพดี ช่องว่างที่รากของข้อต่อและมุมของการตัดขอบควรทำขนาดใหญ่กว่าเหล็กธรรมดาเล็กน้อย
• แนะนำให้ทำความสะอาดข้อต่อและโลหะรอบๆ อย่างทั่วถึง
• ใช้เฉพาะแปรงลวดโลหะที่ทนต่อการกัดกร่อน
• อิเล็กโทรดเชื่อมต้องแห้ง

ขณะเชื่อมเหล็กดูเพล็กซ์ ให้ปฏิบัติตามกฎเหล่านี้:

• การตรวจสอบพารามิเตอร์ เช่น การป้อนความร้อนเป็นสิ่งสำคัญมาก ไม่ควรต่ำเกินไปหรือตรงกันข้ามสูงเกินไป สำหรับเหล็กดูเพล็กซ์ธรรมดา ควรยึดช่วง 0.5-2.5 kJ/mm ระหว่างการเชื่อม นอกจากนี้ อุณหภูมิระหว่างทางไม่ควรเกิน 200 องศาเซลเซียส
• ไม่มีขี้เถ้าปรากฏที่ด้านหลังของรอยเชื่อม ที่นี่เป็นสิ่งสำคัญมากในการเลือกก๊าซที่เหมาะสมที่จะปกป้องรากของตะเข็บส่วนผสมของแก๊สที่ใช้บ่อยที่สุดเพื่อการป้องกันคืออาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูง และไฮโดรเจนหรือไนโตรเจน
• ช่างเชื่อมควรทำโดยช่างผู้ชำนาญเท่านั้น เนื่องจากในบริเวณที่เกิดแผลไหม้ โลหะจะมีแนวโน้มการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นอย่างมาก และยังมีโอกาสเกิดการแตกร้าวสูงอีกด้วย
• ระหว่างการเชื่อม ห้ามทำให้อิเล็กโทรดสั่นสะเทือนตามขวางเป็นวงกว้าง สิ่งนี้สามารถนำไปสู่ความร้อนที่มากเกินไปซึ่งจะขัดต่อกฎ

งานหลังเชื่อม

มีแนวทางปฏิบัติหลังจากเชื่อมแล้ว

• ต้องทำความสะอาดโลหะเชื่อมให้สะอาดหมดจดเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของโลหะเชื่อม จำเป็นต้องเอาฟิล์มออกไซด์ออกให้หมดและเอาเศษตะกรันออกให้หมด
• การแปรงด้วยมือเท่านั้นและใช้แปรงลวดที่มีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนเท่านั้น หากใช้อุปกรณ์เชิงกล อาจทำให้เกิดรอยฉีกขาดเล็กๆ ในบริเวณตะเข็บ ซึ่งจะทำให้ความแข็งแรงลดลง
• ส่วนใหญ่ไม่ต้องรักษาความร้อนของตะเข็บหลังการเชื่อม

ขาดแคลนวัตถุดิบ

แม้จะมีการแพร่กระจายของวัสดุและข้อได้เปรียบที่เห็นได้ชัดและเห็นได้ชัด แต่ก็ยังไม่ได้รับการยอมรับในระดับสากลและมีแนวโน้มมากที่สุดว่าจะไม่เคยเป็นผู้นำในตลาด นี่เป็นเพราะข้อเสียหลายประการ,ที่ควรค่าแก่การรู้ ด้วยเหตุนี้โลหะผสมดังกล่าวจึงเป็น "เฉพาะ" เสมอ

ทันทีที่เริ่มต้นกับวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง ดูเหมือนจะเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญ แต่จะกลายเป็นข้อเสียอย่างใหญ่หลวงเมื่อจำเป็นต้องแปรรูปโลหะด้วยวิธีการทางกลหรือแรงดัน ข้อเสียอีกประการหนึ่งของความแข็งแรงสูงคือการลดโอกาสที่พลาสติกจะเสียรูปลงอย่างมาก ด้วยเหตุนี้วัตถุดิบแบบดูเพล็กซ์จึงไม่เหมาะสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ใดๆ ที่ต้องมีความเหนียวสูง

ถึงแม้จะดูเป็นพลาสติกได้ในระดับที่ยอมรับได้สำหรับการทำงาน คุณก็ยังต้องใช้ความพยายามอย่างมาก ด้วยเหตุผลนี้ เหล็กและโลหะผสมดูเพล็กซ์สำหรับข้อต่อน้ำมันและแก๊สจึงไม่มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย

ข้อเสียต่อไปคือความซับซ้อนทางเทคโนโลยีที่ยอดเยี่ยมของการหลอมดูเพล็กซ์สแตนเลส วัสดุออสเทนนิติกและเฟอริติกละลายได้ง่ายกว่ามาก หากเทคโนโลยีการผลิตถูกละเมิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน ขั้นตอนอื่นๆ จะก่อตัวขึ้นในวัสดุนอกเหนือจากออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาอย่างยิ่ง ส่วนใหญ่มักเกิดซิกม่าเฟสหรือความเปราะบาง 475 องศา

ระยะที่ไม่ต้องการในวัตถุดิบ

ซิกม่าเฟสเกิดขึ้นในผลิตภัณฑ์ดังกล่าวที่อุณหภูมิ 1,000 องศาเซลเซียสขึ้นไป โดยปกติ อุณหภูมิเหล่านี้จะเกิดขึ้นหากกระบวนการทำความเย็นหลังการเชื่อมหรือระหว่างการผลิตไม่เร็วพอ นอกจากนี้จะมีองค์ประกอบการผสมมากขึ้นในองค์ประกอบยิ่งมีโอกาสปรากฏของเฟสดังกล่าวมากขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง การสร้าง super duplex หรือ hyper duplex steel นั้นยากมาก

สำหรับความเปราะบาง 475 องศา จะปรากฏในกรณีของการเกิดเฟสที่เรียกว่า alpha-stroke ตามชื่อที่บอกไว้ อุณหภูมิที่อันตรายที่สุดคือ 475 องศาเซลเซียส แต่ปัญหาอาจปรากฏขึ้นที่ค่าที่ต่ำกว่ามาก ประมาณ 300 องศา ด้วยเหตุนี้จึงมีการจำกัดอุณหภูมิสูงสุดในการใช้ผลิตภัณฑ์จากวัตถุดิบประเภทนี้ เนื่องด้วยเหตุนี้ ขอบเขตของเหล็กจึงแคบลงกว่าเดิม

จากทั้งหมดข้างต้น เราสามารถสรุปได้เช่นนี้ เกรดเหล็กดูเพล็กซ์เป็นทางเลือกที่ดีและทดแทนวัสดุมาตรฐาน แต่อยู่ในขอบเขตที่แคบมาก

ผลลัพธ์

โลหะผสมดูเพล็กซ์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายน้อยกว่าโลหะประเภทอื่นมาก อย่างไรก็ตามเป็นที่นิยมในบางพื้นที่ ส่วนใหญ่มักใช้ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี อุตสาหกรรมยานยนต์ และในการผลิตสระว่ายน้ำ ความสามารถในการเชื่อมที่ยอดเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อน และความต้านทานการสึกหรอสูงทำให้วัสดุนี้เป็นที่นิยมสำหรับหลาย ๆ คน