1. Giới thiệu
Định nghĩa của 2205 Thép không gỉ song công
2205 Thép không gỉ song công, Chính thức được biết đến bởi hệ thống đánh số thống nhất của nó (CHÚNG TA) Chỉ định S32205 và S31803, đại diện cho một thành tựu đáng chú ý trong kỹ thuật luyện kim.
Loại thép không gỉ này có một cấu trúc vi mô độc đáo bao gồm khoảng 50% Austenite và 50% Pha Ferrite, Mà đặt cho nó tên là Duplex.
Cấu trúc pha kép này 2205 Thép không gỉ song công với sự kết hợp của các tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn vượt trội, làm cho nó trở thành một vật liệu được tìm kiếm rất nhiều trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Nền tảng phát triển của 2205 Thép không gỉ song công
Sự phát triển của thép không gỉ song công bắt đầu vào đầu thế kỷ 20, phát triển đáng kể trong những năm 1970 và 1980.
Sự tiến hóa này được thúc đẩy bởi nhu cầu vật liệu có khả năng chống ăn mòn cục bộ trong môi trường clorua cao, chẳng hạn như trong lĩnh vực dầu khí ngoài khơi.
2205 nổi lên như là lớp song công được sử dụng rộng rãi nhất do số dư tối ưu của nó, hiệu suất, và tính linh hoạt.
Đặt tên nguồn gốc và bí danh chung
Tên của 2205, đề cập đến thành phần hóa học gần đúng của nó: 22% crom và 5% niken.
Thuật ngữ song công, làm nổi bật cấu trúc vi mô pha kép để phân biệt nó với thép không gỉ austenitic hoặc ferritic hoàn toàn.
- Hoa Kỳ S32205 (CHÚNG TA. chỉ định)
- TRONG 1.4462 (Tiêu chuẩn châu Âu)
- SAF 2205 (Thương hiệu Sandvik)
2205 Tình trạng gia đình bằng thép không gỉ song lập
2205 Thép không gỉ song công thuộc họ của thép không gỉ song công, cũng bao gồm các biến thể khác với các chế phẩm hóa học và đặc điểm hiệu suất khác nhau.
Trong số đó, 2205 được coi là một loại thép không gỉ tiêu chuẩn của người Viking, hay trung bình có thể.
So với thép song công bằng hợp kim thấp hơn, Nó cung cấp khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học tăng cường.
Tuy nhiên, Khi so sánh với các loại thép không gỉ siêu sao và siêu sao siêu nhân, mà còn có hàm lượng hợp kim cao hơn, 2205 hiệu quả hơn về chi phí trong khi vẫn cung cấp hiệu suất tuyệt vời trong một loạt các ứng dụng.
2. Thành phần hóa học của 2205 Thép không gỉ song công
2.1 Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của 2205 Thép không gỉ song lập được thiết kế cẩn thận để đạt được các thuộc tính độc đáo của nó.
Bảng dưới đây phác thảo thành phần điển hình của nó:
| Yếu tố | Nội dung (%) | Mục đích |
|---|---|---|
| crom (Cr) | 21.0Mạnh23.0 | Cải thiện khả năng chống ăn mòn |
| Niken (TRONG) | 4.5Mạnh6.5 | Ổn định giai đoạn austenitic |
| Molypden (Mo) | 2.5Cấm3.5 | Tăng cường khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở |
| Nitơ (N) | 0.08Cấm0,20 | Tăng sức mạnh và khả năng chống ăn mòn |
| Mangan (Mn) | ≤2.0 | Cải thiện tài sản làm việc nóng |
| Silicon (Và) | ≤1.0 | Tăng cường kháng oxy hóa |
| Carbon (C) | 0,03 | Giảm thiểu kết tủa cacbua |
| Phốt pho (P) | 0,03 | Giảm độ giòn |
| Lưu huỳnh (S) | 0.02 | Cải thiện khả năng gia công |
2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất
- Crom và molybden: Cả hai yếu tố đều tăng cường đáng kể khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở, đặc biệt trong môi trường giàu clorua.
- Nitơ: Cải thiện độ bền kéo và khả năng chống ăn mòn cục bộ trong khi ổn định cấu trúc vi mô song công.
- Niken: Cân bằng các giai đoạn ferritic và austenitic, ngăn chặn sự dẻo dai và tăng cường độ dẻo dai.
- Carbon: Hàm lượng carbon thấp giảm thiểu nguy cơ ăn mòn giữa các hạt do kết tủa cacbua.
3. Cấu trúc vi mô và đặc điểm
Giới thiệu về cấu trúc song công
2205 Thép không gỉ song công có được các tính chất đặc biệt của nó từ cấu trúc vi mô pha kép của nó, bao gồm khoảng 50% ferrite và 50% Austenite.
Sự cân bằng độc đáo này kết hợp các tính năng tốt nhất của cả hai giai đoạn:
- Ferrite: Cung cấp sức mạnh, khả năng chống lại vết nứt ăn mòn căng thẳng, và độ dẫn nhiệt.
- Austenite: Đóng góp độ dẻo, sự dẻo dai, và khả năng chống ăn mòn tăng cường.
Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô đến hiệu suất
Cấu trúc vi mô song công cung cấp các lợi thế khác biệt, bao gồm:
- Sức mạnh năng suất cao, khoảng hai lần so với thép không gỉ Austenitic.
- Khả năng chống lại vết nứt ăn mòn do clorua gây ra.
- Khả năng chống rỗ và ăn mòn vượt trội, đặc biệt là trong môi trường clorua cao.
- Cải thiện sức mạnh mệt mỏi.
4. Phân tích hiệu suất của 2205 Thép không gỉ song công
Tính chất vật lý
| Tài sản | Giá trị |
|---|---|
| Tỉ trọng | 7.8 g/cm³ |
| Phạm vi nóng chảy | 1370Mạnh1420 ° C. |
| Độ dẫn nhiệt (20 °C) | 15 W/m·K |
| Hệ số giãn nở nhiệt (20Mạnh100 ° C.) | 13 × 10⁻⁶ /k |
| Điện trở suất (20 °C) | 0.55 Tiết · m |
Tính chất cơ học
Độ bền kéo:
2205 Thép không gỉ song công có độ bền kéo cao, thường dao động từ 620-890 MPa.
Sức mạnh cao này cho phép vật liệu chịu được tải trọng cơ học đáng kể mà không bị phá vỡ, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng cấu trúc.
Sức mạnh năng suất:
Sức mạnh năng suất của 2205 Thép không gỉ song công thường là ≥450 MPa, đó là khoảng hai lần so với thép không gỉ Austenitic thông thường.
Sức mạnh năng suất cao này cung cấp khả năng chống biến dạng dẻo tuyệt vời, đảm bảo rằng các thành phần được làm từ 2205 Duy trì hình dạng và tính toàn vẹn của chúng dưới căng thẳng.
Độ giãn dài:
Mặc dù sức mạnh cao của nó, 2205 Thép không gỉ song công cũng cung cấp độ dẻo tốt, với giá trị kéo dài ≥25%.
Độ dẻo này cho phép vật liệu được hình thành thành nhiều hình dạng khác nhau trong các quy trình sản xuất, chẳng hạn như uốn cong, lăn, và dập, mà không bị nứt.
độ cứng:
Độ cứng của 2205 Thép không gỉ song công thường nằm trong phạm vi của 270-320 HB (Độ cứng của Brinell).
Độ cứng vừa phải này cung cấp một sự cân bằng tốt giữa khả năng chống mài mòn và khả năng được gia công hoặc hàn.
Chống ăn mòn
Khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở:
2205 Thép không gỉ song công có khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở tuyệt vời, là dạng phổ biến của sự ăn mòn cục bộ trong môi trường chứa clorua.
Hàm lượng crom cao của nó, molypden, và nitơ góp phần hình thành một màng thụ động ổn định chống lại sự khởi đầu và lan truyền của hố và kẽ hở.
Số lượng điện trở rỗ số tương đương (Gỗ) của 2205 Thép không gỉ song công, được tính toán bằng công thức pren = cr + 3.3Mo + 16N, thường là xung quanh 35, cho thấy khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở cao.
Căng thẳng chống ăn mòn khả năng chống nứt:
Một trong những lợi thế chính của 2205 Thép không gỉ song công là khả năng chống lại sự ăn mòn căng thẳng tuyệt vời của nó (SCC).
Trong môi trường chứa clorua, có tính ăn mòn cao và có thể gây ra SCC trong nhiều vật liệu, 2205 Thép không gỉ song công hoạt động tốt hơn đáng kể so với thép không gỉ Austenitic.
Sự kết hợp giữa cấu trúc vi mô song công và thành phần hóa học của nó cho phép nó chịu được ứng suất kéo cao mà không bị nứt trong điều kiện ăn mòn.
Kháng ăn mòn nói chung:
2205 Thép không gỉ song công cung cấp khả năng chống ăn mòn chung tốt trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm cả khí quyển, nước ngọt, và nhiều giải pháp hóa học.
Màng oxit thụ động được hình thành trên bề mặt của nó cung cấp một rào cản chống ăn mòn, Bảo vệ kim loại cơ bản khỏi quá trình oxy hóa và hòa tan.
Tính chất nhiệt
Hệ số giãn nở nhiệt:
Hệ số mở rộng nhiệt của 2205 Thép không gỉ song công xấp xỉ 13,7 × 10⁻⁶/° C.
Giá trị này tương đối gần với thép carbon, giúp tham gia dễ dàng hơn 2205 Thép không gỉ song công với các thành phần thép carbon trong các ứng dụng có sự tham gia của chu kỳ nhiệt.
Hiệu suất nhiệt độ cao:
2205 Thép không gỉ song công duy trì tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao.
Lên đến khoảng 300 ° C, nó vẫn giữ được một phần đáng kể sức mạnh nhiệt độ phòng của nó, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng như trao đổi nhiệt, nồi hơi, và các thành phần lò hoạt động ở nhiệt độ cao vừa phải.
Tính chất hàn
2205 Thép không gỉ song công có thể được hàn bằng các quy trình hàn khác nhau, bao gồm cả hàn hồ quang vonfram khí (GTAW), Hàn hồ quang kim loại khí (Gawn), và hàn hồ quang kim loại được bảo vệ (Smaw)
Tuy nhiên, Các kỹ thuật và quy trình hàn thích hợp cần phải được tuân thủ để đảm bảo tính toàn vẹn của mối hàn.
Trong quá trình hàn, Có nguy cơ mất cân bằng pha trong vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt (HAZ), có thể dẫn đến giảm khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học
Để giảm thiểu điều này, Điều cần thiết là sử dụng kim loại phụ thích hợp, chẳng hạn như ER2209, có thành phần hóa học tương tự như 2205 Thép không gỉ song công
Ngoài ra, Kiểm soát đầu vào nhiệt trong quá trình hàn và duy trì nhiệt độ giao thoa thấp (thường dưới 150 ° C.) giúp giảm thiểu sự hình thành các giai đoạn bất lợi trong HAZ.
Thuộc tính xử lý
Làm việc nóng:
2205 Thép không gỉ song công có thể được làm việc nóng ở nhiệt độ từ 950-1100 ° C
Trong thời gian làm việc nóng, Vật liệu có độ dẻo hơn và có thể được định hình thành nhiều dạng khác nhau, chẳng hạn như rèn, sản phẩm cuộn, và đùn
Tuy nhiên, Điều quan trọng là tránh làm việc vật liệu ở nhiệt độ dưới phạm vi được đề xuất, Vì điều này có thể dẫn đến nứt và giảm các tính chất cơ học.
Làm việc lạnh:
2205 Thép không gỉ song lập cũng có đặc tính làm việc lạnh
Nó có thể được lăn lạnh, lạnh, và hình thành lạnh để tạo ra các bộ phận có kích thước chính xác
Làm việc lạnh có thể làm tăng sức mạnh của vật liệu thông qua việc làm cứng công việc, Nhưng nó cũng làm giảm độ dẻo của nó
Vì thế, Có thể cần phải ủ trung gian trong các quá trình làm việc lạnh để khôi phục độ dẻo của vật liệu và ngăn ngừa nứt vỡ.
5. Công nghệ sản xuất và chế biến
5.1 Nấu chảy và đúc
Các nhà sản xuất làm tan chảy phế liệu và bổ sung hợp kim trong lò hồ quang điện (EAF), Sau đó chuyển sang khử oxy argon-oxy (AOD) bộ chuyển đổi thành chế phẩm Decarburize và tinh chỉnh, đặc biệt là hàm lượng nitơ.
Đúc đầu tư Các tuyến đường làm nóng trước (~ 1100 °C), Cho nóng chảy 2205, và củng cố dưới sự làm mát được kiểm soát để giảm thiểu sự phân tách và độ xốp.
5.2 Làm việc nóng
Song công 2205 chấp nhận biến dạng nóng lên đến ~ 1230 ° C với tải trọng hình thành thấp.
Giữ ở trên ~ 1050 ° C ngăn ngừa nứt vỡ ferrite và kết tủa pha sigma; Dất nhanh sau khi hình thành giữ lại cân bằng song công.
| Quá trình | Phạm vi nhiệt độ | Ghi chú |
|---|---|---|
| Giải pháp ủ | 1020Mạnh1100 ° C. | Tiếp theo là làm nguội nước để tránh pha sigma |
| Nóng lăn | 1050Mạnh1150 ° C. | Tránh giữ kéo dài gần 475 ° C đỉnh cao |
5.3 Làm việc lạnh
2205 làm việc cứng nhanh hơn 316L. Uốn cong hoặc vẽ xa hơn ~ 20 % Giảm yêu cầu giải pháp trung gian để khôi phục độ dẻo và các giai đoạn cân bằng.
Sự tham gia của chất làm mát chống cacbua và dụng cụ cacbua giúp tăng cường khả năng gia công.
5.4 Hàn
Phương pháp phổ biến (TIG, TÔI, CÁI CƯA) Làm việc tốt mà không làm nóng trước; Duy trì giao thoa 150 ° C và đầu vào nhiệt 0,5, 1,0 kJ/mm để tránh sự suy giảm ferrite.
Giải pháp sau Weld ủ (1040 °C) và dập tắt thiết lập lại cân bằng pha và loại bỏ intermetallics.
5.5 Xử lý bề mặt
– Ngâm & Thụ động Khôi phục phim thụ động sau khi bịa đặt.
– Điện tử đạt được RA < 0.4 Sọ, Quan trọng đối với vệ sinh dược phẩm.
– Bắn peening tăng cường cuộc sống mệt mỏi; lớp phủ (ví dụ., PEO) tiếp tục chống lại sự mài mòn.
6. Ứng dụng cốt lõi của 2205 Thép không gỉ song công
6.1 Công nghiệp dầu khí
2205 Thép không gỉ song lập đã cách mạng hóa Dầu và khí ngành bằng cách giải quyết các thách thức quan trọng trong môi trường dễ ăn mòn.
Khả năng kháng hydro sunfua cao của nó (H₂s) Cracking Ăn mòn căng thẳng làm cho nó không thể thiếu đối với các đường ống dưới đất, đầu giếng, và phân tách.
Ví dụ, Trong các dự án nước sâu như Liza Field ở Guyana, 2205 Các ống liền mạch được sử dụng trong các hệ thống sản xuất dưới đất, Áp lực bền bỉ vượt quá 10,000 psi và nhiệt độ lên đến 150 ° C.
So với thép không gỉ 316L truyền thống, 2205 Giảm độ dày tường bằng cách 30% Trong khi duy trì tính toàn vẹn cấu trúc, dẫn đến tiết kiệm trọng lượng đáng kể cho các nền tảng ngoài khơi.
Các ứng dụng chính:
- Đa tạp dưới đất: Chống lại rỗ do clorua trong nước biển.
- Công cụ hạ cấp: Chịu được sự ăn mòn của h₂s và co₂ trong các giếng khí chua.
- Hệ thống sản xuất nổi: Cung cấp vật liệu nhẹ nhưng mạnh mẽ cho các chất tăng và bộ căng.
6.2 Thiết bị khử muối
Trong các nhà máy khử muối, Thép không gỉ song công chống lại các tác động mạnh mẽ của nước muối cao clorua
Giá trị pren của nó của 35 đảm bảo khả năng chống rỗ trong môi trường có nồng độ clorua vượt quá 20,000 ppm
Ví dụ, trong nhà máy khử mặn của Jebel Ali ở UAE, 2205 Bộ trao đổi nhiệt và thẩm thấu ngược (Ro) màng hoạt động hiệu quả trong nước biển với 35,000 ppm clorua, giảm chi phí bảo trì bằng cách 50% so với 316L.
Lợi thế kỹ thuật:
- Hiệu quả truyền nhiệt: Độ dẫn nhiệt cao hơn (15 W/m·K) Hơn thép Austenitic cải thiện hiệu quả năng lượng.
- Tính hàn: ER2209 Kim loại duy trì khả năng chống ăn mòn trong các mối hàn.
- Trường hợp nghiên cứu: Một nhà máy khử mặn của Saudi sử dụng 2205 Trao đổi nhiệt hình ống báo cáo tuổi thọ của dịch vụ 15 năm, gấp ba lần của 316L.
6.3 Lò phản ứng hóa học
Xử lý hóa học đòi hỏi các vật liệu chịu được độ pH cực cao và sự thay đổi nhiệt độ.
2205 vượt trội trong các ứng dụng như:
- Xe tăng tiêu hóa axit: Chống lại axit sunfuric (20% Nồng độ ở 60 ° C.) với tốc độ ăn mòn <0.1 mm/năm.
- Lò phản ứng tổng hợp amoniac: Duy trì sức mạnh ở 300 ° C và áp lực lên đến 200 thanh.
- Lò phản ứng dược phẩm: Đáp ứng các tiêu chuẩn của FDA cho thiết kế vệ sinh, với các bề mặt điện (RA ≤0,8 m) Để ngăn chặn sự kết dính của vi khuẩn.
Sự đổi mới: Trong a Nhà máy hóa học BASF, 2205 Lò phản ứng với các lớp lót Hastelloy C-276 đã đạt được 40% Giảm thời gian chết do thất bại liên quan đến ăn mòn.
6.4 Ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm
2205 Thép không gỉ song công đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh nghiêm ngặt trong khi chống lại các axit hữu cơ và chất làm sạch ăn da.
- Chế biến sữa: Khả năng chống axit lactic trong hệ thống thanh trùng sữa.
- Lò phản ứng dược phẩm sinh học: Các chu kỳ khử trùng lặp đi lặp lại (hấp ở 121 ° C và 0.2 MPa).
- Thiết bị nhà máy bia: Chống lại axit axetic trong bể lên men.
Chứng nhận:
- FDA 21 CFR 175.300: Được chấp thuận cho liên hệ thực phẩm.
- Asme BPE: Tuân thủ các tiêu chuẩn xử lý sinh học cho bề mặt hoàn thiện và chất lượng mối hàn.
6.5 Các ứng dụng chuyên dụng khác
- Kiến trúc biển: Được sử dụng trong Tổ chức tuabin gió ngoài khơi cho khả năng chống ăn mòn thủy triều của nó.
- Năng lượng hạt nhân: Được chọn cho giá lưu trữ nhiên liệu đã qua sử dụng do khả năng chống bức xạ gamma của nó.
- Năng lượng mặt trời: Lý tưởng cho quang điện (PV) khung bảng điều khiển trong các khu vực ven biển, với bảo hành 25 năm chống ăn mòn sương mù muối.
7. Kiểm tra chất lượng và tiêu chuẩn
7.1 Hóa chất & Thử nghiệm cơ học
Các nhà sản xuất xác minh thành phần thông qua quang phổ phát xạ quang và Spark-es cho ASTM A479/A182 thông số kỹ thuật, Đảm bảo C 0.03 % và n 0.14 %.
Kiểm tra cơ học (kéo dài, Charpy v-notch) Xác nhận năng suất ≥ 450 MPA và độ dẻo dai > 40 J AT - 50 °C.
7.2 Phát hiện pha intermetallic
ASTM A923 Phương pháp A/B/C và ISO 17781 quy định việc ngâm clorua ferric và kim loại để phát hiện sigma, Chi, và nitrides; Quan trọng đối với độ dẻo dai và hành vi ăn mòn lâu dài.
7.3 Thử nghiệm ăn mòn
– ASTM G48 (Clorua sắt) Đánh giá khả năng chống ăn mòn CPT và kẽ hở.
– ASTM G5/G61 Các bài kiểm tra phân cực định lượng tiềm năng rỗ.
– NACE TM0177 Các giao thức bẻ khóa của h₂ chứng nhận sự sẵn sàng của dịch vụ chua.
7.4 Hoàn thiện bề mặt & Kiểm soát kích thước
Asme bpe và en iso 11607 Xác định các yêu cầu điện tử RA và Microfinish. Phương pháp NDT (UT, Pt, RT) Kiểm tra tính toàn vẹn hàn trong các thành phần có giới hạn áp suất.
8. So sánh với thép không gỉ khác
| Tài sản | 2205 Song công | 1.4301 thép không gỉ | 316L austenitic | 2507 Siêu song công |
|---|---|---|---|---|
| Sức mạnh năng suất (MPa) | 450Mạnh620 | 205 | 205Mạnh250 | 550Mạnh700 |
| Gỗ (Kháng chiến) | 35 | 18–20 | 25 | 40 |
| Trị giá (USD/tấn) | $3,500- $ 4.500 | $1,500- $ 2,500 | $2,000- $ 3.000 | $6,000- $ 8.000 |
| Temp dịch vụ tối đa (°C) | 300 | 870 (Sử dụng không liên tục) | 400 | 300 |
| Khả năng chống ăn mòn do clorua | Xuất sắc (5x 316L) | Nghèo (dễ bị SCC bên dưới 100 ppm cl⁻) | Vừa phải (Thích hợp cho <300 ppm cl⁻) | Đặc biệt (vì >5,000 ppm cl⁻) |
| Ứng dụng điển hình | Hệ thống nước biển, xử lý hóa chất | Sử dụng mục đích chung (đồ dùng nhà bếp, kiến trúc) | Chế biến thực phẩm, phần cứng hàng hải | Nền tảng dầu biển sâu, Thiết bị hạt nhân |
Những hiểu biết chiến lược:
- Chi phí so với. hiệu suất: 2205 Cung cấp a 30% Tiết kiệm chi phí hơn 2507 Trong môi trường clorua vừa phải.
- Tuổi thọ: 2205 vượt trội hơn 316L trong Ăn mòn ứng suất clorua bằng 5 ×, kéo dài tuổi thọ dịch vụ từ 5 ĐẾN 25 năm.
9. Bản tóm tắt
2205 Thép không gỉ song công là một minh chứng cho sự đổi mới luyện kim, kết hôn với những lợi ích của thép Austenitic và Ferritic.
Nó cung cấp một sự cân bằng sức mạnh vô song, chống ăn mòn, và hiệu quả chi phí.
2205 Thép không gỉ Duplex Sức mạnh cao, Kháng ăn mòn đặc biệt, và khả năng hàn làm cho nó không thể thiếu trong các ngành công nghiệp từ các giàn dầu ngoài khơi đến các nhà máy hóa chất.