В 1968 году изобретение процесса аргон-кислородной декарбюризации (АОД), позволяющего рафинировать нержавеющую сталь, открыло возможности для получения целого ряда новых видов нержавеющей стали. Одним из достижений процесса АОД является добавление легирующего элемента n. Прочность и коррозионная стойкость зоны термического влияния приближаются к показателям основного металла, а добавление элемента N в дуплексную нержавеющую сталь позволяет снизить скорость образования вредной интерметаллической фазы.
Подобно аустенитной нержавеющей стали, дуплексная нержавеющая сталь — это разновидность стали, коррозионная стойкость которой зависит от легирующего состава. Дуплексная нержавеющая сталь постоянно развивается. Современная дуплексная нержавеющая сталь подразделяется на четыре типа:
1. Низкосортная дуплексная нержавеющая сталь 2304 без молибдена;
2. Стандартная дуплексная нержавеющая сталь 2205, на долю которой приходится более 80% всего дуплексного проката;
3. 25%-ная хромовая дуплексная нержавеющая сталь, типичная для сплава 255, может быть классифицирована как супердуплексная нержавеющая сталь;
4. Супердуплексная нержавеющая сталь, содержащая 25-26% хрома, имеет больше молибдена и азота, чем сплав 255. Типичная марка стали — 2507.
В качестве легирующих элементов в дуплексной нержавеющей стали используются в основном Cr, Mo, N и Ni. Их функции в дуплексной стали заключаются в следующем:
Cr
Содержание хрома не менее 10,5% в стали может образовывать стабильную пассивирующую пленку, защищающую сталь от атмосферной коррозии. Коррозионная стойкость нержавеющей стали повышается с увеличением содержания хрома. Хром является ферритным элементом, который может стабилизировать структуру железа с ОЦК-решеткой и улучшить стойкость стали к окислению при высоких температурах.
Mo
Синергетический эффект Mo и Cr может улучшить стойкость нержавеющей стали к коррозии в хлоридах. Mo в три раза более устойчив к точечной и щелевой коррозии, чем Cr в хлоридной среде (см. формулу CPT). Mo является ферритообразующим элементом, который также может способствовать образованию интерметаллических фаз. Поэтому содержание Mo в аустенитной нержавеющей стали составляет менее 7,5%, а в дуплексной стали — менее 4%.
N
Элемент N может повысить стойкость к точечной и щелевой коррозии аустенитной и дуплексной нержавеющей стали, а также значительно улучшить прочность стали. Это наиболее эффективный элемент для упрочнения твердым раствором. Одновременно с повышением прочности стали, элемент N также может повысить ударную вязкость аустенитной и дуплексной нержавеющей стали, замедлить образование интерметаллических фаз, обеспечить дуплексной нержавеющей стали достаточно времени для обработки и производства, а также компенсировать склонность к образованию σ-фазы, которая легко формируется из-за высокого содержания Cr и Mo.
Азот (N) является сильным аустенитным элементом, способным частично замещать никель (Ni) в аустенитной нержавеющей стали. Как правило, для регулирования фазового равновесия в дуплексную нержавеющую сталь добавляют азот и никель, концентрация которых близка к пределу растворимости. Для получения желаемой дуплексной структуры необходимо достичь баланса между ферритными элементами хромом (Cr) и никелем (Ni) и элементами, образующими аустенит, — никелем (N).
Ni
Никель — это элемент, стабилизирующий структуру аустенита. Добавление никеля к сплаву на основе железа может способствовать превращению нержавеющей стали из ОЦК (феррита) в ГЦК (аустенит).
Никель может замедлить образование интерметаллической фазы, но его эффект гораздо менее значителен, чем у никеля.
Вот два вида дуплексной нержавеющей стали, которые помогут понять её характеристики.
Дата публикации: 10 мая 2022 г.