เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์คืออะไร

ในปี 1968 การคิดค้นกระบวนการลดคาร์บอนด้วยอาร์กอนและออกซิเจน (AOD) ซึ่งเป็นกระบวนการกลั่นเหล็กกล้าไร้สนิม ทำให้เกิดเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดใหม่ขึ้นได้ หนึ่งในความก้าวหน้าที่เกิดจากกระบวนการ AOD คือการเติมธาตุผสมไนโตรเจน (N) ความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อนของบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ใกล้เคียงกับโลหะพื้นฐาน และอัตราการเกิดเฟสโลหะผสมที่เป็นอันตรายสามารถลดลงได้โดยการเติมธาตุ N ลงในเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์
เช่นเดียวกับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์เป็นเหล็กชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติในการต้านทานการกัดกร่อนแตกต่างกันไปตามส่วนประกอบของโลหะผสม เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ในปัจจุบันสามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท:

1. เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์เกรดต่ำ 2304 ปราศจากโมลิบเดนัม
2. เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์มาตรฐาน 2205 ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 80% ของเหล็กกล้าดูเพล็กซ์ทั้งหมด
3. เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ 25% Cr ซึ่งเป็นแบบทั่วไปของโลหะผสม 255 สามารถจัดอยู่ในประเภทเหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ดูเพล็กซ์ได้
4. เหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ดูเพล็กซ์ ซึ่งมีโครเมียม 25-26% มีโมลิบเดนัมและไนโตรเจนมากกว่าโลหะผสม 255 เกรดเหล็กทั่วไปคือ 2507

ธาตุโลหะผสมในเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ส่วนใหญ่ได้แก่ Cr, Mo, N และ Ni โดยหน้าที่ของธาตุเหล่านี้ในเหล็กกล้าดูเพล็กซ์มีดังนี้:

Cr
เหล็กกล้าที่มีโครเมียมอย่างน้อย 10.5% สามารถสร้างฟิล์มพาสซิเวชันที่เสถียรเพื่อปกป้องเหล็กจากการกัดกร่อนในบรรยากาศ ความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณโครเมียมที่เพิ่มขึ้น โครเมียมเป็นธาตุเฟอร์ไรต์ ซึ่งสามารถทำให้โครงสร้างเหล็กที่มีโครงสร้างผลึกแบบ BCC มีความเสถียร และเพิ่มความต้านทานต่อการออกซิเดชันของเหล็กที่อุณหภูมิสูง

Mo
ผลเสริมฤทธิ์กันของโมลิบเดนัม (Mo) และโครเมียม (Cr) สามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนจากคลอไรด์ของเหล็กกล้าไร้สนิมได้ โมลิบเดนัมมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมและแบบรอยแตกมากกว่าโครเมียมถึงสามเท่าในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ (ดูสูตร CPT) โมลิบเดนัมเป็นธาตุที่ก่อตัวเป็นเฟอร์ไรต์ ซึ่งยังสามารถส่งเสริมการก่อตัวของเฟสระหว่างโลหะได้ ดังนั้นปริมาณโมลิบเดนัมในเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติกจึงน้อยกว่า 7.5% และในเหล็กกล้าดูเพล็กซ์น้อยกว่า 4%

N
ธาตุ N สามารถเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเป็นรูพรุนและการกัดกร่อนตามรอยแตกของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนไนต์และดูเพล็กซ์ และสามารถเพิ่มความแข็งแรงของเหล็กได้อย่างมีนัยสำคัญ เป็นธาตุที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการเสริมความแข็งแรงด้วยสารละลาย ในขณะเดียวกันกับการเพิ่มความแข็งแรงของเหล็ก ธาตุ N ยังสามารถเพิ่มความเหนียวของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนไนต์และดูเพล็กซ์ ชะลอการก่อตัวของเฟสโลหะระหว่างกัน ทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์มีเวลาเพียงพอสำหรับการแปรรูปและการผลิต และยังช่วยชดเชยแนวโน้มการเกิดเฟส σ ซึ่งเกิดขึ้นได้ง่ายเนื่องจากมี Cr และ Mo ในปริมาณสูง
N เป็นธาตุออสเทนไนต์ที่แข็งแรง ซึ่งสามารถแทนที่ Ni บางส่วนในเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนไนต์ได้ โดยทั่วไปแล้ว N และ Ni ที่ใกล้เคียงกับขีดจำกัดการละลาย จะถูกเติมลงในเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์เพื่อปรับสมดุลเฟส จำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างธาตุเฟอร์ไรต์ Cr และ Ni กับธาตุที่ก่อตัวเป็นออสเทนไนต์ Ni และ N เพื่อให้ได้โครงสร้างดูเพล็กซ์ที่ต้องการ

Ni
นิกเกล (Ni) เป็นธาตุที่ช่วยรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างออสเทนไนต์ การเติม Ni ลงในโลหะผสมที่มี Fe เป็นส่วนประกอบหลัก สามารถส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงของเหล็กกล้าไร้สนิมจากโครงสร้าง Bcc (เฟอร์ไรต์) ไปเป็นโครงสร้าง FCC (ออสเทนไนต์)
นิกเกล (Ni) สามารถชะลอการก่อตัวของเฟสโลหะผสมได้ แต่ผลที่ได้นั้นมีประสิทธิภาพน้อยกว่านาโนทิวบ์ (N) มาก
ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์สองชนิด เพื่อให้เข้าใจถึงประสิทธิภาพของมันได้ดียิ่งขึ้น