فولادهای زنگ نزن داپلکس ( Duplex stainless steels ) گروهی از فولادهای زنگ نزن هستند که مقاومت بالایی در برابر ترک‌های ناشی از خوردگی تنشی ( SCC ) دارند .
فولادهای زنگ نزن داپلکس ، فولادهای ضد زنگ آستنیتی – فریتی ( دو فازی ) هم نامیده می‌شوند ؛ چرا که ساختار آن‌ها متشکل از مخلوطی از دو فاز آستنیت ( FCC ) و فریت ( BCC ) است [۲] . نسبت ایده‌آل این مخلوط ۵۰ / ۵۰ است ؛ اگر چه که ممکن است برخی از آلیاژهای تجاری دارای نسبت ۶۰ / ۴۰ باشند [۱] .
شکل زیر ریزساختار چهار نوع از فولادهای زنگ نزن دابلکس ( S32101 , S32205 , S32750 , S32760 ) را در جهات مختلف نشان می‌دهد [۲] .
ریزساختار چهار نوع از فولادهای زنگ نزن دوبلکس در جهات مختلف [۲] .
فولادهای ضد زنگ داپلکس حاوی کروم ( ۲۰ تا ۲۸ درصد ) و مولیبدن ( حداکثر ۵ درصد ) بالاتر و نیکل پایین‌تر ( حداکثر ۹ درصد ) نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی و حاوی ۰.۰۵ تا ۰.۵ درصد نیتروژن هستند [۲] . استحکام تسلیم فولادهای ضد زنگ دوپلکس دو برابر فولادهای زنگ نزن آستنیتی است . ریزساختار آستنیتی و فریتی این فولادها ، مقاومت در برابر ترک ناشی از خوردگی تنشی کلرید را در مقایسه با فولادهای زنگ نزن آستنیتی نوع ۳۰۴ و ۳۱۶ بهبود می‌بخشد [۱] .
انواع فولادهای زنگ نزن داپلکس
فولادهای ضد زنگ داپلکس معمولا بر اساس میزان مقاومتی که در برابر خوردگی حفره‌ای دارند به سه گروه داپلکس کم آلیاژ ( Lean duplex ) ، داپلکس استاندارد ( Standard duplex ) و سوپر داپلکس ( Super duplex ) تقسیم می‌شوند . خوردگی حفره‌ای با مقاومت فولاد در برابر تعداد حفرات معادل ( PREN ) شناخته می‌شود [۲] .
PREN = % Cr + 3.3 % Mo + 16 % N
فولادهای زنگ نزن داپلکس کم آلیاژ ( محدوده PREN : ۲۲ تا ۲۷ )
گرید EN ۱.۴۳۶۲ اخیرا به منظور استفاده در صنایع ساختمان و ساخت و ساز توسعه یافته است . مقاومت به خوردگی این نوع از فولادهای زنگ نزن آستنیتی – فریتی به گرید آستنیتی EN 1.4401 بسیار نزدیک است ؛ اما خواص مکانیکی آن بهتر است [۲] .
فولادهای زنگ نزن داپلکس استاندارد (محدوده PREN : 28 تا ۳۸ )
این فولاد گرید EN 1.4462 و یا ۲۲۰۵ ( داپلکس ۲۲۰۵ ) هم نامیده می‌شود . این گرید دارای خواص متوسط است و امروزه بیشترین کاربرد را دارد [۲] .
فولادهای زنگ نزن سوپر داپلکس ( محدوده PREN : 38 تا ۴۵ )
گرید EN 1.4410 که هایپر داپلکس هم نامیده می‌شود ، اخیرا ، بدلیل پاسخگویی به نیازهای صنعت نفت و گاز و صنایع شیمیایی توسعه یافته است . فولادهای ضد زنگ داپلکس دارای مقاومت به خوردگی و استحکام عالی هستند ؛ اما بدلیل محتوی بالاتر کروم ، نیکل ، مولیبدن ، نیتروژن و حتی تنگستن که باعث تشکیل فازهای بین فلزی ( که مقاومت به ضربه فولاد را به شدت کاهش می‌دهد ) می‌شود ، فرآیند ساخت آن‌ها دشوارتر است . فرآیند ساخت ناقص منجر به عملکرد ضعیف این فولادها می‌شود . این فولادها در تولید نفت دریایی در آب‌های عمیق کاربرد دارند [۲] .
خواص فولادهای زنگ نزن داپلکس
ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن دابلکس
ترکیب شیمیایی فولادهای زنگ نزن دو فازی بر اساس استاندارد EN 10088-1 (2014) در جدول زیر ارائه شده است [۲] .
ترکیب شیمیایی فولادهای ضد زنگ داپلکس [۲] .
خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن داپلکس
خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن دوپلکس بر اساس استاندارد EN 10088-3 ( 2014 ) اروپا در جدول زیر ارائه شده است ( ضخامت محصول زیر ۱۶۰ میلی متر ) [۲] .
خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن آستنیتی – فریتی در دمای اتاق ( آنیل شده ) [۲] .
تنش تسلیم مینیمم فولادهای زنگ نزن دوبلکس ، دو برابر بیشتر از فولادهای زنگ نزن آستنیتی است . خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن دابلکس در دمای اتاق مورد توجه است ؛ چرا که امکان ایجاد مقاطع نازک‌تر را فراهم می‌کند [۲] .
عملیات حرارتی فولادهای زنگ نزن داپلکس
جدول زیر محدوده دمایی مربوط به فرآیندهای شکل دهی گرم ، آنیل و ماندگاری ( Soaking ) را در فولادهای ضد زنگ داپلکس نشان می‌دهد [۲] .
معرفی دماهای شکل دهی گرم ، آنیل و دمای ماندگاری ( Soaking ) [2] .
فولادهای زنگ نزن داپلکس پس از شکل دهی گرم باید سریعا تا دمای اتاق سرد شوند تا از رسوب گذاری فازهای بین فلزی ( مخصوصا فاز سیگما ) جلوگیری شود . این فازها باعث کاهش مقاومت به ضربه در دمای اتاق و مقاومت به خوردگی می‌شوند . عناصر آلیاژی کروم ، مولیبدن ، تنگستن و سیلیسیم پایداری و تشکیل فازهای بین فلزی را افزایش می‌دهند . بنابراین گریدهای سوپر داپلکس به گستره دمای کار گرم بالاتر و سرعت سرد شدن بیشتری نسبت به فولادهای زنگ نزن دوپلکس کم آلیاژ نیاز دارند [۲] .
کاربرد فولادهای زنگ نزن داپلکس
فولادهای زنگ نزن دوبلکس محتوای آلیاژ کمتر و عملکرد مشابهی در مقایسه با گریدهای فوق آستنیتی دارند . این امر باعث شده است تا از این فولادها در بسیاری از کاربردهای مقرون به صرفه استفاده شود . یکی از کاربردهای گسترده‌ی فولادهای زنگ نزن داپلکس در صنعت کاغذ و خمیر کاغذ است . امروزه ، استفاده از گریدهای سوپر داپلکس و هایپر داپلکس در صنعت نفت و گاز ( که به گریدهایی با مقاومت به خوردگی بیشتر نیازمند است ) افزایش یافته است . فولاد دوپلکس کم آلیاژ اخیرا ، بدلیل قیمت کمتر ( و اندکی مقاومت به خوردگی پایین‌تر ) توسعه یافته است و عمدتا در کاربردهای ساختمانی و ساخت و ساز ( میله‌های تقویت کننده بتن ، صفحات پل ، فعالیت‌های ساحلی ) و در صنعت آب مورد استفاده قرار می‌گیرد [۱] .
فولادهای زنگ نزن داپلکس معمولا بدلیل خواص مکانیکی مطلوب و خواص خوردگی بسیار خوب ( مخصوصا ترک ناشی از خوردگی تنشی ) بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند [۲] .
کاربردهای عمده این فولادها در ادامه مطرح شده‌اند .
معماری : ساختمان ساحلی استکهلم ، لوور ابوظبی ، کلیسای ساگرادا فامیلیا [۲] .
زیر ساخت : پل هلیکس – سنگاپور ، پل کالا گالدانا ، سدهای دریایی و اسکله‌ها و غیره و تونل‌ها [۲] .
کاربرد فولادهای زنگ نزن داپلکس در صنعت نفت و گاز : طیف وسیعی از تجهیزات شامل خطوط جریان ، منیفولد ، بالابرها ، پمپ‌ها ، شیرها و غیره [۲] .
صنعت کاغذ و خمیر کاغذ : هضم کننده‌ها ، مخازن تحت فشار ، مخازن مایعات و غیره [۲] .
مهندسی شیمی : مخازن تحت فشار ، مبدل‌های حرارتی ، کندانسورها ، ستون‌های تقطیر ، آتش‌زاها ، تانکرهای شیمیایی مورد استفاده در دریا [۲] .
کاربرد فولادهای زنگ نزن داپلکس در آب : کارخانه‌های شیرین سازی ، مخازن بزرگ برای ذخیره آب و تصفیه فاضلاب [۲] .
انرژی‌های تجدید پذیر : مخازن بیوگاز [۲] .
حمل و نقل : چارچوب‌های واگن شهری و اتومبیل ، کامیون مخزن دار و بارکش‌های سنگ معدن آهن .
مهندسی : پمپ‌ها ، شیرها ، اتصالات ، فنرها و غیره [۲] .
فولادهای زنگ نزن داپلکس خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی ( بخصوص خوردگی SCC ) مطلوبی دارند . این فولادها بدلیل خواص مطلوب کاربردهای زیادی در صنایع مختلف مانند نفت و گاز ، معماری ، کاغذ و خمیر کاغذ و غیره دارند .
منابع
[۱] “https://en.wikipedia.org/wiki/Stainless_steel.” .
[۲] “https://en.wikipedia.org/wiki/Duplex_stainless_steel.” .