Дуплексная нержавеющая сталь: баланс фаз и термообработка
Определяющая особенность дуплексной нержавеющей стали — её смешанная аустенитно-ферритная микроструктура, примерно по 50% каждой фазы. При правильном балансе вы получаете вдвое больше прочности, чем у 316L, плюс иммунитет к РКК. При неправильном — охрупчивание, потерю коррозионной стойкости или и то, и другое. Понимание баланса фаз необходимо всем, кто выбирает, изготавливает или контролирует дуплексные трубы.
Идеальная микроструктура: 40–60% феррита
Оптимальное содержание феррита для дуплексной 2205 составляет 40–60%, определяемое подсчётом точек по ASTM E562 или магнитными методами по ASTM A923. Ниже 35% феррита сплав ведёт себя как аустенитная нержавеющая сталь — теряется прочностное преимущество и иммунитет к РКК. Выше 65% растёт риск охрупчивания при 475°C и снижается горячая деформируемость. Оптимум ~50% даёт лучшее сочетание механических свойств, коррозионной стойкости и технологичности.
Сигма-фаза (σ) — враг
Сигма-фаза — твёрдый хрупкий интерметаллид Fe-Cr-Mo, образующийся в интервале 600–950°C. Даже 1–2% сигма-фазы снижают ударную вязкость на 90% и резко ухудшают стойкость к питтингу. Образование сигма-фазы зависит от времени И температуры: 30 минут при 850°C дают измеримую сигму в 2205. Температура закалочного отжига (1040–1100°C) как раз растворяет сигма- и хи-фазы.
Охрупчивание при 475°C
Феррит претерпевает спинодальный распад на обогащённые Fe (α) и Cr (α') фазы при выдержке при 300–550°C. Это вызывает сильное упрочнение и охрупчивание — пластичность может упасть практически до нуля. Названа по температуре, при которой эффект наиболее быстр. Вот почему дуплексные марки НЕ рекомендуются для непрерывной службы выше 300°C, несмотря на их высокотемпературную прочность.
Термообработка: закалочный отжиг обязателен
| Марка | Темп. закалочного отжига | Способ охлаждения | Целевой феррит |
|---|---|---|---|
| 2205 (S32205) | 1040-1100°C | Закалка в воде или быстрое воздушное охлаждение | 40-55% |
| 2507 (S32750) | 1050-1125°C | Закалка в воде обязательна | 40-55% |
| S32760 (Zeron 100) | 1080-1120°C | Закалка в воде обязательна | 35-55% |
ASTM A923: проверка отсутствия вредных фаз
ASTM A923 включает три метода испытаний для выявления вредных интерметаллидных фаз в дуплексной нержавеющей стали: Метод A: травление гидроксидом натрия — быстрый отсевающий метод. Протравленная поверхность исследуется при увеличении 400–500×. Сигма-фаза видна как отчётливая фаза, очерченная травлением. Метод B: ударный изгиб по Шарпи — наиболее часто указываемый. Ударная вязкость должна достигать минимальных значений при заданной температуре испытания. Низкая ударная вязкость = присутствует сигма-фаза. Метод C: коррозионное испытание хлоридом железа — наиболее чувствительно к снижению стойкости к питтингу. Потеря массы после 24-часовой выдержки в 6% FeCl₃ при заданной температуре (обычно 25–50°C). Для сероводородной среды NACE MR0175 метод B (Шарпи), как правило, обязателен для дуплексных марок. TOKO TECH проводит методы B и C для каждой плавки дуплекса.