Super duplex S32750/2507: Výroba prostřednictvím extruze, žíhání v roztoku a za studena válcování

Super duplex S32750, obvykle označovaný jako 2507, je nerezová ocel s přibližným složením 25 % Cr, 7 % Ni, 4 % Mo a N. Bezšvévné trubky z tohoto materiálu se vyrábějí horkou extruzí, vysokoteplotním žíháním v rozpětí přibližně 1050 až 1100 stupňů Celsia, rychlým ochlazením ve vodě a následným studeným tažením nebo pilgrováním. Tento výrobní postup vytváří vyváženou mikrostrukturu s přibližně 50 % austenitu a 50 % feritu, číselnou hodnotu odolnosti proti bodové korozi (PREN) vyšší než 40 a minimální mez kluzu kolem 550 MPa, což odpovídá přibližně 80 ksi; tažené trubky dosahují pevnosti v tahu přibližně 125 ksi. Kombinace pevnosti a korozní odolnosti je důvodem, proč se 2507 specifikuje pro nejnáročnější aplikace v prostředích obsahujících chloridy.

Metalurgie za čísly
Super duplex získává svůj výkon díky úmyslné dvoufázové struktuře. Ferit poskytuje vysokou pevnost a odolnost proti korozi vyvolané napětím chloridů; austenit přispívá houževnatostí a obecnou korozní odolností. Nominální chemické složení – přibližně 25 % chromu, 7 % niklu, 4 % molybdenu a 0,24 až 0,32 % dusíku – je nastaveno tak, aby po žíhání za tepla v roztoku vznikly obě fáze přibližně ve stejném poměru. Dusík je klíčový moderní faktor: je silným tvůrcem austenitu, zvyšuje pevnost pomocí tuhnutí roztokem a výrazně zvyšuje odolnost proti bodové korozi. Při výpočtu pomocí rovnice PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N dosahuje typická slitina 2507 hodnoty PREN přibližně 43, což jasně přesahuje prahovou hodnotu 40 definující třídu super duplex.
Cenou tohoto výkonu je metalurgická citlivost. V rozmezí přibližně 600 až 950 stupňů Celsia se mohou během několika minut vyskytnout křehké intermetalické fáze, jako jsou fáze sigma a chi, čímž dojde k obohacení matrice o chrom a molybden a zároveň k výraznému snížení houževnatosti i odolnosti proti korozi. Každý výrobní krok je navržen tak, aby materiál rychle prošel tímto teplotním rozmezím a zůstal plně roztokově žíhán. Stejná citlivost omezuje i následnou výrobu: tepelný příkon při svařování, teplota mezi jednotlivými průchody a jakékoli tepelné zpracování po tváření musí dodržovat stejné teplotní limity, neboť dokonale vyrobený polotovar z válcovny lze stále poškodit nedbalým postupem na stavbě.

Horké tažení dutých profilů
Bezševní trubky ze superduplexní oceli vznikají z pevného nebo vyvrtaného polotovaru, který se indukčně zahřeje na teplotu vhodnou pro extruzi, poté se potře sklovitým mazivem a vtlačí se přes díru do matricového nástroje nad mandrelem, čímž vznikne dutá mateřská trubka. Extruze je vhodná pro vysoce legované třídy materiálů, protože zpracovává kov za tlakového namáhání, což potlačuje vznik trhlin v kovu, který je mnohem méně odolný než 304 nebo 316. Vysoká teplota extruze udržuje deformace v přijatelných mezích, avšak trubka nesmí během chlazení zůstat v rozmezí intermetalických fází, proto se ihned přesune do procesu žíhání za účelem roztavení.

Žíhání za účelem roztavení a ochlazení vodou
Žíhání za účelem rozpuštění je rozhodující tepelnou úpravou. Udržování trubky při teplotě přibližně 1050 až 1100 °C způsobuje rozpuštění jakékoli sigma nebo chí fáze, homogenizuje chrom a molybden a obnovuje vyvážený poměr austenitu a feritu. Toto udržení musí být následováno intenzivním zchladěním vodou: rychlost chlazení musí být dostatečná k „zmrazení“ mikrostruktury a zamezení opětovného vysrážení při průchodu trubky teplotním rozmezím 950 až 600 °C. Příliš pomalé zchladění je jednou z nejčastějších příčin neúspěšných zkoušek rázu nebo korozní odolnosti u duplexních výrobků, a proto je objem chladicí vody i manipulace s výrobky přísně kontrolována a dokončené trubky jsou ověřovány zkouškami rázu a korozní odolnosti podle norem ASTM A790 a A923.

Studené tažení na pilgeru, tažení a zpevnění
Aby byly dosaženy konečné rozměry a tolerance, je matiční trubka po rozpouštěcí žíhání studeně deformována buď pilgerováním, nebo tažením přes zátku. Studené pilgerování současně snižuje jak průměr, tak tloušťku stěny v jediné řízené operaci a zlepšuje povrchovou úpravu a rozměrovou přesnost. Zvyšuje také pevnost díky tvárnému zpevnění, čímž může trubka v nezpracovaném stavu překročit mez pevnosti v tahu 125 ksi. Protože studená deformace ukládá energii a snižuje tažnost, provádí se mezi intenzivními průchody mezilehlé rozpouštěcí žíhání s následným ochlazením; konečné rozpouštěcí žíhání obnoví stanovenou mikrostrukturu, pokud zákazník výslovně nepožaduje dodávku ve stavu studeně deformovaného materiálu s vyšší pevností. Snížení rozměrů při každé průchodu musí být přísně kontrolováno: příliš velká studená deformace v jediné operaci může u tříd s nízkou tažností (ve srovnání se standardními austenitickými oceli) způsobit povrchové trhliny nebo vnitřní trhliny, proto jsou technologické parametry ověřovány pro každou tavbu.

Tabulka: Orientační cíle procesu a vlastností

Domácí pokrok a místa, kde 2507 přináší hodnotu
Po mnoho let patřily nejpevnější superduplexní trubky zahraničním výrobcům, ale čínské hutní závody dosáhly skutečných metalurgických pokročilostí v oblasti čistoty tavby, kontroly obsahu dusíku a řízeného studeného tváření a nyní vyrábějí vysoce pevné superduplexní bezšvévé trubky, které splňují náročné offshore a chemické specifikace. Toto zralé postavení zlepšuje bezpečnost dodávek a zkracuje dobu dodání pro odběratele, kteří dříve dováželi každý metr.
Aplikace ospravedlňují náklady. V offshore těžbě ropy a zemního plynu se 2507 používá pro potrubí na horní části konstrukcí, pro umbilikály a pro systémy mořské vody, kde teplé, okysličené chloridy by rychle poškodily nebo praskly méně odolné třídy materiálů. Ve vodních desalinizačních zařízeních se používá pro potrubí vysokotlaké reverzní osmózy a pro části odvádění tepla. Chemické a barvivové továrny jej využívají pro procesní proudy obsahující kyseliny a chloridy. Ve všech těchto případech je hodnotová nabídka stejná: super duplex umožňuje tenčí stěny při vyšším tlaku díky své pevnosti, zatímco jeho hodnota PREN nad 40 poskytuje korozní bezpečnostní mez, která zajišťuje dlouhodobou provozuschopnost zařízení. Tenčí stěna také znamená menší množství slitiny na metr, což částečně kompenzuje vyšší cenu za kilogram tepelně zpracovaného super duplexu, a současně snižuje hmotnost offshore konstrukcí, kde každý tunový přírůstek hmotnosti horní části představuje dodatečné náklady. Potrubí 2507 je ověřeno pomocí PMI, chemické analýzy, mechanických zkoušek, měření feritu a korozních testů; jedná se o náročný výrobek, který vyžaduje důsledné a disciplinované výrobní postupy na každém stupni výroby.

Nejčastější dotazy
Otázka: Proč je teplota žíhání v roztoku u slitiny 2507 tak vysoká?
Odpověď: K úplnému rozpuštění křehkých fází sigma a chi a k obnovení rovnováhy mezi austenitní a feritickou strukturou je potřeba teplota přibližně 1050 až 1100 stupňů Celsia; následující rychlé ochlazení (quench) tuto strukturu „zamkne“.
Otázka: Lze dodat superduplexní slitinu ve vyšší pevnosti po studeném tváření?
Odpověď: Ano. Studené tažení nebo studené pilgrování mohou zvýšit mez pevnosti v tahu až na 125 ksi, avšak tento požadavek je nutné explicitně uvést, protože většina standardních dodávek je konečně žíhána v roztoku za účelem dosažení maximální houževnatosti a odolnosti proti korozi.
Potřebujete bezšvévné trubky ze superduplexní slitiny 2507/S32750 s kompletní dokumentací mechanických vlastností a odolnosti proti korozi? Kontaktujte společnost Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel. +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/