Super duplex S32750/2507: Valmistus puristamalla, liuotuskäsittelemällä ja kylmävalssauksella

Super duplex -teräs S32750, jota yleensä kutsutaan nimellä 2507, on noin 25 Cr-7 Ni-4 Mo-N -ruostumaton teräs. Sen saumaton putki valmistetaan kuumalla puristuksella, korkealämpöisellä liuotuskarkaisulla noin 1050–1100 asteikossa Celsius-asteikolla, nopealla vesi­kylmäytyksellä sekä kylmällä pilgerointi- tai vedosmenetelmällä. Tämä valmistusreitti tuottaa tasapainoisen, noin 50/50 -austeniitti-ferritiittisen mikrorakenteen, jonka pittingvastuun ekvivalenttiluku ylittää 40 ja joka tarjoaa vähimmäislujuuden noin 550 MPa (noin 80 ksi); kylmämuokattu putki saavuttaa vetolujuuden noin 125 ksi. Lujuuden ja korroosionkestävyyden yhdistelmä tekee 2507:sta vaatimuksetta aggressiivisimmissä kloridipitoisissa käyttökohteissa määritellyn materiaalin.

Metallurgia numeroiden takana
Super duplex -teräksen suorituskyky perustuu tarkoitukselliseen kahden faasin rakenteeseen. Ferriitti tarjoaa korkean lujuuden ja kestävyyden kloridien aiheuttamalle jännityskorroosiolle; austeniitti taas lisää sitkeyttä ja yleistä korroosionkestävyyttä. Nimellinen kemiallinen koostumus – noin 25 prosenttia kromia, 7 prosenttia nikkeliä, 4 prosenttia molybdeenia ja 0,24–0,32 prosenttia typpeä – on valittu niin, että molemmat faasit muodostuvat likimain yhtä suurina osuuksina liuotuskovettamisen jälkeen. Typpi on keskeinen nykyaikainen säädöntekijä: se on voimakas austeniitin muodostaja, se nostaa lujuutta kiinteän liuoksen kovettumisen kautta ja se merkittävästi parantaa kuoppakorroosion kestävyyttä. Kun lasketaan PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N, tyypillisen 2507 -teräksen lämpökäsittelyn PREN-arvoksi saadaan noin 43, mikä on selvästi yli 40:n rajan, joka määrittelee super duplex -luokan.
Tuon suorituskyvyn hinta on metallurginen herkkyys. Noin 600–950 asteen lämpötilavälillä hauraita väliseoksia, kuten sigma- ja chi-vaiheita, voi muodostua minuutteissa, jolloin kromi ja molybdeeni poistuvat aineen perusrakenteesta ja sekä sitkeyttä että korroosionkestävyyttä heikentyy huomattavasti. Jokainen valmistusvaihe on suunniteltu siirtämään materiaali tämän lämpötilavälin läpi mahdollisimman nopeasti ja varmistamaan, että se jää täysin liuotuskäsittelyyn. Sama herkkyys rajoittaa myös myöhempää käsittelyä: hitsausten lämpötuotto, välikiinnityksen lämpötila ja kaikki muut muokkauksen jälkeiset lämmityskäsittelyt on suoritettava samojen lämpörajojen puitteissa, sillä täydellinen tehdasvalmis tuote voidaan edelleen tuhota huolimattomalla kenttäkäytännöllä.

Hollow-kappaleen kuumavalssaus
Saumaton superduplex-putki valmistetaan alun perin kiinteästä tai poratusta billetistä, joka kuumennetaan induktiolla puristusmuovaukseen sopivaan lämpötilaan, rasvataan lasilla ja työnnetään muottia vasten työntöpuikolla, jolloin muodostuu ontto äiti putki. Puristusmuovaus soveltuu korkean seoksen teräksille, koska se muovaa materiaalia puristusjännityksen vaikutuksesta, mikä estää halkeamien syntymisen metallissa, joka on paljon vähemmän siedollinen kuin 304- tai 316-teräs. Korkea puristusmuovauslämpötila pitää muodonmuutoksen kuormat hallinnassa, mutta putken ei saa jäädä välimetallisen vaiheen lämpötila-alueelle jäähtyessään, joten se siirretään suoraan liuotuskäsittelyyn.

Liuotuspehmennys ja vesisammutus
Ratkaisu-annealointi on ratkaiseva lämpökäsittely. Putken pitäminen noin 1050–1100 asteikossa Celsius-asteikolla liuottaa sigma- tai chi-faasin, homogenisoi kromin ja molybdeenin sekä palauttaa tasapainoisen austeniitti-ferritiitti-suhteen. Tämän lämpötilan pitämisen jälkeen on suoritettava voimakas vesisammutus: jäähdytys on tapahduttava riittävän nopeasti, jotta mikrorakenne jäätyy paikoilleen ja uudelleenmuodostuminen estyy, kun putki kulkee takaisin lämpötilavälillä 950–600 astetta Celsius-asteikolla. Liian hitaasti suoritettu sammutus on yksi yleisimmistä syistä, miksi kahdenfaasisten tuotteiden iskukokeet tai korroosiotestit epäonnistuvat; siksi sammutusveden määrää ja osien käsittelyä valvotaan tiukasti, ja valmiit putket tarkastetaan iskukokeella ja korroosiotesteillä ASTM A790- ja A923 -standardien mukaisesti.

Kylmäpilgerointi, vedostus ja lujuuden parantaminen
Lopullisten mittojen ja toleranssien saavuttamiseksi liuotuskäsitelty peräputki työstetään kylmämuovattavana pilger- tai tukkupuristusmenetelmällä. Kylmäpilgerointi vähentää sekä halkaisijaa että seinämäpaksuutta yhdellä tarkasti ohjatulla toimenpiteellä ja parantaa pinnanlaatua sekä mitallista tarkkuutta. Se myös nostaa lujuutta työkovettumisen kautta, mikä mahdollistaa putken vetolujuuden ylittämisen 125 ksi:n (kilo-pounds per square inch) tasolla työstetyn tilan mukaan. Koska kylmämuovaus varastoi energiaa ja vähentää muokkauskykyä, keskitasoiset liuotuskäsittelyt ja jäähtyminen suoritetaan raskaiden muovausvaiheiden välissä, ja lopullinen liuotuskäsittely palauttaa määritellyn mikrorakenteen, ellei asiakas erityisesti pyydä kylmämuovattua, korkeampalujuista toimitustilaa. Vähennys kussakin vaiheessa on säädettävä tarkasti: liiallinen kylmämuovaus yhdellä kerralla voi aiheuttaa pinnan repeämän tai sisäisen halkeaman aineessa, jonka muokkauskyky on jo alhainen verrattuna tavallisiin austeniittisiin laaduihin, joten prosessiparametrit todennetaan jokaista sulatusta vastaan.

Taulukko: Ohjeelliset prosessi- ja ominaisuustavoitteet

Kotimainen edistyminen ja 2507:n arvon tuottaminen
Vuosiin korkeimman lujuuden superduplex-putket kuuluivat vain muutamalle ulkomaiselle valmistajalle, mutta kiinalaiset tehtaat ovat saavuttanut todellisia metallurgisia edistysaskeleita sulatuksen puhtaudesta, typen säädöstä ja ohjatusta kylmämuokkauksesta, ja ne tuottavat nyt korkean lujuuden superduplex-saumattomia putkia, jotka täyttävät vaativat merenkulku- ja kemikaalialan määrittelyt. Tämä kypsytys parantaa toimitusvarmuutta ja lyhentää toimitusaikoja ostajille, jotka aikaisemmin tuovat jokaisen metrin.
Sovellukset oikeuttavat vaivannäön. Merenpohjan öljy- ja kaasuteollisuudessa 2507 -terästä käytetään ylärakenteiden putkistoihin, umbilaaleihin ja meriveden järjestelmiin, joissa lämmin, hapella varustettu kloridiliuos syösisi tai halkeaisi nopeasti heikommat teräslajit. Meriveden suolapitoisuuden poisto perustuu siihen korkeapaineiseen käänteisosmoosiputkistoon ja lämmönpoistosektoreihin. Kemikaali- ja pigmenttiteollisuus käyttää sitä happamien, klorideja sisältävien prosessivirtausten käsittelyyn. Arvopropositio on kaikissa näissä tapauksissa sama: superduplex mahdollistaa ohuemmat seinämät korkeammassa paineessa sen lujuuden ansiosta, kun taas sen PREN-arvo yli 40 tarjoaa korroosiosuojan, joka pitää laitteen käytössä. Ohuempi seinämä tarkoittaa myös vähemmän seoksterästä metriä kohden, mikä osittain kompensoi superduplex-teräksen korkeampaa kilogrammahintaa, ja se vähentää painoa merenpohjan rakenteissa, joissa jokainen tonni ylärakenteen massasta aiheuttaa lisäkustannuksia. 2507 -putket on varmistettu PMI-, kemiallisilla, mekaanisilla, ferriitti- ja korroosiotesteillä; kyseessä on vaativa tuote, joka vaatii tarkkaa valmistusta jokaisessa vaiheessa.

Usein kysytyt kysymykset
K: Miksi liuotuspehmennyslämpötila on niin korkea 2507-seokselle?
V: Liuotuspehmennyslämpötilan on oltava noin 1050–1100 °C, jotta hauras sigma- ja chi-vaihe voidaan liuottaa täysin ja austeniitti-ferriti-rakenne saadaan tasapainoon; nopea jäähdytys lukitsee sen rakenteen paikoilleen.
K: Voidaanko superduplex-seosta toimittaa korkeamman lujuuden saavuttaneena kylmämuokattuna?
V: Kyllä. Kylmäpiilottaminen tai kylmävetäminen voi nostaa vetolujuutta noin 125 ksi:n, mutta tämä on ilmoitettava erikseen, koska useimmat standarditoimitukset ovat lopullisesti liuotuspehmennettyjä maksimaalisen sitkeyden ja korroosionkestävyyden varmistamiseksi.
Tarvitsetko superduplex 2507/S32750 -saumattomia putkia täydellisin mekaanisin ja korroosiotestausasiakirjoin? Ota yhteyttä Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd.:hen. Puh. +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/