Super dvigubasis S32750/2507: gamyba ekstruzija, tirpalo kaitinimu ir šaltuoju valcavimu

Super dvigubasis S32750, dažniausiai vadinamas 2507, yra apytiksliai 25Cr-7Ni-4Mo-N nerūdijančiojo plieno rūšis. Jo be siūlės vamzdžiai gaminami karštosios ekstruzijos būdu, aukštos temperatūros tirpimo kaitinimu (apie 1050–1100 °C), greitu vandeniu aušinimu ir šaltuoju pilgeriavimu arba traukimu. Šis gamybos būdas sukuria subalansuotą maždaug 50/50 austenito–ferito mikrostruktūrą, kurios įbrėžimo atsparumo ekvivalentinis skaičius viršija 40, o minimalus takumo stipris siekia apie 550 MPa (arba maždaug 80 ksi); šaltuoju deformuoti vamzdžiai pasiekia tempiamąjį stiprį, artimą 125 ksi. Stiprumas, derintas su korozijos atsparumu, yra pagrindinė priežastis, kodėl 2507 nurodomas labiausiai agresyvioms chloridų turinčioms aplikacijoms.

Metalurgija už skaičių
Super dvigubos struktūros plienas pasiekia savo našumą dėl sąmoningai sukurto dviejų fazių struktūros. Feritas suteikia didelį stiprumą ir atsparumą chloridų sukeltam įtempimo korozijos skilimui; austenitas suteikia kietumą ir bendrą korozijos atsparumą. Nominalioji cheminė sudėtis – apie 25 proc. chromo, 7 proc. nikelio, 4 proc. molibdeno ir 0,24–0,32 proc. azoto – parenkama taip, kad po tirpimo kaitinimo abi fazės būtų maždaug vienodos. Azotas yra pagrindinis šiuolaikinis reguliavimo elementas: jis stipriai skatina austenito susidarymą, padidina stiprumą tirpalo kietinimu ir žymiai padidina atsparumą duobutinei korozijai. Apskaičiavus pagal PREN formulę = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N, tipiško 2507 lydinio PREN reikšmė siekia apie 43, kur kas viršijant 40 ribą, kuri apibrėžia super dvigubos struktūros plienų klasę.
Šios savybės kaina yra metalurginė jautrumas. Maždaug nuo 600 iki 950 laipsnių Celsijaus temperatūroje šiurkščios tarpmetalės fazės, pvz., sigma ir chi, gali išsiskirti per minutes, pašalindamos chromo ir molibdeno iš matricos ir žymiai sumažindamos stiprumą bei korozijos atsparumą. Kiekvienas gamybos etapas suprojektuotas taip, kad medžiaga būtų kuo greičiau praeitų šiuo temperatūrų intervalu ir visiškai būtų ištirpinta. Tas pats jautrumas riboja vėlesnę apdorojimą: suvirinimo šilumos įvedimas, tarpiniai temperatūros režimai ir bet kokie po formavimo šiluminiai apdorojimai turi laikytis tų pačių šiluminių ribų, nes net puikus gamykloje pagamintas gaminys gali būti sugadintas neprotingais lauko darbų metodais.

Tuščiavidurio karštojo presavimo procesas
Bezšvinės superdvigubos vamzdžio gamyba prasideda iš kietos arba išgręžtos bilietės, kurią indukcijos būdu įkaitinama iki ekstruzijos temperatūros, tepama stiklo tepalu ir stumdoma per šabloną su mandreliu, kad susidarytų tuščiaviduris pirminis vamzdis. Ekstruzija tinka aukšto lygio lydinių rūšims, nes ji deformuoja medžiagą suspaudimo įtempimais, kurie slopina įtrūkimus metalo, kuris yra žymiai mažiau atsparus nei 304 ar 316. Aukšta ekstruzijos temperatūra padeda išlaikyti deformavimo apkrovas valdymo ribose, tačiau vamzdžiui negalima leisti ilgiau išbūti tarpmetaliniame temperatūrų intervale auštant, todėl jis nedelsiant patenka į tirpalo kaitinimo procesą.

Tirpalo kaitinimas ir vandens aušinimas
Sprendimo kaitinimas yra lemiamas šiluminis apdorojimas. Vamzdis laikomas apie 1050–1100 laipsnių Celsijaus temperatūroje, kad ištirptų bet kokia sigma ar chi fazė, homogenizuotų chromą ir molibdeną bei atkurtų subalansuotą austenito–ferito santykį. Po laikymo būtina staigiai aušinti vandeniu: aušinimas turi būti pakankamai greitas, kad „sušaldytų“ mikrostruktūrą ir sustabdytų perkristalizaciją, kai vamzdis vėl praeina per 950–600 laipsnių Celsijaus temperatūros intervalą. Per lėtas aušinimas yra viena dažniausių priežasčių, dėl kurių dvigubojo (duplex) produkto smūgio ar korozijos bandymai nepavyksta; todėl kontroliuojamas aušinamojo vandens kiekis ir detalių apdorojimas, o galutinis vamzdis patikrinamas smūgio ir korozijos bandymais pagal ASTM A790 ir A923 standartus.

Šaltasis pilgeravimas, traukimas ir sustiprinimas
Norint pasiekti galutinius matmenis ir nuokrypius, tirpimo kaitinimu apdorota pirminė vamzdelio ruošinio vamzdelio ruošinys šaltai deformuojamas naudojant pilgerinį valcavimą arba traukiant per kištuką. Šaltasis pilgerinimas vienu tiksliai kontroliuojamu procesu sumažina tiek skersmenį, tiek sienelės storį, taip pat pagerina paviršiaus baigtinį apdorojimą ir matmeninę tikslumą. Be to, dėl šaltojo deformavimo padidėja stiprumas, todėl vamzdelis gali pasiekti virš 125 ksi tempimo stiprumo jau po šaltojo apdorojimo. Kadangi šaltasis deformavimas kaupia energiją ir sumažina plastinį deformavimąsi, tarp intensyvių deformavimo etapų atliekama tarpinė tirpimo kaitinimo ir greito aušinimo operacija, o galutinis tirpimo kaitinimas atkuria nurodytą mikrostruktūrą, nebent klientas aiškiai pareikalautų pristatyti vamzdelį šaltai deformuotą ir su didesniu stiprumu. Kiekvieno etapo deformavimo laipsnis turi būti tiksliai kontroliuojamas: per didelis šaltasis deformavimas viename etape gali sukelti paviršiaus plyšius ar vidinius įtrūkimus medžiagoje, kurios plastinio deformavimosi gebėjimas jau yra žemesnis už standartinių austenitinių lydinių ribą, todėl technologiniai parametrai tikrinami kiekvienam lydinio laužui.

Lentelė: Orientaciniai technologiniai ir savybių tikslai

Vidaus pažanga ir tai, kur 2507 suteikia vertės
Metalo gamintojai iš užsienio ilgą laiką turėjo vienintelę teisę gaminti stipriausius superdvigubos struktūros vamzdžius, tačiau kinų gamyklos pasiekė tikrų metalurginių laimėjimų – pagerino lydymo švarumą, azoto kiekio kontrolę ir kontroliuojamą šaltą deformavimą – ir dabar gamina stiprius superdvigubos struktūros bešvojus vamzdžius, atitinkančius reikalavimus naudojimui jūrų ir chemijos pramonėje. Šis tobulėjimas padeda užtikrinti patikimesnę tiekimo grandinę ir sutrumpina pristatymo laikus pirkėjams, kurie anksčiau importuodavo kiekvieną metrą.
Programos pateisina pastangas. Jūros naftos ir dujų pramonė naudoja 2507 lydinį virš vandens vamzdžiams, valdymo kabeliams ir jūros vandens sistemoms, kur šilti, deguonimi prisotinti chloridai greitai sukelia įbrėžimus arba įtrūkimus mažiau atspariuose lydiniuose. Jūros vandens desalinizacijos įrenginiai remiasi juo aukšto slėgio atvirkštinės osmozės vamzdžiams ir šilumos šalinimo sekcijoms. Chemijos ir dažų gamyklos naudoja jį rūgštinėms, chloridais apkrautoms technologinėms srautams. Kiekvienu atveju vertės pasiūlymas yra tas pats: superdvigubasis austenitinis-ferritinis lydinys leidžia naudoti plonesnius sienas esant didesniam slėgiui dėl savo stiprumo, o jo PREN virš 40 užtikrina korozijos atsparumo rezervą, kuris padeda išlaikyti įrangą eksploatacijoje. Plonesnė siena taip pat reiškia mažiau lydinio vienam metrui, kas dalinai kompensuoja aukštesnę superdvigubojo lydinio kainą už kilogramą ir sumažina svorį jūros platformose, kur kiekvienas tonos viršutinės konstrukcijos masės vienetas turi papildomą kainą. 2507 vamzdžiai patvirtinti PMI, cheminės analizės, mechaninių savybių, ferito kiekio ir korozijos bandymais – tai sudėtingas gaminys, kuris reikalauja tvarkingos gamybos kiekviename etape.

Dažniausiai užduodami klausimai
K: Kodėl 2507 lydinio tirpimo kaitinimo temperatūra tokia aukšta?
A: Norint visiškai ištirpinti trapią sigmos ir chio fazes bei atkurti austenito–ferito struktūros pusiausvyrą, reikia apie 1050–1100 laipsnių Celsijaus; tolesnis greitas aušinimas užfiksuoja šią struktūrą.
K: Ar superdvigubosios struktūros plienas gali būti tiekiamas didesnės stiprybės šaltai deformuotoje būsenoje?
A: Taip. Šaltasis pilgeravimas arba traukimas gali padidinti tempimo stiprybę iki 125 ksi, tačiau tai turi būti nurodyta užsakyme, nes dauguma standartinių pristatymų yra galutinai tirpimo kaitinimo būdu apdoroti siekiant maksimalios smūgio stiprybės ir korozijos atsparumo.
Reikia superdvigubosios struktūros 2507/S32750 beviršių vamzdžių su visais mechaniniais ir korozijos tyrimų dokumentais? Susisiekite su „Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd.“ Tel. +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/