Super duplex S32750/2507: Produkcja metodą wyciskania, wyżarzania roztworowego oraz zimnego walcowania

Super duplex S32750, zwykle nazywany 2507, to stal nierdzewna o składzie nominalnym 25Cr-7Ni-4Mo-N. Bezszwowe rury z tego stopu wytwarza się metodą gorącego wyciskania, wyżarzania roztworowego w wysokiej temperaturze (około 1050–1100 °C), szybkiego gaszenia wodą oraz zimnego pilgerowania lub ciągnienia. Ta metoda prowadzi do powstania zrównoważonej mikrostruktury zawierającej mniej więcej po 50 % ferrytu i austenitu, przy liczbie równoważnej odporności na punktowe korozję przekraczającej 40 oraz minimalnej granicy plastyczności wynoszącej około 550 MPa (czyli ok. 80 ksi); rury poddane zimnemu rozciąganiu osiągają wytrzymałość na rozciąganie bliską 125 ksi. Połączenie wytrzymałości z odpornością korozyjną sprawia, że stop 2507 jest stosowany w najbardziej agresywnych środowiskach zawierających chlorki.

Metalurgia stojąca za tymi liczbami
Super duplex osiąga swoje właściwości dzięki celowo zaprojektowanej strukturze dwufazowej. Faza ferrytowa zapewnia wysoką wytrzymałość oraz odporność na pękanie napięciowe w środowisku chlorkowym; faza austenityczna przyczynia się do odporności na uderzenie oraz ogólnej odporności korozyjnej. Nominalny skład chemiczny – około 25 proc. chromu, 7 proc. niklu, 4 proc. molibdenu oraz 0,24–0,32 proc. azotu – został dobrany tak, aby po wyżarzeniu w temperaturze roztworu obie fazy występowały w przybliżenie równych ilościach. Azot stanowi kluczowy współczesny czynnik: jest silnym formowaczem austenitu, zwiększa wytrzymałość poprzez utwardzanie przez roztwór stały oraz znacznie podnosi odporność na korozję punktową. Po podstawieniu wartości do wzoru PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N typowa partia stali 2507 osiąga wartość PREN wynoszącą około 43, co wyraźnie przekracza próg 40 definiujący klasę super duplex.
Ceną tej wydajności jest wrażliwość metalurgiczna. W zakresie temperatur od około 600 do 950 stopni Celsjusza kruche fazy międzymetaliczne, takie jak sigma i chi, mogą wytrącać się w ciągu kilku minut, odprowadzając chrom i molibden z macierzy oraz niszcząc zarówno odporność na uderzenie, jak i odporność korozyjną. Każdy etap produkcji zaprojektowano tak, aby materiał przechodził przez ten zakres temperatur jak najbardziej szybko i pozostawał w pełni poddany obróbce cieplnej typu solution treatment. Ta sama wrażliwość ogranicza dalszą obróbkę: ilość ciepła wprowadzanego podczas spawania, temperaturę między przebiegami oraz wszelkie poformowe obróbki cieplne muszą przestrzegać tych samych ograniczeń termicznych, ponieważ nawet doskonały produkt walcowni może zostać zniszczony przez niedbałą praktykę terenową.

Wytłaczanie na gorąco pustej części
Bezszwowa rura z superduplexu powstaje z pełnego lub wydrążonego walcowiska, które jest nagrzewane indukcyjnie do temperatury wyciskania, smarowane szkłem i wypychane przez matrycę nad trzpieniem w celu utworzenia pustej rury macierzystej. Wyciskanie nadaje się do stopów o wysokiej zawartości stopowych, ponieważ materiał poddawany jest naprężeniom ściskającym, co hamuje powstawanie pęknięć w metalu znacznie mniej wytrzymałym niż 304 lub 316. Wysoka temperatura wyciskania pozwala utrzymać obciążenia odkształcenia na akceptowalnym poziomie, jednak podczas chłodzenia nie można dopuścić do długotrwałego przebywania rury w zakresie międzymetalicznych faz, dlatego przechodzi ona bezpośrednio do obróbki cieplnej typu solution treatment.

Obróbka cieplna typu solution annealing i gaszenie wodą
Wypalanie rozwiązanie jest decydującym zabiegiem cieplnym. Utrzymywanie rury w temperaturze około 1050–1100 °C rozpuszcza wszelkie fazy sigma lub chi, ujednolica rozkład chromu i molibdenu oraz przywraca zrównoważoną proporcję ferrytu do austenitu. Po tym okresie utrzymywania konieczne jest gwałtowne gaszenie wodą: szybkie schłodzenie, aby „zamrozić” strukturę mikroskopową i zapobiec ponownej wytrącaniu się faz podczas przechodzenia rury przez zakres temperatur 950–600 °C. Zbyt powolne gaszenie jest jednym z najczęściej występujących powodów niepowodzenia prób udarności lub korozyjnych w produktach duplex, dlatego objętość wody do gaszenia oraz sposób obsługi elementów są ściśle kontrolowane, a gotowe rury poddawane są weryfikacji za pomocą badań udarnościowych i korozyjnych zgodnie ze standardami ASTM A790 i A923.

Zimne wyciąganie pilgerowe, wyciąganie i wzmacnianie
Aby osiągnąć końcowe wymiary i допuszczalne odchyłki, rura macierzysta po ulepszaniu cieplnym w roztworze jest zimno obrabiana metodą walcowania pilgerowego lub wyciągania nad wkładką. Zimne walcowanie pilgerowe jednoczesnie zmniejsza średnicę i grubość ścianki w jednej kontrolowanej operacji oraz poprawia jakość powierzchni i dokładność wymiarową. Zwiększa również wytrzymałość dzięki umocnieniu przez odkształcenie plastyczne, umożliwiając osiągnięcie wytrzymałości na rozciąganie przekraczającej 125 ksi w stanie po obróbce zimnej. Ponieważ odkształcenie zimne gromadzi energię i zmniejsza kruszalność, pomiędzy intensywnymi przejściami stosuje się pośredni ulepszający cieplny roztwór z chłodzeniem, a końcowy ulepszający cieplny roztwór przywraca określoną mikrostrukturę, chyba że klient wyraźnie zażąda dostawy w stanie zimnoobrobionym o wyższej wytrzymałości. Stopień redukcji w jednym przejściu musi być ściśle kontrolowany: zbyt duże odkształcenie zimne w pojedynczym przejściu może spowodować pęknięcia powierzchniowe lub wewnętrzne w stopie o niskiej kruszalności w porównaniu ze standardowymi stali austenitycznymi, dlatego parametry procesu są walidowane dla każdej partii.

Tabela: Orientacyjne cele procesowe i właściwości

Postęp krajowy i obszary, w których 2507 zapewnia wartość
Przez lata najwytrzymałsze rury z nadstali superduplex należały do garstki zagranicznych producentów, ale chińskie hutnie dokonały rzeczywistych postępów metalurgicznych pod względem czystości stopu, kontroli zawartości azotu oraz kontrolowanego zimnego przerabiania i obecnie produkują wysokowytrzymałe rury bezszwowe z nadstali superduplex spełniające wymagające specyfikacje stosowane w przemyśle morskim i chemicznym. Ten proces dojrzewania poprawia bezpieczeństwo dostaw i skraca czas oczekiwania dla nabywców, którzy wcześniej importowali każdy metr.
Zastosowania uzasadniają wysiłek. W przemyśle naftowym i gazowniczym morskim stop 2507 stosuje się do rurociągów nadwodnych, kabelków wielofunkcyjnych (umbilicals) oraz systemów wody morskiej, gdzie ciepła, utleniona woda morska zawierająca chlorki szybko powodowałaby korozję punktową lub pęknięcia w materiałach o niższej odporności. W instalacjach odzysku wody z morza wykorzystuje się go do rurociągów wysokociśnieniowej odwróconej osmozy oraz do sekcji odprowadzania ciepła. Zakłady chemiczne i pigmentowe stosują go do przetwarzania kwasowych strumieni procesowych zawierających chlorki. W każdym przypadku wartość dodana jest taka sama: superduplex pozwala na cieńsze ścianki przy wyższych ciśnieniach dzięki swojej wyższej wytrzymałości, a jego wskaźnik PREN powyżej 40 zapewnia odporność korozyjną niezbędną do długotrwałej eksploatacji obiektu. Cieńsza ścianka oznacza także mniejszą ilość stopu na metr długości rury, co częściowo rekompensuje wyższą cenę za kilogram materiału superduplexowego, a także zmniejsza masę konstrukcji morskich, gdzie każdy ton masy nadwodnej wiąże się z dodatkowymi kosztami. Rury ze stopu 2507 są produktem wymagającym – ich jakość potwierdzana jest poprzez analizę metodą PMI, badania składu chemicznego, badań mechanicznych, pomiaru zawartości ferrytu oraz badań korozyjnych; zapewnia to wysokie standardy produkcji na każdym etapie.

Często zadawane pytania
Pytanie: Dlaczego temperatura wyżarzania w roztworze jest tak wysoka dla stopu 2507?
Odpowiedź: Do całkowitego rozpuszczenia kruchych faz sigma i chi oraz przywrócenia równowagi struktury austenit-ferryt wymagana jest temperatura około 1050–1100 °C; szybkie gaszenie zamarza następnie tę strukturę.
Pytanie: Czy superduplex można dostarczyć w stanie zimnoobrobionym o wyższej wytrzymałości?
Odpowiedź: Tak. Zimne pilgerowanie lub ciągnienie może zwiększyć wytrzymałość na rozciąganie do ok. 125 ksi, jednak należy to jasno określić przy zamawianiu, ponieważ większość standardowych dostaw odbywa się w stanie końcowo wyżarowanym w roztworze, zapewniającym maksymalną odporność udarnościową i korozji.
Potrzebujesz bezszwowych rur ze stopu superduplex 2507/S32750 z pełną dokumentacją mechaniczną i korozji? Skontaktuj się z firmą Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel. +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/