Super duplex S32750/2507: Výroba extrúziou, žíhaním v roztoku a studeným valcovaním

Super duplex S32750, zvyčajne označovaný ako 2507, je nerezová oceľ s približným zložením 25 % Cr, 7 % Ni, 4 % Mo a N. Bezšvíkové rúry z tohto materiálu sa vyrábajú horúcou extrúziou, rozpúšťacím žíhaním pri vysokých teplotách okolo 1050 až 1100 °C, rýchlym ochladzovaním vodou a studeným pilgerovaním alebo ťahaním. Tento výrobný postup vedie k vyváženej mikroštruktúre s približne 50 % austenitu a 50 % feritu, čo zabezpečuje ekvivalentné číslo odolnosti voči štiepnej korózii vyššie ako 40 a minimálnu medzu klzu približne 550 MPa (teda asi 80 ksi); studenou deformáciou spracované rúry dosahujú pevnosť v ťahu približne 125 ksi. Kombinácia vysokého výkonu a odolnosti voči korózii je dôvodom, prečo sa 2507 špecifikuje pre najnáročnejšie aplikácie v prostredí obsahujúcom chloridy.

Metalurgia za týmito číslami
Super duplex dosahuje svojho výkonu vďaka úmyselnej dvojfázovej štruktúre. Ferrit poskytuje vysokú pevnosť a odolnosť voči napäťovému koróznemu trhaniu spôsobenému chloridmi; austenit prispieva húževnatosťou a všeobecnou odolnosťou voči korózii. Nominálny zloženie, približne 25 % chrómu, 7 % niklu, 4 % molybdénu a 0,24 až 0,32 % dusíka, je nastavené tak, aby po rozpustnom žíhaní boli obe fázy približne rovnaké. Dusík je kľúčový moderný faktor: je silným tvorcom austenitu, zvyšuje pevnosť prostredníctvom tuhnutia pevným roztokom a výrazne zvyšuje odolnosť voči bodovému koróznemu trhaniu. Ak vypočítame hodnotu PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N, typická tepelná úprava 2507 dosiahne hodnotu PREN približne 43, čo je výrazne vyššie ako hranica 40, ktorá definuje triedu super duplex.
Cena tohto výkonu je metalurgická citlivosť. V rozmedzí približne 600 až 950 stupňov Celzia sa môžu v priebehu niekoľkých minút vysrážať krehké intermetalické fázy, ako sú fáza sigma a fáza chi, čím sa z matrice odberie chróm a molybdén a zníži sa odolnosť voči nárazu aj korózii. Každý výrobný krok je navrhnutý tak, aby materiál rýchlo prešiel cez toto teplotné rozmedzie a zostal úplne roztokovo tepelne spracovaný. Rovnaká citlivosť obmedzuje aj ďalšie spracovanie: tepelný prísun pri zváraní, teplota medzi jednotlivými prechodmi pri zváraní a akékoľvek tepelné spracovanie po tvárnení musia rešpektovať tieto rovnaké teplotné limity, pretože dokonalý výrobok z valcovne sa stále môže pokaziť neopatrým postupom na mieste.

Horúce pretlačovanie dutých profilov
Bezševné rúry z superduplexnej ocele sa vyrábajú z pevného alebo vyvŕtaného polotovaru, ktorý sa indukčne zohreje na teplotu vhodnú na extrúziu, potom sa namastí sklenenou mazivovou zmesou a pretlačí cez formu cez mandrel, čím vznikne dutá materská rúra. Extrúzia je vhodná pre zliatiny s vysokým obsahom zliatinových prvkov, pretože materiál deformuje tlakovým napätím, čo potláča vznik trhlin v kovoch, ktoré sú oveľa menej odolné voči deformácii ako 304 alebo 316. Vysoká teplota pri extrúzii udržiava deformačné zaťaženie na spraviteľnej úrovni, avšak počas chladenia nesmie rúra zostať v intermetalickom teplotnom rozsahu, preto sa priamo presunie do procesu žíhania v roztoku.

Žíhanie v roztoku a ochladenie vodou
Žíhanie riešenia je rozhodujúca tepelná úprava. Udržiavanie rúrky pri teplote približne 1050 až 1100 °C rozpúšťa akékoľvek sigma alebo chí fázy, homogenizuje chróm a molybdén a obnovuje vyvážený pomer austenitu a feritu. Toto udržiavanie musí byť nasledované intenzívnym ochladzovaním vode: ochladenie musí byť dostatočne rýchle na to, aby „zmrazilo“ mikroštruktúru a zastavilo opätovné vyzrážanie sa počas prechodu rúrky cez teplotný rozsah 950 až 600 °C. Príliš pomalé ochladzovanie je jednou z najčastejších príčin neúspešných skúšok nárazovej pevnosti alebo korózie u dvojfázových výrobkov, preto sa kontroluje objem chladiacej vody a manipulácia s výrobkami a dokončené rúrky sa overujú skúškami nárazovej pevnosti a korózie podľa noriem ASTM A790 a A923.

Studené pilgerovanie, ťahanie a zvyšovanie pevnosti
Aby sa dosiahli konečné rozmery a tolerancie, materská rúrka po rozpustnom žíhaní sa studeno deformuje buď pilgerovým valcovaním, alebo ťahaním cez zátku. Studené pilgerovanie v jednej riadenej operácii zníži súčasne priemer aj hrúbku steny, zlepší povrchovú úpravu a rozmerovú presnosť. Zároveň zvýši pevnosť prostredníctvom tvrdnutia deformáciou, čo umožňuje, aby rúrka v stave po deformácii prekročila pevnosť v ťahu 125 ksi. Keďže studená deformácia ukladá energiu a znižuje tažnosť, medzi intenzívnymi prechodmi sa vykonáva medzij žíhanie v rozpustnom prostredí s následným ochladením, a konečné rozpustné žíhanie obnoví špecifikovanú mikroštruktúru, pokiaľ zákazník výslovne nevyžaduje dodávku v studeno deformovanom stave s vyššou pevnosťou. Zníženie pri každom prechode je potrebné prísne kontrolovať: príliš veľká studená deformácia v jednom prechode môže spôsobiť povrchové trhliny alebo vnútorné praskliny v triede, ktorá má už tak nízku tažnosť v porovnaní so štandardnými austenitmi; preto sa technologické parametre overujú pre každú tavbu.

Tabuľka: Orientačné ciele procesu a vlastností

Domáci pokrok a miesta, kde 2507 prináša hodnotu
Roky najvyššie pevnostné superduplexné rúry patrili len niekoľkým zahraničným výrobcom, no čínske hutnícke závody dosiahli skutočné metalurgické pokroky v oblasti čistoty taveniny, kontroly dusíka a riadeného studeného tvárnenia a dnes vyrábajú vysokej pevnosti superduplexné bezševové rúry, ktoré spĺňajú náročné námorné a chemické špecifikácie. Toto dozrievanie zvyšuje bezpečnosť dodávok a skracuje dodaciu lehotu pre kupujúcich, ktorí predtým dovážali každý meter.
Aplikácie odôvodňujú náklady. Offshore ťažba ropy a zemného plynu využíva zliatinu 2507 pre potrubia na nadmorských častiach, umbilikály a systémy morskej vody, kde teplé, okysličené chloridy by rýchlo spôsobili pukliny alebo bodovú koróziu u menej odolných zliatin. Desalinácia morskej vody sa na nej zakladá pre potrubia s vysokým tlakom pri reverznej osmóze a sekcie odvádzania tepla. Chemické a pigmentové závody ju používajú pre kyslé, chloridmi zaťažené technologické prúdy. Hodnotová ponúka je v každom prípade rovnaká: superduplex umožňuje tenšie steny pri vyššom tlaku vďaka svojej pevnosti, zatiaľ čo jeho index PREN nad 40 poskytuje koróznym odolnostiam bezpečnú rezervu, ktorá zabezpečuje dlhodobú prevádzku zariadenia. Tenšia stena tiež znamená menej zliatiny na meter, čo čiastočne kompenzuje vyššiu cenu za kilogram superduplexného materiálu, a znižuje hmotnosť offshore konštrukcií, kde každý tonu hmotnosti nadmorskej časti predstavuje dodatočné náklady. Potrubie zliatiny 2507 je náročným výrobkom, ktorý vyžaduje dôslednú výrobnú disciplínu na každom stupni výroby – overené pomocou PMI, chemického zloženia, mechanických skúšok, merania feritu a koróznych testov.

Často kladené otázky
Otázka: Prečo je teplota rozpúšťacej žíhania pre zliatinu 2507 tak vysoká?
Odpoveď: Na úplné rozpustenie krehkých fáz sigma a chí a na obnovenie rovnováhy medzi austenitom a feritom je potrebná teplota približne 1050 až 1100 °C; následné rýchle ochladenie potom túto štruktúru „zamkne“.
Otázka: Je možné dodávať superduplexové zliatiny v stave s vyššou pevnosťou po studenom tvárnení?
Odpoveď: Áno. Studené pilgerovanie alebo ťahanie môžu zvýšiť medzu pevnosti v ťahu až na 125 ksi, avšak tento stav musí byť vopred špecifikovaný, pretože väčšina štandardných dodávok je v konečnom stave po rozpúšťacom žíhaní, čo zabezpečuje maximálnu húževnatosť a odolnosť voči korózii.
Potrebujete bezšovové rúry z materiálu superduplex 2507/S32750 s úplnou dokumentáciou mechanických vlastností a odolnosti voči korózii? Kontaktujte spoločnosť Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel. +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/