Super dupl. jeklo S32750/2507: izdelava z iztiskovanjem, toplotno obdelavo v raztopini in hladnim valjanjem

Super dupleks S32750, ki se običajno imenuje 2507, je nerjavna jeklena zlitina z približno 25 % kroma, 7 % niklja in 4 % molibdena ter dušikom. Njene brezšivne cevi izdelujejo z vročim iztiskanjem, toplotno obdelavo v raztopini pri visokih temperaturah (približno 1050–1100 °C), hitrim vodnim hlajenjem ter hladnim pilgeriranjem ali vlečenjem. Ta proizvodni potek ustvari uravnoteženo mikrostrukturo z približno 50 % austenita in 50 % ferita, ekvivalentno številko odpornosti proti pikasti koroziji nad 40 ter najmanjšo mejo plastičnosti okoli 550 MPa (približno 80 ksi); hladno obdelane cevi dosežejo natezno trdnost približno 125 ksi. Kombinacija trdnosti in odpornosti proti koroziji je razlog, zakaj se 2507 določa za najzahtevnejše aplikacije v prisotnosti kloridov.

Metalurgija za številkami
Super duplex doseže svojo zmogljivost z namernim dvofaznim strukturnim načrtom. Ferit zagotavlja visoko trdnost in odpornost proti napetostni koroziji v prisotnosti kloridov; avstenit pa prispeva žilavost in splošno korozivno odpornost. Nominativna sestava – približno 25 odstotkov kroma, 7 odstotkov niklja, 4 odstotke molibdena in 0,24 do 0,32 odstotka dušika – je določena tako, da sta po raztopinsko žarjenju obe fazi približno enako zastopani. Dušik je ključni sodobni dejavnik: močan tvorec avstenita, povečuje trdnost s trdno raztopinsko ojačitvijo in bistveno izboljša odpornost proti pikasti koroziji. Če vstavimo vrednosti v enačbo PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N, tipična toplota materiala 2507 doseže vrednost PREN približno 43, kar je zanesljivo nad mejo 40, ki določa razred super duplex.
Cena te zmogljivosti je kovinska občutljivost. Med približno 600 in 950 stopinjami Celzija se lahko krhki medkovinski faze, kot sta sigma in hi, izločijo že v nekaj minutah, pri čemer odvzamejo crom in molibden iz osnovne matrike ter tako uničijo tako žilavost kot odpornost proti koroziji. Vsak proizvodni korak je zasnovan tako, da material čim hitreje prenese skozi to temperaturno območje in ga pusti v popolnoma raztopljeno stanje. Enaka občutljivost omejuje tudi nadaljnjo obdelavo: toplotni vnos pri varjenju, temperatura med prehodi in kakršna koli toplotna obdelava po oblikovanju morajo spoštovati iste temperaturne meje, saj se lahko popoln izdelek iz valjarnice še vedno pokvari zaradi neprevidne obratne prakse.

Vroča iztiskava votlega profila
Brezšivna cev iz super dvojne legure se začne kot trdna ali izvrtana polizdelka, ki jo segrejemo z indukcijo na temperaturo iztiskanja, nato s stekleno mazilno snovjo prenesemo skozi die preko mandrela, da dobimo votlo matično cev. Iztiskanje je primerno za visoko zlitinske razrede, saj obdeluje material pod tlakom, kar zmanjšuje nastanek razpok v kovini, ki je veliko manj odporna kot 304 ali 316. Visoka temperatura iztiskanja ohrani obremenitve pri deformaciji na upravljivi ravni, vendar cevi ni dovoljeno ostati v območju medkovinskih spojin med ohlajanjem, zato se takoj po iztiskanju nadaljuje s termično obdelavo v raztopini.

Termična obdelava v raztopini in hladitev z vodo
Žarjenje za raztopitev je odločilna toplotna obdelava. Vzdrževanje cevi pri približno 1050 do 1100 stopinjah Celzija raztopi katero koli sigma ali hi fazo, homogenizira krom in molibden ter obnovi uravnotežen razmerje avstenita in ferita. Vzdrževanje mora biti takoj slediti intenzivnemu zalivanju z vodo: hladitev mora biti dovolj hitra, da zamrzne mikrostrukturo in prepreči ponovno izločanje, ko cev prehaja skozi temperaturno območje od 950 do 600 stopinj Celzija. Prepočasno zalivanje je ena najpogostejših vzrokov neuspešnih udarnih ali korozivnih preskusov pri dupleksnih izdelkih, zato se nadzoruje količina zalivalne vode in rokovanje z deli, končne cevi pa se preverijo z udarnimi in korozivnimi preskusi v skladu z ASTM A790 in A923.

Hladno pilgerjanje, vlečenje in trdnežno obdelavo
Za dosego končnih dimenzij in dopustnih odstopanj se rešitveno žarjena matična cev hladno obdeluje z valjanjem na pilgerju ali s potiskanjem čez vtič. Hladno pilgerjanje zmanjša tako premer kot debelino stene v eni nadzorovani operaciji ter izboljša površinsko kakovost in natančnost dimenzij. Poleg tega poveča trdnost zaradi delovne trdote, kar omogoča, da cev v stanju po obdelavi preseže 125 ksi natezne trdnosti. Ker hladna obdelava shrani energijo in zmanjša raztegljivost, se med težkimi prehodi izvede vmesno rešitveno žarjenje in ohladitev, končno rešitveno žarjenje pa obnovi določeno mikrostrukturo, razen če stranka posebej zahteva dobavo v hladno obdelanem stanju z višjo trdnostjo. Zmanjšanje na prehodu je treba natančno nadzorovati: preveliko hladno obdelavo v enem samem koraku lahko povzroči površinsko raztrganost ali notranje razpoke pri materialu, ki je že brez tega nizke raztegljivosti v primerjavi s standardnimi avstenitičnimi jekli, zato so procesni parametri preverjeni za vsako talilno serijo.

Tabela: Napotni cilji procesa in lastnosti

Domacija napredek in kje 2507 zagotavlja vrednost
Že leta so najtrdnejši super dvojni cevasti izdelki pripadali le nekaj tujskim proizvajalcem, kitajske tovarne pa so naredile resne metalurške napredke pri čistosti taljenja, nadzoru dušika in nadzorovanem hladnem valjanju ter sedaj proizvajajo visoko trdne super dvojne brezšivne cevi, ki izpolnjujejo zahtevne morske in kemične specifikacije. Ta zrelost izboljšuje varnost oskrbe in skrajša vodilne čase za kupce, ki so prej uvažali vsak meter.
Uporabe opravičujejo napor. Na področju izkopavanja nafte in plina na morju se 2507 uporablja za cevovode na nadmorskih konstrukcijah, za umbilikalne kable in za sisteme morske vode, kjer topla, kisikom obogatena raztopina kloridov hitro povzroči jamice ali razpoke pri slabših jeklenih različicah. Pri desalinaciji morske vode se zanašajo na njega za cevovode visokotlačne obratne osmoze in za odseke odvajanja toplote. Kemične tovarne in tovarne barvil ga uporabljajo za kislinske procesne tokove, obremenjene s kloridi. V vsakem primeru je prednost enaka: super dupleks omogoča tanjše stene pri višjem tlaku zaradi svoje trdnosti, hkrati pa mu PREN nad 40 zagotavlja korozivno varnostno mejo, ki omogoča dolgotrajno obratovanje naprave. Tanjša stena pomeni tudi manj zlitine na meter, kar delno kompenzira višjo ceno na kilogram super dupleksnega toplotnega obdelka, hkrati pa zmanjša težo morskih konstrukcij, kjer ima vsak ton masa na nadmorskih konstrukcijah dodatno ceno. Cevi 2507 so preverjene z PMI, kemičnimi, mehanskimi, feritnimi in korozivnimi preskusi; gre za zahteven izdelek, ki nagrajuje disciplinirano proizvodnjo na vsaki stopnji.

Pogosta vprašanja
V: Zakaj je temperaturna območja za toplotno obdelavo rešitve pri 2507 tako visoka?
O: Za popolno raztapljanje krhkih sigma in hi faz ter ponovno uravnoteženje avstenitno-feritne strukture je potrebnih približno 1050 do 1100 stopinj Celzija; hitro ohladitev nato to strukturo »zamrzne«.
V: Ali se super dupleksna jeklena zlitina lahko dobavi v hladno obdelanem stanju z višjo trdnostjo?
O: Da. Hladno pilgerjanje ali vlečenje lahko poveča natezno trdnost do 125 ksi, vendar je to treba posebej naročiti, saj so večina standardnih dobav končno rešitveno žarjena za najvišjo žilavost in odpornost proti koroziji.
Potrebujete brezšivne cevi iz super dupleksne jeklene zlitine 2507/S32750 z vso mehansko in korozivno dokumentacijo? Pokličite Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel. +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/