W metalurgii stal nierdzewna jest stopem stali zawierającym co najmniej 10,5% chromu z innymi pierwiastkami stopowymi lub bez nich i maksymalnie 1,2% masowych węgla.Stale nierdzewne, znane również jako stale inox lub inox z francuskiego inoxydable (nieutleniające), sąstopy staliktóre są bardzo dobrze znane ze swojej odporności na korozję, która wzrasta wraz ze wzrostem zawartości chromu.Odporność na korozję można również zwiększyć dodatkiem niklu i molibdenu.Odporność tych stopów metali na działanie chemiczne czynników korozyjnych opiera się na pasywacji.Aby pasywacja nastąpiła i pozostała stabilna, stop Fe-Cr musi mieć minimalną zawartość chromu około 10,5% wagowych, powyżej której może wystąpić pasywność, a poniżej nie jest to możliwe.Chrom może być stosowany jako element utwardzający i często jest używany z elementem wzmacniającym, takim jak nikiel, w celu uzyskania doskonałych właściwości mechanicznych.

Dwustronna stal nierdzewna

Jak sama nazwa wskazuje, stale nierdzewne Duplex są kombinacją dwóch głównych typów stopów.Mają mieszaną mikrostrukturę austenitu i ferrytu, a celem jest zwykle wytworzenie mieszanki 50/50, chociaż w stopach dostępnych na rynku stosunek ten może wynosić 40/60.Ich odporność na korozję jest podobna do ich austenitycznych odpowiedników, ale ich odporność na korozję naprężeniową (zwłaszcza na pękanie korozyjne naprężeniowe chlorkowe), wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności (w przybliżeniu dwukrotnie większą granicę plastyczności austenitycznych stali nierdzewnych) są na ogół lepsze niż austenityczne klas.W stali nierdzewnej typu duplex poziom węgla jest utrzymywany na bardzo niskim poziomie (C<0,03%).Zawartość chromu waha się od 21,00 do 26,00%, niklu od 3,50 do 8,00%, a stopy te mogą zawierać molibden (do 4,50%).Wytrzymałość i plastyczność na ogół mieszczą się pomiędzy klasami austenitycznymi i ferrytycznymi.Gatunki duplex są zwykle podzielone na trzy podgrupy w zależności od ich odporności na korozję: chudy duplex, standard duplex i superduplex.Stale superduplex mają zwiększoną wytrzymałość i odporność na wszelkie formy korozji w porównaniu ze standardowymi stalami austenitycznymi.Typowe zastosowania obejmują zastosowania morskie, zakłady petrochemiczne, zakłady odsalania, wymienniki ciepła i przemysł papierniczy.Obecnie największym użytkownikiem jest przemysł naftowy i gazowy, który naciska na gatunki bardziej odporne na korozję, co doprowadziło do opracowania stali superduplex.

Odporność stali nierdzewnej na działanie chemiczne czynników korozyjnych opiera się na pasywacji.Aby pasywacja nastąpiła i pozostała stabilna, stop Fe-Cr musi mieć minimalną zawartość chromu około 10,5% wagowych, powyżej której może wystąpić pasywność, a poniżej nie jest to możliwe.Chrom może być stosowany jako element utwardzający i często jest używany z elementem wzmacniającym, takim jak nikiel, w celu uzyskania doskonałych właściwości mechanicznych.

Stale nierdzewne duplex – SAF 2205 – 1.4462

Powszechnie stosowaną stalą nierdzewną typu duplex jest SAF 2205 (znak towarowy należący do firmy Sandvik dla stali nierdzewnej typu duplex (ferrytyczno-austenitycznej) 22Cr), która zazwyczaj zawiera 22% chromu i 5% niklu.Ma doskonałą odporność na korozję i wysoką wytrzymałość, 2205 jest najczęściej stosowaną stalą nierdzewną duplex.Zastosowania SAF 2205 znajdują się w następujących branżach:

• Transport, magazynowanie i obróbka chemiczna
• Sprzęt do przetwarzania
• Środowiska o wysokiej zawartości chlorków i środowiska morskie
• Poszukiwanie ropy i gazu
• Maszyny papiernicze

Właściwości stali nierdzewnej typu duplex

Właściwości materiału są właściwościami intensywnymi, co oznacza, że ​​są niezależne od ilości masy i mogą zmieniać się w dowolnym momencie w zależności od miejsca w systemie.Nauka o materiałach polega na badaniu struktury materiałów i powiązaniu ich z ich właściwościami (mechanicznymi, elektrycznymi itp.).Gdy materiałoznawca pozna korelację między strukturą a właściwościami, może przystąpić do badania względnej wydajności materiału w danym zastosowaniu.Głównymi determinantami struktury materiału, a tym samym jego właściwości, są zawarte w nim pierwiastki chemiczne oraz sposób, w jaki został on przetworzony do ostatecznej postaci.

Właściwości mechaniczne stali nierdzewnej typu duplex

Materiały są często wybierane do różnych zastosowań, ponieważ mają pożądane kombinacje właściwości mechanicznych.W zastosowaniach konstrukcyjnych właściwości materiału mają kluczowe znaczenie i inżynierowie muszą je wziąć pod uwagę.

Wytrzymałość stali nierdzewnej typu duplex

W mechanice materiałów tzwwytrzymałość materiałuto jego zdolność do wytrzymywania przyłożonego obciążenia bez uszkodzenia lub odkształcenia plastycznego.Wytrzymałość materiałów uwzględnia związek między obciążeniami zewnętrznymi przyłożonymi do materiału a wynikającym z niego odkształceniem lub zmianą wymiarów materiału.Wytrzymałość materiału to jego zdolność do wytrzymywania przyłożonego obciążenia bez uszkodzenia lub odkształcenia plastycznego.

Najwyższa wytrzymałość na rozciąganie

Maksymalna wytrzymałość na rozciąganie stali nierdzewnej duplex – SAF 2205 wynosi 620 MPa.

Theostateczna wytrzymałość na rozciąganieto maksimum w zakresie inżynieriikrzywa naprężenie-odkształcenie.Odpowiada to maksymalnemu naprężeniu wywieranemu przez rozciąganą konstrukcję.Ostateczna wytrzymałość na rozciąganie jest często skracana do „wytrzymałości na rozciąganie” lub „ostatecznej”.Jeśli to naprężenie zostanie przyłożone i utrzymane, nastąpi pęknięcie.Często wartość ta jest znacznie większa niż granica plastyczności (nawet o 50 do 60 procent większa niż granica plastyczności dla niektórych rodzajów metali).Kiedy materiał plastyczny osiąga swoją ostateczną wytrzymałość, ulega przewężeniu, w którym pole przekroju poprzecznego zmniejsza się lokalnie.Krzywa naprężenia-odkształcenia nie zawiera naprężenia wyższego niż wytrzymałość ostateczna.Chociaż odkształcenia mogą nadal wzrastać, naprężenia zwykle zmniejszają się po osiągnięciu ostatecznej wytrzymałości.Jest to intensywna właściwość;dlatego jego wartość nie zależy od wielkości badanej próbki.Zależy to jednak od innych czynników, takich jak przygotowanie próbki, obecność lub brak defektów powierzchniowych oraz temperatura środowiska testowego i materiału.Ostateczna wytrzymałość na rozciąganie waha się od 50 MPa dla aluminium do nawet 3000 MPa dla stali o bardzo wysokiej wytrzymałości.

Siła plonu

Granica plastyczności stali nierdzewnej duplex – SAF 2205 wynosi 440 MPa.

Thegranica plastycznościjest punktem na akrzywa naprężenie-odkształceniektóry wskazuje granicę zachowania sprężystego i początek zachowania plastycznego.Granica plastyczności lub granica plastyczności to właściwość materiału zdefiniowana jako naprężenie, przy którym materiał zaczyna odkształcać się plastycznie.Natomiast granica plastyczności to punkt, w którym zaczyna się odkształcenie nieliniowe (sprężyste + plastyczne).Przed granicą plastyczności materiał odkształca się elastycznie i powraca do pierwotnego kształtu po usunięciu przyłożonego naprężenia.Po przekroczeniu granicy plastyczności pewna część odkształcenia będzie trwała i nieodwracalna.Niektóre stale i inne materiały wykazują zachowanie zwane zjawiskiem granicy plastyczności.Granice plastyczności wahają się od 35 MPa dla aluminium o niskiej wytrzymałości do ponad 1400 MPa dla stali o wysokiej wytrzymałości.

Moduł sprężystości Younga

Moduł sprężystości Younga stali nierdzewnej typu duplex – SAF 2205 wynosi 200 GPa.

Moduł sprężystości Youngajest modułem sprężystości naprężenia rozciągającego i ściskającego w liniowym trybie sprężystości odkształcenia jednoosiowego i zwykle ocenia się go za pomocą prób rozciągania.Do momentu ograniczenia naprężenia nadwozie będzie w stanie odzyskać swoje wymiary po usunięciu obciążenia.Przyłożone naprężenia powodują, że atomy w krysztale przemieszczają się z położenia równowagi i wszystkoatomysą przesunięte o tę samą wielkość i zachowują swoją względną geometrię.Po usunięciu naprężeń wszystkie atomy powracają do swoich pierwotnych pozycji i nie następuje żadne trwałe odkształcenie.WedługPrawo Hooke’a, naprężenie jest proporcjonalne do odkształcenia (w obszarze sprężystym), a nachylenie jest modułem Younga.Moduł Younga jest równy naprężeniu podłużnemu podzielonemu przez odkształcenie.

Twardość stali nierdzewnej Duplex

Twardość Brinella stali nierdzewnych duplex – SAF 2205 wynosi około 217 MPa.

W materiałoznawstwietwardośćto odporność na wgniecenia powierzchniowe (lokalne odkształcenia plastyczne) i zarysowania.Twardość jest prawdopodobnie najsłabiej zdefiniowaną właściwością materiału, ponieważ może wskazywać na odporność na zarysowania, ścieranie, wgniecenia, a nawet odporność na kształtowanie lub miejscowe odkształcenie plastyczne.Twardość jest ważna z inżynierskiego punktu widzenia, ponieważ odporność na zużycie w wyniku tarcia lub erozji pod wpływem pary, oleju i wody generalnie wzrasta wraz z twardością.

Próba twardości Brinellajest jednym z testów twardości wgłębnej opracowanym do badania twardości.W testach Brinella twardy, kulisty wgłębnik jest wciskany pod określonym obciążeniem w powierzchnię badanego metalu.W typowym teście jako wgłębnik wykorzystuje się kulkę ze stali hartowanej o średnicy 10 mm (0,39 cala) o sile 3000 kgf (29,42 kN; 6614 funtów siły).Obciążenie utrzymuje się na stałym poziomie przez określony czas (od 10 do 30 s).W przypadku bardziej miękkich materiałów stosuje się mniejszą siłę;w przypadku twardszych materiałów kulkę stalową zastępuje się kulką z węglika wolframu.

Badanie dostarcza wyników numerycznych pozwalających określić ilościowo twardość materiału, którą wyraża się liczbą twardości Brinella – HB.Twardość Brinella jest wyznaczana przez najczęściej stosowane normy badawcze (ASTM E10-14[2] i ISO 6506–1:2005) jako HBW (H od twardości, B od Brinella i W od materiału wgłębnika, wolframu (węglik Wolframa).W poprzednich normach określenia HB lub HBS były używane w odniesieniu do pomiarów dokonywanych za pomocą stalowych wgłębników.

Liczba twardości Brinella (HB) to obciążenie podzielone przez pole powierzchni wcięcia.Średnicę wycisku mierzy się za pomocą mikroskopu z nałożoną skalą.Wartość twardości Brinella oblicza się z równania:

Powszechnie stosuje się różne metody badawcze (np. Brinell,Knoop,Vickersa, IRockwella).Dostępne są tabele korelujące wartości twardości z różnych metod badawczych, w których ma zastosowanie korelacja.We wszystkich skalach wysoka liczba twardości oznacza twardy metal.

Właściwości termiczne stali nierdzewnej typu duplex

Właściwości termiczne materiałów odnoszą się do reakcji materiałów na zmiany ich właściwościtemperaturai zastosowanieciepło.Gdy ciało stałe się wchłaniaenergiaw postaci ciepła wzrasta jego temperatura i zwiększają się jego wymiary.Jednak różne materiały reagują inaczej na zastosowanie ciepła.

Pojemność cieplna,rozszerzalność cieplna, Iprzewodność cieplnasą często krytyczne w praktycznym zastosowaniu ciał stałych.

Temperatura topnienia stali nierdzewnej typu duplex

Temperatura topnienia stali nierdzewnej duplex – SAF 2205 wynosi około 1450°C.

Ogólnie rzecz biorąc, topienie jest przemianą fazową substancji z fazy stałej w fazę ciekłą.Thetemperatura topnieniasubstancji to temperatura, w której następuje zmiana fazowa.Temperatura topnienia określa również stan, w którym ciało stałe i ciecz mogą istnieć w równowadze.

Przewodność cieplna stali nierdzewnej typu duplex

Przewodność cieplna stali nierdzewnych duplex – SAF 2205 wynosi 19 W/(m.K).

Właściwości przenoszenia ciepła przez materiał stały mierzy się za pomocą właściwości zwanejprzewodność cieplna, k (lub λ), mierzone w W/mK. Mierzy zdolność substancji do przenoszenia ciepła przez materiał poprzezprzewodzenie.Zauważ toPrawo Fourieradotyczy całej materii, niezależnie od jej stanu (stałego, ciekłego lub gazowego).Dlatego definiuje się go również dla cieczy i gazów.

Theprzewodność cieplnawiększości cieczy i ciał stałych zmienia się w zależności od temperatury, a w przypadku par zależy również od ciśnienia.Ogólnie:

Większość materiałów jest prawie jednorodna, dlatego zwykle możemy zapisać k = k (T).Podobne definicje dotyczą przewodności cieplnej w kierunkach y i z (ky, kz), ale w przypadku materiału izotropowego przewodność cieplna jest niezależna od kierunku przenoszenia, kx = ky = kz = k.