فولاد زنگ نزن داپلکس 2101 - دوپلکس 2101
LDX 2101 یک فولاد زنگ نزن داپلکس یا دو فازی (آستنیتی-فریتی) با مقادیر نسبتاً کم عناصر آلیاژی است. این فولاد مانند دیگر گریدهای دوپلکس ، استحکام مکانیکی بالایی دارد. مقاومت به خوردگی آن خوب بوده و اکثر استانداردهای مربوط به خوردگی فولادهای زنگ نزن را به خوبی گذرانده است. در مجموع، این فولاد میتواند با توجه به استحکام، دوام و هزینه در طولانی مدت برای طراحی بهینه مورد استفاده قرار بگیرد.
ترکيب شيميايی داپلکس 2101 - دوپلکس 2101
Iron
Fe
Balance |
Chromium
Cr
21/00-22/00 |
Manganese
Mn
4/00-6/00 |
Nickel
Ni
1/35-1/70 |
Copper
Cu
0/10-0/80 |
Molybdenum
Mo
0/10-0/80 |
Silicon
Si
1/00 |
Nitrogen
N
0/20-0/25 |
Carbon
C
0/04 |
Phosphorus
P
0/04 |
Sulfur
S
0/03 |
خواص مکانيکی داپلکس 2101 - دوپلکس 2101
| سختي (HB) |
مدول الاستيک (GPa) |
درصد تغيير طول در 50 ميليمتر (2 اينچ) |
استحکام تسليم (MPa) |
استحکام کششي (MPa) |
| 290 |
200 |
30 |
530 |
696 |
خواص فیزیکی داپلکس 2101
| چگالی فولاد 2101(g/cm3) |
مقاومت الکتریکی (m.Ωn) |
نقطه ذوب (ºC) |
(J/Kg.K) ظرفیت گرمایی ویژه |
| 7/84 |
850 |
1377-1454 |
482 |
خواص خوردگی داپلکس 2101 - دوپلکس 2101
فولاد LDX 2101 دارای مقاومت به خوردگی یکنواخت و حفرهای خوب است. از این فولاد در گستره وسیعی از محیطهای مستعد خوردگی یکنواخت، شیاری و حفرهای استفاده میشود. حضور کروم، مولیبدن و نیتروژن در ترکیب شیمیایی این فولاد مقاومت به خوردگی شیاری و حفرهای را افزایش میدهد. مقاومت به خوردگی شیاری و حفرهای عمدتاً به دلیل مقدار بالای کروم و نیتروژن در ترکیب این فولاد خوب است.
مشابه تمامی فولاد های زنگ نزن دوجزئی، LDX 2101 نیز در محیطهای کلریدی، مقاومت به خوردگی تنشی خوبی از خود نشان می دهد.
| تيزاب سلطانی |
هيدروژن سولفيد
(H2S) |
اسيد فرميک
(HCOOH) |
اسيد استيک
(CH3COOH) |
کلر
(-Cl) |
آب دريا
(3/5%NaCl) |
اسيد نيتريک
(HNO3) |
اسيد فسفريک
(H3PO4) |
اسيد هيدروفلوئوريک
(HF) |
اسيد هيدروکلريک
(HCl) |
اسيد سولفوريک
(H2SO4) |
| نامناسب |
خوب: تا دمای 400 درجه سانتی گراد |
خوب: در دمای محیط و تمامی غلظت ها، وابسته به شرایط: در دماهای بالا و غلظت های متفاوت |
خوب: در غلظت های پایین و تمامی دماها و غلظت های بالا و دمای محیط، متوسط : در غلظت های بالا و دمای جوش |
خوب: تا دمای 100°C |
خوب: در دمای محیط، وابسته به شرایط: در دمای جوش |
متوسط: در دمای محیط و غلظت بالا، خوب: در غلظت پایین و دمای محیط، وابسته به شرایط: در دمای جوش |
خوب: در همه ی غلظت ها و دمای محیط،
وابسته به شرایط: در دمای جوش |
نامناسب |
وابسته به شرایط: در دمای محیط،
نامناسب: در دمای جوش |
وابسته به شرایط: بهتر از 304L، ضعیف تر از 316L |
خواص حرارتی و اکسیداسیون داپلکس2101 - دوپلکس 2101
| حداکثر دمای کاری فولاد ºC ،2101 |
ضريب هدايت حرارتی فولاد 2101، W/m.K |
ضریب انبساط حرارتی، m.K/µm |
پیوسته
300 |
ناپیوسته
315 |
15 |
13 |
استانداردهای فولاد داپلکس 2101 - دوپلکس 2101
| نامهای ديگر |
ASTM |
ASME |
UNS |
EN Chemical Designation |
EN Numeric Designation
(DIN) |
AISI |
EN 10088–4
EN ISO 9445-2 |
A240
A789
A790 |
|
S32101 |
X2CrNiN22-2 |
1/4162 |
2101 |
ويژگیهای کليدی فولاد داپلکس LDX 2101 - دوپلکس 2101
-
استحکام بالا- تقریبا دوبرابر استحکام فولاد زنک نزن آستنیتی 304 , 316
-
مقاومت بسیار خوب در برابر ترک خوردگی تنشی (SCC)
-
مقاومت خوب در برابر خوردگی یکنواخت و حفره ای
-
جذب بالای انرژی
-
خواص فیزیکی منحصر به فردی که مزایای طراحی را به دنبال دارد
-
سهولت در ساخت و چقرمگی (سفتی) قابل قبول
-
قابلیت ماشینکاری و جوشکاری بسیار خوب
- استحکام خستگی خوب
فرآیندهای ساخت و تولید فولاد زنگ نزن (استیل) داپلکس 2101
LDX 2101 محصول آلیاژ دوپلکس است و مقاومت خوبی در برابر خوردگی موضعی و یکنواخت و همچنین خوردگی تنشی را دارد و این امر منجر به جایگزینی مناسب این فولاد برای فولاد کربنی پوششش داده شده است. همچنین از استحکام مکانیکی بالا و ماشین کاری خوبی برخوردار است. فولادهای ضد زنگ آستریتی-فریتی، که به آن فولادهای زنگ نزن دوتایی نیز می گویند، بسیاری از خصوصیات خوب فولادهای پیشنهاد شده فریتی و آستنیتی را با هم ترکیب می کند.
این فولادها به دلیل دارا بودن مقادیر بالای کروم و نیتروژن و غالباً مولیبدن، مقاومت خوبی در برابر خوردگی موضعی و یکنواخت دارند. ریزساختار دوبلکس به استحکام بالا و مقاومت بالایی در برابر خوردگی تنشی کمک می کند و همچنین باعث مقاومت در برابر ساییدگی و فرسایش می شود. فولادهای دوپلکس از قابلیت جوشکاری خوبی برخوردار هستند.
شکلدهی فولاد زنگ نزن (استیل) داپلکس 2101 - دوپلکس 2101
شکل دهی گرم در گستره دمایی بین 900 تا 1100 درجه سانتی گراد انجام می شود و باید با آنیل در محلول آب همراه باشد. با این حال باید مدنظر قرارگیرد که استحکام در دماهای بالا، پایین است.
با توجه به استحکام بالای مواد دو جزئی، نیروهای اعمالی مورد نیاز برای شکل دهی سرد این مواد در مقایسه با فولاد های آستنیتی بیشتر خواهد بود.
LDX 2101 گزینه مناسبی برای اکثر عملیات های شکل دهی مورد استفاده درسازه های فولاد زنگ نزن می باشد. با توجه به مقدار بالای مقاومت مکانیکی وچقرمگی پایین، عملیاتی نظیر کشش عمیق، شکل دهی خمشی و چرخشی بسیار سخت تر از فولاد آستنیتی است. استحکام بالا ممکن است به صورت نسبی موجب برگشت فنری در حین شکل دهی شود.
ماشینکاری فولاد زنگ نزن (استیل) داپلکس 2101 - دوپلکس 2101
ماشینکاری فولادهای زنگ نزن دوپلکس نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی معمول سختتر هستند، اما LDX 2101 منحصرا قابلیت کارایی بسیار خوبی دارند. دستورالعمل های ماشینکاری برای LDX 2101 در اینجا موجود است:
عملیات حرارتی فولاد زنگ نزن (استیل) داپلکس 2101 - دوپلکس 2101
تسمه، ورق و سیم پیچ ها در حالت معمول تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند. اگر بعد از عملیات حرارتی نیاز به فرایند دیگری باشد، نکته زیر توصیه می شود. آنیل در محلول در دمای 1020 تا 1080 درجه سانتی گراد(1865-1975 فارنهایت)، سریعا قطعه از این دما خارج شده و در آب یا هوا قرار می گیرد.
جوش پذیری فولاد زنگ نزن (استیل) داپلکس 2101 - دوپلکس 2101
2101 LDX قابلیت جوشکاری خوبی دارد و می تواند با استفاده از همان فرآیندهای مورد استفاده برای دیگر فولادهای دوجزئی جوش داده شود.
باوجود پیشنهادات برای جوشکاری فولاد های دوجزئی همچنین برای LDX 2101، فولاد LDX در مقایسه با سایر فولادهای دوجزئی رایج، به دلیل مقدار عناصر آلیاژی کم و مقدار نیتروژن بالا، انرژی قوس الکتریکی کمتری دارد.
روشهای مناسب جوشکاری،جوشکاری قوس الکتریکی دستی با الکترود های پوشش دار یا جوشکاری قوس تحت گاز محافظ است. جوشکاری باید تحت حرارت در رنج 0.2 تا 2.5 کیلوژول بر میلی متر انجام شود. پیش گرم کردن قبل از جوشکاری یا عملیات حرارتی پس از جوشکاری معمولا لازم نیست.
دستورالعمل های کلی زیر باید رعایت شود: مواد باید بدون پیش گرم کردن جوش داده شوند. بین پاس ها به متریال اجازه داده میشود تا خنک شوند، و ترجیحا زیر دمای 150 درجه سانتی گراد؛ برای رسیدن به خواص متریال جوش مناسب در شرایط جوشکاری باید از فیلر متال استفاده کرد.
LDX2101 همچنین بدون پرکننده هم می تواند دارای خواص مناسب و معقول خوبی باشد. انرژی قوس توصیه شده باید در محدوده مشخصی نگه داشته شود تا تعادل خوبی بین فریت و آستنیت موجود در جوش بدست آید. گرمای ورودی باید مطابق با گرید و متناسب با ضخامت فولاد در حال جوشکاری باشد. عملیات حرارتی بعد از جوشکاری برای فرآیند جوشکاری با فلز پرکننده ضروری نیست.
برای اطمینان از مقاومت به خوردگی حفره ای مناسب هنگام استفاده از روشهای GTAW و PAW ، افزودن نیتروژن به گاز محافظ و تصفیه کننده توصیه میشود. برداشت اکسیدهای جوش بعد از جوشکاری برای حفظ خاصیت خوردگی جوش و HAZ مهم است.
سوال: کدوم دسته از فولادهای زنگ نزن بیشترین مقدار کروم را دارند؟
جواب: فولادهای زنگ نزن دوپلکس (Duplex stainless steels) تقریبا 25% کروم دارند، و بقیه فولادهای زنگ نزن اغلب مقادیری کمتر از فولادهای دوپلکس دارند.
سوال: آیا از ساخت افزایشی فولاد های زنگ نزن داپلکس در کاربردهای صنعتی استفاده میشود؟
جواب: اولین چیزی که با دیدن این سوال به ذهن من رسید محفظه های احتراق و نازل موتورهای موشک است که به وسیله ی دنده ها به هم متصل میشوند. اغلب اوقات از مس استفاده میشود اما برخی از موتورها مثل موتورهای روسی کاملا از فولاد ساخته شده اند که عمدتا برای جوش آنها هزینه ی زیادی لازم است در صورتی که با استفاده از روش ساخت افزاییشی این هزینه ها کاهش مییابد.
سوال: آیا انجام عملیات حرارتی محلولی (Solution Heat Treatment) استینلس استیل سوپر داپلکس نیازمند اتمسفر گاز خنثی است؟
جواب1: تا جایی که من اطلاع دارم معمولا از محفظه خلا (Vaccum chamber) برای این منظور استفاده میکنند نه گاز خنثی
جواب2: با توجه به تجربیاتی که در این چند سال داشتم اتمسفر کوره باید مرتبا کنترل شود. میزان اکسیژن باقی مونده باید کمتر از 6 درصد باشه.
جواب3: هیچ نیازیبه گاز خنثی نیست میتونی این عملیات رو روی فولادهای داپلکس به وسیلهی اسید شویی در محلول ترکیبی اسید HF و اسید HNO3 در غلظتهای بسیار بالا و دما و زمان مشابه فولادهای آستنیتیه انجام بدی. لایهی سیاه تشکیل شده تاثیری بر هیچکدام از خواص DSS ولی باید اسید شویی شود.
سوال: مورفولوژی ترک خوردن و حالت شکست ناشی از حضور هیدروژن (تردی هیدروژنی منجر به ترک) در سوپاپ فورج شده از جنس فولادهای زنگ نزن داپلکس مورد استفاده در سیستمهای هیدروژنی چیست؟
جواب1: حضور هیدروژن باعث شکست بیندانهای در فولادها میشود. هیدروژن همچنین منجر به جدایی مرزدانههای فولادی و از اینرو، تضعیف استحکام آنها میشود. برای جلوگیری از این اتفاق انجام آنیل در دمای 200 درجه سانتیگراد و به مدت 30 دقیقه پیشنهاد میشود. آنیل کردن باعث میشود که هیدروژن به راحتی مرزدانهها را ترک کند.
جواب2: جدا از مسـألهی تردی ناشی از حضور هیدروژن، شکل ترک به وجو آمده میتواند منجر به فعالسازی سه حالت از شکست شود که با نامهای حالت I، حالت II، حالت III شناسایی میشوند. بنابراین؛ هندسه ترکهای موجود در مرزدانه موضوعی بسیار مهم و بحث بر انگیز است که با مشخص کردن جهتگیری دانهها در مجاورت ترکهای به وجود آمده میتوان تشخیص داد.