استیل داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
داپلکس 2304، یک فولاد زنگ نزن با 23 درصد کروم، 4 درصد نیکل و مولیبدن است. ریزساختار این فولاد ترکیبی از آستنیت و فریت میباشد. این فولاد داپلکس، مقاومت به خوردگی عمومی مشابه یا کمی بهتر از آلیاژهای آستنیتی L304 و L316 دارد اما استحکام تسلیم آن تقریباً دو برابر فولاد زنگ نزن آستنیتی است. نوع ریزساختار، درصد کم نیکل و درصد بالای کروم منجر به بهبود مقاومت به خوردگی تنشی این گرید در مقایسه با گریدهای 304 و 316 شده است. داپلکس 2304، معمولاً برای تمامی کاربردها در محدوده دمایی 58- تا 572 درجه فارنهایت (ºC50 تا ºC300) مناسب است و برای داشتن خواص مکانیکی عالی، قابلیت جوشپذیری خوب، مقاومت به خوردگی مناسب، مقاومت به ترک خوردگی تنشی عالی، قابلیت ماشینکاری خوب، انبساط حرارتی پایین، خواص خستگی خوب، هدایت حرارتی بالا و ساخت آسان مناسب است. در مقایسه با فولاد فولاد زنگ نزن مولیبدن دار، ریزساختار داپلکس 2304 بسیار پایدار است. مقدار فازهای فریتی و آستنیتی در ریزساختار این فولاد پس از آنیل در یک محدوده دمایی برابر است.
ترکيب شيميايی داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
Iron
Fe
Balance |
Chromium
Cr
21/50-24/50 |
Nickel
Ni
3/00-5/50 |
Manganese
Mn
2/50 |
Copper
Cu
0/05-0/60 |
Molybdenum
Mo
0/05-0/60 |
Nitrogen
N
0/05-0/20 |
Carbon
C
0/03 |
خواص مکانيکی داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
| سختي (HB) |
مدول الاستيک (GPa) |
درصد تغيير طول در 50 ميليمتر (2 اينچ) |
استحکام تسليم (MPa) |
استحکام کششي (MPa) |
| 205 |
200 |
25 |
400 |
600 |
خواص فیزیکی داپلکس 2304 -دوپلکس 2304
| چگالی فولاد 2304(g/cm3) |
مقاومت الکتریکی (m.Ωn) |
نقطه ذوب (ºC) |
(J/Kg.K) ظرفیت گرمایی ویژه |
| 8 |
750 |
1454 |
500 |
خواص خوردگی داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
با توجه به درصد بالای کروم (23 درصد)، خواص مقاومت به خوردگی داپلکس 2304 معادل با آلیاژ 316L است. ریزساختار داپلکس، درصد کم نیکل و درصد بالای کروم اجازه میدهد تا داپلکس 2304 در مقایسه با گریدهای استاندارد آستنیتی 304L و 316L دارای خواص مقاومت به خوردگی تنشی بهتری باشد. نسبت به فولاد 316 در برابر خوردگی شیاری و حفرهای مقاومتر است. آلیاژهای 304L و 316L زمانی که در معرض محلولهای کلریدی قرار میگیرند، در مقابل خوردگی تنشی ضعیفتر از این داپلکس عمل میکنند. نرخ خوردگی آن در اسید نیتریک نسبت به آلیاژ 316L بالاتر(65 درصد) است. استحکام تسلیم بالای فولاد داپلکس 2304 به آن اجازه میدهد تا در مقابل خوردگی سایشی خوب عمل کند.
| 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°C |
خوب: در دمای محیط،
وابسته به شرایط:در دماهای بالا |
خوب : بیشترین مقاومت در دماهای جوش و غلظت های متوسط |
نامناسب |
وابسته به شرایط |
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 |
خواص حرارتی و اکسیداسیون داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
| حداکثر دمای کاری فولاد ºC ،2304 |
ضريب هدايت حرارتی فولاد 2304، W/m.K |
ضریب انبساط حرارتی، m.K/µm
|
پیوسته
300 |
ناپیوسته
315 |
17 |
13 |
استانداردهای داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
| نامهای ديگر |
ASTM |
AMS |
UNS |
EN Chemical Designation |
EN Numeric Designation
(DIN) |
AISI |
| ANFOR Z3CN23.04A2 |
A240 |
|
S32304
S39230 |
X2CrNiN23.4 |
1/4362 |
2304 |
ويژگیهای کليدی فولاد داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
فرآیندهای ساخت و تولید فولاد داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
فولاد زنگ نزن گرید داپلکس 2304 یک نوع استیل ضد زنگ با ریزساختار فریتی-آستنیتی است. این فولاد چقرمگی و استحکام بالایی دارد و همچنین مقاومت به خوردگی تنشی آن بسیار بالا است. از دیگر خصوصیات آن میتوان به هدایت حرارتیبالا، ضریب انبساط حرارتی پایین و قابلیت ساخت خوب اشاره کرد. استفاده از این فولاد برای در کاربردهایی که در آن دما به مدت زمان زیادی بالاتر از 1058 درجه سانتیگراد است، توصیه نمیشود.
شکلدهی استیل داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
برای شکلدهی گرم دوپلکس ها فورج و پلیسه کاری انجام میشود. کار گرم می تواند پس از گرمایش ماده در محدوده دمایی 954-1093 درجه سانتیگراد (1750-2000 درجه فارنهایت) انجام شود، و به دنبال آن به سرعت خنک شود. اگر دما بعد از فورج همچنان بالاتر از 100 درجه باشد سرد کردن (کوئنچ با آب) میتواند مستقیما از دمای کار انجام شود. آنیلینگ پس از کارکرد توصیه می شود. برای آنیلینگ، ماده در محدوده دمایی 930-1050 درجه سانتیگراد (1710-1920 درجه فارنهایت) حرارت داده و سپس سریعاً کوئنچ شود.
دوپلکس ها از شکل پذیری خوبی برخوردار هستند، اما به دلیل استحکام بالاتر، در بیشتر فرآیندهای شکلدهی سرد نسبت به فولادهای ضد زنگ آستنیتی نیروی بیشتری لازم است. شکلدهی با نورد را می توان به راحتی بر روی دوبپلکس ها اعمال کرد، اما بارگذاری (نورد) حدود 60٪ بیشتر و از سرعت های کندتر نسبت به فولاد ساده کربنی استفاده می شود. کشش های عمیق شدید ممکن است نیاز به یک آنیل میانی داشته باشد. حداقل شعاع خم داخلی برای دوپلکس ها سه برابر ضخامت صفحه و چهار مرتبه توصیه می شود. خم های شدید باید به صورت عرضی در جهت نورد انجام شود. دوبلکس ها نسبت به فولاد معمولی برگشت فنری بیشتری دارند و این با کمی خم شدن بیشتر باید جبران شود.
ماشینکاری داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
ماشینکاری فولاد زنگ نزن داپلکس 2304 در سرعتهای پایین انجام می شود و تغذیه ی ثابت به کاهش کارسختی کمک میکند. ماشینکاری این ماده به علت براده های رشته ای طولانی نسبت به فولاد زنگ نزن 316 و 304 سخت تر است. استفاده از انواع براده شکنها توصیه می شود. برخلاف فولادهای زنگ نزن سری 300، فولاد داپلکس 2304 به نیروی بیشتری نیاز دارد.
عملیات حرارتی داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
آنیل داپلکس ها با گرم کردن در دمای بین 1020-1100 درجه سلسیوس به مدت 90 دقیقه برای ورقی به ضخامت 25 میلیمتر (3.5 دقیقه به ازای هر 1 میلیمتر)، و سپس کوئنچ در حمام آب تا دمای اتاق انجام میشود.
جوش پذیری داپلکس 2304 - دوپلکس 2304
می تواند به طور موفقیت آمیزی با روشهای TIG دستی و اتوماتیک، PLASMW، MIG، SMAW، SAW و FSAW جوش داده شود. ریز ساختار داپلکس، حساسیت کمتر آلیاژ به ترک خوردگی داغ را ارائه می دهد. پیش از گرمایش و پس از جوشکاری لازم نیست. فلز پرکننده باید یک نوع فریتی/آستنیتی متعادل مانند 2205 و 2304 باشد. ورودی گرما باید بین 1 تا 2kJ / mm کنترل شود تا منطقه تحت تأثیر گرما (HAZ) باریک بماند و اطمینان حاصل شود که حداقل 20٪ آستنیت در HAZ وجود دارد. درجه حرارت بین پاسی نباید بیشتر از 150 درجه سانتی گراد باشد. ضریب انبساط حرارتی پایینتر دوبلکس ها، در مقایسه با فولادهای زنگ نزن آستنیتی، اعوجاج و فشارهای ناشی از آن را کاهش می دهد. پیش گرم کردن اگرچه ضروری نیست، اما در بخش های ضخیم تر مفید است. درجه حرارت پیش گرم معمولا بین 100 تا 250 درجه سانتی گراد است. عملیات حرارتی پس از جوش به طور معمول مورد نیاز نیست، اما آنیل باعث بهبود مقاومت در برابر خوردگی در برابر خوردگی تنشی می شود.
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 افزایشی 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 نیازی به 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؟
جواب 1: 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.
جواب 2: 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.