Дуплексные нержавеющие стали

Дуплексные нержавеющие стали получили свое название в соответствии с микроструктурой при комнатной температуре, которая содержит феррит и аустенит примерно в равных долях. Они известны с 1930 г. Прогресс в их развитии носил колебательный характер, получая толчок в периоды дефицита никеля. Еще в 1982 г. справочник по сварке не признавал дуплексные стали в качестве отдельной группы нержавеющих сталей. В то время этот справочник относил сталь марки 329, одну из старейших дуплексных нержавеющих сталей, к аустенитным нержавеющим сталям. По крайней мере, один из производителей стали 329 высказывался против возможности ее сварки. Литейная сталь марки CD4MCu, разработанная в 1950 г., была известна как сталь, которой свойственно охрупчивание при сварке. Дуплексные нержавеющие стали быстро развивались с начала 1980 г., и это развитие отображено в обзорных статьях ряда международных конференций по дуплексным нержавеющим сталям, которые проходили в указанный период времени. В настоящее время эти стали используются в различных отраслях промышленности, прежде всего требующих весьма высокой стойкости к коррозии. За прошедшее время был достигнут существенный прогресс в области свариваемости и стойкости к коррозии этих сталей, прежде всего благодаря пониманию критической роли азота как легирующего элемента.

Дуплексные нержавеющие стали используются там, где требуется их высокая коррозионная стойкость, прочность или оба свойства одновременно. Вследствие более высокого содержания феррита, чем у аустенитных сталей, дуплексные стали имеют более ярко выраженные магнитные свойства, а также более высокую теплопроводность и низкий коэффициент термического расширения. Эти стали часто выбирают вследствие коррозионной стойкости, ими заменяют аустенитные стали во многих случаях, где существует опасность образования коррозионного растрескивания под напряжением и питгинговой коррозии. Они также существенно превосходят конструкционные стали при работе в коррозионных средах при сопоставимой прочности. Например, дуплексные стали широко используются для изготовления трубопроводов для транспортирования нефти и газа как на суше, так и на шельфе.

Поскольку в дуплексных сталях образуется ряд охрупчивающих выделений при относительно низких температурах, их не рекомендуют для работы при температуре свыше 280 °C (535 °F). Они более дороги, чем аустенитные нержавеющие стали, хотя не намного, благодаря невысокой стоимости легирующих элементов, так как, преимущественно, сказывается стоимость обработки стали от отливки до конечного продукта — плит, листа или труб. Их использование дает заметно выраженное повышение коррозионной стойкости и экономию массы материала. Они могут использоваться взамен сплавов на основе никеля в менее агрессивных средах, составляя по цене долю цены материала.

Дуплексные нержавеющие стали значительно прочнее, чем аустенитные, так как их предел текучести более 425 МПа (60 ksi), тогда как для аустенитных нержавеющих сталей предел текучести составляет 210 МПа (30 ksi). Так как дуплексные стали прочнее, они одновременно и тверже, что возможно делает их более привлекательными для работы в условиях абразивного износа и коррозионной среды. Большинство современных дуплексных сталей имеет хорошую ударную вязкость и пластичность. Однако они претерпевают переход из пластического состояния в хрупкое при низких температурах, поэтому не предназначены для использования в условиях криогенных температур. Рабочий интервал температур при использовании дуплексных нержавеющих сталей ограничен и составляет от минус 40 до плюс 280 °С.

Коэффициент термического расширения дуплексных сталей по значению близок к соответствующему коэффициенту углеродистых и низколегированных сталей. Следовательно, дуплексные стали можно использовать при соединении с углеродистыми, например в сосудах из разнородных сталей, работающих под давлением. В гаком случае напряжения вследствие разности коэффициентов термического расширения будут ниже по сравнению с аустенитными сталями. Однако по причине относительно низких температур протекания реакций образования выделений, имеющих место в дуплексных нержавеющих сталях, их применение в случаях, требующих послесварочной термической обработки для снятия напряжений, в общем, недопустимо.