Il tubo duplex in acciaio inossidabile è un tipo di acciaio che combina molte proprietà eccellenti come eccellente resistenza alla corrosione, elevata resistenza e facilità di produzione e lavorazione. Le loro proprietà fisiche sono tra l'acciaio inossidabile austenitico e l'acciaio inossidabile ferritico, ma più vicine all'acciaio inossidabile ferritico e all'acciaio al carbonio. La resistenza alla vaiolatura da cloruro e alla corrosione interstiziale dei tubi in acciaio inossidabile duplex è correlata al contenuto di cromo, molibdeno, tungsteno e azoto. Può essere simile all'acciaio inossidabile 316 o superiore all'acciaio inossidabile per acqua di mare come l'acciaio inossidabile austenitico al 6% Mo. La capacità di tutti i tubi in acciaio inossidabile duplex di resistere alla frattura da tensocorrosione da cloruro è significativamente più forte di quella dell'acciaio inossidabile austenitico serie 300 e la sua resistenza è anche molto superiore a quella dell'acciaio inossidabile austenitico pur mostrando una buona plasticità e tenacità.

Il tubo duplex in acciaio inossidabile è chiamato “duplex” perché la sua microstruttura metallografica è composta da due grani di acciaio inossidabile, ferrite e austenite. Nella foto sotto, la fase di austenite gialla è circondata dalla fase di ferrite blu. Quando il tubo duplex in acciaio inossidabile si scioglie, si solidifica prima in una struttura di ferrite completa quando si solidifica dallo stato liquido. Quando il materiale si raffredda a temperatura ambiente, circa la metà dei grani di ferrite si trasformano in grani di austenite. Il risultato è che circa il 50% della microstruttura è la fase austenite e il 50% è la fase ferrite.

Il tubo duplex in acciaio inossidabile ha una microstruttura bifase di austenite e ferrite
Caratteristiche del tubo in acciaio inossidabile duplex
01-Elevata resistenza: la resistenza del tubo in acciaio inossidabile duplex è circa 2 volte quella dell'acciaio inossidabile austenitico convenzionale o dell'acciaio inossidabile ferritico. Ciò consente ai progettisti di ridurre lo spessore delle pareti in determinate applicazioni.

02-Buona tenacità e duttilità: nonostante l'elevata resistenza dei tubi in acciaio inossidabile duplex, presentano buona plasticità e tenacità. La tenacità e la duttilità dei tubi in acciaio inossidabile duplex sono significativamente migliori rispetto a quelle dell'acciaio inossidabile ferritico e dell'acciaio al carbonio e mantengono comunque una buona tenacità anche a temperature molto basse come -40°C/F. Ma non può ancora raggiungere il livello di eccellenza dell’acciaio inossidabile austenitico. Limiti minimi di proprietà meccaniche per tubi in acciaio inossidabile duplex specificati dagli standard ASTM ed EN

03-Resistenza alla corrosione: La resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile dipende principalmente dalla sua composizione chimica. I tubi duplex in acciaio inossidabile presentano un'elevata resistenza alla corrosione nella maggior parte delle applicazioni grazie al loro elevato contenuto di cromo, che è favorevole negli acidi ossidanti, e a quantità sufficienti di molibdeno e nichel per resistere a una moderata riduzione della corrosione in mezzi acidi. La capacità dei tubi in acciaio inossidabile duplex di resistere alla corrosione da ioni cloruro e alla corrosione interstiziale dipende dal contenuto di cromo, molibdeno, tungsteno e azoto. Il contenuto relativamente elevato di cromo, molibdeno e azoto dei tubi in acciaio inossidabile duplex conferisce loro una buona resistenza alla vaiolatura da cloruro e alla corrosione interstiziale. Sono disponibili in una gamma di diverse resistenze alla corrosione, che vanno da gradi equivalenti all'acciaio inossidabile 316, come il tubo economico in acciaio inossidabile duplex 2101, a gradi equivalenti all'acciaio inossidabile al molibdeno al 6%, come SAF 2507. I tubi duplex in acciaio inossidabile hanno ottime resistenza alla tensocorrosione (SCC), che è “ereditata” dal lato della ferrite. La capacità di tutti i tubi in acciaio inossidabile duplex di resistere alla tensocorrosione da cloruri è significativamente migliore di quella dell'acciaio inossidabile austenitico della serie 300. I gradi standard di acciaio inossidabile austenitico come 304 e 316 possono soffrire di tensocorrosione in presenza di ioni cloruro, aria umida e temperature elevate. Pertanto, in molte applicazioni dell'industria chimica dove esiste un rischio maggiore di tensocorrosione, vengono spesso utilizzati tubi in acciaio inossidabile duplex invece dell'acciaio inossidabile austenitico.

04-Proprietà fisiche: tra l'acciaio inossidabile austenitico e l'acciaio inossidabile ferritico, ma più vicino all'acciaio inossidabile ferritico e all'acciaio al carbonio. Si ritiene generalmente che si possano ottenere buone prestazioni quando il rapporto tra fase ferrite e fase austenite nei tubi in acciaio inossidabile duplex è compreso tra il 30% e il 70%. Tuttavia, i tubi duplex in acciaio inossidabile sono spesso considerati costituiti per metà da ferrite e per metà da austenite. Nell'attuale produzione commerciale, per ottenere le migliori caratteristiche di tenacità e lavorazione, la percentuale di austenite è leggermente maggiore. L'interazione tra i principali elementi di lega, in particolare cromo, molibdeno, azoto e nichel, è molto complessa. Per ottenere una struttura stabile a due fasi che sia vantaggiosa per la lavorazione e la produzione, è necessario prestare attenzione per garantire che ciascun elemento abbia un contenuto appropriato.

Oltre al bilanciamento di fase, la seconda preoccupazione principale riguardante i tubi in acciaio inossidabile duplex e la loro composizione chimica è la formazione di fasi intermetalliche dannose a temperature elevate. La fase σ e la fase χ si formano in acciaio inossidabile ad alto contenuto di cromo e molibdeno e precipitano preferenzialmente nella fase ferrite. L'aggiunta di azoto ritarda notevolmente la formazione di queste fasi. È quindi importante mantenere una quantità sufficiente di azoto nella soluzione solida. Con l’aumento dell’esperienza nella produzione di tubi in acciaio inossidabile duplex, l’importanza di controllare intervalli compositivi ristretti è sempre più riconosciuta. L'intervallo di composizione inizialmente impostato per il tubo in acciaio inossidabile duplex 2205 è troppo ampio. L'esperienza dimostra che per ottenere la migliore resistenza alla corrosione ed evitare la formazione di fasi intermetalliche, il contenuto di cromo, molibdeno e azoto di S31803 deve essere mantenuto ai limiti medio e superiore dell'intervallo di contenuto. Ciò ha portato al miglioramento dell'acciaio bifase 2205 UNS S32205 con un intervallo di composizione ristretto.