Duplex roestvrijstalen buis is een staalsoort die vele uitstekende eigenschappen combineert, zoals uitstekende corrosieweerstand, hoge sterkte en gemakkelijke productie en verwerking. Hun fysieke eigenschappen liggen tussen austenitisch roestvrij staal en ferritisch roestvrij staal, maar dichter bij ferritisch roestvrij staal en koolstofstaal. De weerstand tegen putcorrosie door chloride en spleetcorrosie van duplex roestvrijstalen buizen houdt verband met het chroom-, molybdeen-, wolfraam- en stikstofgehalte. Het kan vergelijkbaar zijn met 316 roestvrij staal of hoger dan zeewaterroestvrij staal, zoals 6% Mo austenitisch roestvrij staal. Het vermogen van alle duplex roestvrijstalen buizen om weerstand te bieden tegen breuken door chloridespanningscorrosie is aanzienlijk sterker dan dat van austenitisch roestvrij staal uit de 300-serie, en de sterkte ervan is ook veel hoger dan die van austenitisch roestvrij staal, terwijl het een goede plasticiteit en taaiheid vertoont.

Duplex roestvrijstalen buis wordt "duplex" genoemd omdat de metallografische microstructuur bestaat uit twee roestvrijstalen korrels, ferriet en austeniet. In de onderstaande afbeelding wordt de gele austenietfase omgeven door de blauwe ferrietfase. Wanneer duplex roestvrijstalen buizen smelten, stolt deze eerst tot een volledige ferrietstructuur wanneer deze vanuit de vloeibare toestand stolt. Terwijl het materiaal afkoelt tot kamertemperatuur, verandert ongeveer de helft van de ferrietkorrels in austenietkorrels. Het resultaat is dat ongeveer 50% van de microstructuur de austenietfase is en 50% de ferrietfase.

Duplex roestvrijstalen buis heeft een tweefasige microstructuur van austeniet en ferriet
Kenmerken van duplex roestvrijstalen buis
01-Hoge sterkte: De sterkte van duplex roestvrijstalen buizen is ongeveer 2 keer zo groot als die van conventioneel austenitisch roestvrij staal of ferritisch roestvrij staal. Hierdoor kunnen ontwerpers de wanddikte in bepaalde toepassingen verminderen.

02-Goede taaiheid en ductiliteit: Ondanks de hoge sterkte van duplex roestvrijstalen buizen vertonen ze een goede plasticiteit en taaiheid. De taaiheid en ductiliteit van duplex roestvrijstalen buizen zijn aanzienlijk beter dan die van ferritisch roestvrij staal en koolstofstaal, en ze behouden nog steeds een goede taaiheid, zelfs bij zeer lage temperaturen zoals -40°C. Maar het kan nog steeds niet het uitmuntendheidsniveau van austenitisch roestvrij staal bereiken. Minimale mechanische eigenschappenlimieten voor duplex roestvrijstalen buizen gespecificeerd door ASTM- en EN-normen

03-Corrosiebestendigheid: De corrosiebestendigheid van roestvrij staal hangt voornamelijk af van de chemische samenstelling. Duplex roestvrijstalen buizen vertonen bij de meeste toepassingen een hoge corrosieweerstand vanwege hun hoge chroomgehalte, wat gunstig is bij oxiderende zuren, en voldoende hoeveelheden molybdeen en nikkel om matige reductiecorrosie in zure media te weerstaan. Het vermogen van duplex roestvrijstalen buizen om weerstand te bieden aan putcorrosie door chloride-ionen en spleetcorrosie hangt af van hun chroom-, molybdeen-, wolfraam- en stikstofgehalte. De relatief hoge chroom-, molybdeen- en stikstofgehalten van duplex roestvrijstalen buizen zorgen ervoor dat ze goed bestand zijn tegen chlorideputjes en spleetcorrosie. Ze zijn verkrijgbaar in een reeks verschillende corrosieweerstanden, variërend van kwaliteiten gelijkwaardig aan roestvrij staal 316, zoals de economische duplex roestvrijstalen buis 2101, tot kwaliteiten equivalent aan 6% molybdeen roestvrij staal, zoals SAF 2507. Duplex roestvrijstalen buizen hebben zeer goede eigenschappen weerstand tegen spanningscorrosiescheuren (SCC), die wordt "geërfd" van de ferrietzijde. Het vermogen van alle duplex roestvaststalen buizen om weerstand te bieden aan chloride-spanningscorrosie is aanzienlijk beter dan dat van austenitisch roestvast staal uit de 300-serie. Standaard austenitische roestvast staalsoorten zoals 304 en 316 kunnen last hebben van spanningscorrosie in de aanwezigheid van chloride-ionen, vochtige lucht en hoge temperaturen. Daarom worden in veel toepassingen in de chemische industrie, waar de kans op spanningscorrosie groter is, vaak duplex roestvaststalen buizen gebruikt in plaats van austenitisch roestvast staal.

04-Fysische eigenschappen: Tussen austenitisch roestvrij staal en ferritisch roestvrij staal, maar dichter bij ferritisch roestvrij staal en koolstofstaal. Algemeen wordt aangenomen dat goede prestaties kunnen worden verkregen wanneer de verhouding tussen ferrietfase en austenietfase in duplex roestvrijstalen buizen 30% tot 70% bedraagt. Duplex roestvaststalen buizen worden echter vaak beschouwd als grofweg half ferriet en half austeniet. Om de beste taaiheid en verwerkingseigenschappen te verkrijgen, is bij de huidige commerciële productie het aandeel austeniet iets groter. De interactie tussen de belangrijkste legeringselementen, vooral chroom, molybdeen, stikstof en nikkel, is zeer complex. Om een ​​stabiele tweefasenstructuur te verkrijgen die gunstig is voor de verwerking en productie, moet ervoor worden gezorgd dat elk element de juiste inhoud heeft.

Naast de fasebalans is de tweede grote zorg met betrekking tot duplex roestvrijstalen buizen en de chemische samenstelling ervan de vorming van schadelijke intermetallische fasen bij verhoogde temperaturen. De σ-fase en χ-fase worden gevormd in roestvrij staal met een hoog chroom- en hoog-molybdeengehalte en slaan bij voorkeur neer in de ferrietfase. De toevoeging van stikstof vertraagt ​​de vorming van deze fasen aanzienlijk. Het is daarom belangrijk om voldoende stikstof in de vaste oplossing te houden. Naarmate de ervaring met de productie van duplex roestvrijstalen buizen toeneemt, wordt het belang van het beheersen van smalle samenstellingsbereiken steeds meer onderkend. Het aanvankelijk ingestelde samenstellingsbereik van duplex roestvrijstalen buis 2205 is te breed. De ervaring leert dat om de beste corrosieweerstand te verkrijgen en de vorming van intermetallische fasen te vermijden, de chroom-, molybdeen- en stikstofgehalten van S31803 op de midden- en bovengrenzen van het gehaltebereik moeten worden gehouden. Dit leidde tot het verbeterde 2205 tweefasige staal UNS S32205 met een smal samenstellingsbereik.