Rura ze stali nierdzewnej duplex to rodzaj stali, który łączy w sobie wiele doskonałych właściwości, takich jak doskonała odporność na korozję, wysoka wytrzymałość oraz łatwość produkcji i przetwarzania. Ich właściwości fizyczne mieszczą się pomiędzy austenityczną stalą nierdzewną i ferrytyczną stalą nierdzewną, ale są bliższe ferrytycznej stali nierdzewnej i stali węglowej. Odporność rur ze stali nierdzewnej duplex na wżery chlorkowe i korozję szczelinową jest związana z zawartością chromu, molibdenu, wolframu i azotu. Może być podobny do stali nierdzewnej 316 lub wyższy niż stal nierdzewna z wodą morską, taka jak austenityczna stal nierdzewna o zawartości 6% Mo. Zdolność wszystkich rur ze stali nierdzewnej duplex do przeciwstawiania się pękaniu korozyjnemu pod wpływem chlorków jest znacznie większa niż w przypadku austenitycznej stali nierdzewnej serii 300, a jej wytrzymałość jest również znacznie wyższa niż austenitycznej stali nierdzewnej, wykazując jednocześnie dobrą plastyczność i wytrzymałość.

Rura ze stali nierdzewnej typu duplex nazywana jest „duplexem”, ponieważ jej mikrostruktura metalograficzna składa się z dwóch ziaren stali nierdzewnej, ferrytu i austenitu. Na poniższym zdjęciu żółta faza austenitu jest otoczona niebieską fazą ferrytu. Kiedy rura ze stali nierdzewnej typu duplex topi się, najpierw zestala się ze stanu ciekłego, tworząc pełną strukturę ferrytową. Gdy materiał ochładza się do temperatury pokojowej, około połowa ziaren ferrytu przekształca się w ziarna austenitu. W rezultacie około 50% mikrostruktury stanowi faza austenitu, a 50% stanowi faza ferrytu.

Rura ze stali nierdzewnej typu duplex ma dwufazową mikrostrukturę austenitu i ferrytu
Charakterystyka rur ze stali nierdzewnej typu duplex
01-Wysoka wytrzymałość: Wytrzymałość rury ze stali nierdzewnej duplex jest około 2 razy większa niż w przypadku konwencjonalnej austenitycznej stali nierdzewnej lub ferrytycznej stali nierdzewnej. Umożliwia to projektantom zmniejszenie grubości ścianek w niektórych zastosowaniach.

02-Dobra wytrzymałość i ciągliwość: Pomimo wysokiej wytrzymałości rur ze stali nierdzewnej typu duplex, wykazują one dobrą plastyczność i wytrzymałość. Wytrzymałość i plastyczność rur ze stali nierdzewnej duplex jest znacznie lepsza niż rur z ferrytycznej stali nierdzewnej i stali węglowej, a mimo to zachowują one dobrą wytrzymałość nawet w bardzo niskich temperaturach, takich jak -40°C/F. Ale nadal nie może osiągnąć poziomu doskonałości austenitycznej stali nierdzewnej. Minimalne granice właściwości mechanicznych rur ze stali nierdzewnej typu duplex określone przez normy ASTM i EN

03-Odporność na korozję: Odporność na korozję stali nierdzewnej zależy głównie od jej składu chemicznego. Rury ze stali nierdzewnej typu duplex wykazują wysoką odporność na korozję w większości zastosowań ze względu na wysoką zawartość chromu, który jest korzystny w przypadku kwasów utleniających, oraz wystarczające ilości molibdenu i niklu, aby wytrzymać umiarkowaną redukcję korozji w środowisku kwaśnym. Odporność rur ze stali nierdzewnej typu duplex na wżery jonowe chlorkowe i korozję szczelinową zależy od zawartości w nich chromu, molibdenu, wolframu i azotu. Stosunkowo wysoka zawartość chromu, molibdenu i azotu w rurach ze stali nierdzewnej typu duplex zapewnia im dobrą odporność na wżery chlorkowe i korozję szczelinową. Występują w szerokiej gamie odporności na korozję, począwszy od gatunków odpowiadających stali nierdzewnej 316, takich jak ekonomiczna rura ze stali nierdzewnej duplex 2101, po gatunki odpowiadające stali nierdzewnej o zawartości 6% molibdenu, takie jak SAF 2507. Rury ze stali nierdzewnej duplex mają bardzo dobre właściwości odporność na korozję naprężeniową (SCC), która jest „dziedziczona” po stronie ferrytu. Odporność wszystkich rur ze stali nierdzewnej duplex na pękanie korozyjne naprężeniowe chlorków jest znacznie lepsza niż w przypadku austenitycznej stali nierdzewnej serii 300. Standardowe gatunki austenitycznej stali nierdzewnej, takie jak 304 i 316, mogą ulegać pękaniu korozyjnemu naprężeniowemu w obecności jonów chlorkowych, wilgotnego powietrza i podwyższonych temperatur. Dlatego w wielu zastosowaniach w przemyśle chemicznym, gdzie istnieje większe ryzyko korozji naprężeniowej, zamiast austenitycznej stali nierdzewnej często stosuje się rury ze stali nierdzewnej duplex.

04-Właściwości fizyczne: Pomiędzy austenityczną stalą nierdzewną i ferrytyczną stalą nierdzewną, ale bliżej ferrytycznej stali nierdzewnej i stali węglowej. Powszechnie uważa się, że dobrą wydajność można uzyskać, gdy stosunek fazy ferrytu do fazy austenitu w rurze ze stali nierdzewnej typu duplex wynosi 30% do 70%. Jednakże rury ze stali nierdzewnej typu duplex są często uważane za zbudowane w przybliżeniu w połowie z ferrytu i w połowie austenitu. W obecnej produkcji komercyjnej, aby uzyskać najlepszą wytrzymałość i właściwości przetwórcze, udział austenitu jest nieco większy. Interakcja pomiędzy głównymi pierwiastkami stopowymi, zwłaszcza chromem, molibdenem, azotem i niklem, jest bardzo złożona. Aby uzyskać stabilną, dwufazową strukturę, korzystną w przetwarzaniu i wytwarzaniu, należy zadbać o to, aby każdy pierwiastek miał odpowiednią zawartość.

Oprócz równowagi fazowej, drugim poważnym problemem dotyczącym rur ze stali nierdzewnej typu duplex i ich składu chemicznego jest tworzenie się szkodliwych faz międzymetalicznych w podwyższonych temperaturach. Fazy ​​σ i faza χ powstają w stali nierdzewnej o wysokiej zawartości chromu i molibdenu i preferencyjnie wytrącają się w fazie ferrytowej. Dodatek azotu znacznie opóźnia powstawanie tych faz. Dlatego ważne jest utrzymanie wystarczającej ilości azotu w roztworze stałym. W miarę wzrostu doświadczenia w produkcji rur ze stali nierdzewnej typu duplex, coraz bardziej docenia się znaczenie kontrolowania wąskich zakresów składu. Wstępnie ustawiony zakres składu rury ze stali nierdzewnej duplex 2205 jest zbyt szeroki. Doświadczenie pokazuje, że aby uzyskać najlepszą odporność na korozję i uniknąć tworzenia się faz międzymetalicznych, zawartość chromu, molibdenu i azotu w S31803 powinna być utrzymywana w środkowej i górnej granicy zakresu zawartości. Doprowadziło to do ulepszonej stali dwufazowej 2205 UNS S32205 o wąskim zakresie składu.