لوله های فولادی Duplex در مقابل Super Duplex: یک مقایسه جامع

فولادهای ضد زنگ دوبلکس خانواده ای از آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی هستند که توسط A مشخص می شوند دو فاز ریزساختار ، حاوی هر دو فریت وت وابسته به اوستن بشر این ساختار متعادل ترکیبی منحصر به فرد از مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوب را فراهم می کند و آنها را به یک انتخاب محبوب برای کاربردهای مختلف صنعتی تبدیل می کند.

از طرف دیگر ، فولادهای ضد زنگ Super Duplex یک نسخه پیشرفته از فولادهای دوبلکس هستند. آنها محتوای بالاتری از عناصر اصلی آلیاژ مانند دارند کروم با مولیبدن وت نیتروژن بشر این افزایش ترکیب شیمیایی منجر به مقاومت در برابر خوردگی برتر ، به ویژه در محیط های سخت ، کلرید بالا و استحکام مکانیکی بالاتر در مقایسه با نمرات دوتایی استاندارد می شود.

انتخاب مواد صحیح بین دوبلکس و لوله های فولادی فوق العاده دوبلکس یک تصمیم مهم است که به خواسته های خاص برنامه مورد نظر بستگی دارد. عواملی مانند محیط عملیاتی ، خصوصیات مکانیکی مورد نیاز و محدودیت های هزینه همه نقش مهمی در تعیین کدام مواد مناسب ترین و مقرون به صرفه ترین راه حل دارند.

فولاد دوبلکس چیست؟

فولاد دوبلکس ، که اغلب توسط درجه مشترک به آنها گفته می شود 2205 ، نوعی از فولاد ضد زنگ است که به دلیل متعادل بودن شناخته شده است فریسن ریزساختار. این ساختار دو فاز مجموعه ای از خواص منحصر به فرد ، از جمله استحکام بالا و مقاومت خوب در برابر ترک خوردگی استرس را به آن می بخشد. ترکیب شیمیایی آن به طور معمول شامل موارد زیر است:

• کروم (22 ٪)
• نیکل (5 ٪)
• مولیبدن (3 ٪)
• نیتروژن (0.14-0.20 ٪)

این ترکیب مقاومت در برابر خوردگی کلی خوب ، به ویژه در برابر خوردگی و خوردگی Crevice در محیط های متوسط ​​را فراهم می کند. فولادهای دوبلکس نیز به راحتی جوش داده می شوند و ساخته می شوند و آنها را به یک انتخاب مقرون به صرفه برای برنامه هایی تبدیل می کند که در آن مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی متوسط ​​مورد نیاز است.

فولاد فوق العاده دوبلکس چیست؟

فولاد فوق العاده دوبلکس ، با درجه مشترک 2507 ، تکامل فولاد دوبلکس است. این برنامه برای برنامه های خواستار تر طراحی شده است که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی و قدرت بیشتر دارند. تفاوت اصلی در ترکیب شیمیایی پیشرفته آن ، که شامل سطوح بالاتری از عناصر اصلی آلیاژ است:

• کروم (25 ٪)
• نیکل (7 ٪)
• مولیبدن (4 ٪)
• نیتروژن (0.24-0.32 ٪)

محتوای بالاتر این عناصر ، به ویژه نیتروژن ، مقاومت فوق العاده ای در برابر گودال ، خوردگی شکاف و ترک خوردگی استرس در محیط های پرخاشگرانه و کلرید مانند آب دریا فراهم می کند. افزایش آلیاژ همچنین منجر به مقاومت قابل توجهی بالاتر و عملکرد نسبت به نمرات دوبلکس استاندارد می شود. این امر باعث می شود فولاد فوق العاده دوبلکس برای کاربردهای مهم ایده آل باشد که در آن خرابی مواد گزینه ای نیست.

مقایسه ترکیب شیمیایی

تفاوت اصلی بین لوله های فولادی دوبلکس و فوق العاده دوبلکس در ترکیب شیمیایی آنها نهفته است ، که به طور مستقیم بر خصوصیات مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی آنها تأثیر می گذارد. فولاد فوق العاده دوتایی غلظت بالاتری از عناصر اصلی آلیاژ دارد. این به وضوح هنگام مقایسه نمرات استاندارد دیده می شود ، 2205 دوبلکس وت 2507 سوپر دوبلکس .

افزایش محتوای کروم ، مولیبدن و نیتروژن در فولاد فوق العاده دوبلکس یک عامل اصلی در عملکرد برتر آن است. این عناصر ، به ویژه کروم و مولیبدن ، مقاومت در برابر خوردگی و خوردگی شکاف ، در حالی که نیتروژن قدرت و ثبات مواد را بهبود می بخشد.

خصوصیات مکانیکی

با توجه به میزان آلیاژ بالاتر ، به ویژه نیتروژن ، فولاد فوق العاده دوبلکس مقاومت مکانیکی قابل توجهی بالاتر از فولاد دوبلکس را نشان می دهد.

این مقاومت برتر امکان استفاده از بخش های نازک تر و ساخت و سازهای سبک تر را فراهم می کند ، که می تواند در کاربردهای حساس به وزن سودمند باشد. با این حال ، این افزایش استحکام همچنین می تواند فولاد فوق العاده دوبلکس را برای ماشین و ساختگی چالش برانگیز کند. کشیدگی کمی پایین در فولاد فوق العاده دوبلکس نشان می دهد که از دوتایی کمتر از دوتایی است ، یک تجارت مشترک برای استحکام بالاتر.

مقاومت در برابر خوردگی

مقاومت در برابر خوردگی جایی است که فولاد فوق العاده دوبلکس واقعاً می درخشد. شماره معادل مقاومت در برابر گودال ( پیشانی ) یک متریک است که برای پیش بینی مقاومت در برابر خوردگی یک فولاد ضد زنگ استفاده می شود و با استفاده از فرمول محاسبه می شود: $ pren = \ ٪ cr 3.3 \ times \ ٪ mo 16 \ times \ ٪ n $.

• دوبلکس 2205 Pren: 35-37 پوند
• سوپر دوبلکس 2507 Pren: 40-45 پوند

یک مقدار بالاتر پیش از مقاومت نشان دهنده مقاومت بهتر در برابر خوردگی است.

• خوردگی و خوردگی CREVICE: پیشانی بالاتر Super Duplex Steel ، حتی در محیط های تهاجمی با غلظت کلرید بالا مانند آب دریا ، در برابر خوردگی و خوردگی Crevice بسیار مقاوم می شود. در حالی که فولاد دوبلکس مقاومت خوبی را ارائه می دهد ، ممکن است در شرایط بسیار خورنده یا در دمای بالا ، خوردگی موضعی را مستعد کند.
• ترک خوردگی استرس (SCC): هر دو فولادهای دوبلکس و فوق العاده دوبلکس مقاومت بسیار خوبی در برابر SCC ناشی از کلرید دارند ، به طور قابل توجهی از فولادهای ضد زنگ سنتی آستنیتی مانند 304 یا 316 بهتر عمل می کنند. با این حال ، Super Duplex حاشیه ایمنی حتی بیشتری را در محیط های بسیار پرخاشگرانه با محتوای کلرید بالا و درجه حرارت بالا فراهم می کند.
• خوردگی عمومی: هر دو آلیاژ مقاومت در برابر خوردگی عمومی خوبی در بسیاری از اسیدها و محلول های قلیایی دارند. با این حال ، ترکیب پیشرفته فوق العاده دوبلکس ، آن را به یک انتخاب مطمئن تر در محیط های اسیدی یا کلرید خورنده تر تبدیل می کند.

برنامه

انتخاب بین لوله های فولادی دوبلکس و فوق العاده دوبلکس به شدت به نیازهای خاص برنامه برای مقاومت در برابر خوردگی ، استحکام و شرایط محیطی بستگی دارد.

برنامه های فولادی دوبلکس:

فولاد ضد زنگ دوبلکس انتخابی برای طیف گسترده ای از صنایع است که در آن تعادل مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوب مورد نیاز است ، اما محیط بسیار تهاجمی نیست.

• پردازش شیمیایی: در مبدلهای حرارتی ، کشتی های فشار و مخازن استفاده می شود.
• نفت و گاز: خطوط لوله و اتصالات برای دست زدن به نفت خام و گاز طبیعی.
• محیط های دریایی: سیستم های لوله کشی و اجزای ساختاری در قایق ها و اسکله ها ، جایی که قرار گرفتن در معرض آب دریا وجود دارد اما ثابت یا در دماهای بالا نیست.
• صنعت خمیر و کاغذ: اجزای در معرض عوامل سفید کننده حاوی کلرید.
• کاربردهای ساختاری: پل ها و سایر عناصر معماری که از نسبت قدرت به وزن بالا بهره مند می شوند.

برنامه های فولادی فوق العاده دوبلکس:

فولاد ضد زنگ فوق العاده دوتایی برای برنامه های کاربردی و مهم و مهم که در آن خطر جزئی از خوردگی می تواند منجر به خرابی فاجعه بار شود ، محفوظ است. خصوصیات برتر آن ، آن را برای محیط های بسیار خورنده و پر فشار ایده آل می کند.

• سیستم عامل های دریایی: به دلیل مقاومت استثنایی آنها در برابر آب دریا و فشارهای زیاد ، به طور گسترده در Risers ، منیفولدها و اجزای ساختاری مورد استفاده قرار می گیرد.
• هندلینگ آب دریا: برای گیاهان نمک زدایی ، سیستم های آتش نشانی و سیستم های آب خنک کننده بسیار مهم است.
• تانکرهای شیمیایی: پوشش مخازن باری برای جلوگیری از خوردگی مواد شیمیایی تهاجمی.
• محیط های کلرید بالا: برنامه های کاربردی در صنایعی مانند معدن و دارویی که در آن فرآیندها غلظت بالای عوامل خورنده را شامل می شوند.
• کشتی های فشار: در محیط هایی با فشارها و درجه حرارت بسیار زیاد استفاده می شود.

جوش و ساخت

هر دو فولادهای دوبلکس و فوق العاده دوبلکس قابل جوش هستند ، اما اقدامات احتیاطی خاصی برای حفظ خصوصیات منحصر به فرد آنها ضروری است. چالش اصلی در جوشکاری این مواد اطمینان از حفظ صحیح فلز جوش و منطقه تحت تأثیر گرما است تعادل فاز فریت آستنیت بشر تعادل نادرست می تواند منجر به از بین رفتن خصوصیات مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی شود.

• فولاد دوبلکس: جوشکاری دوپلکس استیل به طور معمول به یک ماده پرکننده با مقدار کمی نیکل نسبت به فلز پایه نیاز دارد. این باعث از بین رفتن نیتروژن و تمایل به فاز فریت برای افزایش منطقه تحت تأثیر گرما می شود ، که می تواند مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهد.
• فولاد فوق العاده دوبلکس: جوشکاری فولاد فوق العاده دوبلکس به دلیل افزایش آلیاژ بالاتر پیچیده تر است. این حتی نسبت به تغییر در پارامترهای دما و جوشکاری حساس تر است.
• مواد پرکننده: برای ترویج تشکیل آستنیت و جلوگیری از بارش فازهای بین فلزی نامطلوب مانند فاز سیگما ، یک سیم پرکننده فوق العاده خاص با محتوای نیکل بالاتر لازم است ، که می تواند به شدت جوش را در آغوش بگیرد.
• ورودی گرما: کنترل ورودی گرما در هنگام جوشکاری بسیار مهم است تا از تشکیل فاز سیگما شکننده جلوگیری شود. گرمای بیش از حد می تواند منجر به ریزساختار غنی از فریت شود ، در حالی که گرمای بیش از حد می تواند منجر به تشکیل فاز سیگما شود.
• عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT): در بعضی موارد ، ممکن است یک عملیات حرارتی خاص پس از جوشکاری برای بازگرداندن تعادل فاز ایده آل و بهینه سازی خواص جوش لازم باشد.

در هر دو مورد ، با استفاده از روش جوشکاری صحیح ، جوشکار واجد شرایط و کنترل ورودی گرما برای اطمینان از یکپارچگی محصول نهایی بسیار مهم است.

مقایسه هزینه

لوله های فولادی فوق العاده دوبلکس به طور کلی گران تر از لوله های فولادی دوبلکس هستند. هزینه بالاتر در درجه اول به دلیل دو عامل است:

• هزینه مواد اولیه: فولاد فوق العاده دوبلکس حاوی غلظت بالاتری از عناصر گران قیمت آلیاژ مانند نیکل وت مولیبدن بشر قیمت این فلزات در بازار جهانی نوسان دارد و به طور مستقیم بر هزینه نهایی فولاد تأثیر می گذارد.
• فرآیندهای تولید: ترکیب شیمیایی پیشرفته و استحکام بالاتر از فولاد فوق العاده دوبلکس می تواند پردازش را چالش برانگیزتر کند. فرآیندهای تولیدی مانند نورد ، جعل و جوشکاری نیاز به انرژی و تجهیزات تخصصی بیشتری دارند و به هزینه تولید بالاتر کمک می کنند.

در حالی که Super Duplex از پیش فرض گرانتر است ، عملکرد برتر آن و عمر خدمات طولانی تر در محیط های سخت می تواند با کاهش تعمیر و نگهداری ، تعمیرات و خرابی منجر به صرفه جویی قابل توجهی در طولانی مدت شود. بنابراین ، انتخاب باید براساس ارزیابی جامع از هزینه اولیه و ارزش بلند مدت باشد.

مزایا و معایب

فولاد دوبلکس:

مزایای:

• مقرون به صرفه: با داشتن محتوای کمتری از عناصر گران قیمت آلیاژ مانند نیکل و مولیبدن ، فولاد دوبلکس اقتصادی تر از Super Duplex است و اغلب جایگزین مقرون به صرفه تر برای نمرات استاندارد آستنیتی مانند 316L ، به ویژه در پروژه های در مقیاس بزرگ است.
• مقاومت خوب و مقاومت در برابر خوردگی: این نسبت به وزن به وزن بالا و مقاومت بسیار خوبی در برابر ترک خوردگی استرس ناشی از کلرید ارائه می دهد ، که این یک مزیت مهم برای بسیاری از فولادهای آستنیتی است.
• جوشکاری خوب: در حالی که پیچیده تر از جوشکاری فولادهای آستنیتی است ، دوتایی به طور کلی جوش و ساخت آن از Super Duplex آسانتر است و امکان استفاده گسترده در مغازه های ساخت استاندارد را فراهم می کند.

مضرات:

• مقاومت در برابر خوردگی پایین: اگرچه مقاومت در برابر خوردگی خوبی دارد ، اما برای محیط های بسیار تهاجمی با غلظت کلرید بالا و درجه حرارت بالا مناسب نیست.
• محدوده دمای محدود: در صورت قرار گرفتن در معرض دمای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد (572 درجه فارنهایت) برای دوره های طولانی ، فولاد دوبلکس می تواند شکننده شود ، زیرا این امر می تواند منجر به تشکیل فازهای بین فلزی مضر شود.

فولاد فوق العاده دوبلکس:

مزایای:

• مقاومت در برابر خوردگی برتر: فولاد Super Duplex مقاومت استثنایی در برابر گودال ، خوردگی شکاف و ترک خوردگی استرس دارد و آن را به انتخاب ایده آل برای سخت ترین محیط ها ، از جمله برنامه های دریایی و دریایی تبدیل می کند.
• قدرت بالا: عملکرد و استحکام کششی آن به طور قابل توجهی بالاتر می تواند منجر به کاهش ضخامت مواد و صرفه جویی در وزن کلی در کاربردهای ساختاری و فشار شود.
• ارزش بلند مدت: در حالی که هزینه اولیه بیشتر است ، دوام برتر و عمر خدمات طولانی تر در محیط های بحرانی اغلب با کاهش نگهداری ، تعمیر و خرابی منجر به کاهش هزینه کل چرخه عمر می شود.

مضرات:

• هزینه بالاتر: محتوای بالاتر عناصر گران قیمت آلیاژ ، لوله های فولادی فوق العاده دوبلکس را نسبت به دوبلکس گرانتر می کند.
• جوشکاری پیچیده تر: ساخت و جوشکاری نیاز به کنترل دقیق تری از ورودی گرما و روشهای جوشکاری برای حفظ ریزساختار مورد نظر و جلوگیری از تشکیل مراحل شکننده دارد.
• انعطاف پذیری پایین: استحکام بالاتر فولاد فوق العاده دوبلکس با تجارت در انعطاف پذیری همراه است و شکل گیری و ماشین را چالش برانگیز تر می کند.

خلاصه تفاوت های کلیدی

مطالعات موردی

نمونه های دنیای واقعی کاربردهای متمایز و مزایای لوله های فولادی دوبلکس و فوق العاده دوبلکس را نشان می دهد.

مطالعه موردی: خط لوله نفت و گاز در یک محیط متوسط ​​خورنده

• چالش: یک شرکت نیاز به نصب خط لوله جدید برای حمل و نقل نفت خام و گاز طبیعی در یک مکان دریایی دارد. این خط لوله در معرض سطح متوسط ​​کلریدها از خاک اطراف و رطوبت گاه به گاه قرار می گیرد.
• انتخاب مواد: تیم مهندسی انتخاب کرد دوبلکس 2205 لوله های فولادی.
• توجیه: فولاد دوبلکس استحکام عملکرد بالایی را ارائه می دهد و باعث می شود ضخامت دیواره نازک تر و کاهش وزن مواد در مقایسه با فولاد کربن سنتی باشد. مقاومت بسیار عالی آن در برابر ترک خوردگی استرس ناشی از کلرید و خوردگی عمومی برای شرایط خاص محیطی کافی بود ، و یک راه حل قابل اعتماد و ماندگار و بدون هزینه اضافه شده از آلیاژ گران تر فراهم می کرد.
• نتیجه: این پروژه در بودجه به پایان رسید و خط لوله با اطمینان انجام شده است ، و نشان می دهد که فولاد دوبلکس انتخاب بهینه برای برنامه هایی است که خواص آن کاملاً با نیازهای زیست محیطی و مکانیکی مطابقت دارد.

مطالعه موردی: سیستم خنک کننده آب دریا در یک سکوی دریایی

• چالش: یک سکوی نفتی جدید در خارج از کشور به یک سیستم لوله کشی جامع برای خنک کننده آب دریا ، آتش نشانی و انتقال سیال نیاز داشت. این سیستم در معرض آب دریای کلرید بالا ، فشارهای زیاد و درجه حرارت متفاوت قرار می گیرد و آن را به یک محیط بسیار پرخاشگرانه تبدیل می کند.
• انتخاب مواد: مهندسان مشخص شدند سوپر دوبلکس 2507 لوله های فولادی برای همه لوله کشی های بحرانی.
• توجیه: مقاومت در برابر خوردگی برتر از Super Duplex ، با ارزش بالای PREN ، برای این برنامه قابل مذاکره نبود. توانایی مواد در مقاومت در برابر گودال ، خوردگی شکاف و ترک خوردگی استرس در آب دریا برای اطمینان از ایمنی و یکپارچگی عملیاتی این سکو ضروری بود. استحکام مکانیکی بالای آن همچنین امکان استفاده از لوله های با قطر کوچکتر با دیواره های نازک تر را فراهم می کند ، که به طور قابل توجهی وزن کلی ساختار تاپ را کاهش می دهد ، که یک مزیت اصلی در ساخت و سازهای دریایی است.
• نتیجه: لوله های فولادی Super Duplex یک راه حل با دوام و کم مصرف ارائه می دهند و خطر خرابی های گران قیمت را به حداقل می رساند و از قابلیت اطمینان طولانی مدت سیستم های مهم این سکو اطمینان می دهد. سرمایه گذاری اولیه بالاتر توسط عمر خدمات گسترده مواد و کاهش نیازهای نگهداری در این محیط خواستار توجیه شد. $