Unterschied in der Leistung zwischen Duplex - Edelstahlrohren und Austenit - Edelstahlrohren

Der Leistungsunterschied zwischen Duplex-Stahlrohren und austenitischen Stahlrohren ist auf ihre unterschiedlichen Mikrostrukturen und Legierungszusammensetzungen zurückzuführen. Der folgende Vergleich wird anhand von Kernparametern wie mechanischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit durchgeführt und mit typischen Anwendungsfällen kombiniert, um dies zu veranschaulichen:

1. Vergleich von Mikrostruktur und Legierungszusammensetzung

Bild 1

2. Analyse der Kernleistungsunterschiede

1. Mechanische Eigenschaften: Unterschied im Gleichgewicht zwischen Stärke und Zähigkeit

Duplex-Stahl

Hohe Stärke: Die Streckgrenze (σ ₀) ₂) kann 450 - 650 MPa erreichen, was etwa doppelt so hoch wie die von 304 austenitischem Stahl ist (Streckgrenze von 304 ≈ 210 MPa), aufgrund des "Phasengrenzverfestigungs"-Effekts der Zweiphasenstruktur; des Mischkristallverfestigungseffekts von Stickstoff (N) (N-Gehalt 0,15% - 0,3%).

Mäßige Zähigkeit: Die Schlagzähigkeit bei Raumtemperatur (AKV) beträgt etwa 80 - 120 J, niedriger als bei austenitischem Stahl (z. B. AKV ≈ 200 J für 316), aber besser als bei ferritischem Stahl.

Austenitisches Edelstahl

Niedrige Stärke: Die Streckgrenze beträgt normalerweise ≤ 300MPa, aber die Dehnung (δ) kann 40% - 60% erreichen. Es hat ausgezeichnete Plastizität und eignet sich für Tiefziehformen (z. B. Edelstahlgeschirr).

Superzähigkeit: Die Kerbschlagzähigkeit nimmt bei niedrigen Temperaturen (z. B. -196 ℃) nicht ab oder steigt sogar an, was es für Flüssigerdgas (LNG) - Anlagen geeignet macht.

2. Korrosionsbeständigkeit: Leistungsunterschiede in verschiedenen Umgebungen

Duplex - Edelstahl

Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion: Aufgrund des synergistischen Effekts von hohem Cr (22% - 26%), Mo (2,5% - 5%) und N kann der Lochfraßindex PREN (=Cr + 3,3Mo + 16N) 40 - 50 erreichen, was deutlich besser ist als bei 304 (PREN ≈ 22) und 316 (PREN ≈ 29) und eignet sich für Umgebungen, die Cl ⁻ enthalten (z. B. Meerwasser und chemisches Salzwasser).

Spannungskorrosionsbeständigkeit (SCC): Die Zweiphasenstruktur verringert die Neigung zur interkristallinen Korrosion, und die Ferritphase kann die Rissausbreitung im Austenit blockieren. In Medien, die Cl ⁻ enthalten, ist die SCC - Beständigkeit viel besser als die von austenitischem Stahl (z. B. 304, das in Meerwasserumgebungen anfällig für SCC ist).

Austenitischer Edelstahl  

Korrosionsbeständigkeit: Der Cr-Ni-Passivierungsfilm ist stabil und zeigt in Umgebungen wie Salpetersäure und Atmosphäre hervorragende Leistung, hat jedoch eine schwache Beständigkeit gegen Lochfraß in Medien, die Cl ⁻ enthalten.

Risiko der interkristallinen Korrosion: Wenn der Kohlenstoffgehalt (C>0,03%) oder die Wärmebehandlung ungeeignet ist, kann Cr₂∝C₆ leicht ausfallen, was zu Chromverarmung führt. Dies kann verbessert werden, indem Ti, Nb (z. B. 321) hinzugefügt oder C reduziert wird (z. B. 304L).

3. Verarbeitungs- und Schweißleistung: Unterschiedliche Prozessanpassungsfähigkeit

Duplex-Edelstahl

Schnelle Verfestigung: Bei der Kaltumformung steigt die Stärke schnell an, während die Plastizität abnimmt. Es ist erforderlich, stufenweise zu glühen (z. B. Lösungsglühbehandlung bei 1050 °C), sonst neigt es zum Rissbilden.

Schweißen erfordert Temperaturkontrolle: Die wärmebeeinflusste Zone (HAZ) neigt dazu, dass das Ferrit übermäßig wächst oder das Austenit abnimmt, was zu einer Abnahme der Zähigkeit führt. Niedriger Strom und schnelles Schweißen sind erforderlich, und es ist keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich (es sei denn, die Dicke ist>30 mm).

Austenitischer Edelstahl 

Ausgezeichnete Kaltumformbarkeit: Niedrige Verfestigungsrate, kann wiederholt gebogen werden (z. B. Edelstahlwellrohre) und erfordert keine Zwischenglühung.

Ausgezeichnete Schweißbarkeit: Einphasige Struktur neigt nicht zu Phasenumwandlungsspannungen, und herkömmliches Lichtbogenschweißen kann verwendet werden. Im Allgemeinen ist keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich (aber kohlenstoffarme Sorten wie 316L müssen die Sensitivierungstemperaturbereiche von 400 - 800 °C vermeiden).

4. Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit

Duplex-Edelstahl

Gute Hochtemperaturfestigkeit: Die Festigkeit der Ferritphase nimmt bei 500 - 600 °C langsam ab, was es für Hochdruckleitungen (z. B. in der Ölraffinerie) geeignet macht, aber es sollte nicht über einen langen Zeitraum bei Temperaturen ≤ 300 °C verwendet werden (um Versprödung durch die Ausscheidung der σ-Phase zu vermeiden).

Die Tieftemperaturzähigkeit ist begrenzt: Die Kerbschlagzähigkeit beginnt unter -50 °C abzunehmen, was es für extrem tiefe Temperaturbedingungen ungeeignet macht.

Austenitisches Edelstahl

Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit: 310S (Cr25Ni20) kann Temperaturen von bis zu 1200 °C standhalten und wird häufig für Ofenrohre verwendet;

Vorteil bei ultraniedrigen Temperaturen: 304L behält seine Zähigkeit bei -196 °C und wird für Flüssigsauerstofftanks eingesetzt.

5. Magnetismus und Kosten

Duplex - Edelstahl

Schwache Magnetismus: Der Gehalt der Ferritphase bestimmt die Stärke des Magnetismus. Aufgrund des Gleichgewichts der beiden Phasen hat 2205 einen schwächeren Magnetismus als reines Ferritstahl, aber stärker als austenitischer Stahl.

Hohe Kosten: Der Gehalt an Mo und N ist hoch, und der Schmelzprozess ist komplex (es ist die Kontrolle des Zweiphasenverhältnisses erforderlich), mit einem Preis von etwa 2 - 3 Mal dem von 304.

Austenitisches Edelstahl

Nicht magnetisch: Eine einzelne austenitische Struktur, geeignet für magnetempfindliche Geräte (z. B. medizinische Geräte).

Kostendifferenzierung: 304 ist erschwinglich, 316 ist etwas teurer aufgrund seines Mo - Gehalts, und Superaustenitstahl (z. B. 904L) hat extrem hohe Kosten aufgrund seines hohen Ni - Mo - Gehalts.

3. Vergleich typischer Anwendungsfälle

Bild 3

4. Zusammenfassung: Wie wählt man?

Gegebenenfalls Duplex-Stahl priorisieren: Wenn die Anforderungen "hohe Festigkeit + Beständigkeit gegen Cl ⁻ -Korrosion + Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion" sind, wie z. B. in der Marine-Engineering und chemischen Hochdruckleitungen, ist 2205/2507 die bevorzugte Wahl.

Gegebenenfalls austenitischer Stahl priorisieren: Wenn die Anforderungen "hohe Plastizität + Tieftemperaturzähigkeit + nicht magnetisch + geringe Kosten" sind, wie z. B. Lebensmittelausrüstung, Tieftemperaturbehälter und herkömmliche korrosionsbeständige Leitungen, ist 304/316 besser geeignet.

Der Leistungsunterschied zwischen den beiden besteht im Wesentlichen in einem Kompromiss zwischen "Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit" und "Zähigkeit und Verarbeitbarkeit", was eine umfassende Entscheidung basierend auf den Arbeitsbedingungen, Kosten und Prozessanforderungen erfordert.

Schlagwörter: Mechanische Eigenschaften , Korrosionsbeständigkeit , Anpassungsfähigkeit an verschiedene Prozesse