Diferença de desempenho entre tubos de aço inoxidável duplex e tubos de aço inoxidável austenítico

A diferença de desempenho entre tubos de aço inoxidável duplex e tubos de aço inoxidável austenítico se deve às suas diferentes microestruturas e composições de liga. A comparação a seguir é feita a partir de dimensões centrais, como propriedades mecânicas, resistência à corrosão e processabilidade, e combinada com cenários de aplicação típicos para ilustrar:

1、 Comparação da microestrutura e composição de liga

Figura 1

2、 Análise das diferenças de desempenho central

1. Propriedades mecânicas: diferença de equilíbrio entre resistência e tenacidade

Aço inoxidável duplex

Alta resistência: A resistência à fluência (σ ₀) ₂) pode atingir 450-650MPa, que é cerca de duas vezes a do aço austenítico 304 (resistência à fluência do 304 ≈ 210MPa), devido ao efeito de "enrijecimento da fronteira de fase" da estrutura bifásica; O efeito de enrijecimento em solução sólida do nitrogênio (N) (conteúdo de N de 0.15%~0.3%).

Tenacidade moderada: A tenacidade ao impacto à temperatura ambiente (AKV) é de cerca de 80-120J, menor do que o aço austenítico (por exemplo, AKV ≈ 200J para o 316), mas melhor do que o aço ferrítico.

Aço inoxidável austenítico 

Baixa resistência: A resistência à fluência geralmente é ≤ 300MPa, mas a alongamento (δ) pode chegar a 40%~60%. Tem excelente plasticidade e é adequado para conformação por estampagem profunda (por exemplo, utensílios de cozinha de aço inoxidável).

Super tenacidade: A tenacidade ao impacto não diminui ou até aumenta em temperaturas baixas (por exemplo, -196 °C), tornando - o adequado para equipamentos de gás natural liquefeito (LNG).

2. Resistência à corrosão: diferenças de desempenho em diferentes ambientes

Aço inoxidável dúplex

Resistência à corrosão por pites e corrosão em fendas: Devido ao efeito sinérgico de alto Cr (22%~26%), Mo (2.5%~5%) e N, o índice de corrosão por pites PREN (=Cr + 3.3Mo+16N) pode chegar a 40 - 50, significativamente melhor do que o 304 (PREN ≈ 22) e o 316 (PREN ≈ 29), adequado para ambientes contendo Cl ⁻ (por exemplo, água do mar e água salgada química).

Resistência à corrosão sob tensão (SCC): A estrutura bifásica reduz a tendência à corrosão intergranular, e a fase ferrita pode bloquear a propagação de trincas na austenita. Em meios contendo Cl ⁻, a resistência à SCC é muito melhor do que a do aço austenítico (por exemplo, o 304, que é propenso à SCC em ambientes de água do mar).

Aço inoxidável austenítico 

Resistência à corrosão: A película passivante de Cr Ni é estável e apresenta excelente desempenho em ambientes como ácido nítrico e atmosfera, mas tem resistência fraca à corrosão por pites em meios contendo Cl ⁻.

Risco de corrosão intergranular: Se o teor de carbono (C>0,03%) ou o tratamento térmico for inadequado, Cr ₂ ∝ C ₆ pode facilmente precipitar, levando ao esgotamento de cromo. Isso pode ser melhorado adicionando Ti, Nb (como 321) ou reduzindo o C (como 304L).

3. Performance de processamento e soldagem: Diferente adaptabilidade ao processo

Aço inoxidável dúplex

Endurecimento rápido: Durante a conformação a frio, a resistência aumenta rapidamente enquanto a plasticidade diminui. É necessário fazer recozimento em estágios (como tratamento solução a 1050 °C), caso contrário, é propenso a rachar.

A soldagem requer controle de temperatura: A zona afetada pelo calor (HAZ) é propensa ao crescimento excessivo de ferrita ou redução de austenita, levando a uma diminuição da tenacidade. É necessário soldar com corrente baixa e velocidade alta, e não é necessário tratamento térmico após a soldagem (a menos que a espessura seja>30mm).

Aço inoxidável austenítico 

Excelente formabilidade a frio: baixa taxa de endurecimento por trabalho, pode ser dobrado repetidamente (como tubos corrugados de aço inoxidável) e não requer recozimento intermediário.

Excelente soldabilidade: a estrutura monofásica não é propensa a tensões de transição de fase e pode ser usada soldagem a arco convencional. Geralmente, não é necessária tratamento térmico após a soldagem (mas as ligas de baixo carbono, como 316L, precisam evitar as zonas de temperatura de sensibilização de 400 - 800 °C).

4. Resistência a altas e baixas temperaturas

Aço inoxidável duplo

Boa resistência à alta temperatura: a resistência da fase ferrita decai lentamente a 500 - 600 °C, tornando - o adequado para dutos de alta pressão (como na refinação de petróleo), mas o uso a longo prazo a temperaturas ≤ 300 °C (para evitar a fragilização causada pela precipitação da fase σ).

A tenacidade a baixa temperatura é limitada: a tenacidade ao impacto começa a diminuir abaixo de - 50 °C, tornando - o inadequado para cenários de temperatura extremamente baixa.

Aço inoxidável austenítico 

Resistência à oxidação em altas temperaturas: O 310S (Cr25Ni20) pode resistir a temperaturas altas de 1200 °C e é comumente usado em tubos de forno;

Vantagem em ultra-baixas temperaturas: O 304L mantém a tenacidade a -196 °C e é usado para tanques de armazenamento de oxigênio líquido.

5. Magnetismo e custo

Aço inoxidável duplo

Magnetismo fraco: O conteúdo da fase ferrita determina a intensidade do magnetismo. Devido ao equilíbrio das duas fases, o 2205 tem magnetismo mais fraco do que o aço ferrita puro, mas mais forte do que o aço austenítico.

Custo elevado: O conteúdo de Mo e N é alto e o processo de fundição é complexo (requer controle da razão das duas fases), com um preço cerca de 2-3 vezes o do 304.

Aço inoxidável austenítico 

Não magnético: Estrutura austenítica única, adequada para equipamentos sensíveis ao magnetismo (como dispositivos médicos).

Diferença de custo: O 304 é acessível, o 316 é um pouco mais caro devido ao seu conteúdo de Mo, e o aço superaustenítico (como o 904L) tem custos extremamente altos devido ao seu alto conteúdo de Ni e Mo.

3、 Comparação de cenários de aplicação típicos

Imagem 3

4、 Resumo: Como escolher?

Dê prioridade ao aço inoxidável duplex: Se o requisito for "alta resistência + resistência à corrosão por Cl ⁻ + resistência a rachaduras por tensão", como em engenharia marinha e dutos químicos de alta pressão, o 2205/2507 é a escolha preferida.

Dê prioridade ao aço inoxidável austenítico: Se os requisitos forem "alta plasticidade + tenacidade a baixa temperatura + não magnetismo + baixo custo", como equipamentos alimentícios, recipientes de baixa temperatura e dutos convencionais resistentes à corrosão, o 304/316 é mais adequado.

A diferença de desempenho entre os dois é essencialmente uma compensação entre "resistência à corrosão e resistência" e "tenacidade e processabilidade", o que requer uma tomada de decisão abrangente com base nas condições de trabalho, custos e requisitos de processo.

Etiquetas: Propriedade mecânica , Resistência à corrosão , Adaptabilidade a diferentes processos