Дуплексная сталь: виды, марки, применение

Дуплексная сталь — это класс коррозионностойких (нержавеющих) сталей с двухфазной микроструктурой: в ней примерно поровну феррита и аустенита. За счёт этого предел текучести у неё более чем вдвое выше, чем у обычных аустенитных нержавеющих сталей вроде AISI 304 и 316, а стойкость к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением заметно лучше. Самая распространённая марка — 2205 (UNS S32205, EN 1.4462); для самых агрессивных сред берут супердуплекс 2507 (UNS S32750, EN 1.4410). Ниже разбираем группы и марки, их состав, где дуплекс действительно оправдан и на что смотреть при сварке и заказе.

Что такое дуплексная сталь

Название происходит от английского duplex — «двойной». В отожжённом металле обычно 40–50 % феррита, остальное — аустенит. Ферритная фаза даёт прочность и стойкость к хлоридному растрескиванию, аустенитная — вязкость и пластичность. Азот в составе помогает удержать этот баланс и в зоне сварки.

Что это даёт на практике:

• Прочность. Минимальный предел текучести листа по ASTM A240: у 2304 — 400 МПа, у 2205 — 450 МПа, у 2507 — 550 МПа. В ряде конструкций это позволяет уменьшить толщину стенки — но только по расчёту конструктора, а не «на глаз».
• Коррозионная стойкость. Стойкость к питтингу сравнивают по индексу PREN = Cr + 3,3·(Mo + 0,5·W) + 16·N. У 2205 по минимальному составу выходит около 34, у 316L — около 23. У супердуплексов PREN 40–45.
• Меньше никеля. В 2205 никеля 4,5–6,5 %, в 316L — 10–14 %. Поэтому цена дуплекса меньше привязана к никелю.

Есть и ограничения. Пластичность ниже, чем у аустенитных сталей: минимальное относительное удлинение 2205 по ASTM A240 — 25 %, у 304L и 316L — 40 %. При гибке дуплекс сильнее пружинит и требует большего усилия. Длительно работать выше 315 °C ему нельзя: в интервале 300–525 °C ферритная фаза охрупчивается (так называемая «хрупкость 475 °C»). И сварка требует дисциплины — об этом ниже.

Виды дуплексной стали

По уровню легирования дуплексные стали делят на несколько групп. Для закупщика важны три основные.

Lean duplex (экономнолегированные)

Марки с пониженным содержанием никеля и молибдена: 2304 (UNS S32304, EN 1.4362) — без намеренной добавки молибдена, S32101 (EN 1.4162, торговое название LDX 2101) — с марганцем 4–6 % вместо части никеля. Их берут вместо 304L и 316L, когда нужна прочность и стойкость к растрескиванию, а среда умеренная: резервуары для воды, строительные конструкции, мосты, теплообменники.

Standard duplex (стандартные)

Это марка 2205 — «рабочая лошадка», на которую приходится более 80 % применения дуплексных сталей. Она выпускается под двумя номерами UNS: S31803 (старый, более широкий состав) и S32205 (более узкие пределы, выше минимальное содержание хрома, молибдена и азота). Сегодня под 2205 обычно понимают S32205. Области применения — нефтегаз, химия, целлюлозно-бумажное производство, опреснение, химовозы.

Super duplex (супердуплексные)

Высоколегированные марки с PREN 40–45: 2507 (UNS S32750, EN 1.4410) и S32760 (EN 1.4501, торговое название Zeron 100) — последняя дополнительно легирована вольфрамом и медью. Их выбирают для морской воды, горячих рассолов, кислых сред с хлоридами, морских платформ и подводного оборудования — там, где отказ дороже самого металла. Есть и ещё более легированные гипердуплексные стали с PREN выше 45, но это штучные позиции под конкретный проект.

Основные марки дуплексной стали: состав

Химический состав (массовые доли, %) по данным IMOA; 316L — для сравнения.

В S32760 дополнительно 0,5–1,0 % вольфрама и 0,5–1,0 % меди. Углерода в перечисленных дуплексных марках — не более 0,03–0,04 %.

Совет при заказе: указывайте марку сразу по UNS или EN, а не только «2205». Если в проекте стоит S32205, металл по S31803 может не пройти входной контроль по молибдену и азоту.

Где применяется дуплексная сталь

• Нефтегаз: трубопроводы и оборудование морских платформ, сосуды и теплообменники, узлы для сред с сероводородом и углекислым газом.
• Химия: ёмкости, реакторы, теплообменники и технологические трубопроводы для хлоридсодержащих растворов.
• Целлюлозно-бумажное производство: варочные котлы, резервуары, отбельное оборудование.
• Опреснение и водоподготовка: трубопроводы и корпуса установок обратного осмоса.
• Судостроение: танки химовозов, балластные системы, гребные валы.
• Строительство: мосты, несущие элементы и фасадные конструкции в прибрежной зоне и на объектах с противогололёдными реагентами.

Как выбрать дуплексную сталь

1. По агрессивности среды

Пресная вода и слабые растворы — lean duplex (2304, S32101). Среды с хлоридами, органические кислоты, технологическая вода химических производств — 2205. Морская вода, особенно тёплая, горячие рассолы, кислый газ с хлоридами — супердуплекс 2507 или S32760. PREN помогает ранжировать марки, но окончательный выбор делают по данным о коррозионной стойкости в конкретной среде и по требованиям проекта.

2. По температуре

Сверху — не выше 315 °C при длительной работе: такой предел для 2304, 2205 и 2507 установлен в нормах ASME для сосудов под давлением, а по немецким нормам TÜV допустимая температура ещё ниже. Снизу дуплекс сохраняет хорошую ударную вязкость до −40 °C. Для криогенных температур берут аустенитные стали.

3. По сварке

Сварка — главное место, где дуплекс «ломают». Ориентиры из практических рекомендаций IMOA:

• погонная энергия для 2205 — 0,5–2,5 кДж/мм, для lean duplex — 0,5–2,0 кДж/мм, для 2507 — 0,3–1,5 кДж/мм;
• межпроходная температура — не выше 150 °C для lean и стандартного дуплекса и не выше 100 °C для супердуплекса;
• присадка — с повышенным содержанием никеля: для 2205 обычно 2209 (E2209 / ER2209);
• отпуск для снятия напряжений после сварки не нужен и вреден: он вызывает выделение интерметаллидов и охрупчивание. Если термообработка необходима — только полный аустенизирующий отжиг с быстрым охлаждением в воде.

4. По обработке

Высокая прочность означает большее усилие при гибке и заметное пружинение — закладывайте это в оснастку. Толстый лист удобно резать плазмой: по нашей услуге плазменной резки режем толщиной до 50 мм. Если важно не нагревать кромку, выбирайте гидроабразивную резку: у неё нет зоны термического влияния, и фазовый баланс у кромки не меняется.

5. По документам

К металлу мы выдаём сертификат на металл. Проверьте в нём плавку, фактический химический состав и механические свойства, сверьте номер UNS или EN с проектом и убедитесь, что указан именно тот вид проката и то состояние поставки, которые вам нужны.

6. Когда дуплекс не нужен

Дуплекс не универсальная замена 304 и 316L. Если в среде нет хлоридов, температура комнатная, а толщину определяет не прочность, а технология — например, тонкий лист под гибку с малым радиусом, — аустенитная нержавейка проще в гибке и сварке, а сортамент у неё шире: трубы, круг, уголок, отводы и фланцы подобрать легче. Дуплекс окупается там, где у аустенита не хватает стойкости к хлоридному растрескиванию или где за счёт прочности можно облегчить конструкцию. Если сомневаетесь, опишите нам среду, температуру и нагрузку — подскажем, какую марку рассматривать.

Дуплексная сталь в каталоге ТПК-Прометалл

В разделе листы нержавеющие есть дуплексный лист 1500×6000 мм с поверхностью No1 (горячекатаный, травлёный): марка 2205 (S32205) толщиной от 4 до 50 мм и супердуплекс 2507 (S32750) толщиной от 6 до 50 мм. Нарежем лист на заготовки плазмой или гидроабразивом и доставим по Москве и области; в регионы отправим транспортной компанией. Если для вашей задачи хватит аустенитной нержавейки, посмотрите также трубы из нержавеющей стали и листы AISI 304 и 316L.

Как заказать дуплексную сталь

Позвоните +7 495 148-65-53 или 8 800 533-88-13 (звонок бесплатный), напишите на info@tpk-prometall.ru или оставьте заявку на сайте. Сообщите марку (лучше с номером UNS или EN), толщину, размеры и количество — подготовим счёт и согласуем срок поставки и резки.