تفاوت ورق استیل داپلکس و سوپر داپلکس

استیل سوپر داپلکس و داپلکس دو دسته از آلیاژهای استنلس استیل هستند که شناخت درست آن‌ها می‌تواند در انتخاب متریال مناسب برای کاربری‌ها خاص اهمیت بسیار زیادی داشته باشد. تفاوت ورق استیل داپلکس و سوپر داپلکس در جنبه‌های مختلف مانند ترکیب شیمیایی، کاربردها و خواص قابل بررسی است که در این مطلب قصد داریم به این موارد بپردازیم.

استنلس استیل داپلکس چیست؟

در ابتدا برای درک بهتر از تفاوت استیل داپلکس و سوپر داپلکس بهتر است با هرکدام به طور جداگانه آشنا شویم. استیل داپلکس (Standard Duplex) به گریدهایی از استیل گفته می‌شود که ریزساختارشان از ترکیب دو فاز آستنیت و فریت تشکیل شده‌است. میزان آستنیت و فریت موجود در این آلیاژها می‌تواند تقریباً برابر باشد و یا مقداری کمتر یا بیشتر باشد. این امر سبب می‌شود تا این گریدها خواصی متفاوت به دست آورند. گریدهای استنلس استیل داپلکس برای از بین بردن برخی از محدودیت‌های فنی در استنلس استیل‌های معمول طراحی شده‌اند.

استیل داپلکس اولین بار بیش از 70 سال پیش در سوئد برای استفاده در صنعت کاغذ طراحی و تولید شد. دلیل اصلی تولید این آلیاژها برای جلوگیری از خوردگی ناشی از آب‌های خنک کننده حاوی کلرید و سایر سیالات موجود در فرآیندهای شیمیایی در این صنعت بود. معیار مقاومت به خوردگی PERN برای این دسته از استنلس استیل‌ها بین 28 تا 38 است. البته گروهی دیگر از استنلس استیل داپلکس هستند که به داپلکس کم آلیاژ (Lean Duplex) معروف هستند و درصد عناصر آلیاژی گران قیمت آنها مثل نیکل و مولیبدن از انواع دیگر کمتر است. بدیهی است این گروه از داپلکس‌ها قیمت مقرون به صرفه تری دارند ولی در مقابل مقاومت به خوردگی آن‌ها کمتر است. عدد PERN این آلیاژها بین 22 تا 27 می‌باشد.

ترکیب چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی در این آلیاژها می‌تواند سبب کاربردهای آن در صنایعی شود که اثر همزمان خوردگی و تنش در قطعات وجود دارد. مهم‌ترین ویژگی آلیاژهای دوفازی مقاومت آن‌ها در برابر ترک خوردگی تنشی است. فاز فریت با چقرمگی بالا و فاز آستنیت با مقاومت در برابر خوردگی عالی می‌توانند سبب بهبود همزمان این دو ویژگی در این آلیاژها شوند. این خصوصیت باعث بالا بردن قابلیت اطمینان این گریدها نسبت به گریدهای استنلس استیل معمولی برای کاربری‌های خاص است. محتوای بالاتر کروم، مولیبدن و نیتروژن را می‌توان در بهبود این ویژگی‌ها موثر دانست.

استنلس استیل سوپرداپلکس چیست؟

عبارت “سوپر داپلکس” (Super Duplex) برای اولین بار در دهه 1980 برای فولاد داپلکس پرآلیاژی با قابلیت بسیار خوب در مقاومت به خوردگی حفره‌ای با عدد PREN حدود 38-45 استفاده شد. استیل سوپر داپلکس در برابر خوردگی مقاومت بالاتری دارد. میزان عناصر کروم، مولیبدن و نیتروژن در این دسته نسبت به استنلس استیل داپلکس بیشتر است و این مورد را می‌توان به عنوان یکی از موارد تفاوت ورق استیل داپلکس و سوپر داپلکس دانست. دو گرید داپلکس 2507 یا  F53(UNS S32750) و  F55(UNS S32760) از جمله گریدهای استیل سوپر داپلکس هستند که کاربردهای بسیار زیادی دارند.

استیل سوپر داپلکس به دلیل محتوای کروم بالا مقاومت بسیار خوبی در برابر اسیدها، کلریدهای اسیدی، سود سوزآور و محیط‌های شیمیایی و پتروشیمی دارد. همچنین نیکل و مولیبدن در این آلیاژ سبب بهبود مقاومت در برابر خوردگی بین دانه‌ای و حفره‌ای می‌شوند. وجود نیتروژن نیز با مکانیزم محلول جامد بین نشینی می‌تواند سبب استحکام بخشی این آلیاژ شود با این وجود که میزان چقرمگی آن‌ها را کاهش نمی‌دهد. مانند استیل داپلکس ریزساختار دو فازی این آلیاژها می‌توانند سطوح بالایی از مقاومت به ترک خوردگی تنشی و خوردگی حفره‌ای را فراهم کند. این دسته از آلیاژهای استیل اغلب جایگزین خوبی برای گریدهای سری 300 هستند.

استیل هایپر داپلکس چیست؟

با توجه به معیار PREN دسته‌ای دیگر از آلیاژهای دوفازی با نام هایپر داپلکس (Hyper Duplex) نیز وجود دارند که این عدد برای آن‌ها بالاتر از 45 است. این آلیاژها اغلب مقاومت به خوردگی بسیار بالاتری نسبت به سایر گریدها دارند و در برخی از گریدهای استیل هایپر داپلکس عدد PREN تا نزدیک 53 نیز می‌رسد. گرید UNS S32707 شناخته‌شده‌ترین گرید استیل هایپر داپلکس است.

تفاوت استیل داپلکس و سوپر داپلکس

• عدد PREN: همانطور که از توضیحات مربوط انواع آلیاژهای داپلکس عنوان شد، تفاوت ورق استیل داپلکس و سوپر داپلکس در موارد جزئی و کاربردی قابل مشاهده است. یکی از این موارد عدد PREN است . این عدد برای ارزیابی مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای تعریف شده است و مطابق با فرمولی محاسبه می‌شود که با درصد وزنی عناصر آلیاژی کروم، نیتروژن و مولیبدن تناسب دارد.. عدد PREN در استنلس استیل داپلکس حدود 28-38 است. در گریدهای استیل سوپر داپلکس حدود 38-45 تعریف شده‌است.
• ترکیب شیمیایی: دیگر تفاوت ورق استیل داپلکس و سوپر داپلکس در ترکیب شیمیایی آن‌ها مشهود است. استنلس استیل داپلکس اغلب دارای 24% تا 26% درصد وزنی کروم و حدود 4% تا 5% وزنی نیکل و حدود 3% تا 4% مولیبدن هستند. این در حالی است که استیل سوپر داپلکس حدود 18% تا 28% کروم و حدود 4% تا 8% نیکل هستند. به غیر از این حدود 3% مولیبدن نیز در ترکیب شیمیایی استیل سوپر داپلکس مشاهده می‌شود. نیتروژن و مس نیز از عناصر تاثیرگذار در این آلیاژها هستند.
• خواص مکانیکی: استیل سوپر داپلکس و داپلکس هر دو استحکام بالایی دارند، اما استنلس استیل داپلکس در برابر تنش‌های بالا عملکرد ضعیف‌تری دارد. استیل سوپر داپلکس در محیط‌های صنعتی و خورنده و همچنین موارد تحت تنش عملکرد بسیار خوبی را از خود به نمایش می‌گذارد.
• کاربرد: استیل داپلکس اغلب در صنایع شیمیایی، پتروشیمی و نفت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این امر به دلیل مقاومت به خوردگی خوب این دسته آلیاژها است. استیل سوپر داپلکس به دلیل مقاومت بالاتر در محیط‌های خورنده و همچنین مقاومت عالی در برابر مواد کلریدی، در کارخانه‌های مواد شیمیایی، کارخانه‌های آب شیرین کن، صنایع کاغذسازی و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تاثیر نیتروژن در ساختار گریدهای استیل داپلکس

یکی از مواردی که شاهد تفاوت ورق استیل داپلکس و سوپر داپلکس هستیم، میزان نیتروژن ترکیب شیمیایی آن‌هاست. وجود این عنصر در ترکیب شیمیایی می‌تواند بر خواص مختلف استیل سوپر داپلکس و داپلکس اثر گذار باشد. در ادامه به برخی از تاثیرات نیتروژن می‌پردازیم:

• پایداری فاز آستنیت: وجود نیتروژن می‌تواند سبب پایداری فاز آستنیت در استنلس استیل سوپر داپلکس شود.
• مقاومت در برابر خوردگی: وجود نیتروژن در ترکیب شیمیایی سبب می‌شود تا لایه‌ای مقاوم در برابر خوردگی تشکیل شود. این لایه در برابر خوردگی حفره‌ای و شیاری مقاومت بسیار خوبی دارد.
• استحکام بخشی: با مکانیزم استحکام بخشی محلول جامد، نیتروژن می‌تواند سبب بهبود خواص مکانیکی استیل سوپر داپلکس شود. استحکام نهایی، تنش تسلیم، چقرمگی ضربه‌ای و سختی سطحی می‌تواند در اثر افزودن نیتروژن بهبود یابد.
• قیمت: نیتروژن به نسبت سایر عناصر آلیاژی موجود در استیل سوپر داپلکس مانند کروم و نیکل قیمت کمتری دارد و به همین دلیل استفاده از آن در استیل سوپر داپلکس، با قیمتی کمتر خواص خوبی را به ارمغان می‌آورد.

گریدهای استیل سوپر داپلکس و داپلکس

گرید (UNS)	ASTM	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	Mo	N	Cu
S31200	–	0.03	2	0.045	0.03	1	24-26	5.5-6.5	1.2-2	0.14-0.20	–
S31260	–	0.03	1	0.03	0.03	0.75	24-26	5.5-7.5	2.5-3.5	0.1-0.2	0.2-0.8
S31803	–	0.03	2	0.03	0.02	1	21-23	4.5-6.5	2.5-3.5	0.08-0.2	–
S32001	–	0.03	4-6	0.04	0.03	1	22-23	1-3	0.6	0.05-0.17	1
S32205	2205	0.03	2	0.03	0.02	1	19.5-21.5	4.5-6.5	3-3.5	0.14-0.20	–
S32304	2304	0.03	2.5	0.04	0.03	1	21.5-24.5	3-5.5	0.05-6	0.05-0.2	0.05-0.6
S32520	–	0.03	1.5	0.035	0.02	0.8	24-26	5.5-8	3-4	0.2-0.35	0.5-2
S32550	255	0.04	1.5	0.04	0.03	1	24-27	4.5-6.5	2.9-3.9	0.1-0.25	1.5-2.5
S32750	2507	0.03	2	0.035	0.02	0.8	24-26	6-8	3-5	0.24-0.32	0.5
S32760	–	0.03	1	0.03	0.01	1	24-26	6-8	3-4	0.20-0.3	0.5-1
S32900	329	0.06	1	0.04	0.03	0.75	23-28	2.5-5	1-2	–	–
S32950	–	0.03	2	0.035	0.03		25-28	4.5-6.5	1.3-2	0.05-0.2	–

در جدول بالا گریدهای UNS S32750، UNS S32760، UNS S32550 و UNS S31803 از گریدهای استیل سوپر داپلکس هستند.

کاربردها و مزایای استیل سوپر داپلکس و داپلکس

همانطور که در بخش تفاوت ورق استیل داپلکس و سوپر داپلکس به برخی از کاربردهای این دو دسته از آلیاژهای استنلس استیل اشاره شد، اما خالی از لطف نیست که اشاره‌ای مختصر به کاربردهای این دسته از آلیاژها نیز داشته باشیم:

• استفاده در مبدل‌های حرارتی
• لوله‌های انتقال مواد کلریدی
• روتورها، شفت فن‌ها و غلتک‌های تحت خوردگی و تنش
• مفتول‌های با استحکام بالا و مقاوم در برابر خوردگی
• مخازن نگهداری مواد شیمیایی

مزایای استفاده از این آلیاژها نیز به صورت زیر خلاصه می‌شود:

• استحکام بالا
• مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای، شکافی و ترک خوردگی تنشی
• مقاومت در برابر خستگی
• هدایت حرارتی بالا
• ضریب انبساط حرارتی پایین
• کارپذیری و جوش‌پذیری خوب

سخن آخر

تفاوت‌ ورق استیل داپلکس و سوپر داپلکس به‌وضوح نشان‌دهنده اهمیت انتخاب صحیح مواد برای پروژه‌های صنعتی است. در حالی که ورق استیل داپلکس با خواص خوب مقاومت در برابر خوردگی و استحکام، گزینه‌ای مناسب برای بسیاری از کاربردها است، ورق استیل سوپر داپلکس با مقاومت بهتر در برابر خوردگی و اعمال تنش در محیط‌های صنعتی، عملکرد بهتری دارد. انتخاب مناسب بین این دو نوع ورق، بسته به نیازهای خاص پروژه و محیط کاری، می‌تواند تأثیر بسزایی در دوام و کارایی محصولات داشته باشد.