เหล็กสเตนเลสดูเพล็กซ์และซูเปอร์ดูเพล็กซ์เป็นเกรดพรีเมียมที่มีราคาสูง และมีข้อกำหนดการตรวจสอบ MTC เหล็กดูเพล็กซ์ที่สูงตามไปด้วย เกรดเหล่านี้ถูกใช้ในงานที่เหล็กสเตนเลสออสเทนนิติกมาตรฐานล้มเหลว เช่น งานในน้ำทะเล สภาพแวดล้อมกระบวนการที่มีคลอไรด์ กระบวนการทางเคมีที่ความดันสูง อุปกรณ์บนแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่ง และงานเยื่อกระดาษที่การแตกร้าวจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อนของคลอไรด์เป็นความเสี่ยงที่แท้จริง
ผู้ซื้อเหล็กดูเพล็กซ์และซูเปอร์ดูเพล็กซ์เป็นกลุ่มที่มีความเชี่ยวชาญทางเทคนิคสูง พวกเขาเลือกซื้อเกรดเหล่านี้เพราะได้ทำการคำนวณทางวิศวกรรมวัสดุที่แสดงให้เห็นว่าสเตนเลสมาตรฐานจะล้มเหลวในสภาพแวดล้อมการใช้งานของตน เมื่อได้รับการส่งมอบ วิศวกรคุณภาพของพวกเขาจะตรวจสอบ MTC ไม่ใช่แค่เพื่อความสอดคล้องของป้ายเกรด แต่เพื่อระดับความต้านทานการกัดกร่อนที่แท้จริง , โดยเฉพาะอย่างยิ่งค่า Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) ที่สามารถคำนวณได้จากองค์ประกอบทางเคมี
ผู้ค้าที่ไม่เข้าใจ PREN กำลังขายป้ายเกรด ไม่ใช่ความต้านทานการกัดกร่อน ผู้ค้าที่เข้าใจ PREN และสามารถยืนยันค่านี้จาก MTC ก่อนที่วัสดุจะถูกจัดส่งกำลังเพิ่มมูลค่าที่แท้จริง , และลดความเสี่ยงของข้อพิพาทที่เกิดขึ้นเมื่อวิศวกรคุณภาพของผู้ซื้อคำนวณ PREN จากใบรับรองที่ได้รับและพบว่าต่ำกว่าข้อกำหนด
โครงสร้างจุลภาคของดูเพล็กซ์และเหตุใดการรับรองจึงแตกต่าง
เหล็กสเตนเลสดูเพล็กซ์ได้ชื่อมาจากโครงสร้างจุลภาคสองเฟส คือสัดส่วนที่ใกล้เคียงกันระหว่างออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์ โครงสร้างจุลภาคนี้ทำให้เกรดดูเพล็กซ์มี:
- ค่าความแข็งแรงจุดคราก (yield strength) สูงกว่าสเตนเลสออสเทนนิติก (ประมาณสองเท่าของ 316L)
- ความต้านทานการแตกร้าวจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อนของคลอไรด์ดีกว่าเกรดออสเทนนิติก (เนื่องจากเฟสเฟอร์ไรต์)
- ความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุมที่ดี (เนื่องจากปริมาณ Cr, Mo และ N ที่สูง)
โครงสร้างจุลภาคต้องรักษาสมดุลระหว่างเฟอร์ไรต์และออสเทนไนต์ในช่วงที่กำหนด , โดยทั่วไปคือเฟอร์ไรต์ 35–65% หากวัสดุได้รับการอบชุบความร้อนไม่ถูกต้อง หรือปล่อยให้เกิดเฟสอินเตอร์เมทัลลิก (ซิกมาเฟส ไคเฟส) ผ่านการเย็นตัวช้าในช่วงอุณหภูมิวิกฤต ความต้านทานการกัดกร่อนและความเหนียวอาจลดลงอย่างรุนแรง
ซึ่งหมายความว่าแตกต่างจากสเตนเลสออสเทนนิติกมาตรฐาน MTC ของดูเพล็กซ์ต้องบันทึกไม่เพียงแค่องค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติแรงดึงเท่านั้น แต่ยังรวมถึง:
- ปริมาณเฟอร์ไรต์ , ยืนยันว่าสมดุลของเฟสอยู่ในช่วงที่กำหนด
- การทดสอบเฟสอินเตอร์เมทัลลิก , ยืนยันว่าซิกมาเฟสและไคเฟสไม่มีอยู่หรืออยู่ต่ำกว่าระดับที่ยอมรับได้
- PREN , ยืนยันว่าระดับความต้านทานการกัดกร่อนเป็นไปตามข้อกำหนดขั้นต่ำ
ทั้งสามข้อนี้เป็นองค์ประกอบการรับรองที่ไม่ปรากฏบน MTC ของสเตนเลสออสเทนนิติก 316L มาตรฐาน ผู้ค้าที่เพิ่งเริ่มจัดหาดูเพล็กซ์จำเป็นต้องเข้าใจว่า MTC ของดูเพล็กซ์เป็นเอกสารที่ซับซ้อนกว่าใบรับรองสเตนเลสมาตรฐาน
เกรดดูเพล็กซ์หลักและข้อกำหนด MTC ของแต่ละเกรด
2205 (UNS S31803 / S32205, ASTM A276, A240, A790)
2205 เป็นเกรดดูเพล็กซ์ที่มีการจัดจำหน่ายอย่างแพร่หลายที่สุด UNS S31803 เป็นการกำหนดดั้งเดิมที่มีค่าความคลาดเคลื่อนขององค์ประกอบทางเคมีที่กว้างกว่า ส่วน UNS S32205 ถูกนำมาใช้เพื่อจำกัดองค์ประกอบทางเคมีให้แคบลงสำหรับประสิทธิภาพการต้านทานการกัดกร่อนที่สม่ำเสมอมากขึ้น การผลิต 2205 สมัยใหม่ส่วนใหญ่ผลิตขึ้นเพื่อให้เป็นไปตามการกำหนด UNS ทั้งสองแบบ
ฟิลด์ MTC ที่จำเป็นสำหรับ 2205:
องค์ประกอบทางเคมี (ตาม ASTM A240 Table 1 สำหรับแผ่นและแผ่นบาง):
- C: ≤ 0.030%
- Mn: ≤ 2.00%
- Si: ≤ 1.00%
- P: ≤ 0.030%
- S: ≤ 0.020%
- Cr: 22.0–23.0% (S32205) หรือ 21.0–23.0% (S31803)
- Ni: 4.5–6.5%
- Mo: 3.0–3.5%
- N: 0.14–0.20% (S32205) หรือ 0.08–0.20% (S31803)
หมายเหตุ: ความแตกต่างของช่วงไนโตรเจนระหว่าง S31803 และ S32205 เป็นลักษณะทางเคมีหลักที่ใช้แยกความแตกต่าง ใบรับรองที่อ้างว่าเป็น S32205 ต้องแสดง N ≥ 0.14%
การคำนวณ PREN: PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N สำหรับ 2205 ค่า PREN ขั้นต่ำ ≥ 35 เป็นเกณฑ์มาตรฐานที่ยอมรับ หากองค์ประกอบทางเคมีที่รายงานให้ค่า PREN < 35 ความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุอาจต่ำกว่าระดับที่คาดหวังสำหรับ 2205
ปริมาณเฟอร์ไรต์: โดยทั่วไปคือเฟอร์ไรต์ 35–55% ต้องระบุวิธีการทดสอบ (ASTM A923 การวัดด้วยแม่เหล็กตาม ASTM E562 หรือการนับจุดทางโลหะวิทยา)
การทดสอบเฟสอินเตอร์เมทัลลิก (เมื่อมีการกำหนด): ASTM A923 Method A (การทดสอบกัดด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์) หรือ Method C (การทดสอบโพเทนชิโอไดนามิก) ยืนยันว่าไม่มีเฟสอินเตอร์เมทัลลิกที่เป็นอันตราย A923 ไม่ใช่ข้อกำหนดบังคับสำหรับการส่งมอบทุกครั้ง แต่ถูกกำหนดโดยข้อกำหนดของผู้ใช้งานปลายทางหลายรายและโดย ISO 8578 สำหรับงานนอกชายฝั่ง
2507 ซูเปอร์ดูเพล็กซ์ (UNS S32750, ASTM A276, A790)
2507 เป็นเกรดซูเปอร์ดูเพล็กซ์ที่พบมากที่สุด โดยมีปริมาณ Cr, Mo และ N สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ เพื่อรองรับสภาพแวดล้อมคลอไรด์ที่รุนแรงยิ่งขึ้น (งานในน้ำทะเล เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนอกชายฝั่ง อุปกรณ์ FGD)
ข้อกำหนดองค์ประกอบทางเคมี:
- Cr: 24.0–26.0%
- Ni: 6.0–8.0%
- Mo: 3.0–5.0%
- N: 0.24–0.32%
- C: ≤ 0.030%
PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N สำหรับ 2507 ต้องการ PREN ขั้นต่ำ ≥ 41
ปริมาณธาตุผสมที่สูงขึ้นของ 2507 ทำให้มีความเสี่ยงต่อการเกิดเฟสอินเตอร์เมทัลลิกในระหว่างกระบวนการผลิตมากขึ้น การทดสอบ A923 หรือเทียบเท่าถือเป็นข้อกำหนดที่จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการจัดหา 2507 ในงานที่สำคัญ , หากไม่มีการทดสอบนี้ ก็ไม่มีเอกสารยืนยันว่าวัสดุไม่ได้ถูกทำให้ไวต่อการกัดกร่อน (sensitized) ในระหว่างการแปรรูปหรือการอบชุบความร้อน
LDX 2101 (UNS S32101)
LDX 2101 เป็นเกรดดูเพล็กซ์แบบประหยัด (lean duplex) ที่พัฒนาขึ้นเพื่อลดปริมาณนิกเกิล (แทนที่ Ni บางส่วนด้วย Mn และ N) และลดราคาเมื่อเทียบกับ 2205 มีค่า PREN ต่ำกว่าและไม่เหมาะสำหรับการใช้งานทุกประเภทที่กำหนดให้ใช้ 2205
ความเสี่ยงจากการทดแทนเกรด: LDX 2101 ไม่สามารถใช้ทดแทน 2205 ในงานที่มีคลอไรด์ได้ ค่า PREN ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (ประมาณ 26–30 เทียบกับ 35+ สำหรับ 2205) ผู้ค้าที่เสนอ LDX 2101 ในราคาลดพิเศษในฐานะ "ทางเลือกดูเพล็กซ์แบบประหยัด" ให้กับผู้ซื้อที่กำหนด 2205 ไว้ ต้องแจ้งความแตกต่างของค่า PREN อย่างชัดเจนและได้รับการอนุมัติทางวิศวกรรม , นี่ไม่ใช่การทดแทนเกรดที่สามารถทำได้ด้วยเหตุผลทางการค้าเพียงอย่างเดียว
การคำนวณ PREN: เหตุใดผู้ค้าจึงต้องทำการคำนวณนี้ด้วยตนเอง
สูตร PREN คือ: PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N
สำหรับใบรับรอง 2205 ที่รายงาน:
- Cr = 22.4%
- Mo = 3.1%
- N = 0.17%
PREN = 22.4 + (3.3 × 3.1) + (16 × 0.17) = 22.4 + 10.23 + 2.72 = 35.35
ค่านี้สูงกว่าค่าขั้นต่ำ 35 ดังนั้นวัสดุนี้จึงเป็นไปตามมาตรฐานความต้านทานการกัดกร่อนสำหรับงาน 2205
สำหรับเกรดเดียวกันที่มีค่า:
- Cr = 22.0% (ที่ขีดจำกัดล่าง)
- Mo = 3.0% (ที่ขีดจำกัดล่าง)
- N = 0.14% (ที่ขีดจำกัดล่างสำหรับ S32205)
PREN = 22.0 + (3.3 × 3.0) + (16 × 0.14) = 22.0 + 9.9 + 2.24 = 34.14
ค่านี้ต่ำกว่า 35 วัสดุนี้ยังอยู่ในขอบเขตองค์ประกอบทางเคมีของ ASTM A240 สำหรับ S31803 (ข้อกำหนดที่กว้างกว่า) ในทางเทคนิค แต่ต่ำกว่าความต้านทานการกัดกร่อนขั้นต่ำที่คาดหวังสำหรับงาน "2205" ผู้ซื้อที่วิศวกรรมกำหนด PREN ≥ 35 จะปฏิเสธวัสดุนี้ด้วยเหตุผลด้าน PREN แม้ว่าค่าธาตุแต่ละตัวจะอยู่ในตารางข้อกำหนดก็ตาม
ผู้ค้าที่คำนวณ PREN ในทุกใบรับรอง 2205 ก่อนการซื้อ , ไม่ใช่แค่เมื่อมีปัญหาเกิดขึ้น , จะหลีกเลี่ยงการซื้อวัสดุที่จะถูกปฏิเสธในขั้นตอนถัดไป
ปริมาณเฟอร์ไรต์และการทดสอบเฟสอินเตอร์เมทัลลิก
ปริมาณเฟอร์ไรต์ในสเตนเลสดูเพล็กซ์วัดได้โดย:
- แม่เหล็ก (Feritscope หรือเครื่องมือที่คล้ายกัน) , ให้ค่าปริมาณเฟอร์ไรต์โดยตรงที่พื้นผิว
- การนับจุดทางโลหะวิทยา (ASTM E562) , แม่นยำกว่าแต่เป็นการทดสอบแบบทำลาย
- การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ , วิธีการในห้องปฏิบัติการ
MTC ต้องบันทึกวิธีการวัดและผลลัพธ์ ใบรับรองที่ระบุว่า "ปริมาณเฟอร์ไรต์: 47%" แต่ไม่ระบุวิธีการวัดถือว่าไม่สมบูรณ์
การทดสอบเฟสอินเตอร์เมทัลลิกตาม ASTM A923:
- Method A (การกัดด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์): เชิงคุณภาพ , การทดสอบคัดกรองสำหรับซิกมาเฟส เหมาะสำหรับการตรวจสอบขาเข้า
- Method B (การทดสอบแรงกระแทกชาร์ปี): เชิงปริมาณของพลังงานการกระแทก การลดลงต่ำกว่าค่าฐานบ่งชี้การเกิดเฟสอินเตอร์เมทัลลิก
- Method C (โพเทนชิโอไดนามิก): การวัดทางเคมีไฟฟ้าของกระแสการกัดกร่อน ตรวจจับซิกมาเฟสและไคเฟสที่ความเข้มข้นต่ำมาก
สำหรับงานนอกชายฝั่งและงานที่สำคัญ โดยทั่วไปต้องใช้ Method A ร่วมกับอีกหนึ่งวิธีเพิ่มเติม MTC หรือรายงานการทดสอบเสริมต้องบันทึกว่าใช้วิธีใดบ้างและผลลัพธ์เป็นอย่างไร
TestCert จัดการการตรวจสอบ MTC ของดูเพล็กซ์อย่างไร
TestCert มีกฎการตรวจสอบเฉพาะสำหรับดูเพล็กซ์ที่ครอบคลุมมากกว่าการตรวจสอบใบรับรองสเตนเลสมาตรฐาน สำหรับใบรับรอง 2205, 2507 หรือดูเพล็กซ์แบบประหยัดทุกฉบับ:
PREN จะถูกคำนวณโดยอัตโนมัติจากค่าองค์ประกอบทางเคมีที่แยกออกมา (Cr, Mo และ N) ค่า PREN ที่คำนวณได้จะถูกเปรียบเทียบกับค่าขั้นต่ำของเกรด , 35 สำหรับ 2205, 41 สำหรับ 2507 , และจะถูกตั้งค่าสถานะหากต่ำกว่าเกณฑ์ การคำนวณนี้ทำในขั้นตอนการแยกฟิลด์ ก่อนที่ใบรับรองจะได้รับการยืนยันว่าถูกยอมรับ ดังนั้นวัสดุที่มี PREN ต่ำจะถูกระบุได้ตั้งแต่ขั้นตอนรับสินค้า แทนที่จะเป็นหลังจากที่วัสดุอยู่ในสต็อกหรือถูกส่งไปยังลูกค้าแล้ว
ปริมาณไนโตรเจนได้รับการตรวจสอบว่าเป็นฟิลด์บังคับ , MTC ของดูเพล็กซ์ที่ไม่มีข้อมูลไนโตรเจนจะไม่สามารถยืนยันค่า PREN ได้ และใบรับรองจะถูกตั้งค่าสถานะว่าไม่สมบูรณ์จนกว่าจะมีการระบุไนโตรเจน
ปริมาณเฟอร์ไรต์จะถูกแยกออกมาเป็นฟิลด์แยกต่างหากพร้อมระบุวิธีการวัด สำหรับ 2507 และเกรดซูเปอร์ดูเพล็กซ์อื่น ๆ การไม่มีข้อมูลการทดสอบ A923 จะถูกตั้งค่าสถานะว่าอาจไม่สมบูรณ์ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของลูกค้าที่กำหนดค่าไว้